增材制造部件的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于增材制造部件的系统，该系统包含至少一个用于根据要制造的部件的预定部件几何形状而生成机器代码的电子单元、至少一个用于根据机器代码对部件进行增材制造的打印装置、至少一个用于将至少部分制造的部件的几何形状与部件几何形状相比较的电子比较单元，其中比较单元配置成在几何形状与部件几何形状的偏差超过预定极限值的情况下生成修改信息并且将该修改信息传送至电子单元，并且电子单元配置成根据修改信息对机器代码进行修改并且配置成将修改后的机器代码传送至打印装置。此外，本发明涉及一种用于增材制造部件的方法，其中根据预定部件几何形状生成要制造的部件的机器代码，根据机器代码对部件进行增材制造，将至少部分制造的部件的几何形状与部件几何形状相比，并且在几何形状与部件几何形状的偏差超过预定极限值的情况下生成修改信息并且根据修改信息对机器代码进行修改。


背景技术：

2.增材制造方法或3d(三维)打印方法是通过术语熔丝制造(fff)已知的，可以用该方法由可熔材料分层构造部件。方法通常用于建模、用于原型设计并且在生产应用中使用。在这种情况下，以塑料长丝形式的塑料材料或以金属丝形式的金属材料通常从卷轴上松开并且在3d打印装置的打印头里面连续地熔化，以便为增材制造部件提供材料。
3.与工艺参数有关并且与打印头的运动路径有关的信息通常在g代码数据包中提供，该g代码数据包导入到包含打印头的3d打印装置中。这意味着包含在g代码数据包中的预定打印任务对打印工艺来说是必不可少的并且完全限定生产。
4.由于外部约束，打印部件的几何形状可能偏离所需的部件几何形状。例如，这可能由于收缩、翘曲或由于与机器有关的误差而发生。在这种情况下如果没有执行打印工艺的调整，则继续打印部件直到完全制造出部件并且直到制造之后才能检查完成部件的尺寸。
5.如果完成部件的几何形状与所需的部件几何形状的偏差显著，则打印任务的执行是失败的。如果必要的话，可以调整g代码数据包并且可以通过使用调整的g代码数据包再次执行打印任务。这导致时间、资源和成本的浪费。终止正在进行的打印任务也总是导致材料和时间的损失，并且因此明显地增加成本。
6.文件cn 109 676 135a公开一种用于增材制造方法的在线监测和错误修复装置。该装置包含增材制造装置、图像采集装置、信号处理装置和反馈控制装置。在该装置的情况下，在生产过程中实时监测正在制造的金属部件的表面缺陷，反馈控制装置将正在制造的金属部件的形状质量实时发送至信号处理单元。
7.文件us 2019/0 054 700a1公开一种增材制造系统，可以用该增材制造系统执行用于至少部分制造部件的至少第一3d打印工艺，测量至少部分制造部件的至少一个测量尺寸，并且将至少一个测量尺寸与至少一个相应的标称尺寸相比较。此外，响应于至少一个比较而生成至少一个回归模型。
8.文件us 10 427 348b2公开用于增材制造的自动过程控制。为此使用的系统包含
用于生产物体的增材制造设备以及控制该设备的本地网络计算机。至少一个摄像机接收设备生产量的视图，以便生成可通过网络访问的物体的图像。计算机以如果图像显示物体有缺陷就停止生产工艺这样的方式编程。
9.文件us 2017/0 050 382a1公开3d打印机和3d打印方法。方法包含接收要打印的物体的3d模型，接收包括要挤压的材料的材料特性的信息，以及生成一组基于传感器的打印机控制参数以便用3d打印机至少部分地根据传感器输入来打印物体。
10.文件us 2019/0 001 574a1公开用于在增材制造过程中确定液化系统中的动力的系统和方法。方法包含接收用于驱动马达的马达数据，该驱动马达在液化系统的液化区的方向上按压固体材料，马达数据包含一组指令代码的每个指令代码的至少一个数据点，该组指令代码发送至增材制造。此外，方法包含接收分配至液化系统的液化区的打印数据，打印数据包含一组指令代码的每个指令代码的至少一个数据点。方法还包含分析马达数据并且分析一组指令代码的打印数据并且输出分析的结果，以便通过使用固体材料借助于3d打印机促进更多的3d打印。


技术实现要素：

11.本发明的目的是允许以更高的准确度并且以更低的时间和成本支出增材制造部件。
12.根据本发明，目的是通过具有权利要求1的特征的系统实现的，该系统的比较装置包含至少一个记录单元，可以通过使用条状投影方法或白光干涉方法借助于该记录单元记录几何形状。
13.应该指出的是，在下面的描述中单独提到的特征和措施可以以任何所需的技术上可行的方式彼此结合并且代表本发明的更多配置。此外，描述特别地与附图结合表征并且详细说明本发明。
14.根据本发明，优选地在通过打印装置使用根据要制造的部件的预定部件几何形状生成的机器代码执行打印任务的时候或在紧接通过打印装置使用根据要制造的部件的预定部件几何形状生成的机器代码执行打印任务之后，通过使用条状投影方法或白光干涉方法记录至少部分制造的部件的几何形状。该方法以高准确度为特征，结果最优化地增材制造部件。
15.如果在执行打印任务时执行记录(即在线地)，则优选地在执行打印任务时还发生：可以通过电子比较单元执行至少部分制造的部件的几何形状与部件几何形状的比较、可以通过比较单元执行关于几何形状是否由于几何形状与部件几何形状的偏差超过预定极限值而偏离的检查、如果几何形状与部件几何形状偏离一超过预定极限值的偏差则可以通过比较单元执行修改信息的生成、以及该修改信息至电子单元的传送、以及可以通过电子单元执行根据修改信息的机器代码的修改、以及修改后的机器代码至打印装置的传送。
16.通过这种方式，在执行打印任务时修改后的机器代码仍然可以生成并且用于制造部件。因此可以可靠地防止制造具有缺陷几何形状的部件，使得增材制造变得更有效率并且提高增材制造的可控制性和/或可调控性。提高效率的增材制造特别是归因于更小的时间和材料损失。通过在线修改机器代码，可以以多种方式调整制造过程，这由于节省材料和时间而同样导致提高效率。总的来说，本发明因此允许在几何制造准确度方面具有高质量
的增材制造的部件。
17.为了执行条状投影方法，记录单元可以包含至少一个条状投影仪，可以通过该条状投影仪用平行光条照亮至少部分制造的部件，平行光条通过未照亮的暗条成对地彼此间隔开。此外，记录系统可以包含至少一个摄像机，该摄像机以相对于投影方向的已知视角记录投影到部件上的条状图案。
18.为了执行白光干涉方法，记录装置可以包含至少一个白光干涉仪和至少一个ccd(电荷耦合器件)传感器。白光干涉仪的光源的光可以通过会聚透镜收集、耦合到光束路径中并且通过分束器分成参考光束和测量光束。参考光束可以被参考镜反射，同时测量光束可以被部件的表面反射。反射光束可以通过分束器转发至ccd传感器并且根据部件位置为ccd传感器的每个单独像素形成干扰信号。
19.机器代码可以部分地或完全地提供为g代码。要制造的部件的预定部件几何形状可以输入到预处理软件中，该预处理软件理论上将部件几何形状分解成切片或层或层次(薄片)并且将适用于实现相应分解的部件几何形状的打印装置的打印头的路径生成为机器代码(特别是g代码)。例如，该软件可以通过电子单元执行。
20.打印装置可以根据机器代码对部件进行制造，在这种情况下例如可以常规地形成打印装置。打印装置还可以被称为3d打印机。
21.电子比较单元可以将通过记录单元记录的部分或全部制造的部件的几何形状与预定部件几何形状相比较，以便能够确定部件是否满足几何规格，在这种情况下，比较单元可以将部件的整个几何形状与整个部件几何形状相比较。作为替代，比较单元可以配置为仅将部件的几何形状的至少一部分与部件几何形状的至少一相应部分相比较。如果在后一种情况下部件的几何形状偏离预定部件几何形状的偏差超过预定极限值，则比较单元可以配置成生成相应的局部修改信息并且将该局部修改信息传送至电子单元。修改信息例如可以提供为机器代码，特别是g代码。在这种情况下重要的是：代表修改信息的机器代码和原始机器代码在正确的位置上彼此链接，使得可能归因于不准确的机器代码链接的制造误差可以可靠地被预防。同样可以通过电子单元执行机器代码的这种链接。
22.在接收到修改信息之后，电子单元可以根据修改信息对机器代码进行修改。可以通过用新的机器代码部分或局部或完全地取代机器代码来执行这种修改。通过使用修改后的机器代码，打印装置可以制造在几何公差方面满足原始要求的部件。
23.根据本发明的用于增材制造部件的系统，例如可以配置成执行fff方法。然而，本发明不限于fff方法。可以用根据本发明的系统执行的制造具有高的工艺可靠性，因为如果出现关键问题则可以中断打印任务。根据本发明的系统、或例如其电子单元和/或其电子比较单元，可以配置用于机器学习，因此可以进一步地提高制造的准确度。
24.根据一有利的配置，比较单元配置成如果几何形状与部件几何形状偏差值在0.1％至10％的范围内则生成修改信息，并且将该修改信息传送至电子单元。相应地，部件的几何形状与预定部件几何形状的偏差可以在容差范围内。根据所需的制造准确度，范围可以限制在特定百分比的体积偏差范围内。在高要求制造准确度的情况下，范围例如可以限制在0.1％至1％内。在中等要求制造准确度的情况下，范围例如可以限制在1％至5％内。在低要求制造准确度的情况下，范围例如可以限制在5％至10％内。
25.在又一有利的配置中，预定极限值以围绕部件几何形状的理论外壳的形式提供或
提供为理论外壳的空间点。这种配置是特别方便的，以便补偿由不均匀收缩造成的或由使用材料的挤出所造成的偏差。理论外壳可以说是由多个预定极限值或空间点形成的。如果部件的几何形状的一点或一部分位于理论外壳之外，则该点或该部分超出各自的预定极限值。例如，理论外壳可以包围理论上分解成切片的部件几何形状。理论外壳可以接近均匀收缩或拉伸的部件的外表面。可以在x方向、y方向和z方向上记录与理论外壳的最大偏差。
26.根据又一有利的配置，预定极限值是理论外壳的空间点的位置矢量的大小。在这种情况下，记录的测量值可以提供为大小以便能够将理论外壳的空间点的位置矢量的大小与测量值的大小相比较。
27.根据又一有利的配置，部件几何形状以stl(立体光刻)数据模型的形式提供或以要制造的部件的切片模型的形式提供。记录的部件的几何形状因此可以与stl数据模型或要制造的部件的切片模型相比较，以便能够确定几何形状与部件几何形状的偏差。
28.在又一有利的配置中，电子单元配置成以这样的方式修改机器代码：当通过打印装置执行修改后的机器代码时打印装置的打印头带有偏移量地移动，和/或当通过打印装置执行修改后的机器代码时要打印的材料路径的宽度和/或数量是变化的，和/或至少一层部件几何形状通过使用借助于记录单元记录的几何误差而分解成理论切片。
29.当通过打印装置执行修改后的机器代码时通过打印头的偏移运动，可以通过与使用未修改的机器代码的先前制造工艺不同的打印头移动来补偿部件的几何形状与预定部件几何形状的偏差以便避免几何形状偏差。
30.作为替代或此外，通过与在通过打印装置执行未修改的机器代码时要打印的材料路径的宽度和/或数量相比的在通过打印装置执行修改后的机器代码时要打印的材料路径的宽度和/或数量的变化或改变，可以执行对部件的几何形状与预定部件几何形状的偏差的补偿。这些材料路径是通过打印装置的打印头沿着由修改后的机器代码推断的打印头的运动路径的运动产生的，在这种情况下运动速度可以是随意可变的或同时改变的，以便影响材料路径的宽度和/或高度。例如，材料路径的宽度和/或高度的变化可以用于生产精细结构的部件。
31.作为替代或此外，为了补偿部件的几何形状与预定部件几何形状的偏差，至少一层部件几何形状理论上可以通过使用借助于记录单元记录的几何误差而分解成切片，以便生产改进表面的部件。
32.此外，上述目的是通过具有权利要求7的特征的方法实现的，根据该方法通过使用条状投影方法或白光干涉方法记录几何形状。
33.上面关于系统提到的优势相应地与方法相关。特别地，根据上面提到的一个配置或至少两个这些配置彼此结合的系统可以用于执行方法。
34.根据一有利的配置，如果几何形状与部件几何形状的偏差值在0.1％至10％的范围内，则生成修改信息。上面关于相应配置的系统提到的优势相应地与该配置相关。
35.在又一有利的配置中，围绕部件几何形状的理论外壳或理论外壳的空间点用作预定极限值。上面关于相应配置的系统提到的优势相应地与该配置相关。
36.根据又一有利的配置，理论外壳的空间点的位置矢量的大小用作预定极限值。上面关于相应配置的系统提到的优势相应地与该配置相关。
37.根据又一有利的配置，stl数据模型或要制造的部件的切片模型用作部件几何形
状。上面关于相应配置的系统提到的优势相应地与这个配置相关。
38.在又一有利的配置中，机器代码以这样的方式修改：当通过打印装置执行修改后的机器代码时打印装置的打印头带有偏移量地移动，和/或当通过打印装置执行修改后的机器代码时要打印的材料路径的宽度和/或数量是变化的，和/或至少一层部件几何形状通过使用借助于记录单元记录的几何误差而理论上分解成切片。上面关于相应配置的系统提到的优势相应地与该配置相关。
附图说明
39.在从属权利要求中并且在下面的附图描述中公开本发明的更多有利的配置，在附图中：
40.图1显示根据本发明的系统的示例性实施例的示意图，以及
41.图2显示根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
42.在不同附图中，相同的部分总是配备有相同的附图标记，由于这个原因它们通常仅描述一次。
43.图1显示根据本发明的用于增材制造部件2的系统1的示例性实施例的示意图。在图1中显示相应部件2的层状结构。
44.系统1包含用于根据要制造的部件2的预定部件几何形状5生成机器代码4的电子单元3。部件几何形状5可以以stl数据模型或要制造的部件2的切片模型的形式提供。
45.系统1还包含用于根据由电子单元3生成的机器代码4对部件2进行增材制造的打印装置6。
46.此外，系统1包含用于将至少部分制造的部件2的几何形状8与部件几何形状5相比较的电子比较单元7。比较单元7配置成在几何形状8与部件几何形状5的偏差超过预定极限值的情况下生成修改信息9并且将该修改信息9传送至电子单元3。为此目的，比较装置7包含记录单元10，可以通过使用条状投影方法借助于该记录单元10记录几何形状8。记录单元10包含条状投影仪11和摄像机12。预定极限值可以以围绕部件几何形状5的理论外壳的形式提供或提供为理论外壳的空间点。作为替代，预定极限值可以是理论外壳的空间点的位置矢量的大小。修改信息9可以提供为g代码。
47.比较单元7可以配置为如果几何形状8与部件几何形状5偏差值在0.1％至10％的范围内，则生成修改信息9，并且将该修改信息9传送至电子单元3。
48.电子单元3配置成根据修改信息9对机器代码4进行修改，并且配置成将修改后的机器代码传送至打印装置6。在这种情况下，电子单元3可以配置成以这样的方式修改机器代码4：当通过打印装置6执行修改后的机器代码时打印装置6的打印头(未示出)带有偏移量地移动，和/或当通过打印装置6执行修改后的机器代码时要打印的材料路径(未示出)的宽度和/或数量是变化的，和/或至少一层部件几何形状5通过使用借助于记录单元10记录的几何误差而理论上分解成切片。
49.通过使用修改后的机器代码，打印装置6生产在图1下部显示的部件2，该部件2的几何形状8与图1上部显示的部件2的部件几何形状相比更相似于部件几何形状5。
50.图2显示根据本发明的用于增材制造部件的方法的示例性实施例的流程图。
51.首先，详细说明部件几何形状100。stl数据模型或要制造的部件的cad(计算机辅助设计)数据模型可以用作部件几何形状100。
52.在部件几何形状100理论分解成切片或层或层次之后，在方法步骤101中根据分解的部件几何形状生成要制造的部件的机器代码。
53.机器代码供应至打印装置，在方法步骤102中用该打印装置根据机器代码对部件进行增材制造。
54.在方法步骤103中，通过使用条状投影方法或白光干涉方法记录至少部分制造的部件的几何形状。
55.在方法步骤104中，将记录的几何形状与在方法步骤101中根据部件几何形状100生成的基于机器代码的部件几何形状105相比较。在方法步骤104中如果几何形状与基于机器代码的部件几何形状105的偏差没有超过预定极限值，则在方法步骤106中评估完成部件。然而，如果在方法步骤104中几何形状与基于机器代码的部件几何形状105的偏差超过预定极限值，则在方法步骤107中修改信息生成并且供应至方法步骤101，使得在方法步骤101中根据修改信息对原始机器代码进行修改以便生成修改后的机器代码，在方法步骤102中根据该修改后的机器代码执行完成部件。
56.在这种情况下，如果几何形状与基于机器代码的部件几何形状105的偏差值在0.1％至10％的范围内，则可以生成修改信息。围绕部件几何形状100的理论外壳或理论外壳的空间点或理论外壳的空间点的位置矢量的大小可以用作预定极限值。
57.在方法步骤101中，机器代码可以通过这样的方式修改：当在方法步骤102中通过打印装置执行修改后的机器代码时打印装置的打印头带有偏移量地移动，和/或当在方法步骤102中通过打印装置执行修改后的机器代码时要打印的材料路径的宽度和/或数量是变化的，和/或至少一层部件几何形状100通过使用借助于记录单元记录的几何误差而理论上分解成切片或层或层次。
58.附图标记列表：
59.1 系统
60.2 部件
61.3 电子单元
62.4 机器代码
63.5 部件几何形状
64.6 打印装置
65.7 比较单元
66.8 2的几何形状
67.9 修改信息
68.10 记录单元
69.11 条状投影仪
70.12 摄像机
71.100 部件几何形状
72.101 方法步骤
73.102 方法步骤
74.103 方法步骤
75.104 方法步骤
76.105 基于机器代码的部件几何形状
77.106 方法步骤
78.107 方法步骤