DE102006056165A1 - Layer data generating method for computer system, involves outputting individual vertical layer data of three-dimensional body e.g. camera housing, provided with structured body content for controlling prototyping system - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Generieren von Schichtdaten in einem Computersystem zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbauverfahrens (werden allgemein auch als Rapid Prototyping Systeme, Schichtbautechnologie bzw. RP-Systeme bezeichnet). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computersystem zum Generieren von Schichtdaten eines dreidimensionalen Körpers mit strukturiertem Körperinnerem, mit denen unter Verwendung eines Schichtbausystems ein dreidimensionaler Körper herstellbar ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium mit darauf befindlichen, durch einen Computer ausführbaren Anweisungen, die bewirken, dass das Computersystem das erfindungsgemäße Verfahren zum Generieren von Schichtdaten zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems ausführt. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Rapid Prototyping System, das mit einem erfindungsgemäßen Computersystem zum Generieren von Schichtdaten eines dreidimensionalen Körpers mit strukturiertem Körperinnerem verbunden ist.The The present invention relates to a method for generating Layer data in a computer system for producing three-dimensional body with textured body inside using a layering process (commonly referred to as Rapid Prototyping systems, layered technology or RP systems). Furthermore, the present invention relates to a computer system for Generating layer data of a three-dimensional body with textured body interior, with which using a laminating system, a three-dimensional body can be produced. Furthermore The present invention relates to a computer readable medium having computer-executable instructions that cause that the computer system the inventive method for generating of layer data for the production of three-dimensional body with textured body heart executes by means of a laminating system. Finally, the present concerns Invention a rapid prototyping system, with a computer system according to the invention for generating layer data of a three-dimensional body with structured body interior connected is.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Prototypen oder Kleinserien sind seit längerem die eingangs erwähnten Schichtbausysteme bekannt. Die Hauptanwendung der bisher industriell eingesetzten Rapid Prototyping Systeme liegt in der Herstellung von Bauteilen aus organischen Werkstoffen wie Polymeren und Wachsen. Mehr und mehr finden aber auch Rapid Prototyping Systeme bei der Herstellung von metallischen Bauteilen Verwendung. Insbesondere werden metallische Bauteile über die Schmelzphase durch das sogenannte Lasersintern oder Elektronenstrahlschmelzen erzeugt.to fast and inexpensive Production of prototypes or small series have long been the mentioned in the beginning Laminated systems known. The main application of the hitherto industrially used Rapid prototyping systems lies in the production of components from organic materials such as polymers and waxes. More and but also find rapid prototyping systems in the production of metallic components use. In particular, metallic Components over the melting phase by the so-called laser sintering or electron beam melting generated.
Gemeinsames Merkmal aller bekannten Rapid Prototyping Systeme ist der schichtweise Aufbau des Werkstücks. Normalerweise werden hierfür 3D-CAD-Daten zunächst in eine Vielzahl von einzelnen Schichten bzw. Höhenschnitte zerlegt, um daraus im eigentlichen Herstellungsprozess das Werkstück aufzubauen. Es müssen also für alle bekannten Schichtbauverfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern für jede Schicht die Körperumrissdaten vorhanden sein. Körperumrissdaten sind hier die Daten, die in der jeweiligen Schicht genau festlegen, welche Bereiche der Schicht je nach Art der eingesetzten Schichtbautechnologie zu belichten, zu bedrucken oder zu sintern sind.common Feature of all known rapid prototyping systems is the layers Structure of the workpiece. Normally this will be 3D CAD data first disassembled into a plurality of individual layers or elevation cuts to make it build the workpiece in the actual manufacturing process. So it has to be for all known layer construction method for the production of three-dimensional bodies for every Layer the body contour data to be available. Body outline data here are the data that specify exactly in each layer which areas of the layer, depending on the type of laminating technology used to be exposed, printed or sintered.
Die bisher verfügbaren Systeme zur Generierung der entsprechenden Daten einer Schicht arbeiten grundsätzlich wie folgt. Entweder wird bei einem bekannten System die gesamte Struktur, also nicht nur der Umriss, sondern auch das Körperinnere in einem 3D-CAD-System dreidimensional konstruiert. Entsprechend können dann die Höhenschnitte durchgeführt werden. Alternativ wird in manchen RP-Systemen während der Herstellung, also im Laufe des Durchführens der Belichtung oder dergleichen, pro Schicht die Berechnung einer Füllstruktur durchgeführt, die aber lediglich eine flächige Struktur in der jeweiligen Schichtebene festlegt, jedoch keine freie räumliche Strukturgestaltung zulässt.The previously available Systems for generating the corresponding data of a shift work in principle as follows. Either in a known system, the entire Structure, not only the outline, but also the inside of the body a 3D-CAD system three-dimensional constructed. Accordingly, then the elevation cuts are carried out. Alternatively, in some RP systems during manufacturing, so in the course of the execution the exposure or the like, per shift, the calculation of a Filling structure performed but only a flat one Structure at the respective layer level, but not free spatial Structural design allows.
Die Erstellung eines komplizierten dreidimensionalen Körpers mit strukturiertem Körperinnerem mit Hilfe eines 3D-CAD-Systems ist zum einen äußerst aufwändig und zum anderen wird dabei schnell die Kapazitätsgrenze derzeit erhältlicher CAD-Systeme erreicht. Die Erzeugung von Strukturen innerhalb der Rapid Prototyping Systeme ist äußerst limitiert und auf wenige Belichtungs- bzw. Füllstrukturen beschränkt, die vom Anlagenhersteller fest definiert sind. Somit ist eine den Wünschen des Anwenders entsprechende Herstellung von komplizierten Strukturen insbesondere von Raumgitterstrukturen im Körperinneren eines herzustellenden dreidimensionalen Körpers derzeit nur äußerst eingeschränkt möglich. Entsprechend werden heutzutage nur wenige grobe und einfache Strukturen oder nur äußerst kleine Bauteile mit etwas komplexeren Strukturen in Rapid Prototyping Systemen erstellt.The Creating a complicated three-dimensional body with textured body heart With the help of a 3D-CAD-System, on the one hand, it is extremely time-consuming and, on the other hand, it is fast the capacity limit Currently available CAD systems reached. The creation of structures within the rapid prototyping Systems is extremely limited and limited to a few exposure or filling structures, the are defined by the system manufacturer. Thus, one is the wishes of the user corresponding production of complicated structures in particular of space grid structures in the interior of the body a produced three-dimensional body currently only extremely limited possible. Corresponding Nowadays, only a few rough and simple structures or only extremely small ones are used Components with somewhat more complex structures in rapid prototyping systems created.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Verfahrensweise und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe komplexe Strukturen im Körperinneren eines dreidimensionalen Körpers mittels bekannter Schichtbauverfahren realisiert werden können, ohne die bisher üblichen CAD-Systeme mit deren Beschränkungen verwenden zu müssen. Mit anderen Worten: Es soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die auch die Herstellung von Anwender spezifischen, sehr komplexen räumlichen Strukturen in bekannten Schichtbauverfahren erlaubt, ohne dass aufwändigst ein entsprechendes 3D-CAD-Modell erstellt und geschnitten werden muss.The The technical problem underlying the invention is that to provide a method and a device with the Help complex structures in the body a three-dimensional body can be realized by known layer construction method, without the usual ones Use CAD systems with their limitations to have to. In other words, a way should be created which also involves the production of user-specific, very complex spatial Structures in known layer construction method allows without consuming a corresponding 3D-CAD model has to be created and cut.
Dieses technische Problem wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Generieren von Schichtdaten in einem Computersystem zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems gelöst, bei dem eingangs die bisher üblichen CAD Daten des herzustellenden dreidimensionalen Körpers bereitgestellt werden. Es wird außerdem die Schichtstärke der Höhenschnitte festgelegt, die zur Herstellung des dreidimensionalen Körpers mittels des Rapid Prototyping Systems gewünscht ist. Damit steht auch die Anzahl der einzelnen Schnitte durch den herzustellenden Körper fest.This technical problem is solved according to one aspect of the present invention by a method for generating layer data in a computer system for producing three-dimensional bodies with a structured body interior by means of a laminating system, in which initially the usual CAD data of the three-dimensional body to be produced are provided. It also determines the layer thickness of the vertical sections used to make the three-dimensional Body is desired by means of the rapid prototyping system. Thus, the number of individual cuts is determined by the body to be produced.
Erstmals wird nun erfindungsgemäß der anhand der 3D-Daten oder Konturdaten definierte dreidimensionale Körper in eine Vielzahl von dreidimensionale Einheitszellen unterteilt. Die Einheitszellen können dabei irgendeine räumliche Gestalt haben. Bevorzugt wird eine Würfel- oder Quaderform für die Einheitszellen. Der guten Ordnung halber ist anzumerken, dass es grundsätzlich auch möglich ist, den Einheitszellen irgend eine räumliche Gestalt zu verleihen, insbesondere auch als Oktaeder etc. oder als Kugel. Die Gesamtheit der Einheitszellen bildet dann den dreidimensionalen Körper, der in Schichtbautechnologie herzustellen ist. Weiter wird erfindungsgemäß eine Zellstruktur für eine Einheitszelle festgelegt. Die Zellstruktur umfasst dabei mindestens ein längliches Stabelement, dessen Länge durch zwei einzelne Raumpunkte innerhalb einer Einheitszelle definiert ist. Jedem Stabelement wird zudem ein bestimmtes Querschnittsprofil zugewiesen. Diese in ihrer Raumstruktur derart festgelegte Einheitszelle mit einem oder mehreren Stabelementen mit bestimmtem Querschnittsprofil wird dann ein oder mehrmals entsprechend der für die Generierung von Schichtdaten des dreidimensionalen Körpers erforderlichen Anzahl von Schnitten geschnitten. Dadurch liegen nun die Schichtdaten einzeln nach Höhenschnitte dieser einen Einheitszelle vor. Der Umfang der Daten ist dabei eher gering, da normalerweise die Einheitszelle gegenüber dem zu bildenden dreidimensionalen Körper viel kleiner ist.for the first time Now according to the invention based of 3D data or contour data defined three-dimensional body in subdivided a plurality of three-dimensional unit cells. The Unit cells can doing some spatial Have shape. Preferred is a cube or cuboid shape for the unit cells. For the sake of good order, it should be noted that in principle, too possible is to give the unit cells any spatial shape, especially as octahedron etc. or as a ball. The totality of the unit cells then forms the three - dimensional body, the is to produce in layered technology. Further, according to the invention, a cell structure for one Unit cell set. The cell structure comprises at least an oblong Rod element whose length defined by two individual points in space within a unit cell is. Each rod element also has a specific cross-sectional profile assigned. This unit cell so determined in its spatial structure with one or more rod elements with a certain cross-sectional profile is then one or more times according to the for the generation of layer data of the three-dimensional body required number of cuts cut. This is now the layer data individually according to vertical sections of this a unit cell. The amount of data is rather small, since normally the unit cell is opposite to the three-dimensional one to be formed body is much smaller.
In einem weiteren Schritt werden nun die im voranstehenden Schritt erhaltenen Schichtdaten in die anderen Einheitszellen der gleichen Gruppe, wenn mehrere Gruppen von Einheitszellen festgelegt wurden, kopiert. Mit anderen Worten: Allen Einheitszellen, die durch die zur Herstellung des dreidimensionalen Körpers mittels des Schichtbauverfahrens notwendigen Höhenschnitten wie die exemplarisch geschnittene Einheitszelle geschnitten werden, werden die gleichen Schichtdaten dieser geschnittenen Einheitszelle zugeordnet. Dadurch sind nun die Schnittdaten für alle Schnitte zum Herstellen des dreidimensionalen Körpers vorhanden. Falls eine Einheitszelle durch die Schnitte anders geschnitten wird als die exemplarisch geschnittene Einheitszelle, so muss hierfür eine eigene Schnittdatengenerierung durchgeführt werden. Dann können diese Schnittdaten in die Einheitszellen kopiert werden, die entsprechend geschnitten werden.In Another step will now be the step in the previous step layer data obtained in the other unit cells of the same Group if several groups of unit cells have been set, copied. In other words, all the unit cells that come through the for the production of the three-dimensional body by means of the layer construction process necessary vertical sections how to cut the exemplarily cut unit cell, become the same layer data of this cut unit cell assigned. As a result, the cutting data for all cuts for manufacturing are now of the three-dimensional body available. If a unit cell is cut differently by the cuts as the exemplary cut unit cell, it must have its own Cutting data generation performed become. Then can these cutting data are copied into the unit cells corresponding to get cut.
Es können nun die einzelnen Schichtdaten des nunmehr mit einem beliebig strukturierten Körperinhalt versehenen dreidimensionalen Körpers für die Ansteuerung einer Rapid Prototyping Anlage ausgegeben werden. Diese Daten enthalten also die Informationen, die für die Herstellung eines 3D-Körpers in Schichtbautechnologienotwendig sind. Dabei erstrecken sich die gebildeten räumlichen Strukturen üblicherweise über mehrere Schichten. Erstmals ist es auf einfache und mit geringem Aufwand verbundene Weise möglich, größere Körper mit komplizierter Raumstruktur in Schichtbautechnologie zu bauen.It can Now the individual layer data of the now structured with an arbitrary body content provided three-dimensional body for the Control of a rapid prototyping system output. These So data contains the information necessary for making a 3D body in Laminate technologies are needed. In this case, the educated spatial Structures usually over several Layers. For the first time it is easy and with little effort connected way possible, larger body with to build a complicated space structure in layered technology.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die für die Herstellung eines kompliziert strukturierten dreidimensionalen Körpers notwendigen Schichtdaten dadurch zu erzeugen, dass nur eine exemplarische Einheitszelle, die viel kleiner ist als der herzustellende dreidimensionale Körper, geschnitten wird und diese Schnittdaten dann weiteren entsprechend geschnittenen Einheitszellen zugeordnet werden. Der dreidimensionale Körper wird hierzu erfindungsgemäß in eine Vielzahl von Einheitszellen aufgeteilt, die grundsätzlich alle gleich sind. Es ist aber in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch möglich, Gruppen von Einheitszellen zu bilden, die dann erfindungsgemäß erstellt und geschnitten werden. Mit anderen Worten: Die Einheitszelle einer ersten Gruppe von Einheitszellen wird erfindungsgemäß ein oder mehrmals geschnitten und die entsprechenden Schichtdaten dieser Einheitszelle werden dann in die anderen Einheitszellen dieser Gruppe von Einheitszellen kopiert bzw. zugeordnet. Für jede weitere Gruppe von Einheitszellen wird dann wiederum jeweils eine exemplarische Einheitszelle geschnitten und entsprechend deren Schnittdaten in die Einheitszellen der der gleichen Gruppe zugehörigen anderen Einheitszellen zugeordnet bzw. kopiert.Of the present invention is based on the idea that for the production of a complex structured three-dimensional body necessary Generate layered data by using only one exemplary unit cell, which is much smaller than the three-dimensional body to be produced, cut is and cut these cut data then further accordingly Unit cells are assigned. The three-dimensional body becomes For this purpose according to the invention in a Large number of unit cells, basically all are the same. It is however in an exemplary embodiment of the present invention also possible groups of unit cells to form, which then created and cut according to the invention become. In other words, the unit cell of a first group of unit cells is cut according to the invention one or more times and the corresponding layer data of this unit cell then into the other unit cells of this group of unit cells copied or assigned. For each additional group of unit cells will then turn each one an exemplary unit cell cut and according to their Cutting data into the unit cells of the others belonging to the same group Unit cells assigned or copied.
Auf diese Weise ist es ohne großen Aufwand und Rechnerleistung möglich, die Gesamtschichtdaten der einzelnen Schnitte, die zur Herstellung des Körpers in Schichtbautechnologie erforderlich sind, zu generieren. Der Anwender hat dazu eine große Gestaltungsfreiheit in der Raumstruktur, die er dem gesamten Körper oder einzelnen Körperbereichen verleiht.On This way it is without big Effort and computing power possible, the total layer data of the individual sections used for the production of the body in layering technology are required to generate. The user has a great freedom of design in the spatial structure that he gives to the entire body or to individual parts of the body.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Höhe einer Einheitszelle so festgelegt wird, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes zweier benachbarter Schichten bzw. Schnitte ist. Aufgrund dieser Maßnahme wird erreicht, dass diejenigen Einheitszellen, die von der gleichen Art sind, also der gleichen Gruppe zuzuordnen sind, alle in Bezug auf ein Koordinatensystem, das für jede dieser Einheitszellen identisch ist, auf den gleichen Ebenen geschnitten werden. Entsprechend können die Schnittdaten der exemplarisch geschnittenen Einheitszelle in alle anderen Zellen kopiert werden.A another exemplary embodiment of the present invention provides that the height of a unit cell set so is that it is an integer multiple of the distance of two adjacent layers or sections is. Because of this measure will achieved that those unit cells of the same kind are, therefore, to be assigned to the same group, all in relation to one Coordinate system for each of these unit cells is identical, at the same levels get cut. Accordingly, the cutting data of the example cut unit cell into all other cells are copied.
Der guten Ordnung halber ist anzumerken, dass der Schnittvorgang in der exemplarischen Einheitszelle unterschiedlich ausgeführt werden kann, ohne dass dadurch der grundlegende Gedanke der vorliegenden Erfindung verlassen wird. So kann eine tatsächliche Verschneidung einer oder mehrerer Schnittebenen mit der dreidimensional definierten Zellstruktur erfolgen, wodurch dann die für jede Schnittebene in dieser Einheitszelle notwendigen Höhenschnittdaten erhalten werden. Alternativ ist es genauso auch möglich, für jedes definierte Zellstrukturelement zu ermitteln, wie dessen Schnitt mit der Höhenschnittebene tatsächlich aussieht. Dazu kann man errechnen, wie das vom Anwender für das jeweilige Zellstrukturelement vorgegebene Querschnittsprofil in der jeweiligen Höhenschnittebene abgebildet wird. Weitere Erläuterungen hierzu finden sich in der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Letztere alternative Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Rechnerleistung zur Ermittlung der Schnittdaten weitaus geringer ist als bei der ersten Alternative. Entsprechend sind die Schnittdaten der exemplarisch „geschnittenen" Einheitszelle schneller generierbar als bei der Alternative, in der tatsächlich räumliche Verschneidungskurven durch die Durchdringungskurven zweier räumlicher Elemente ermittelt werden.For the sake of good order, it should be noted that the cutting process in the exemplary A can be carried out differently, without departing from the basic idea of the present invention. Thus, an actual intersection of one or more cutting planes with the three-dimensionally defined cell structure can take place, as a result of which the height-cut data necessary for each cutting plane in this unit cell is then obtained. Alternatively, it is equally possible to determine for each defined cell structure element what its section actually looks like with the elevation plane. For this purpose, it is possible to calculate how the cross-sectional profile predetermined by the user for the respective cell structure element is imaged in the respective height-section plane. Further explanations can be found in the following description of the figures. The latter alternative approach has the advantage that the computer power for determining the cutting data is much lower than in the first alternative. Accordingly, the cutting data of the exemplary "cut" unit cell can be generated more quickly than in the alternative, in which spatial intersection curves are actually determined by the penetration curves of two spatial elements.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Querschnittsprofil vom Anwender aus einer Vielzahl von in einer Datenbank abgelegten, vordefinierten Querschnittsprofilen gewählt. Damit ist das Arbeiten mit einer solchen Datenbank vereinfacht und die am meisten gebräuchlichen Querschnittsprofile für die jeweiligen Stabelemente einer Einheitszelle können schnell und zügig zugeordnet werden. Alternativ ist es in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass das Querschnittsprofil für jedes Stabelement in der Einheitszelle vom Anwender definiert wird. Dazu lassen sich beispielsweise übliche CAD-Routinen verwenden. So ist es dann ohne weiteres sowohl in der ersten als auch in der zweiten Alternative möglich, beliebige Querschnittsprofile verschiedenen Stabelementen einer Einheitszelle zuzuordnen. Derartige Querschnittsprofile können geschlossene Profile, Hohlprofile oder auch offene Profile sein. Die grundsätzliche Form kann e ckig, rund, oval oder andersförmig sein. Dem Anwender sind hierbei keinerlei Grenzen gesetzt. Dadurch dass der Anwender nur in einer einzigen exemplarischen Einheitszelle einer Gruppe von Einheitszellen die Anzahl, die Form und die Länge der Stabelemente festlegt, und nur diese Einheitszelle geschnitten wird, um die Gesamtschnittdaten des gesamten Körpers zu erhalten, ist der damit verbundene Rechenaufwand mit üblichen Recheneinheiten zu bewältigen.In another exemplary embodiment of the present invention Invention, the cross-sectional profile of the user from a variety of predefined cross-sectional profiles stored in a database selected. Thus, working with such a database is simplified and the most common Cross-sectional profiles for the respective bar elements of a unit cell can be fast and allocated quickly become. Alternatively, it is another exemplary embodiment the present invention also possible that the cross-sectional profile for each Rod element in the unit cell is defined by the user. To can be for example usual Use CAD routines. So it's easy in both the first as well as in the second alternative possible, any cross-sectional profiles Assign different bar elements of a unit cell. such Cross-sectional profiles can be closed profiles, hollow profiles or open profiles. The fundamental Shape can be eckig, round, oval or different shape. The user is There are no limits. Because the user only in a single exemplary unit cell of a group of unit cells the number, shape and length of the Rod members and only this unit cell is cut, to get the total cut data of the whole body is the associated computational effort with conventional computing units deal with.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Querschnittsprofile nicht über ein Stabwerk, das Punkte und Verbindungslinien umfasst, sondern ohne Stabwerk über vorab definierte Querschnittsprofile festgelegt, die dann allen Einheitszellen der gleichen Gruppe von Einheitszellen zugeordnet werden. Derartige Querschnittsprofile können dann auch Kreise, Kreisabschnitte, Radien, Ellipsenstücke, Parabelstücke oder irgendwelche frei gezeichneten Linienzüge enthalten.In Another exemplary embodiment is the cross-sectional profiles no over a framework that includes points and connecting lines, but without framework over predefined cross-sectional profiles set, then all Unit cells assigned to the same group of unit cells become. Such cross-sectional profiles can then also circles, circular sections, Radii, elliptical pieces, parabola pieces or contain any freely drawn polylines.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Querschnittsprofile über vorab definierte Regeln derart festgelegt, dass sich explizit Kontaktpunkte zwischen verschieden definierten Strukturen bilden, um diese unterschiedlichen Strukturen kraftübertragend miteinander zu verbinden.In another exemplary embodiment of the present invention Invention are the cross-sectional profiles on pre-defined rules set so that explicitly contact points between different Defined structures make up these different structures force-transmitting to connect with each other.
Eine besonders einfache und schnelle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform dann gegeben, wenn alle Einheitszellen, in die der Körper aufgeteilt ist, identisch sind. Damit ist gemeint, dass sowohl die Form als auch die Abmessungen der Einheitszellen für den ganzen herzustellenden dreidimensionalen Körper identisch aufgebaut sind. Somit muss nur die Zellstruktur einer einzigen Einheitszelle vom Anwender festgelegt werden und die weiteren Schritte können schnell und ohne größeren Rechenaufwand durchgeführt werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird also eine einzige Einheitszelle vom Anwender mit mehreren, in irgendeiner räumlichen Lage angeordneten Stabelementen ausgebildet, die beispielsweise ein Querschnittsprofil in Form einer Kreisscheibe haben. Dann wird diese exemplarisch erstellte Einheitszelle in den erforderlichen Abständen, die von den notwendigen Höhenschnitten zur Herstellung des dreidimensionalen Körpers festgelegt sind, geschnitten. Diese Schichtdaten für die einzelnen Schichten der einen Einheitszelle werden dann in die anderen Einheitszellen kopiert.A particularly simple and fast implementation of the method according to the invention is given in an advantageous further embodiment then, if all unit cells into which the body is divided are identical are. By this is meant that both the shape and the dimensions the unit cells for are constructed identically throughout the three-dimensional body to be produced. Thus, only the cell structure of a single unit cell of Users can be set and the next steps can be fast and without much computational effort carried out become. In this exemplary embodiment, therefore, a single Unit cell from the user with several, in any spatial Location arranged rod elements formed, for example have a cross-sectional profile in the form of a circular disk. Then it will be this exemplarily created unit cell in the required intervals, those of the necessary vertical sections are cut for producing the three-dimensional body. This shift data for The individual layers of a unit cell are then placed in the copied to other unit cells.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der herzustellende dreidimensionale Körper in mehrere Gruppen von Einheitszellen unterteilt wird. Damit können verschiedene Bereiche des herzustellenden dreidimensionalen Körpers mit unterschiedlichen Zellstrukturen ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art ist entsprechend wie folgt abzuwandeln. Im Schritt c) erfolgt das Aufteilen des dreidimensionalen Körpers in eine Vielzahl von dreidimensionalen Einheitszellen einer ersten Gruppe von Einheitszellen und in mindestens eine weitere Vielzahl von dreidimensionalen Einheitszellen einer weiteren Gruppe von Einheitszellen. Daraufhin wird im modifizierten Schritt d) eine Zellstruktur für die Einheitszellen der ersten Gruppe von Einheitszellen festgelegt, wobei die Zellstruktur aus mindestens einem länglichen Stabelement gebildet ist, dessen Länge durch zwei voneinander beabstandete Raumpunkte innerhalb einer Einheitszelle definiert ist und das ein bestimmtes Querschnittsprofil hat. Außerdem wird eine Zellstruktur für die Einheitszellen der mindestens einen weiteren Gruppe von Einheitszellen festgelegt, wobei die Zellstruktur der Einheitszellen der mindest einen weiteren Gruppe optional aus mindestens einem länglichen Stabelement mit bestimmtem Querschnittsprofil gebildet ist, dessen Länge durch zwei voneinander beabstandete Raumpunkte innerhalb der Einheitszelle der mindestens einen weiteren Gruppe von Einheitszellen definiert ist. Auch der Schritt e) wird wie folgt abgewandelt. Es werden diejenigen Einheitszellen, die im Schritt d) mit der jeweils festgelegten Zellstruktur versehen wurden, ein oder mehrmals entsprechend der für die Generierung von Schichtdaten des dreidimensionalen Körpers erforderlichen Anzahl von Höhenschnitten geschnitten. Dann werden im modifizierten Schritt f) die im Verfahrensschritt e) erhaltenen Schichtdaten in die anderen Einheitszellen der zugehörigen Gruppe von Einheitszellen, die entsprechend der im Schritt e) geschnittenen Einheitszelle derselben Gruppe von Einheitszellen von den Höhenschnitten durchschnitten werden, kopiert.In another exemplary embodiment of the present invention, the three-dimensional body to be produced is subdivided into a plurality of groups of unit cells. In this way, different regions of the three-dimensional body to be produced with different cell structures can be formed. The inventive method of the type mentioned above is modified accordingly as follows. In step c), the three-dimensional body is divided into a plurality of three-dimensional unit cells of a first group of unit cells and into at least one further plurality of three-dimensional unit cells of a further group of unit cells. Subsequently, in the modified step d), a cell structure is determined for the unit cells of the first group of unit cells, wherein the cell structure is formed from at least one elongated rod element whose length is defined by two spaced-apart spatial points within a unit cell is defined and that has a certain cross-sectional profile. In addition, a cell structure for the unit cells of the at least one further group of unit cells is determined, wherein the cell structure of the unit cells of the at least one further group is optionally formed from at least one elongate rod element with a certain cross-sectional profile, the length of which by two spaced apart space points within the unit cell of at least another group of unit cells is defined. Step e) is also modified as follows. The unit cells which have been provided with the respectively defined cell structure in step d) are cut one or more times according to the number of height cuts required for the generation of layer data of the three-dimensional body. Then, in the modified step f), the layer data obtained in step e) are copied to the other unit cells of the associated group of unit cells intersected by the height slices according to the unit cell of the same group of unit cells cut in step e).
Herauszustellen ist, dass ein Stabelement im Sinne der vorliegenden Erfindung auch irgendein räumliches Element sein kann, wie beispielsweise eine Kugel. In diesem Fall ist das Querschnittsprofil über die „Länge" des „Stabelementes" nicht konstant. Derartige Raumelemente können beispielsweise über mehrere, in einer Datenbank abgelegte Querschnittsprofile definiert sein.Deliver out is that a rod element according to the present invention also any spatial Element, such as a sphere. In this case is the cross-sectional profile over the "length" of the "rod element" is not constant. such Room elements can for example about defined multiple cross-sectional profiles stored in a database be.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für den Fall, dass die Zellstruktur ein Stabelement enthält, dessen Anfangs- und Endpunkt in der Ebene eines Höhenschnitts des herzustellenden dreidimensionalen Körpers liegen, dieses Stabelement automatisch um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Ebene des Höhenschnitts gekippt. Damit wird erreicht, dass auch ein definierter Schnitt entsteht, der dann im Schichtbauverfahren tat sächlich realisiert wird. Bei einem Objekt, das in einer Ebene liegt, die parallel zu den Höhenschichten verläuft, wäre dieses Objekt in RP-Technologie nicht realisierbar.In another exemplary embodiment of the present invention Invention is for the case that the cell structure contains a rod element whose Start and end point in the plane of a vertical section of the product to be produced three-dimensional body lie, this rod element automatically by a predetermined angle across from the plane of the vertical section tilted. This ensures that also a defined cut arises, which is then actually realized in the layer construction process. at an object lying in a plane parallel to the elevation layers runs, would be this Object not possible in RP technology.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schnittdaten eines Querschnittsprofils eines Stabelementes in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Stabelementes gegenüber der Schnittebene ermittelt werden. Damit ist prinzipiell gemeint, dass die Projektion eines Querschnittsprofils unter Berücksichtung von der Ausrichtung des zugehörigen Stabelements gegenüber der Schnittebene ermittelt wird, so dass auf diese Weise mit einfachen und sehr schnell durchführbaren, bekannten Rechenoperationen die Schnittdaten jedes Zellstrukturelements dieser Einheitszelle in der gewünschten Schnittebene ermittelt werden kann. Das vom Anwender vorgegebene Querschnittsprofil wird also unter Berücksichtung der räumlichen Winkel, die das zugehörige Stabelements gegenüber der Schnittebene einnimmt, projiziert, verdreht und gestreckt.In another exemplary embodiment of the present invention Invention are the cutting data of a cross-sectional profile of a Rod element depending on be determined by the orientation of the rod element relative to the cutting plane. This basically means that the projection of a cross-sectional profile taking into account the orientation of the associated Bar elements opposite the cutting plane is determined, so that in this way with simple and very quickly, known computing operations, the cutting data of each cell structure element this unit cell in the desired Cutting plane can be determined. The user-specified cross-sectional profile is therefore under consideration the spatial Angle, which is the associated Bar elements opposite takes the section plane, projected, twisted and stretched.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Querschnittsprofile von Stabelementen in Einheitszellen einer Gruppe von Einheitszellen mit den Querschnittsprofilen von Stabelementen in Einheitszellen (einer anderen, angrenzenden Gruppe von Einheitszellen) an definierten Verbindungspunkten dieser Einheitszellen verbunden. Damit ist es möglich, unterschiedliche Strukturen aufweisende Einheitszellen, die aneinandergrenzen, definiert miteinander zu verbinden, so dass eine fest miteinander verbundene Zellstruktur im Schichtbauverfahren entsteht, trotz dass unterschiedliche Einheitszellen definiert wurden. Alternativ ist es auch möglich, absichtlich keine Verbindung entstehen zu lassen, womit erreicht werden kann, dass zwei oder mehr gegeneinander bewegliche, aber ineinander greifende Strukturkörper in Schichtbauweise geschaffen werden.In another exemplary embodiment of the present invention Invention cross-sectional profiles of rod elements in unit cells Group of unit cells with cross-sectional profiles of bar elements in unit cells (another, adjacent group of unit cells) connected connection points of these unit cells. This makes it possible different structures having unit cells that are adjacent, Defined to connect with each other, making one stuck together Connected cell structure arises in the layer construction process, despite that different unit cells were defined. Alternatively it is it also possible intentionally not to create a connection, which achieved that can be two or more mutually agile, but interlocking structural bodies be created in layered construction.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht die festgelegte Zellstruktur einem negativen Körpervolumen. Damit ist gemeint, dass alternativ zu den obigen Erläuterungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Anwender die Zellstruktur auch so definieren kann, dass diese in der Schichtbauweise einen Hohlraum erzeugt und alle nicht definierten Räume einer Einheitszelle als fester Körper ausgebildet werden. Normalerweise werden aber die Zellstrukturen dafür erzeugt, dass diese dann den eigentlichen Körper bilden.In another exemplary embodiment of the present invention Invention corresponds to the specified cell structure a negative Body volume. This means that as an alternative to the above explanations a method according to the invention Users can also define the cell structure in such a way that the layered construction creates a cavity and all undefined Spaces of a unit cell as a solid body be formed. Normally, however, the cell structures generated for that that these then form the actual body.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Querschnittsprofile der Einheitszellen mit den Körper- oder Konturdaten des Körpers verschnitten.In another exemplary embodiment of the present invention Invention are the cross-sectional profiles of the unit cells with the body- or contour data of the body blended.
Damit wird erreicht, das der Körper entsprechend den Konturdaten erzeugt wird, allerdings die gewünschte Struktur im Innern aufweist.In order to is achieved, that the body is generated according to the contour data, but the desired structure inside has.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Körperdaten von mehreren Körpern stammen.In another exemplary embodiment of the present invention Invention can the body data of several bodies come.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Körperdaten in unterschiedlich angeordnete und/oder ausgerichtete Einheitszellen aufgeteilt. Im Gegensatz zu nebeneinander liegenden Einheitszellen, die gegenüber einem übergeordneten Koordinatensystem aneinandergereiht angeordnet sind, ist es alternativ auch möglich, Einheitszellen zueinander zu verdrehen oder mit unterschiedlichen Abständen zueinander anzuordnen. Damit können Rotationen und/oder Überlappungen etc. von Einheitszellen für die Herstellung sehr spezieller Raumstrukturen genutzt werden. So könnte man damit auch Gewinde etc. nachbilden.In another exemplary embodiment of the present invention, the body data is divided into differently arranged and / or aligned unit cells. In contrast to adjacent unit cells, which are arranged in juxtaposition to a superordinate coordinate system, it is alternatively also possible to rotate unit cells towards one another or at different distances to arrange each other. Thus, rotations and / or overlaps etc. of unit cells can be used for the production of very specific spatial structures. So you could copy it with thread etc.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden einzelne Gruppen von Einheitszellen so angeordnet, dass bestimmte Muster oder auch Schalen gebildet werden. Derartige Anordnungen lassen sich wiederum für die Realisierung sehr spezieller Raumstrukturen nutzen.In another exemplary embodiment of the present invention Invention, individual groups of unit cells are arranged that certain patterns or shells are formed. such Arrangements can be in turn for the realization very special Use room structures.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die erstellten Zell- bzw. Raumstrukturen an ein externes Rechenprogramm übergeben. Damit ist es möglich, beispielsweise Festigkeitsrechnungen für die erstellten Raumstrukturen durchzuführen In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Zellstrukturen mit vollständig soliden Bereichen kombiniert. Dadurch lassen sich wiederum spezielle Zellstrukturen schaffen.In another exemplary embodiment of the present invention Invention become the created cell or space structures on pass external computation program. This makes it possible, for example Strength calculations for To perform the created spatial structures In another exemplary embodiment In the present invention, the cell structures become completely solid Combined areas. This in turn allows special cell structures create.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Generieren von Schichtdaten in einem Computersystem zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems bereitgestellt, dass anstatt den eingangs genannten Stabelementen für die Bildung von Zell- bzw. Raumstrukturen nur Querschnittsprofile benutzt. Das erfindungsgemäße Verfahren enthält die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen der Körperdaten des herzustellenden dreidimensionalen Körpers,
- b) Festlegen einer Schichtstärke der Höhenschnitte, die zur Herstellung des dreidimensionalen Körpers mittels des Rapid Prototyping Systems gewünscht sind,
- c) Aufteilen des dreidimensionalen Körpers in eine Vielzahl von dreidimensionalen Einheitszellen,
- d) Festlegen einer Zellstruktur für die Einheitszellen, wobei die Zellstruktur aus einer Anzahl von verschiedenen Querschnittsprofilen festgelegt wird, die innerhalb einer Einheitszelle liegen,
- e) Schneiden derjenigen Einheitszelle, die im Schritt d) mit der festgelegten Zellstruktur versehen wurde, ein oder mehrmals entsprechend der für die Generierung von Schichtdaten des dreidimensionalen Körpers erforderlichen Anzahl von Höhenschnitten,
- f) Kopieren der im Verfahrensschritt e) erhaltenen Schichtdaten in die anderen Einheitszellen, die entsprechend der im Schritt e) geschnittenen Einheitszelle von den Höhenschnitten durchschnitten werden.
- g) Ausgeben der einzelnen Höhenschichtdaten des nunmehr mit einem strukturierten Körperinhalt versehenen dreidimensionalen Körpers für die Ansteuerung eines Schichtbausystems.
- a) providing the body data of the three-dimensional body to be produced,
- b) determining a layer thickness of the vertical sections which are desired for the production of the three-dimensional body by means of the rapid prototyping system,
- c) dividing the three-dimensional body into a plurality of three-dimensional unit cells,
- d) determining a cell structure for the unit cells, wherein the cell structure is determined from a number of different cross-sectional profiles that are within a unit cell,
- e) cutting the unit cell provided with the defined cell structure in step d), one or more times according to the number of height sections required for the generation of layer data of the three-dimensional body,
- f) copying the layer data obtained in step e) into the other unit cells which are intersected by the height sections in accordance with the unit cell cut in step e).
- g) outputting the individual height layer data of the three-dimensional body now provided with a structured body content for the control of a laminating system.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturgenerator zum Erstellen von Höhenschichtdaten eines dreidimensionalen Körpers mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems in einem Computersystem geschaffen. Der erfindungsgemäße Strukturgenerator umfasst eine Eingabe- und Anzeigeeinrichtung, eine Recheneinrichtung und eine Ausgabeeinrichtung.According to one more Another aspect of the present invention is a structure generator for creating elevation layer data a three-dimensional body with textured body inside using a laminating system in a computer system. Of the Structure generator according to the invention includes an input and display device, a computing device and an output device.
Die Eingabeeinrichtung erlaubt dem Anwender, die Anzahl von Höhenschnitten oder die Schichtstärke, die zur Herstellung des dreidimensionalen Körpers mittels des Schichtbausystems gewünscht ist, festzulegen. Damit ist es dem Anwender auch ermöglicht, den herzustellenden dreidimensionalen Körper in eine gewünschte Anzahl von dreidimensionalen Einheitszellen aufzuteilen. Der Anwender definiert hiermit eine Zellstruktur für die Einheitszellen definiert, wobei die Zellstruktur aus mindestens einem länglichen Stabelement zu bilden ist, dessen Länge durch zwei voneinander beabstandete Raumpunkte innerhalb einer Einheitszelle definiert ist und das ein bestimmtes Querschnittsprofil hat.The Input device allows the user to specify the number of vertical cuts or the layer thickness, that for the production of the three-dimensional body by means of the layer construction system is desired set. This also allows the user to customize the three-dimensional body in a desired Divide the number of three-dimensional unit cells. The user defines hereby defines a cell structure for the unit cells, wherein the cell structure consists of at least one elongated rod element is whose length by two spaced-apart space points within a unit cell is defined and that has a certain cross-sectional profile.
Die Anzeigeeinrichtung erlaubt das Anzeigen der virtuell erstellten Einheitszellen und der zugehörigen Raumstrukturen.The Display allows the display of the virtual created Unit cells and the associated Space structures.
Die Recheneinrichtung generiert entsprechend den zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren die Generierung von SchnittdatenThe Calculator generates according to the previously explained inventive method the generation of cutting data
Die Ausgabeeinrichtung erlaubt es schließlich, die die einzelnen Höhenschichtdaten des nunmehr mit einem strukturierten Körperinhalt versehenen dreidimensionalen Körpers für die Ansteuerung eines Schichtbausystems auszugeben.The Output device finally allows the individual altitude layer data of the now provided with a structured body content three-dimensional body for the To issue control of a laminating system.
Ganz allgemein wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Generieren von Schichtdaten in einem Computersystem zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems bereitgestellt, bei dem der dreidimensionale Körper in eine Vielzahl von dreidimensionalen Einheitszellen aufgeteilt wird, in einer exemplarischen Einheitszelle eine räumliche Zellstruktur definiert wird, und Schichtdaten der exemplarischen Einheitszelle in die anderen Einheitszellen kopiert werden.All Generally, according to a Another aspect of the present invention is a method of generating of layer data in a computer system for producing three-dimensional Body with textured body heart provided by a laminating system in which the three-dimensional body divided into a plurality of three-dimensional unit cells becomes a spatial unit in an exemplary unit cell Cell structure is defined, and layer data of the exemplary unit cell copied into the other unit cells.
Schließlich wird gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein computerlesbares Medium geschaffen, auf dem sich durch einen Computer ausführbare Anweisungen befinden, die bewirken, dass das Computersystem eines der erfindungsgemäßen Verfahren zum Generieren von Schichtdaten zur Herstellung dreidimensionaler Körper mit strukturiertem Körperinnerem mittels eines Schichtbausystems ausführt.Finally, in yet another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable medium having computer-executable instructions thereon cause the computer system to carry out one of the inventive methods for generating layer data for producing three-dimensional bodies with a structured body interior by means of a layer construction system.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Im Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und besserem Verständnis mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:in the The following are for further explanation and better understanding several embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings described in more detail. It shows:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGNEDEN ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE EXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION
Die
Bei
der in der
Die
Die
Die
Wie
bereits eingangs dargestellt, stammen die für die Herstellung des Gehäuses
Anhand
der
Die
Wie
in der
Gemäß dem vorliegenden
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es nunmehr möglich,
einer Einheitszelle
Wie
in der
Nach
dem Festlegen der Eckpunkte
Die
Die
In
der
In
der
Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform einer
Einheitszelle
Noch
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Einheitszelle
Eine
weitaus komplexere Struktur einer Einheitszelle
In
der
In
der
Wie
ohne weiteres aus den vorliegenden Erläuterungen ersichtlich ist,
ist es für
einen Anwender in einfacher Weise möglich, Raumstrukturen auch
mit komplexer Ausbildung für
eine Einheitszelle
Anhand
der
In
einem weiteren Programmschritt würde nun
ein Anwender entsprechend den voranstehenden Ausführungen
einer Einheitszelle der ersten Gruppe
In
der
Das
Ergebnis eines solchen Schnitts S ist in der
In
der
Im
weiteren Schritt
Nach
Beendigung des Schritts
In
den
In
der
Derartige
Verbindungen von unterschiedlichen Zellstrukturen benachbarter Einheitszellen
Die
Das
weitere, ebenfalls in der
Das
dritte Stabelement
Claims (20)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102006056165A DE102006056165A1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Layer data generating method for computer system, involves outputting individual vertical layer data of three-dimensional body e.g. camera housing, provided with structured body content for controlling prototyping system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102006056165A DE102006056165A1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Layer data generating method for computer system, involves outputting individual vertical layer data of three-dimensional body e.g. camera housing, provided with structured body content for controlling prototyping system |
Publications (1)
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|---|---|
| DE102006056165A1 true DE102006056165A1 (en) | 2008-05-29 |
Family
ID=39326433
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102006056165A Ceased DE102006056165A1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Layer data generating method for computer system, involves outputting individual vertical layer data of three-dimensional body e.g. camera housing, provided with structured body content for controlling prototyping system |
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| DE (1) | DE102006056165A1 (en) |
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2006
- 2006-11-28 DE DE102006056165A patent/DE102006056165A1/en not_active Ceased
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| R003 | Refusal decision now final | ||
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Effective date: 20141104 |