WO2022100773A2 - Method for applying particulate building material in a 3d printer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for applying particulate building material in a 3D printer, in which particulate building material is discharged onto a building site and smoothed out.
- the uniform smoothing of the particulate building material on a construction site in a 3D printer is to be monitored and irregularities in the smoothing 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 appropriate 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 and metals are used as materials for such 3D printing processes.
- Partial or full-surface application of particulate building material also referred to as particulate material or powdered building material, on a so-called construction field 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 material includes;
- a method and a device for applying fluids and their use are known from DE 10117875 C1.
- the method for applying fluids relates in particular to particulate material which is applied to an area to be coated, the fluid being applied in front of a blade, as viewed in the direction of advancement of the blade is applied to the area to be coated and then the blade is moved over the applied fluid.
- 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 application of the fluid to the area to be coated takes place in excess, so by the constant movement of the blade, which oscillates in the manner of a rotary movement, the excess fluid, seen in the direction of forward movement of the blade, in front of the Blade homogenized in a fluid/particulate roller formed by the advancement of the blade.
- This allows any cavities between individual clumps of particles to be filled and larger clumps of particulate 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 disturbances in the uniform structure of the layers and to a deterioration in the quality of the 3D structure to be produced.
- DE 10 2015 015 353 A1 describes a method and a device for producing three-dimensional components using an excess quantity sensor. know.
- the task to be solved is to provide a method and a device that uses the knowledge of the presence of an overfeed, i.e. an excess amount of powder that is pushed along in front of the coater at the end of the construction area during a coating run, in order to ensure a safe process flow to document or regulate.
- a system and a corresponding method for the additive manufacturing of a three-dimensional (3D) object are known from US 2019/0 193 150 A1.
- a system for additively manufacturing a three-dimensional (3D) object includes a metering device configured to meter powder material to generate a metered volume of powder material deposited on a top surface of a powder bed, a volume adjustment device configured to adjust the measured volume to create an adjusted measured volume with a controlled height, a distribution device configured to distribute the adjusted measured volume with the controlled height to create a smooth layer of powder material over the top surface of the powder bed form, a printing device configured to apply a fluid to at least a portion of the slick layer, wherein the fluid causes the slick layer to bond in the at least one portion; and a controller configured to drive the metering device, the volume adjustment device, the dispensing device, and the printing device to create successive smooth layers with the applied fluid to create the 3D object.
- a system, a method and a device for supplying powder to a powder bed during an additive manufacturing process are known from US 2019/0 060 998 A1.
- a recoating apparatus includes a powder hopper and a powder distribution system for delivering powder from the powder hopper to the powder bed.
- the recoating apparatus further comprises at least two grinding strips, with at least one outlet of the powder distribution system being arranged between the two grinding strips to shield the outlet of the powder distribution system.
- the object of the invention is to provide a method for applying particulate building material in a 3D printer, with which the particulate building material is applied more evenly, the application of the particulate building material being both the discharge of the particulate building material onto the surface of a building site and the smoothing of the discharged particulate building material on the construction site.
- the method is intended to improve both uniformity in height of the applied layer of particulate build material and uniformity in density within the layer of applied particulate build material. In this way, a better quality of the applied layer of particulate building material is generally achieved.
- the discharged particulate building material is optically monitored by means of an image recording device in a work step of smoothing the particulate building material in an area where the particulate building material has accumulated.
- This optical Monitoring preferably takes place in an area in front of a means for smoothing the particulate building material.
- Such a means for smoothing the particulate building material can be, for example, a scraper blade, an oscillating 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 site and horizontally across the construction site. During this horizontal movement across the construction site, an accumulation of the excessively discharged particulate construction material occurs in a so-called accumulation in front of the respective means. This accumulation occurs, viewed in the direction of movement of the means above the construction area, in front of the corresponding means.
- the particulate building material is applied in an even layer, which has a predetermined height or layer thickness at all points.
- Such a height or layer thickness of the particulate building material can have a value which is between 0.5 times and 6 times the mean particle diameter of the particulate building material.
- 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 particles of a substance or a mixture of substances, each particle having a three-dimensional extension having. Since these particles can predominantly be understood as round, oval or 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 accumulation of the excessively discharged particulate building material occurring in front of the respective means for smoothing can vary, for example, in its height and quantity.
- the pressure on underlying layers also changes, which may also contain particulate building material or which already have selectively compacted areas for forming the 3D structure. This changing pressure on the underlying layer or layers can result in one or more underlying layers being affected.
- the density of the particulate building material of the underlying layers can change, which can lead to a sinking of the particulate building material, at least in places.
- a sinking of the particulate building material at least in places.
- Such a local sinking or different heights in the currently applied layer of particulate building material leads to deviations or inaccuracies in the generation of the 3D structure, which negatively affect the quality of the 3D structure to be generated and should be prevented.
- the discharged particulate building material is optically monitored in a work step of smoothing the particulate building material in such a way that the accumulation of the particulate building material is recorded from at least one direction or perspective, for example by means of one or more cameras.
- an image of the accumulation is generated by an image recording device or a suitable means for optically monitoring the discharged particulate building material in a work step of smoothing the particulate building material, with a such a means is, 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 sub-area of the accumulation is generated.
- Such an image of the cluster can show, for example, a side view or a front view of the cluster.
- a perspective view or perspective view of the 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.
- the resolution and recording rate of the image recording device used or the camera used must be correspondingly high in order to generate a sufficiently precise image of the accumulation at any speed at which, for example, a smoothing device moves over the construction area.
- Sufficiently precise is understood to mean an image of the cluster that can be further processed according to the present method, ie is suitable, for example, for an image comparison or a determination of dimensions of the cluster, such as a height and/or a width of the cluster.
- 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 accumulation in front of the smoothing agent.
- geometric dimensions of the accumulation of the particulate building material are determined, for example on the basis of the images of the accumulation generated during the optical monitoring, such as individual images or a video from one or more views of the accumulation.
- the basic dimensions of the cluster include dimensions such as a length, a width or a height of the cluster, in particular in a side view of the cluster.
- radii or angles of the accumulation can be determined, which, for example, describe the rising outer contours of the accumulation.
- dimensions along the accumulation ie in its longitudinal extent
- heights of the accumulation can be determined at different points along the length of the accumulation. For example, this can be a current height at a specific location.
- a maximum and/or minimum height of the accumulation can be determined.
- an average height can also be determined.
- the height of the accumulation is different in its longitudinal extension and changes dynamically. It is intended to subdivide the longitudinal extension of the accumulation into partial areas or sections and to determine a maximum and/or a minimum height and/or an average height of the accumulation within these partial areas. In this case, all sub-areas in their sum or their juxtaposition form the entire length of the accumulation in its longitudinal extent.
- substrate application parameter which is referred to below as the application parameter
- an application parameter that determines the amount of particulate building 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 application parameters of the quantity of particulate building material to be discharged per unit of time or per area are influenced by controlling a different number of so-called porous gas outlet means in the fluidizer by means of a pressurized gas or be acted upon. Another way to influence these application 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.
- the particulate build material is in flow during the step of smoothing the particulate build material prior to the means for smoothing the particulate build material.
- the basic dimensions of the accumulation and/or the outer contour of the accumulation change constantly. 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, such as a height of the accumulation provides information about the range of the height change, ie a minimum and a maximum of the dimension of the height.
- a change in altitude can be analyzed over time.
- values about such changes in height determined in test runs 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, given certain changes in height or frequencies of such changes in height, to influence application parameters in such a way that the change in height becomes smaller or the frequency of the changes in height changed so as to improve the quality of the current layer of particulate build material to be applied.
- an angle or setting angle of the means for smoothing or the blade can be mentioned as a changeable application parameter.
- 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 at a specific or variable frequency. It is provided, for example, to counteract the temporal change in height of the accumulation by means of a temporal change in the discharge quantity of the particulate building material and to at least reduce or eliminate the temporal change in height.
- 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 both for the entire accumulation and for its sub-areas if the optical monitoring is already carried out separately in these sub-areas.
- dynamics of the accumulation can be further analyzed when using correspondingly fast sensors for optical monitoring of the discharged particulate building material or for image acquisition.
- the accumulation of particulate matter can behave like a water wave. As with a water wave, there can be an increase in the height of the accumulation. Such a mountain of water can become unstable, and this process of overcoming the surface tension at the crest of the wave leads to the so-called breaking of the wave. This process of breaking the wave is transferable to the accumulation. If the wave of the accumulation breaks in this way, particulate material is thrown out of the accumulation or the wave crest. Since there- If the quality of the applied layer of particulate building material or an underlying layer deteriorates, it is important to recognize this breaking process in good time and to prevent it. To prevent this, application parameters such as the angle of attack of the smoothing agent or the amount of particulate building material discharged per unit of time can be changed or reduced.
- Fig. 3 an arrangement for discharging the particulate building material and a means for smoothing the particulate building material over a construction field
- Fig. 4 an exemplary arrangement for discharging the particulate
- FIG. 1 shows a virtual representation of a side view of an accumulation 5 of the particulate building material 3 on a building site 1 in a 3D printer.
- a means for smoothing 2 the discharged particulate building material 3 is shown above a construction field 1 of a 3D printer, which is only partially shown. A discharge of the particulate building material 3 is not shown in FIG. 1 .
- This means 2 for smoothing the discharged particulate building material 3 is shown as a blade, for example, and is moved across the building field 1 in the direction of movement shown by the arrow 4 .
- An accumulation 5 of the particulate building material 3 forms in front of the means 2 for smoothing the discharged particulate building material 3 .
- This area of the accumulation 5 is shown in FIG. 1 surrounded by a dash-dash line.
- a means 7 for optically monitoring the accumulation 5 or an image recording device 7 is shown in FIG. 1 as an example.
- Such a means 7 for optically monitoring the accumulation 5 can be, for example, a camera 7 which is arranged and aligned with its recording area 8 in such a way that this camera 7 generates a side view of the accumulation 5 .
- Such a side view of the cluster 5 is shown in FIG.
- an image recording device 7 or the means 7 can be arranged and aligned in such a way that it generates a front view of the accumulation 5 .
- a frontal view of the cluster 5 can be generated with the position and orientation of the means 7 shown in FIG.
- the means 7 can be arranged and oriented in such a way that it creates a perspective view along the cluster 5 partially or completely. Both when generating the front view of the cluster 5 and when generating the perspective view along the cluster 5, a plurality of means 7 can be arranged, the partial images of which are combined to form an overall representation. The sub-images can be combined in this way, for example, using suitable software from the prior art.
- One or more recordings of the image recording device 7 such as images or videos are analyzed using suitable image analysis software in such a way that the dimensions of the accumulation 5 are determined.
- These dimensions of the accumulation 5 include, for example, the width 9, a length 10 and a height 11.
- the length 10 of the accumulation which is not shown in FIG. 1, extends, so to speak, into the depth of the illustration in FIG.
- These dimensions of the accumulation 5 also include an angle 12 and a radius 13.
- the angle 12 is, for example, the angle that results between the surface of the building field 1 and the inclination of the means 2 for smoothing the particulate building material 3, as shown in Fig 1 shown. This angle 12 also corresponds to a so-called angle of attack of the means 4.
- the radius 13 forms, for example, on the front side of the accumulation 5, viewed in the direction of movement 4 shown in Fig. 1.
- the present method for applying particulate building material 3 in a 3D printer it is provided that at least one dimension 9,10,11, 12,13 of the accumulation 5 is determined. Provision is also made for this specific dimension 9, 10, 11, 12, 13 of the accumulation 5 to be compared with a predetermined value or a reference value.
- a predetermined value or a reference value Such predetermined values for the dimensions 9,10,11, 12,13 can be empirical values. These specified values can also be determined experimentally in test series and correspondingly stored for the present method. In any case, a dependency of the quality to be achieved when applying a layer of the particulate building material 3 as a function of these dimensions 9,10,11,12,13 is known.
- the quality of the layer to be applied can be reduced by the increasing pressure on the underlying layers caused by the accumulation 5 .
- An impermissibly high pressure leads, for example, to sagging of individual areas in one or more layers of the applied particulate building material 3.
- the impermissibly high pressure can affect the density of partial areas of one or more underlying layers.
- areas that are already solidified and are intended to form the 3D structure can also be affected. Such an influence leads to deviations in the dimensional accuracy of the 3D structure to be produced, for example due to a compression or displacement of such an already solidified area.
- the present method changes at least one application parameter in such a way that the dimension returns to the specified value.
- two or more specific dimensions can also be compared with their associated predefined stored values or reference values.
- two or more application parameters can also be changed in such a way that the deviation is reduced or eliminated.
- FIG. 2 shows the accumulation 5 consisting of particulate building material 3 over the building site 1 in a perspective view.
- the accumulation 5 is shown in front of the means 2 for smoothing, viewed in the direction of movement 4 of the means 2 shown by means of an arrow.
- Such a perspective representation can be generated, for example, by means of a means 7 (not shown in FIG. 2) or an image recording device 7 for optical monitoring, such as a camera 7, for example.
- the dimensions of the accumulation 5 such as a width 9 and/or a length 10 and/or a height 11 are determined from such an image of the accumulation 5 generated by the camera 7 . Furthermore, an angle 12 and a radius 13 can also be determined.
- FIG. 3 shows an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 and a means 2 for smoothing the particulate building material 3 over a building site 1 .
- Such an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 can, for example, be what is known as a discharger, which is sometimes also referred to as an applicator, while the means 2 shown for smoothing the particulate building material 3 is, for example, a blade.
- the discharger 14 has a storage container in which the particulate building material 3 to be discharged is stored.
- An outlet 15 for discharging the particulate building material 3 can be arranged at the lower end of the discharger 14 .
- the discharger 14 has a corresponding closure means, which is not shown in FIG. 3 .
- This closure means is designed in such a way that it can open and close an opening in the lower area of the discharger 14 .
- the closure means is opened. The particulate building material 3 is discharged and reaches the surface of the construction field 1 in the form of discharge 16.
- the amount of particulate building material 3 to be discharged is influenced and controlled by changing an application parameter.
- an application parameter can change the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time, while another application parameter changes the amount of particulate building material to be discharged per area.
- the particulate construction material 3 is discharged onto the surface of the construction area 1 very evenly and therefore with high quality .
- the dimensions of the height 11 and the dimensions of the width 9 are determined using suitable image processing software. Both of these determined dimensions are related to the amount of particulate building material 3 in cluster 5. It is generally accepted that an increase in the values for height 11 and width 9 corresponds to an increase in the amount of particulate building material 3 in cluster 5 point out If a comparison of the currently determined dimensions of the accumulation 5, ie the values for the height 11 and the width 9, determines that these deviate from the associated predetermined values or reference values, then the application parameters are changed. These application parameters are, for example, the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time and the speed of the working means of the 3D printer in the direction of movement 4.
- the working means are the discharger 14 and the means 2 for smoothing, i.e. a blade, for example.
- the speed in the direction of movement 4 can be increased, for example, until the dimensions again correspond to the specified values, with usually a tolerance range is defined.
- the size of the gap 18 can be reduced so that less particulate building material 3 is discharged.
- the blade 2 is arranged in FIG. 3 at an angle or setting angle which corresponds to the angle 12 .
- Another application parameter that can be influenced according to the method is the angle or setting angle of the blade 2.
- the shape of the blade 2 can also be changed, which is not shown in FIG. In this case, the means 2 for smoothing would have several different blades 2, which can be moved automatically.
- the process-related changes in the described application parameters for applying the particulate building material 3 can also take place differently in some areas.
- 4 shows an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 in a 3D printer, which can be moved horizontally over the building field 1 in the direction shown by the arrow 4 .
- the means 2 required for this is not shown in FIG.
- the arrangement 14, which is referred to below for short as the discharger 14, has a funnel-shaped storage container 17 for storing the particulate building material 3.
- This funnel-shaped reservoir 17 is designed to be longitudinal, with its length being a multiple of its width.
- the reservoir 17 has an opening or an outlet 15 .
- two blocking means 18 are arranged, through which the outlet 15 is formed.
- a ventilation gap 19 is formed by the left blocking means 18 on its upper side.
- Such an arrangement of the blocking means 18 prevents particulate building material 3 from getting onto the building site 1 unintentionally, since a blocking cone from the particulate building material 3 closing the path is formed at the outlet 15 .
- the particulate building material 3 to the building site 1 is achieved in that the particulate building material 3 is fluidized in the area of the outlet 15 .
- at least one porous gas outlet means 20 is provided in this area.
- Two porous gas outlet means 20 are arranged on the side walls of the storage container 17 in FIG. 4 .
- These two porous gas outlet means 20 each have a gas connection 21 which is connected to an external unit, not shown, which generates a gas whose gas pressure can be controlled.
- Each porous gas outlet means 20 has a gas-permeable porous material on its side facing the particulate building material 3 .
- the gas whose gas pressure can be controlled by the external unit exits the porous gas outlet means 20 through the gas-permeable porous material in the direction of the particulate building material 3 in a uniformly distributed manner and flows through the particulate building material 3.
- This outflowing gas is shown in FIG. 4 by means of several small arrows shown at the porous gas exit means 20.
- the particulate building material 3 is fluidized by this escaping gas, as a result of which the particulate building material 2 is discharged via the outlet 15 , forming the discharge 16 , and reaches the construction site 1 .
- porous gas outlet means 20 Only one porous gas outlet means 20 is required to fluidize the particulate building material 3 . However, if the gas flows into the particulate building material 3 from two sides via two porous gas outlet means 20, the effect of fluidizing the particulate building material 3 is improved and a larger amount of the particulate building material 3 is discharged.
- the pressure of the gas fed into the porous gas discharge means 20 is varied.
- the fluidization of the particulate building material 3 can be increased or improved by means of a higher gas pressure, as a result of which more fluidized particulate building material 3 can exit through the outlet 15 and the size of the accumulation 5 (not shown) increases.
- the fluidization of the particulate building material 3 can be reduced or worsened by means of a lower gas pressure, as a result of which less particulate building material 3 is discharged.
- a dimension of the accumulation 5 can thus be controlled by controlling the gas pressure or the number of porous gas outlet means 20 used by the present method.
- the application parameter according to the method can be the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time or the application parameter according to the method can be the amount of the particulate building material 3 to be discharged per area can be controlled or regulated by the number of porous gas outlet means 20 used.
- Another possibility for controlling or regulating these application parameters is the gas pressure used for the porous gas outlet means 20 .
- 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 3 released can also be changed over time.
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Abstract
Description
Verfahren zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker Process for applying particulate building material in a 3D printer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker, bei welchem partikelförmiges Baumaterial auf ein Baufeld ausgetragen und geglättet wird. The invention relates to a method for applying particulate building material in a 3D printer, in which particulate building material is discharged onto a building site and smoothed out.
Insbesondere soll das gleichmäßige Glätten des partikelförmigen Baumaterials auf einem Baufeld in einem 3D-Drucker überwacht und Unregelmäßigkeiten beim Glätten des aus einem Aufträger ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials erkannt werden. Für den Fall, dass derartige Unregelmäßigkeiten erkannt werden, so werden diese mittels geeigneter Maßnahmen automatisch verringert oder beseitigt. Hierfür werden entsprechende Parameter für das Austragen des partikelförmigen Baumaterials beeinflusst. In particular, the uniform smoothing of the particulate building material on a construction site in a 3D printer is to be monitored and irregularities in the smoothing 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 appropriate measures. For this purpose, corresponding parameters for the discharge of the particulate building material are influenced.
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 dreidimensionale Bauteile oder Werkstücke schichtweise aufgebaut hergestellt. It is known to use so-called 3D printing or a so-called 3D printing process to produce individual or serial components, workpieces or molds. In such printing processes, three-dimensional components or workpieces are produced in layers.
Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen 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. 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).
Beim Druck der 3D-Strukturen bzw. 3D-Bauteilen finden physikalische oder chemische Härtungsprozesse oder ein Schmelzprozess in einem partikelförmigen Baumaterial, welches auch als Formstoff bezeichnet wird, statt. Als Werkstoffe für derartige 3D-Druckverfahren werden Baumaterialien bzw. Formstoffe wie Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle eingesetzt. When printing the 3D structures or 3D components, physical or chemical hardening processes or a melting process take place in a particulate building material, which is also referred to as molding material. Building materials or molding materials such as plastics, synthetic resins, ceramics and metals are used as materials for such 3D printing processes.
Bei der Umsetzung von 3D-Druckverfahren sind verschiedene Fertigungsverfahrensabläufe bekannt. Mehrere dieser Verfahrensabläufe umfassen jedoch die nachfolgend beispielhaft dargestellten Verfahrensschritte: Various manufacturing process sequences are known for the implementation of 3D printing processes. However, several of these procedural sequences include the procedural steps shown below by way of example:
• Teil- oder vollflächiges Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial, auch als Partikelmaterial oder pulverförmiges Aufbaumaterial bezeichnet, auf ein sogenanntes Baufeld, um eine Schicht aus nichtverfestigtem Partikelmaterial zu bilden, wobei das Teil- oder vollflächige Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial das Austragen und das Glätten des partikelförmigen Baumaterial umfasst; • Partial or full-surface application of particulate building material, also referred to as particulate material or powdered building material, on a so-called construction field 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 material includes;
• Selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen, beispielsweise durch ein selektives Verdichten, Aufdrucken oder Aufbringen von Behandlungsmittel, wie beispielsweise einem Bindemittel oder Einsatz von Laser; • Selective solidification of the applied layer of non-solidified particulate building material in predetermined partial areas, for example by selective compacting, printing or application of treatment agent, such as a binder or use of a 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 jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke abzusenken oder die 3D- Druckvorrichtung jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke gegenüber dem Baufeld anzuheben, bevor eine neue Schicht teil- oder vollflächig aufgetragen wird; • Repetition of the previous process steps in a further layer level to build up the component or workpiece layer by layer. For this purpose, the component or workpiece, which is built up or printed on in layers on the construction area, is lowered with the construction area by one layer level or layer thickness or the 3D printing device is raised by one layer level or layer thickness compared to the construction area before a new one layer is applied over part or all of the surface;
• Nachfolgendes Entfernen von losem, nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial, welches das gefertigte Bauteil oder Werkstück umgibt. • Subsequent removal of loose, unconsolidated particulate build material surrounding the manufactured component or workpiece.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Erzeugen einer 3D- Struktur bzw. zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial auf ein Baufeld zur Erzeugung einer 3D-Struktur bekannt. Various methods for generating a 3D structure or for applying particulate construction material to a construction site to generate a 3D structure are known from the prior art.
Aus der DE 10117875 C1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufträgen von Fluiden sowie deren Verwendung bekannt. A method and a device for applying fluids and their use are known from DE 10117875 C1.
Das Verfahren zum Aufträgen von Fluiden bezieht sich insbesondere auf Partikelmaterial, 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. The method for applying fluids relates in particular to particulate material which is applied to an area to be coated, the fluid being applied in front of a blade, as viewed in the direction of advancement of the blade is applied to the area to be coated and then the blade is moved over the applied fluid.
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.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.
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. 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. As a result, not only can particle material with a strong tendency to agglomerate be applied as evenly and smoothly as possible, but it is also possible to influence the compression of the fluid by the vibration.
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 zwischen einzelnen Partikelklumpen gefüllt werden und größere Klumpen Partikelmaterial werden durch die Walzen beweg ung aufgebrochen. In a preferred embodiment, it is provided that the application of the fluid to the area to be coated takes place in excess, so by the constant movement of the blade, which oscillates in the manner of a rotary movement, the excess fluid, seen in the direction of forward movement of the blade, in front of the Blade homogenized in a fluid/particulate roller formed by the advancement of the blade. This allows any cavities between individual clumps of particles to be filled and larger clumps of particulate material are broken up by the roller movement.
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 Störungen im gleichmäßigen Aufbau der Schichten und zu einer Verschlechterung der Qualität der zu erzeugenden 3D-Struktur. 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 disturbances in the uniform structure of the layers and to a deterioration in the quality of the 3D structure to be produced.
Aus der DE 10 2015 015 353 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mittels Überschussmengensensor be- kannt. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die das Wissen um ein Vorhandensein eines Overfeeds, also einer Überschussmenge an Pulver, die bei einer Beschichtungsfahrt am Ende des Baufeldes vor dem Beschichter hergeschoben wird, nutzt, um einen sicheren Prozessablauf zu dokumentieren beziehungsweise zu regeln. DE 10 2015 015 353 A1 describes a method and a device for producing three-dimensional components using an excess quantity sensor. know. The task to be solved is to provide a method and a device that uses the knowledge of the presence of an overfeed, i.e. an excess amount of powder that is pushed along in front of the coater at the end of the construction area during a coating run, in order to ensure a safe process flow to document or regulate.
Aus der US 2019 / 0 193 150 A1 sind ein System und ein entsprechendes Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen (3D) Objekts bekannt. Ein System zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen (3D) Objekts umfasst eine Dosiervorrichtung, die konfiguriert ist, um Pulvermaterial zu dosieren, um ein dosiertes Volumen des Pulvermaterials zu erzeugen, das auf einer oberen Oberfläche eines Pulverbetts abgeschieden wird, eine Volumeneinstellvorrichtung, die konfiguriert ist, um das abgemessene Volumen einzustellen, um ein angepasstes abgemessenes Volumen mit einer kontrollierten Höhe zu erzeugen, eine Verteilungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um das eingestellte abgemessene Volumen mit der kontrollierten Höhe zu verteilen, um eine glatte Schicht des Pulvermaterials über die obere Oberfläche des Pulverbetts zu bilden, eine Druckvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Fluid auf mindestens einen Bereich der glatten Schicht aufzutragen, wobei das Fluid bewirkt, dass sich die glatte Schicht in dem mindestens einen Bereich bindet; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um die Dosiervorrichtung, die Volumeneinstellvorrichtung, die Verteilungsvorrichtung und die Druckvorrichtung anzutreiben, um aufeinanderfolgende glatte Schichten mit dem aufgebrachten Fluid zu erzeugen, um das 3D-Objekt zu erzeugen. A system and a corresponding method for the additive manufacturing of a three-dimensional (3D) object are known from US 2019/0 193 150 A1. A system for additively manufacturing a three-dimensional (3D) object includes a metering device configured to meter powder material to generate a metered volume of powder material deposited on a top surface of a powder bed, a volume adjustment device configured to adjust the measured volume to create an adjusted measured volume with a controlled height, a distribution device configured to distribute the adjusted measured volume with the controlled height to create a smooth layer of powder material over the top surface of the powder bed form, a printing device configured to apply a fluid to at least a portion of the slick layer, wherein the fluid causes the slick layer to bond in the at least one portion; and a controller configured to drive the metering device, the volume adjustment device, the dispensing device, and the printing device to create successive smooth layers with the applied fluid to create the 3D object.
Aus der US 2019 / 0 060 998 A1 sind ein System, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuführen von Pulver zu einem Pulverbett während eines additiven Herstellungsprozesses bekannt. Eine Wiederbeschichtungsvorrichtung umfasst einen Pulverbehälter und ein Pulververteilungssystem zum Fördern von Pulver aus dem Pulverbehälter zum Pulverbett. Die Wiederbeschichtungsvorrichtung umfasst ferner mindestens zwei Schleifstreifen, wobei mindestens ein Ausgang des Pulververteilungssystems zwischen den zwei Schleifstreifen angeordnet ist, um den Ausgang des Pulververteilungssystems abzuschirmen. Diese Lösungen aus dem Stand der Technik sind teilweise nicht geeignet, eine kontinuierliche Überwachung zu gewährleisten, benötigen speziell Ausführungen eines Mittels zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial oder erreichen nur eine unzureichende Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials. A system, a method and a device for supplying powder to a powder bed during an additive manufacturing process are known from US 2019/0 060 998 A1. A recoating apparatus includes a powder hopper and a powder distribution system for delivering powder from the powder hopper to the powder bed. The recoating apparatus further comprises at least two grinding strips, with at least one outlet of the powder distribution system being arranged between the two grinding strips to shield the outlet of the powder distribution system. Some of these solutions from the prior art are not suitable for ensuring continuous monitoring, require special versions of a means for applying particulate building material, or only achieve an insufficient quality of the applied layer of particulate building material.
Somit besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung des bekannten Stands der Technik und somit an einem verbesserten Verfahren zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker. Thus, there is a need for an improvement in the known art and thus for an improved method for depositing particulate build material in a 3D printer.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial in einem 3D-Drucker anzugeben, womit das partikelförmige Baumaterial gleichmäßiger aufgetragen wird, wobei das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials sowohl das Austragen des partikelförmigen Baumaterials auf die Oberfläche eines Baufelds als auch das Glätten des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials auf dem Baufeld umfasst. The object of the invention is to provide a method for applying particulate building material in a 3D printer, with which the particulate building material is applied more evenly, the application of the particulate building material being both the discharge of the particulate building material onto the surface of a building site and the smoothing of the discharged particulate building material on the construction site.
Das Verfahren soll sowohl eine Gleichmäßigkeit bezüglich der Höhe der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials als auch die Gleichmäßigkeit der Dichte innerhalb der Schicht des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials verbessern. Derart wird allgemein eine bessere Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials erreicht. The method is intended to improve both uniformity in height of the applied layer of particulate build material and uniformity in density within the layer of applied particulate build material. In this way, a better quality of the applied layer of particulate building material is generally achieved.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. 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.
Vorgesehen ist der Einsatz eines optischen Regelsystems bei einem Aufträgen einer Schicht des partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker gemäß dem vorliegenden Verfahren. The use of an optical control system when applying a layer of the particulate building material in a 3D printer according to the present method is provided.
Hierfür ist es vorgesehen, dass eine optische Überwachung des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung in einem Arbeitsschritt eines Glättens des partikelförmigen Baumaterials in einem Bereich einer Ansammlung des partikelförmigen Baumaterials erfolgt. Diese optische Über- wachung erfolgt vorzugsweise in einem Bereich vor einem Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials. For this purpose, it is provided that the discharged particulate building material is optically monitored by means of an image recording device in a work step of smoothing the particulate building material in an area where the particulate building material has accumulated. This optical Monitoring preferably takes place in an area in front of a means for smoothing the particulate building material.
Ein derartiges Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials kann beispielsweise eine Abziehklinge, eine Schwingklinge, ein Messer, ein Rakel oder vergleichbare Mittel eines 3D-Druckers sein, mittels welcher das ausgetragene partikelförmige Baumaterial geglättet wird. Such a means for smoothing the particulate building material can be, for example, a scraper blade, an oscillating blade, a knife, a squeegee or comparable means of a 3D printer, by means of which the discharged particulate building material is smoothed.
Diese oder die mit diesen Mitteln vergleichbaren Mittel haben die Aufgabe, das auf das Baufeld ausgetragene beziehungsweise ausgeschüttete partikelförmige Baumaterial in einer gleichmäßigen Stärke beziehungsweise Dicke der aktuell aufzutragenden Schicht anzuordnen. These means, or means comparable to these means, have the task of arranging the particulate building material carried out or poured onto the construction site in a uniform thickness or thickness of the layer currently to be applied.
Zu diesem Zweck bewegen sich die oben beschriebenen Mittel in einem konstanten Abstand zum Baufeld und horizontal über das Baufeld. Bei dieser horizontalen Bewegung über das Baufeld entsteht vor dem jeweiligen Mittel eine Ansammlung des zu viel ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials in einer sogenannten Ansammlung. Diese Ansammlung entsteht, in Bewegungsrichtung des Mittels über dem Baufeld gesehen, vor dem entsprechenden Mittel. For this purpose, the means described above move at a constant distance from the construction site and horizontally across the construction site. During this horizontal movement across the construction site, an accumulation of the excessively discharged particulate construction material occurs in a so-called accumulation in front of the respective means. This accumulation occurs, viewed in the direction of movement of the means above the construction area, in front of the corresponding means.
Nachdem das Mittel seine horizontale Bewegung über das Baufeld beendet hat, wird das partikelförmige Baumaterial in einer gleichmäßigen Schicht aufgetragen, welche an allen Stellen eine vorgegebene Höhe beziehungsweise Schichtstärke aufweist. After the means has completed its horizontal movement over the construction site, the particulate building material is applied in an even layer, which has a predetermined height or layer thickness at all points.
Eine derartige Höhe beziehungsweise Schichtstärke des partikelförmigen Baumaterials kann einen Wert aufweisen, welcher zwischen dem 0,5-fachen und dem 6- fachen des mittleren Partikeldurchmessers des partikelförmigen Baumaterials 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 werden. Such a height or layer thickness of the particulate building material 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.
Der mittlere Partikeldurchmesser des partikelförmigen Baumaterials liegt beispielsweise bei einem Wert von etwa 0,14 mm. Als partikelförmiges Baumaterial wird allgemein eine Ansammlung einzelner Teilchen 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, einen durchschnittlichen Durchmesser für ein derartiges Teilchen anzugeben, welcher meist im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt. Ein derartiges partikelförmiges Baumaterial weist fluide Eigenschaften auf. 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 particles of a substance or a mixture of substances, each particle having a three-dimensional extension having. Since these particles can predominantly be understood as round, oval or 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.
Die vor dem jeweiligen Mittel zum Glätten entstehende Ansammlung des zu viel ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials kann beispielsweise in ihrer Höhe und Menge variieren. Mit der Änderung der Menge des partikelförmigen Baumaterials in der Ansammlung ändert sich beispielsweise auch der Druck auf darunterliegende Schichten, welche ebenfalls partikelförmiges Baumaterial enthalten können oder welche bereits selektiv verdichtete Bereiche zur Ausbildung der 3D- Struktur aufweisen. Dieser sich ändernde Druck auf die darunterliegende Schicht oder mehrere darunterliegende Schichten kann zu einer Beeinflussung einer oder mehrerer darunterliegender Schichten führen. The accumulation of the excessively discharged particulate building material occurring in front of the respective means for smoothing can vary, for example, in its height and quantity. With the change in the amount of particulate building material in the accumulation, for example, the pressure on underlying layers also changes, which may also contain particulate building material or which already have selectively compacted areas for forming the 3D structure. This changing pressure on the underlying layer or layers can result in one or more underlying layers being affected.
Bei einer derartigen Beeinflussung kann sich die Dichte des partikelförmigen Baumaterials der darunterliegenden Schichten verändern, was zu einem Absinken des partikelförmigen Baumaterials zumindest stellenweise führen kann. Durch ein derartiges stellenweises Absinken beziehungsweise unterschiedliche Höhen in der aktuell aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials kommt es zu Abweichungen beziehungsweise Ungenauigkeiten bei der Erzeugung der 3D- Struktur, welche die Qualität der zu erzeugenden 3D-Struktur negativ beeinflussen und verhindert werden sollen. With such an influence, the density of the particulate building material of the underlying layers can change, which can lead to a sinking of the particulate building material, at least in places. Such a local sinking or different heights in the currently applied layer of particulate building material leads to deviations or inaccuracies in the generation of the 3D structure, which negatively affect the quality of the 3D structure to be generated and should be prevented.
Vorgesehen ist es, dass die optische Überwachung des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials in einem Arbeitsschritt eines Glättens des partikelförmigen Baumaterials derart erfolgt, dass beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras die Ansammlung des partikelförmigen Baumaterials aus mindestens einer Richtung beziehungsweise Perspektive erfasst wird. It is provided that the discharged particulate building material is optically monitored in a work step of smoothing the particulate building material in such a way that the accumulation of the particulate building material is recorded from at least one direction or perspective, for example by means of one or more cameras.
Allgemein kann man sagen, dass durch eine Bildaufnahmeeinrichtung beziehungsweise ein geeignetes Mittel zur optischen Überwachung des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials in einem Arbeitsschritt eines Glättens des partikelförmigen Baumaterials eine Abbildung der Ansammlung erzeugt wird, wobei ein derartiges Mittel beispielsweise mindestens eine Kamera, einen Laser, eine Kombination aus Projektor und/oder Laser und/oder Kamera oder eine vergleichbare Bildaufnahmeeinrichtung ist. In general, it can be said that an image of the accumulation is generated by an image recording device or a suitable means for optically monitoring the discharged particulate building material in a work step of smoothing the particulate building material, with a such a means is, for example, at least one camera, a laser, a combination of projector and/or laser and/or camera or a comparable image recording device.
In einer Alternative ist es vorgesehen, dass eine Abbildung eines Teilbereichs der Ansammlung erzeugt wird. Zur verfahrensgemäßen optischen Überwachung des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials ist es in einer Alternative ausreichend, nur von einem Teil beziehungsweise einem Teilbereich der Ansammlung eine Abbildung zu erzeugen und verfahrensgemäß zu verarbeiten. In an alternative, it is provided that an image of a sub-area of the accumulation is generated. In one alternative, for the optical monitoring of the discharged particulate building material according to the method, it is sufficient to generate an image of only a part or a partial area of the accumulation and to process it according to the method.
Eine derartige Abbildung der Ansammlung kann beispielsweise eine Seitenansicht oder eine Frontalansicht der Ansammlung zeigen. Alternativ kann auch eine perspektivische Ansicht beziehungsweise Perspektivansicht der Ansammlung als Abbildung erzeugt werden. Such an image of the cluster can show, for example, a side view or a front view of the cluster. Alternatively, a perspective view or perspective view of the accumulation can also be generated as an image.
Zum Einsatz kommen kann auch eine 3D-Aufnahmevorrichtung, bestehend aus mehreren Kameras oder 3D-Kameras, beispielsweise unter Nutzung einer Streifenlichtprojektion. A 3D recording device consisting of a number of cameras or 3D cameras, for example using strip light projection, can also be used.
Die Auflösung und Aufnahmerate der verwendeten Bildaufnahmeeinrichtung beziehungsweise der verwendeten Kamera muss entsprechend hoch sein, um bei jeder Geschwindigkeit, mit welcher sich beispielsweise ein Mittel zum Glätten über das Baufeld bewegt, eine hinreichend genaue Abbildung der Ansammlung zu erzeugen. Hierbei wird unter hinreichend genau eine Abbildung der Ansammlung verstanden, welche sich gemäß dem vorliegenden Verfahren weiterverarbeiten lässt, also beispielsweise für einen Bildvergleich oder eine Bestimmung von Abmessungen der Ansammlung, wie beispielsweise eine Höhe und/oder eine Breite der Ansammlung, geeignet ist. The resolution and recording rate of the image recording device used or the camera used must be correspondingly high in order to generate a sufficiently precise image of the accumulation at any speed at which, for example, a smoothing device moves over the construction area. Sufficiently precise is understood to mean an image of the cluster that can be further processed according to the present method, ie is suitable, for example, for an image comparison or a determination of dimensions of the cluster, such as a height and/or a width of the cluster.
Die Kamera kann, je nach Befestigungsposition, mit einem Weitwinkelobjektiv ausgestattet sein beziehungsweise eine geeignete Perspektive bereitstellen, um möglichst den kompletten Bereich der Ansammlung vor dem Mittel zum Glätten aufzuzeichnen beziehungsweise abzubilden. Depending on the mounting position, 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 accumulation in front of the smoothing agent.
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 der Ansammlung sicherzustellen. It is also planned to use suitable software with the help of which the recordings or images can be normalized or post-processing with regard to contrast or filtering is made possible. In any case, the aim is to ensure that the images of the accumulation are of sufficient quality for the subsequent process steps.
Vorgesehen ist es auch, dass beispielsweise auf der Grundlage der bei der optischen Überwachung erzeugten Abbildungen der Ansammlung, wie einzelnen Bildern oder einem Video aus einer oder mehreren Ansichten der Ansammlung, geometrische Abmessungen der Ansammlung des partikelförmigen Baumaterials bestimmt werden. It is also provided that geometric dimensions of the accumulation of the particulate building material are determined, for example on the basis of the images of the accumulation generated during the optical monitoring, such as individual images or a video from one or more views of the accumulation.
Hierbei können beispielsweise Grundabmessungen der Ansammlung oder Informationen über die Außenkontur der Ansammlung bestimmt werden. Here, for example, basic dimensions of the accumulation or information about the outer contour of the accumulation can be determined.
Zu den Grundabmessungen der Ansammlung gehören Abmessungen wie beispielsweise eine Länge, eine Breite oder eine Höhe der Ansammlung, insbesondere in einer Seitenansicht auf die Ansammlung. The basic dimensions of the cluster include dimensions such as a length, a width or a height of the cluster, in particular in a side view of the cluster.
Bezüglich der Außenkontur der Ansammlung könne Radien oder Winkel der Ansammlung bestimmt werden, welche beispielsweise die ansteigenden Außenkonturen der Ansammlung beschreiben. With regard to the outer contour of the accumulation, radii or angles of the accumulation can be determined, which, for example, describe the rising outer contours of the accumulation.
Neben derartigen Abmessungen, welche die Seitenansicht beschreiben, können Abmessungen entlang der Ansammlung, also in ihrer Längserstreckung erfasst werden. Hier können beispielsweise Höhen der Ansammlung an verschiedenen Stellen der Längserstreckung der Ansammlung ermittelt werden. Dies kann beispielsweise eine aktuelle Höhe an einer bestimmten Stelle sein. Außerdem kann eine maximale und/oder minimale Höhe der Ansammlung ermittelt werden. Zusätzlich kann auch eine durchschnittliche Höhe ermittelt werden. In addition to such dimensions, which describe the side view, dimensions along the accumulation, ie in its longitudinal extent, can be recorded. Here, for example, heights of the accumulation can be determined at different points along the length of the accumulation. For example, this can be a current height at a specific location. In addition, a maximum and/or minimum height of the accumulation can be determined. In addition, an average height can also be determined.
Da sich die Partikel des partikelförmigen Baumaterials in der Ansammlung bei der Bewegung der oben beschriebenen Mittel zum Glätten über das Baufeld ständig bewegen, kommt es zu dynamischen Veränderungen der Höhe der Ansammlung. Außerdem ist die Höhe der Ansammlung in ihrer Längsersteckung unterschiedlich und verändert sich dynamisch. Vorgesehen ist es, die Längsersteckung der Ansammlung in Teilbereiche beziehungsweise Abschnitte zu unterteilen und innerhalb dieser Teilbereiche eine maximale und/oder eine minimale Höhe und/oder eine durchschnittliche Höhe der Ansammlung zu bestimmen. Hierbei bilden alle Teilbereiche in ihrer Summe beziehungsweise ihrer Aneinanderreihung die gesamte Länge der Ansammlung in ihrer Längsersteckung ab. Since the particles of the particulate building material in the accumulation are constantly moving during the movement of the above-described smoothing means over the building area, there are dynamic changes in the height of the accumulation. In addition, the height of the accumulation is different in its longitudinal extension and changes dynamically. It is intended to subdivide the longitudinal extension of the accumulation into partial areas or sections and to determine a maximum and/or a minimum height and/or an average height of the accumulation within these partial areas. In this case, all sub-areas in their sum or their juxtaposition form the entire length of the accumulation in its longitudinal extent.
Vorgesehen ist es auch, einen Vergleich einer bestimmten Abmessung mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung durchzuführen. Wird bei diesem Vergleich eine Abweichung zwischen der bestimmten Abmessung und dem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert für diese Abmessung erkannt, welche über einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegt, so wird mindestens ein Parameter für das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials (Substratauftragsparameter), welcher nachfolgend als Auftragsparameter bezeichnet wird, verändert. Provision is also made for a specific dimension to be compared with a predetermined value or reference value for this dimension. If this comparison reveals a deviation between the determined dimension and the specified value or reference value for this dimension, which is above a specified tolerance limit, then at least one parameter for the application of the particulate building material (substrate application parameter), which is referred to below as the application parameter, changes.
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 der Ansammlung mit einer zugehörigen Referenzabbildung zu vergleichen. Werden bei einem derartigen Vergleich wie einem Bildvergleich Abweichungen festgestellt, welche über einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegen, so wird mindestens ein Parameter für das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials, also ein Auftragsparameter, verändert. Ziel ist es, dass die aktuell erzeugten Abbildungen mit den Referenzabbildungen in Übereinstimmung gebracht werden. As an alternative to a comparison of a specific dimension with a predetermined value or reference value for this dimension, or in addition to this comparison, it is possible to compare the generated image of the cluster with an associated reference image. If such a comparison, such as an image comparison, reveals deviations that are above a predetermined tolerance limit, then at least one parameter for the application of the particulate building material, ie an application parameter, is changed. The aim is for the currently generated images to be brought into agreement with the reference images.
Wird beispielsweise bei einem Vergleich einer bestimmten Abmessung mit ihrem Referenzwert festgestellt, dass die Höhe der Ansammlung unter den vorgegebenen Referenzwert für die Höhe der Ansammlung absinkt, so wird beispielsweise ein Auftragsparameter, 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 Höhe der Ansammlung vor dem Mittel zum Glätten wieder zunimmt, da die Höhe in einem unmittelbaren Zusammenhang mit der Menge des zu viel ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials steht. If, for example, a comparison of a specific dimension with its reference value shows that the height of the accumulation falls below the specified reference value for the height of the accumulation, an application parameter that determines the amount of particulate building 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. As a result, it can be expected that the height of the build-up before the straightener will increase again, since the height in a directly related to the amount of particulate building material discharged in excess.
Vorgesehen ist es, dass bei einem Einsatz eines sogenannten Fluidisierers zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials die Auftragsparameter der auszutragenden 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 Möglichkeit zur Beeinflussung dieser Auftragsparameter besteht darin, den Druck des Gases zu verändern. Eine weitere Alternative besteht darin, die Veränderung des Gasdrucks in ihrem Zeitverlauf periodisch durchzuführen, wobei dies beispielsweise mit einer einstellbaren Frequenz erfolgen kann. When a so-called fluidizer is used to discharge the particulate building material, the application parameters of the quantity of particulate building material to be discharged per unit of time or per area are influenced by controlling a different number of so-called porous gas outlet means in the fluidizer by means of a pressurized gas or be acted upon. Another way to influence these application 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.
Vorgesehen ist es auch, dass mehrere Auftragsparameter zeitgleich beeinflusst werden, infolge des Ergebnisses einer oder mehrerer ermittelter Abweichungen zwischen einer oder mehreren Abmessungen und ihren entsprechend vorgegebenen Werten. Provision is also made for several order parameters to be influenced at the same time as a result of the result of one or more deviations determined between one or more dimensions and their correspondingly specified values.
So ist es beispielsweise möglich, sowohl den Auftragsparameter einer Bewegungsgeschwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers über der Oberfläche des Baufeldes zu verändern und gleichzeitig die Menge des aus einem Aufträger ausgetragen partikelförmigen Baumaterials zu erhöhen. For example, it is possible to change both the application parameter and the speed of movement of the working means of the 3D printer over the surface of the construction field and at the same time to increase the quantity of particulate construction material discharged from an application.
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. 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.
Durch die Unterteilung der optischen Überwachung der Ansammlung in Teilbereichen ist es möglich, die Auftragsparameter für jeden Teilbereich entsprechend der Abweichungen der bestimmten Abmessungen von den vorgegebenen Werten in diesem Teilbereich zu verändern. Die setzt voraus, dass die Mittel zum Austragen und/oder die Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials entsprechend unterteilt oder entsprechend mehrfach angeordnet sind. Eine derartige mehrfache Anordnung dieser Mittel kann derart erfolgen, dass die Mittel in einer Reihe nebeneinander oder in mindestens zwei Reihen und versetzt zueinander angeordnet sind. Einem Fachmann ist klar, dass es mittels einer derartigen Anordnung der Mittel immer möglich sein muss, das partikelförmige Baumaterial in einer Schicht gleichmäßig und in allen benötigten Bereichen auf dem Baufeld aufzutragen. By dividing the optical monitoring of the accumulation into sub-areas, it is possible to change the application parameters for each sub-area according to the deviations of the determined dimensions from the specified values in this sub-area. This presupposes that the means for discharging and/or the means for smoothing the particulate building material are subdivided accordingly or arranged in multiples accordingly. Such a multiple These means can be arranged in such a way that the means are arranged in a row next to one another or in at least two rows and offset from one another. It is clear to a person skilled in the art that with such an arrangement of the means it must always be possible to apply the particulate building material evenly in one layer and in all required areas on the building site.
Vorgesehen ist es ebenfalls, die Ansammlung in ihrer Längsersteckung bezüglich ihres dynamischen Verhaltens zu analysieren. Das partikelförmige Baumaterial ist während des Arbeitsschritts des Glättens des partikelförmigen Baumaterials vor dem Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials in einer Bewegung beziehungsweise Fließbewegung. Hierbei ändern sich die Grundabmessungen der Ansammlung und/oder die Außenkontur der Ansammlung fortwährend. Diese dynamischen Veränderungen werden beispielsweise in ihrem zeitlichen Verlauf, beispielsweise mittels einer Videoaufzeichnung beziehungsweise einer Bilderfolge beziehungsweise eines Bildstreams, erfasst. Eine Auswertung dieser zeitlich veränderlichen Abmessungen, wie beispielsweise einer Höhe der Ansammlung, liefert Informationen über den Bereich der Höhenänderung, also ein Minimum und ein Maximum der Abmessung der Höhe. Darüber hinaus kann eine derartige Höhenänderung in ihrem zeitlichen Verlauf analysiert werden. Derart kann beispielsweise festgestellt werden, dass die Höhenänderung beispielsweise 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 Höhenänderung wiederholt. Durch in Versuchsreihen bestimmten Bezugsfrequenzen können mittels eines Frequenzvergleichs zwischen der Frequenz der Höhenänderung und den bestimmten Bezugsfrequenzen Aussagen über die Beeinflussung der Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials in Abhängigkeit der Frequenz der Höhenänderung getroffen werden. It is also planned to analyze the accumulation in its longitudinal extent with regard to its dynamic behavior. The particulate build material is in flow during the step of smoothing the particulate build material prior to the means for smoothing the particulate build material. The basic dimensions of the accumulation and/or the outer contour of the accumulation change constantly. 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, such as a height of the accumulation, provides information about the range of the height change, ie a minimum and a maximum of the dimension of the height. In addition, such a change in altitude can be analyzed over time. In this way it can be determined, for example, that the change in height occurs periodically, for example 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 altitude is repeated. By means of reference frequencies determined in test series, statements can be made about the influence on the quality of the applied layer of particulate building material as a function of the frequency of the height change by means of a frequency comparison between the frequency of the height change and the determined reference frequencies.
Beispielsweise in Testläufen bestimmte Werte über derartige Höhenänderungen sowie die zugehörigen Bezugsfrequenzen können mit der zu erreichenden Qualität der zu erzeugenden Schicht des partikelförmigen Baumaterials in einem Zusammenhang stehen. Somit ist es möglich, bei bestimmten Höhenänderungen oder Frequenzen derartiger Höhenänderungen Auftragsparameter derart zu beeinflussen, dass die Höhenänderung geringer wird oder sich die Frequenz der Höhenän- derung verändert, um derart die Qualität der aktuellen Schicht des aufzutragenden partikelförmigen Baumaterials zu verbessern. For example, values about such changes in height determined in test runs 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, given certain changes in height or frequencies of such changes in height, to influence application parameters in such a way that the change in height becomes smaller or the frequency of the changes in height changed so as to improve the quality of the current layer of particulate build material to be applied.
Als veränderbarer Auftragsparameter kann beispielsweise ein Winkel beziehungsweise Anstellwinkel des Mittels zum Glätten beziehungsweise der Klinge genannt werden. Weiterhin ist es möglich, die Menge beziehungsweise Austragsmenge des partikelförmigen Baumaterials pro Zeiteinheit und/oder pro Fläche zu verändern. Außerdem kann eine derartige Veränderung der Austragsmenge pro Zeiteinheit und/oder pro Fläche in ihrem zeitlichen Verlauf verändert werden, wobei diese Veränderung mit einer bestimmten oder veränderlichen Frequenz erfolgen kann. Vorgesehen ist es beispielsweise, mittels einer zeitlichen Veränderung der Austragsmenge des partikelförmigen Baumaterials der zeitlichen Höhenänderung der Ansammlung entgegenzuwirken und deren zeitliche Höhenänderung zumindest zu verringern oder zu beseitigen. For example, an angle or setting angle of the means for smoothing or the blade can be mentioned as a changeable application parameter. Furthermore, it is possible to change the quantity or discharge quantity of the particulate building material per unit of time and/or 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 at a specific or variable frequency. It is provided, for example, to counteract the temporal change in height of the accumulation by means of a temporal change in the discharge quantity of the particulate building material and to at least reduce or eliminate the temporal change in height.
Somit kann die Partikelbewegung des partikelförmigen Baumaterials beziehungsweise 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 die gesamte Ansammlung wie auch für deren Teilbereiche verschieden erfolgen, wenn die optische Überwachung bereits in diesen Teilbereichen getrennt erfolgt. 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 both for the entire accumulation and for its sub-areas if the optical monitoring is already carried out separately in these sub-areas.
Des Weiteren kann bei einem Einsatz entsprechend schneller Sensorik zur optischen Überwachung des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials beziehungsweise zur Bilderfassung die Dynamik der Ansammlung weiter analysiert werden. Furthermore, the dynamics of the accumulation can be further analyzed when using correspondingly fast sensors for optical monitoring of the discharged particulate building material or for image acquisition.
Die Ansammlung des partikelförmigen Materials kann sich vergleichbar mit einer Wasserwelle verhalten. So wie bei einer Wasserwelle kann es zu einer Zunahme der Höhe der Ansammlung kommen. Ein derartiger Wasserberg kann instabil werden, wobei dieser Vorgang des Überwindens der Oberflächenspannung am Wellenkamm zum sogenannten Brechen der Welle führt. Dieser Vorgang des Brechens der Welle ist auf die Ansammlung übertragbar. Kommt es zu einem derartigen Brechen der Welle der Ansammlung wird partikelförmiges Material aus der Ansammlung beziehungsweise dem Wellenberg herausgeschleudert. Da es hier- bei zu einer Verschlechterung der Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials beziehungsweise einer darunterliegenden Schicht kommt, gilt es, diesen Vorgang des Brechens rechtzeitig zu erkennen und zu verhindern. Zum Verhindern können Auftragsparameter wie der Anstellwinkel des Mittels zum Glätten oder die pro Zeiteinheit ausgetragene Menge des partikelförmigen Baumaterials verändert beziehungsweise verringert werden. The accumulation of particulate matter can behave like a water wave. As with a water wave, there can be an increase in the height of the accumulation. Such a mountain of water can become unstable, and this process of overcoming the surface tension at the crest of the wave leads to the so-called breaking of the wave. This process of breaking the wave is transferable to the accumulation. If the wave of the accumulation breaks in this way, particulate material is thrown out of the accumulation or the wave crest. Since there- If the quality of the applied layer of particulate building material or an underlying layer deteriorates, it is important to recognize this breaking process in good time and to prevent it. To prevent this, application parameters such as the angle of attack of the smoothing agent or the amount of particulate building material discharged per unit of time can be changed or reduced.
Weiterhin kann auch ein Entstehen mehrerer Ansammlungen bei einem Arbeitsschritt eines Glättens des partikelförmigen Baumaterials detektiert werden. Auch in diesem Fall erfolgt eine Beeinflussung der Qualität der aufgetragenen Schicht des partikelförmigen Baumaterials beziehungsweise einer darunterliegenden Schicht. Auch in diesem Fall werden Auftragsparameter wie der Anstellwinkel des Mittels zum Glätten oder die pro Zeiteinheit ausgetragene Menge des partikelförmigen Baumaterials verändert, um ein qualitativ hohes Aufträgen der Schicht des partikelförmigen Baumaterials sicherzustellen. Furthermore, it is also possible to detect the formation of a plurality of accumulations during a work step of smoothing the particulate building material. In this case, too, the quality of the applied layer of the particulate building material or an underlying layer is influenced. In this case too, application parameters such as the angle of attack of the smoothing agent or the quantity of particulate building material discharged per unit of time are changed in order to ensure high-quality application of the layer of particulate building material.
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: The foregoing features and advantages of this invention will be better understood and appreciated after a careful study of the following detailed description of preferred non-limiting example embodiments of the invention herein, with the accompanying drawings, which show:
Fig. 1 : eine virtuelle Darstellung einer Seitenansicht einer Ansammlung des partikelförmigen Baumaterials auf einem Baufeld in einem 3D- Drucker, 1: a virtual representation of a side view of an accumulation of the particulate building material on a building site in a 3D printer,
Fig. 2: eine virtuelle Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer Ansammlung des partikelförmigen Baumaterials auf einem Baufeld in einem 3D-Drucker, 2: a virtual representation of a perspective view of an accumulation of the particulate building material on a building site in a 3D printer,
Fig. 3: eine Anordnung zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials sowie ein Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials über einem Baufeld und Fig. 3: an arrangement for discharging the particulate building material and a means for smoothing the particulate building material over a construction field and
Fig. 4: eine beispielhafte Anordnung zum Austragen des partikelförmigenFig. 4: an exemplary arrangement for discharging the particulate
Baumaterials in einem 3D-Drucker. In der Fig. 1 ist eine virtuelle Darstellung einer Seitenansicht einer Ansammlung 5 des partikelförmigen Baumaterials 3 auf einem Baufeld 1 in einem 3D-Drucker gezeigt. building material in a 3D printer. 1 shows a virtual representation of a side view of an accumulation 5 of the particulate building material 3 on a building site 1 in a 3D printer.
Über einem nur teilweise dargestellten Baufeld 1 eines 3D-Druckers ist ein Mittel zum Glätten 2 des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials 3 dargestellt. Ein Austragen des partikelförmigen Baumaterials 3 ist in der Fig. 1 nicht gezeigt. A means for smoothing 2 the discharged particulate building material 3 is shown above a construction field 1 of a 3D printer, which is only partially shown. A discharge of the particulate building material 3 is not shown in FIG. 1 .
Dieses Mittel 2 zum Glätten des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials 3 ist beispielhaft als eine Klinge dargestellt und wird über das Baufeld 1 in die mittels des Pfeils 4 dargestellte Bewegungsrichtung bewegt. This means 2 for smoothing the discharged particulate building material 3 is shown as a blade, for example, and is moved across the building field 1 in the direction of movement shown by the arrow 4 .
Vor dem Mittel 2 zum Glätten des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials 3 bildet sich eine Ansammlung 5 des partikelförmigen Baumaterials 3 aus. Dieser Bereich der Ansammlung 5 ist in der Fig. 1 mittels einer Strich-Strich-Linie umrandet dargestellt. An accumulation 5 of the particulate building material 3 forms in front of the means 2 for smoothing the discharged particulate building material 3 . This area of the accumulation 5 is shown in FIG. 1 surrounded by a dash-dash line.
Wird das Mittel 2 zum Glätten des ausgetragenen partikelförmigen Baumaterials 3 über das Baufeld 1 bewegt, wird eine Schicht des partikelförmigen Baumaterials 3 mit einer Schichtdicke 6 aufgetragen. If the means 2 for smoothing the discharged particulate building material 3 is moved over the building field 1, a layer of the particulate building material 3 with a layer thickness 6 is applied.
Beispielhaft ist in der Fig. 1 ein Mittel 7 zur optischen Überwachung der Ansammlung 5 beziehungsweise eine Bildaufnahmeeinrichtung 7 dargestellt. Ein derartiges Mittel 7 zur optischen Überwachung der Ansammlung 5 kann beispielsweise eine Kamera 7 sein, welche derart angeordnet und mit ihrem Aufnahmebereich 8 derart ausgerichtet ist, dass diese Kamera 7 eine Seitenansicht der Ansammlung 5 erzeugt. Eine derartige Seitenansicht der Ansammlung 5 ist in der Fig. 1 gezeigt.A means 7 for optically monitoring the accumulation 5 or an image recording device 7 is shown in FIG. 1 as an example. Such a means 7 for optically monitoring the accumulation 5 can be, for example, a camera 7 which is arranged and aligned with its recording area 8 in such a way that this camera 7 generates a side view of the accumulation 5 . Such a side view of the cluster 5 is shown in FIG.
In einer Alternative kann eine Bildaufnahmeeinrichtung 7 beziehungsweise das Mittel 7 derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass es eine Frontalansicht der Ansammlung 5 erzeugt. Eine derartige Frontalansicht der Ansammlung 5 kann mit der in der Fig. 1 gezeigten Position und Ausrichtung des Mittels 7 erzeugt werden.In an alternative, an image recording device 7 or the means 7 can be arranged and aligned in such a way that it generates a front view of the accumulation 5 . Such a frontal view of the cluster 5 can be generated with the position and orientation of the means 7 shown in FIG.
In einer weiteren Alternative kann das Mittel 7 derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass es eine Perspektivansicht entlang der Ansammlung 5 teilweise oder vollständig erzeugt. Sowohl bei der Erzeugung der Frontalansicht der Ansammlung 5 als auch bei der Erzeugung der Perspektivansicht entlang der Ansammlung 5 können mehrere Mittel 7 angeordnet werden, deren Teilbilder zu einer Gesamtdarstellung zusammengefügt werden. Ein derartiges Zusammenfügen der Teilbilder kann beispielsweise mittels einer geeigneten Software aus dem Stand der Technik erfolgen. In a further alternative, the means 7 can be arranged and oriented in such a way that it creates a perspective view along the cluster 5 partially or completely. Both when generating the front view of the cluster 5 and when generating the perspective view along the cluster 5, a plurality of means 7 can be arranged, the partial images of which are combined to form an overall representation. The sub-images can be combined in this way, for example, using suitable software from the prior art.
Eine oder mehrere Aufnahmen der Bildaufnahmeeinrichtung 7 wie Bilder oder Videos werden mittels einer geeigneten Bildauswertungssoftware derart analysiert, dass Abmessungen der Ansammlung 5 bestimmt werden. Zu diesen Abmessungen der Ansammlung 5 gehört beispielsweise die Breite 9, eine Länge 10 und eine Höhe 11. Die in der Fig. 1 nicht gezeigte Länge 10 der Ansammlung erstreckt sich sozusagen in die Tiefe der Darstellung der Fig. 1. One or more recordings of the image recording device 7 such as images or videos are analyzed using suitable image analysis software in such a way that the dimensions of the accumulation 5 are determined. These dimensions of the accumulation 5 include, for example, the width 9, a length 10 and a height 11. The length 10 of the accumulation, which is not shown in FIG. 1, extends, so to speak, into the depth of the illustration in FIG.
Zu diesen Abmessungen der Ansammlung 5 gehört auch ein Winkel 12 und ein Radius 13. Der Winkel 12 ist beispielsweise der Winkel, welcher sich zwischen der Oberfläche des Baufelds 1 und der Neigung des Mittels 2 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 3 ergibt, wie in der Fig. 1 dargestellt. Dieser Winkel 12 entspricht auch einem sogenannten Anstellwinkel des Mittels 4. These dimensions of the accumulation 5 also include an angle 12 and a radius 13. The angle 12 is, for example, the angle that results between the surface of the building field 1 and the inclination of the means 2 for smoothing the particulate building material 3, as shown in Fig 1 shown. This angle 12 also corresponds to a so-called angle of attack of the means 4.
Der Radius 13 bildet sich beispielsweise auf der Vorderseite der Ansammlung 5 aus, betrachtet in der in Fig. 1 dargestellten Bewegungsrichtung 4. The radius 13 forms, for example, on the front side of the accumulation 5, viewed in the direction of movement 4 shown in Fig. 1.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterials 3 in einem 3D-Drucker ist es vorgesehen, dass mindestens eine Abmessung 9,10,11 ,12,13 der Ansammlung 5 bestimmt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass diese bestimmte Abmessung 9,10,11 ,12,13 der Ansammlung 5 mit einem vorgegebenen Wert beziehungsweise einem Referenzwert verglichen wird. Derartige vorgegebene Werte für die Abmessungen 9,10,11 ,12,13 können Erfahrungswerte sein. Diese vorgegebenen Werte können auch in Versuchsreihen experimentell bestimmt und für das vorliegende Verfahren entsprechend abgespeichert werden. In jedem Fall ist eine Abhängigkeit der zu erzielenden Qualität beim Aufträgen einer Schicht des partikelförmigen Baumaterials 3 in Abhängigkeit dieser Abmessungen 9,10,11,12,13 bekannt. Weiterhin vorgesehen ist es, dass mindestens eine dieser bestimmten Abmessungen 9, 10, 11 , 12, 13 mit ihrem zugehörigen vorgegebenen Wert beziehungsweise ihrem Referenzwert verglichen wird und dass bei einer Abweichung der Abmessung von dem vorgegebenen Wert beziehungsweise ihrem Referenzwert mindestens ein Auftragsparameter für das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 3 verändert wird. According to the present method for applying particulate building material 3 in a 3D printer, it is provided that at least one dimension 9,10,11, 12,13 of the accumulation 5 is determined. Provision is also made for this specific dimension 9, 10, 11, 12, 13 of the accumulation 5 to be compared with a predetermined value or a reference value. Such predetermined values for the dimensions 9,10,11, 12,13 can be empirical values. These specified values can also be determined experimentally in test series and correspondingly stored for the present method. In any case, a dependency of the quality to be achieved when applying a layer of the particulate building material 3 as a function of these dimensions 9,10,11,12,13 is known. It is also provided that at least one of these specific dimensions 9, 10, 11, 12, 13 is compared with its associated specified value or its reference value and that if the dimension deviates from the specified value or its reference value, at least one application parameter for the application of the particulate building material 3 is changed.
So kann beispielsweise für den Fall, dass die Höhe 11 einen maximal zulässigen Wert überschreitet, die Qualität der aufzutragenden Schicht durch den durch die Ansammlung 5 entstehenden zunehmenden Druck auf darunterliegende Schichten vermindert werden. Ein unzulässig hoher Druck führt beispielsweise zum Absacken einzelner Bereiche in einer oder mehreren Schichten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials 3. Alternativ kann der unzulässig hohe Druck die Dichte von Teilbereichen einer oder mehrerer darunterliegender Schichten beeinflussen. Neben einer Beeinflussung des partikelförmigen Baumaterials 3 kann es auch zu einer Beeinflussung von bereits verfestigten Bereichen, welche die 3D-Struktur ausbilden sollen, kommen. Eine derartige Beeinflussung führt beispielsweise durch ein Komprimieren oder Verschieben eines derartigen bereits verfestigten Bereichs zu Abweichungen in der Maßgenauigkeit der zu erzeugenden 3D-Struktur. For example, in the event that the height 11 exceeds a maximum permissible value, the quality of the layer to be applied can be reduced by the increasing pressure on the underlying layers caused by the accumulation 5 . An impermissibly high pressure leads, for example, to sagging of individual areas in one or more layers of the applied particulate building material 3. Alternatively, the impermissibly high pressure can affect the density of partial areas of one or more underlying layers. In addition to influencing the particulate building material 3, areas that are already solidified and are intended to form the 3D structure can also be affected. Such an influence leads to deviations in the dimensional accuracy of the 3D structure to be produced, for example due to a compression or displacement of such an already solidified area.
Zur Vermeidung derartiger Beeinflussungen auf die zu erzeugende 3D-Struktur und zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Qualität beim Aufragen des partikelförmigen Baumaterials 3 wird durch das vorliegende Verfahren beim Erkennen einer Abweichung einer bestimmten Abmessung von einem vorgegebenen Wert beziehungsweise Referenzwert mindestens ein Auftragsparameter derartig geändert, dass die Abmessung wieder dem vorgegebenen Wert entspricht. In order to avoid such influences on the 3D structure to be generated and to ensure consistent quality when the particulate building material 3 is applied, the present method changes at least one application parameter in such a way that the dimension returns to the specified value.
Hierbei können auch zwei oder mehr bestimmte Abmessungen mit ihren zugehörigen vorgegebenen abgespeicherten Werten beziehungsweise Referenzwerten verglichen werden. Darüber hinaus können bei Feststellen mindestens einer Abweichung mindestens einer bestimmten Abmessung von ihrem zugehörigen Wert auch zwei oder mehr Auftragsparameter derart verändert werden, dass die Abweichung verringert oder beseitigt wird. In der Fig. 2 ist eine virtuelle Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer Ansammlung 5 des partikelförmigen Baumaterials 3 auf einem Baufeld 1 in einem 3D- Drucker dargestellt. In this case, two or more specific dimensions can also be compared with their associated predefined stored values or reference values. In addition, when at least one deviation of at least one specific dimension from its associated value is determined, two or more application parameters can also be changed in such a way that the deviation is reduced or eliminated. 2 shows a virtual representation of a perspective view of an accumulation 5 of the particulate building material 3 on a building site 1 in a 3D printer.
Zur besseren Verdeutlichung zeigt die Fig. 2 die aus partikelförmigem Baumaterial 3 bestehende Ansammlung 5 über dem Baufeld 1 in einer Perspektivdarstellung. Die Ansammlung 5 ist vor dem Mittel 2 zum Glätten dargestellt, betrachtet in der mittels Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung 4 des Mittels 2. For better clarification, FIG. 2 shows the accumulation 5 consisting of particulate building material 3 over the building site 1 in a perspective view. The accumulation 5 is shown in front of the means 2 for smoothing, viewed in the direction of movement 4 of the means 2 shown by means of an arrow.
Eine derartige Perspektivdarstellung kann beispielsweise mittels eines in der Fig. 2 nicht dargestellten Mittels 7 beziehungsweise einer Bildaufnahmeeinrichtung 7 zur optischen Überwachung, wie beispielsweise einer Kamera 7, erzeugt werden. Such a perspective representation can be generated, for example, by means of a means 7 (not shown in FIG. 2) or an image recording device 7 for optical monitoring, such as a camera 7, for example.
Aus einer derartigen von der Kamera 7 erzeugten Abbildung der Ansammlung 5 werden die Abmessungen der Ansammlung 5 wie eine Breite 9 und/oder eine Länge 10 und/oder eine Höhe 11 bestimmt. Weiterhin können auch ein Winkel 12 und ein Radius 13 bestimmt werden. The dimensions of the accumulation 5 such as a width 9 and/or a length 10 and/or a height 11 are determined from such an image of the accumulation 5 generated by the camera 7 . Furthermore, an angle 12 and a radius 13 can also be determined.
In der Fig. 3 ist eine Anordnung 14 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 3 sowie ein Mittel 2 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 3 über einem Baufeld 1 dargestellt. 3 shows an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 and a means 2 for smoothing the particulate building material 3 over a building site 1 .
Eine derartige Anordnung 14 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 3 kann beispielsweise ein sogenannter Austräger, weicher teilweise auch als Aufträger bezeichnet wird, sein, während das dargestellte Mittel 2 zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 3 beispielsweise eine Klinge ist. Such an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 can, for example, be what is known as a discharger, which is sometimes also referred to as an applicator, while the means 2 shown for smoothing the particulate building material 3 is, for example, a blade.
Der Austräger 14 weist einen Vorratsbehälter auf, in welchem das auszutragende partikelförmige Baumaterial 3 bevorratet wird. Am unteren Ende des Austrägers 14 kann ein Auslass 15 zum Auslassen des partikelförmigen Baumaterials 3 angeordnet sein. Um zu verhindern, dass partikelförmiges Baumaterial 3 aus dem Austräger 14 unkontrolliert austritt, weist der Austräger 14 ein entsprechendes Verschlussmittel auf, welches in der Fig. 3 nicht dargestellt ist. Dieses Verschlussmittel ist derart ausgebildet, dass es eine Öffnung im unteren Bereich des Austrägers 14 öffnen und verschließen kann. Für den Fall, dass partikelförmiges Baumaterial 3 aus dem Austräger 14 ausgelassen und auf das Baufeld 1 ausgetragen werden soll, wird das Verschlussmittel geöffnet. Das partikelförmige Baumaterial 3 wird ausgetragen und gelangt in Form des Austrags 16 auf die Oberfläche des Baufelds 1. Dieser Vorrang des Austragens von partikelförmigen Baumaterial 3 ist in der Fig. 3 dargestellt. Mit der Veränderung eines Auftragsparameters wird die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 beeinflusst und gesteuert. Hierbei kann ein Auftragsparameter die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 pro Zeiteinheit verändern, während ein anderer Auftragsparameter die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials pro Fläche verändert. The discharger 14 has a storage container in which the particulate building material 3 to be discharged is stored. An outlet 15 for discharging the particulate building material 3 can be arranged at the lower end of the discharger 14 . In order to prevent particulate building material 3 from escaping from the discharger 14 in an uncontrolled manner, the discharger 14 has a corresponding closure means, which is not shown in FIG. 3 . This closure means is designed in such a way that it can open and close an opening in the lower area of the discharger 14 . In the event that particulate building material 3 is to be discharged from the discharger 14 and discharged onto the construction site 1, the closure means is opened. The particulate building material 3 is discharged and reaches the surface of the construction field 1 in the form of discharge 16. This priority of the discharge of particulate building material 3 is shown in FIG. The amount of particulate building material 3 to be discharged is influenced and controlled by changing an application parameter. In this case, an application parameter can change the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time, while another application parameter changes the amount of particulate building material to be discharged per area.
Wird beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 pro Zeiteinheit und die Geschwindigkeit der Bewegung des Austrägers 14 in der Bewegungsrichtung 4 über dem Baufeld 1 entsprechend gesteuert, erfolgt der Austrag des partikelförmigen Baumaterials 3 auf die Oberfläche des Baufelds 1 sehr gleichmäßig und somit in hoher Qualität. If, for example, the quantity of particulate building material 3 to be discharged per unit of time and the speed of movement of the delivery device 14 in the direction of movement 4 over the construction area 1 are controlled accordingly, the particulate construction material 3 is discharged onto the surface of the construction area 1 very evenly and therefore with high quality .
Wie in der Fig. 3 zu erkennen ist, wird mehr partikelförmiges Baumaterial 3 ausgetragen als zum Erreichen der Schichtdicke 6 notwendig wäre. Da das Mittel 2 zum Glätten ebenfalls in der Bewegungsrichtung 4 über das Baufeld 1 bewegt wird, entsteht durch das zu viel ausgetragene partikelförmige Baumaterial 3 die Ansammlung 5. Wie bereits beschrieben wurde, wird mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung 7 wie einer Kamera 7, welche mit ihrem Aufnahmebereich 8 auf die Ansammlung 5 ausgerichtet ist, die Ansammlung 5 optisch überwacht und entsprechende Abbildungen der Ansammlung 5 durch die Aufnahme von Bildern oder Videoaufnahmen erstellt. As can be seen in FIG. 3, more particulate building material 3 is discharged than would be necessary to achieve layer thickness 6 . Since the means 2 for smoothing is also moved in the direction of movement 4 over the construction field 1, the accumulation 5 is caused by the excessive discharge of particulate construction material 3. As already described, an image recording device 7 such as a camera 7, which with its recording area 8 is aligned with the cluster 5, the cluster 5 is optically monitored and corresponding images of the cluster 5 are created by taking pictures or video recordings.
Mittels dieser Bilder oder Videoaufnahmen wird unter Verwendung einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware beispielsweise die Abmessung der Höhe 11 und die Abmessung der Breite 9 bestimmt. Beide bestimmten Abmessungen stehen in einem Zusammenhang mit der Menge des partikelförmigen Baumaterials 3 in der Ansammlung 5. Es ist allgemein davon auszugehen, dass eine Zunahme der Werte für die Höhe 11 und die Breite 9 eine Zunahme der Menge des partikelförmigen Baumaterials 3 in der Ansammlung 5 aufzeigen. Wird bei einem Vergleich der aktuell ermittelten Abmessungen der Ansammlung 5, also die Werte für die Höhe 11 und die Breite 9, festgestellt, dass diese von den zugehörigen vorgegebenen Werten beziehungsweise Referenzwerten abweichen, so erfolgt eine Veränderung von Auftragsparametern. Diese Auftragsparameter sind beispielsweise die Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 pro Zeiteinheit sowie die Geschwindigkeit der Arbeitsmittel des 3D-Druckers in der Bewegungsrichtung 4. Hier werden als Arbeitsmittel der Austräger 14 sowie das Mittel 2 zum Glätten, also beispielsweise eine Klinge, verstanden. By means of these images or video recordings, for example, the dimensions of the height 11 and the dimensions of the width 9 are determined using suitable image processing software. Both of these determined dimensions are related to the amount of particulate building material 3 in cluster 5. It is generally accepted that an increase in the values for height 11 and width 9 corresponds to an increase in the amount of particulate building material 3 in cluster 5 point out If a comparison of the currently determined dimensions of the accumulation 5, ie the values for the height 11 and the width 9, determines that these deviate from the associated predetermined values or reference values, then the application parameters are changed. These application parameters are, for example, the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time and the speed of the working means of the 3D printer in the direction of movement 4. The working means here are the discharger 14 and the means 2 for smoothing, i.e. a blade, for example.
Für den Fall, dass ein oder mehrere Werte für die Höhe 11 oder die Breite 9 oder beide größer als die zugehörigen vorgegebenen Werte werden, kann beispielsweise die Geschwindigkeit in der Bewegungsrichtung 4 vergrößert werden, solange bis die Abmessungen wieder den vorgegebenen Werten entsprechen, wobei üblicherweise ein Toleranzbereich festgelegt wird. In the event that one or more values for the height 11 or the width 9 or both are greater than the associated specified values, the speed in the direction of movement 4 can be increased, for example, until the dimensions again correspond to the specified values, with usually a tolerance range is defined.
Alternativ kann für den Fall, dass ein oder mehrere Werte für die Höhe 11 oder die Breite 9 oder beide größer als die zugehörigen vorgegebenen Werte werden, die Größe des Spalts 18 verringert werden, so dass weniger partikelförmiges Baumaterial 3 ausgetragen wird. Alternatively, in the event that one or more values for the height 11 or the width 9 or both become greater than the associated predetermined values, the size of the gap 18 can be reduced so that less particulate building material 3 is discharged.
Die Klinge 2 ist in der Fig. 3 in einem Winkel beziehungsweise Anstellwinkel angeordnet ist, welcher dem Winkel 12 entspricht. Ein weitere Auftragsparameter, welcher verfahrensgemäß beeinflusst werden kann, ist der Winkel beziehungsweise Anstellwinkel der Klinge 2. In einer Alternative kann auch die Form der Klinge 2 verändert werden, was in der Fig. 3 nicht dargestellt ist. Für diesen Fall würde das Mittel 2 zum Glätten über mehrere verschiedene Klingen 2 verfügen, welche automatisiert bewegt werden können. The blade 2 is arranged in FIG. 3 at an angle or setting angle which corresponds to the angle 12 . Another application parameter that can be influenced according to the method is the angle or setting angle of the blade 2. In an alternative, the shape of the blade 2 can also be changed, which is not shown in FIG. In this case, the means 2 for smoothing would have several different blades 2, which can be moved automatically.
Die verfahrensgemäßen Veränderungen der beschriebenen Auftragsparameter für das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 3 können auch in Teilbereichen unterschiedlich erfolgen. Dies setzt natürlich voraus, dass beispielsweise mehrere Anordnungen 14 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 3 im 3D- Drucker und/oder dass mehrere Mittel 2 zum Glätten im 3D-Drucker angeordnet sind. Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung 14 zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials 3 in einem 3D-Drucker, welche über dem Baufeld 1 in der mit dem Pfeil 4 gezeigten Richtung horizontal bewegt werden kann. Dargestellt ist die Anordnung 14, welche auch als sogenannter Fluidisierer bezeichnet wird, in einer Momentaufnahme, in welcher partikelförmiges Baumaterial 3 durch den Auslass 15 austritt und als Austrag 16 zur Oberfläche des Baufelds 1 gelangt, um dort eine neue Schicht des partikelförmigen Baumaterials 3 mit einer Schichtdicke 6 auszubilden. Das hierzu notwendige Mittel 2 ist in der Fig. 4 nicht dargestellt. The process-related changes in the described application parameters for applying the particulate building material 3 can also take place differently in some areas. Of course, this presupposes that, for example, several arrangements 14 for discharging the particulate building material 3 are arranged in the 3D printer and/or that several means 2 for smoothing are arranged in the 3D printer. 4 shows an arrangement 14 for discharging the particulate building material 3 in a 3D printer, which can be moved horizontally over the building field 1 in the direction shown by the arrow 4 . The arrangement 14, which is also referred to as a so-called fluidizer, is shown in a snapshot, in which particulate building material 3 exits through the outlet 15 and reaches the surface of the building site 1 as discharge 16, in order to create a new layer of the particulate building material 3 there with a Form layer thickness 6. The means 2 required for this is not shown in FIG.
Die Anordnung 14, welche nachfolgend kurz als Austräger 14 bezeichnet wird, weist zur Bevorratung des partikelförmigen Baumaterials 3 einen trichterförmigen Vorratsbehälter 17 auf. Dieser trichterförmige Vorratsbehälter 17 ist längsersteckt ausgebildet, wobei seine Länge ein Vielfaches seiner Breite aufweist. The arrangement 14, which is referred to below for short as the discharger 14, has a funnel-shaped storage container 17 for storing the particulate building material 3. This funnel-shaped reservoir 17 is designed to be longitudinal, with its length being a multiple of its width.
Der Vorratsbehälter 17 weist eine Öffnung beziehungsweise einen Auslass 15 auf. Im unteren Bereich des trichterförmigen Vorratsbehälters 17 sind zwei Sperrmittel 18 angeordnet, durch welche der Auslass 15 ausgebildet wird. In der Darstellung der Fig. 4 wird durch das linke Sperrmittel 18 an seiner oberen Seite ein Belüftungsspalt 19 ausgebildet. The reservoir 17 has an opening or an outlet 15 . In the lower area of the funnel-shaped reservoir 17, two blocking means 18 are arranged, through which the outlet 15 is formed. In the representation of FIG. 4, a ventilation gap 19 is formed by the left blocking means 18 on its upper side.
Durch eine derartige Anordnung der Sperrmittel 18 wird es verhindert, dass partikelförmiges Baumaterial 3 ungewollt auf das Baufeld 1 gelangt, da sich am Auslass 15 ein den Weg verschließender Sperrkegel aus dem partikelförmigen Baumaterial 3 ausbildet. Such an arrangement of the blocking means 18 prevents particulate building material 3 from getting onto the building site 1 unintentionally, since a blocking cone from the particulate building material 3 closing the path is formed at the outlet 15 .
Ein Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 3 auf das Baufeld 1 wird dadurch erreicht, dass das partikelförmige Baumaterial 3 im Bereich des Auslasses 15 fluidisiert wird. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, mindestens ein poröses Gasaustrittsmittel 20 in diesem Bereich anzuordnen. In der Fig. 4 sind zwei poröse Gasaustrittsmittel 20 an den Seitenwänden des Vorratsbehälters 17 angeordnet. Diese beiden porösen Gasaustrittsmittel 20 weisen je einen Gasanschluss 21 auf, welcher jeweils mit einer nicht dargestellten externen Einheit verbunden ist, welche ein in seinem Gasdruck steuerbares Gas erzeugt. Jedes poröse Gasaustrittsmittel 20 weist auf seiner dem partikelförmigen Baumaterial 3 zugewandten Seite ein gasdurchlässiges poröses Material auf. Application of the particulate building material 3 to the building site 1 is achieved in that the particulate building material 3 is fluidized in the area of the outlet 15 . For this purpose, at least one porous gas outlet means 20 is provided in this area. Two porous gas outlet means 20 are arranged on the side walls of the storage container 17 in FIG. 4 . These two porous gas outlet means 20 each have a gas connection 21 which is connected to an external unit, not shown, which generates a gas whose gas pressure can be controlled. Each porous gas outlet means 20 has a gas-permeable porous material on its side facing the particulate building material 3 .
Das von der externen Einheit in seinem Gasdruck steuerbare Gas tritt aus dem porösen Gasaustrittsmittel 20 durch das gasdurchlässige poröse Material in Richtung des partikelförmigen Baumaterials 3 gleichmäßig verteilt aus und durchströmt das partikelförmige Baumaterial 3. Dieses ausströmende Gas ist in der Fig. 4 mittels mehrerer kleiner Pfeile an den porösen Gasaustrittsmitteln 20 dargestellt. Durch dieses austretende Gas wird das partikelförmige Baumaterial 3 fluidisiert, wodurch das partikelförmige Baumaterial 2 über den Auslass 15 ausgelassen, den Austrag 16 bildend, zum Baufeld 1 gelangt. The gas whose gas pressure can be controlled by the external unit exits the porous gas outlet means 20 through the gas-permeable porous material in the direction of the particulate building material 3 in a uniformly distributed manner and flows through the particulate building material 3. This outflowing gas is shown in FIG. 4 by means of several small arrows shown at the porous gas exit means 20. The particulate building material 3 is fluidized by this escaping gas, as a result of which the particulate building material 2 is discharged via the outlet 15 , forming the discharge 16 , and reaches the construction site 1 .
Zum Fluidisieren des partikelförmigen Baumaterials 3 wird nur ein poröses Gasaustrittsmittel 20 benötigt. Strömt das Gas aber über zwei poröse Gasaustrittsmittel 20 von zwei Seiten in das partikelförmige Baumaterial 3, wird der Effekt des Fluidisierens des partikelförmigen Baumaterials 3 verbessert und eine größere Menge des partikelförmigen Baumaterials 3 ausgelassen. Only one porous gas outlet means 20 is required to fluidize the particulate building material 3 . However, if the gas flows into the particulate building material 3 from two sides via two porous gas outlet means 20, the effect of fluidizing the particulate building material 3 is improved and a larger amount of the particulate building material 3 is discharged.
Zur Steuerung der Menge des auszulassenden partikelförmigen Baumaterials 3 wird der Druck des Gases, welches in die porösen Gasaustrittsmittel 20 eingespeist wird, verändert. So kann beispielsweise mittels eines größeren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelförmigen Baumaterials 3 verstärkt bzw. verbessert werden, infolgedessen mehr fluidisiertes partikelförmiges Baumaterial 3 durch den Auslass15 austreten kann und die Größe der nicht dargestellten Ansammlung 5 zunimmt. In order to control the amount of particulate building material 3 to be discharged, the pressure of the gas fed into the porous gas discharge means 20 is varied. For example, the fluidization of the particulate building material 3 can be increased or improved by means of a higher gas pressure, as a result of which more fluidized particulate building material 3 can exit through the outlet 15 and the size of the accumulation 5 (not shown) increases.
Alternativ kann mittels eines kleineren Gasdrucks die Fluidisierung des partikelförmigen Baumaterials 3 vermindert bzw. verschlechtert werden, infolgedessen weniger partikelförmiges Baumaterial 3 ausgelassen wird. Alternatively, the fluidization of the particulate building material 3 can be reduced or worsened by means of a lower gas pressure, as a result of which less particulate building material 3 is discharged.
Eine Steuerung einer Abmessung der Ansammlung 5 kann also mittels einer Steuerung des Gasdrucks oder die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 20 durch das vorliegende Verfahren erfolgen. Somit kann der verfahrensgemäße Auftragsparameter der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 pro Zeiteinheit oder der verfahrensgemäße Auftragsparameter der Menge des auszutragenden partikelförmigen Baumaterials 3 pro Fläche durch die Anzahl der genutzten porösen Gasaustrittsmittel 20 gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Eine weitere Möglichkeit der Steuerung beziehungsweise Regelung dieser Auftragsparameter ist der für die porösen Gasaustrittsmittel 20 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 3 in einem zeitlichen Verlauf verändern lässt. A dimension of the accumulation 5 can thus be controlled by controlling the gas pressure or the number of porous gas outlet means 20 used by the present method. Thus, the application parameter according to the method can be the amount of particulate building material 3 to be discharged per unit of time or the application parameter according to the method can be the amount of the particulate building material 3 to be discharged per area can be controlled or regulated by the number of porous gas outlet means 20 used. Another possibility for controlling or regulating these application parameters is the gas pressure used for the porous gas outlet means 20 . In a special variant, 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 3 released can also be changed over time.
Liste der Bezugszeichen List of References
1 Baufeld 1 construction field
2 Mitel zum Gläten / Klinge 2 smoothing tools / blade
3 partikelförmiges Baumaterial 3 particulate building material
4 Pfeil / Bewegungsrichtung 4 arrow / direction of movement
5 Ansammlung 5 accumulation
6 Schichtdicke 6 layer thickness
7 Mitel zur optischen Überwachung / Bildaufnahmeeinrichtung / Kamera7 Means of optical surveillance / image recording device / camera
8 Aufnahmebereich 8 recording area
9 Breite 9 width
10 Länge 10 length
11 Höhe 11 height
12 Winkel / Anstellwinkel 12 angles / angle of attack
13 Radius 13 radius
14 Anordnung zum Austragen des partikelförmigen Baumaterials / Austräger / Fluidisierer 14 arrangement for discharging the particulate building material / discharger / fluidizer
15 Auslass für partikelförmiges Baumaterial 15 Particulate build material outlet
16 ausgetragenes partikelförmiges Baumaterial / Austrag 16 discharged particulate building material / discharge
17 Vorratsbehälter 17 reservoirs
18 Sperrmittel 18 blocking means
19 Belüftungsspalt 19 ventilation gap
20 poröses Gasaustritsmitel 20 porous gas vent means
21 Gasanschluss 21 gas connection
Claims
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10117875C1 (en) | 2001-04-10 | 2003-01-30 | Generis Gmbh | Method, device for applying fluids and use of such a device |
| DE102015015353A1 (en) | 2015-12-01 | 2017-06-01 | Voxeljet Ag | Method and device for producing three-dimensional components by means of an excess quantity sensor |
| US20190060998A1 (en) | 2017-08-28 | 2019-02-28 | General Electric Company | Powder bed re-coater apparatus and methods of use thereof |
| US20190193150A1 (en) | 2017-12-26 | 2019-06-27 | Desktop Metal, Inc. | System and Method for Controlling Powder Bed Density for 3D Printing |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018003336B4 (en) * | 2018-04-25 | 2025-06-26 | Laempe Mössner Sinto Gmbh | Arrangement and method for applying particulate build material in a 3D printer |
| US10960607B2 (en) * | 2018-12-13 | 2021-03-30 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring powder spreading in additive manufacturing systems |
-
2020
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-
2021
- 2021-11-05 WO PCT/DE2021/000184 patent/WO2022100773A2/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10117875C1 (en) | 2001-04-10 | 2003-01-30 | Generis Gmbh | Method, device for applying fluids and use of such a device |
| DE102015015353A1 (en) | 2015-12-01 | 2017-06-01 | Voxeljet Ag | Method and device for producing three-dimensional components by means of an excess quantity sensor |
| US20190060998A1 (en) | 2017-08-28 | 2019-02-28 | General Electric Company | Powder bed re-coater apparatus and methods of use thereof |
| US20190193150A1 (en) | 2017-12-26 | 2019-06-27 | Desktop Metal, Inc. | System and Method for Controlling Powder Bed Density for 3D Printing |
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