增材制造的原位监测

本发明涉及用于监测增材制造过程的方法和系统。

背景技术：

1、目前存在几种逐层增材制造(am)技术。其中，熔融沉积成型(fdm)是一种常见的逐层3d打印技术。使用fdm，热塑性或热固性材料细丝(例如，包括塑料或金属)在称为热端的腔室内熔化，并从喷嘴挤压到构建板或先前挤压出的材料上。这样，就可以逐行、逐层地构建零件。该技术提供了廉价的制造方法，具有可实现的几何形状和所用材料的大自由度。

技术实现思路

1、随着fdm打印机的不断进步，打印质量也在不断提高。然而，在当前的fdm工艺中，打印过程和产品的质量监测是有限的。通常，产品的质量仅仅取决于成品。

2、fdm的逐层制造过程可能通过层之间和线之间的不适当融合而引入各向异性材料特性。这些各向异性特性会影响部件的物理特性，例如机械、电气或热特性。

3、为了监测打印质量并区分打印参数对打印特性的影响，可以监测打印过程。在fdm打印中，有几种原位技术用于质量监测。现有的技术包括基于光学扫描、计算机视觉、声学、振动、应变、流变和热测量。现有技术的方法大多相当复杂和/或仅提供分段/部分信息。大多数现有技术方法仅提供在表面上测量的信息。此外，使用大多数现有技术方法不可能分析/监测打印品内部的质量。

4、通常，fdm打印在开环中工作。当前3d打印的相关缺点可能是速度和精度之间的权衡：如果在增材制造中需要快速打印，则更难知道沉积的物理情况，并且提高速度是以精度为代价的。这主要是由于沉积过程基本上是开环的。基于材料的表征和环境的调节(如温度控制)挤压头在表面上移动，并且挤压被激活，而没有任何实时的过程反馈。

5、熔融沉积建模(fdm)和直接墨水书写(diw)是常用于建模、原型制作和生产应用的增材制造技术。

6、fdm的工作原理是“加法”原理，将材料分层放置；塑料细丝或包括金属丝的金属可以从线圈上展开，并提供材料以生产产品或零件。基本上，(例如对于热塑性塑料)细丝可以在铺设之前熔化和挤压。在这个过程中，材料通常以细丝的形式被送入装置的热端。fdm的其他术语是“熔融细丝制造”(fff)或“细丝3d打印”(fdp)，它们被认为等同于fdm。此外，在进一步的实施方案中，材料可以包括小粒和/或颗粒，并且在此术语“fdm”可以进一步涉及熔融小粒制造和/或熔融粒块制造或熔融颗粒制造(fgf)。一般来说，fdm打印机使用热塑性细丝或小粒，将其加热到熔点，并然后逐行、逐层挤压，以创建三维物体。

7、要打印的材料通常可以是导电的，如导电聚合物或金属。因此，可以建议在打印期间基于正在制造的产品的电特性来监测打印过程。

8、导电细丝可以由导电聚合物复合材料制成，其中聚合物具有导电纳米颗粒(例如炭黑或碳纳米管)的填料。这些材料通常具有高电阻性。导电聚合物复合材料例如用于这些材料的机械、热或静电耗散性质。另外地或可选地，导电材料可以被添加到非导电聚合物中，以使得能够在处理期间监测电特性。直接墨水书写(diw)是另一类似于fdm的am技术，也是沉积材料以形成3d产品。该沉积的材料特别可以是(粘塑性的)可打印浆料或墨水，而不是熔化的聚合物。diw和fdm都是3d打印的实施例。

9、因此，本发明的一方面是提供用于增材制造的替代系统，其优选地进一步至少部分地消除一个或多个上述缺点。本发明的另一方面是提供一种用于监测，特别是控制增材制造产品的过程的替代方法，该方法优选地进一步至少消除一个或多个上述缺点。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供有用的替代方案。

10、在第一方面，本发明提供了用于从可沉积材料增材制造产品的系统，特别是其中可沉积材料是导电的。在特定实施例中，该系统包括支撑元件。在进一步的实施例中，该系统包括材料添加系统。在具体的进一步实施例中，该系统包括至少两个电极。支撑元件可以特别配置成用于支撑产品，特别是正在制造的产品。此外，特别是该至少两个电极包括一个或多个第一电极，特别是其中，每个第一电极配置在支撑元件的表面上(用于接触产品)。在进一步的具体实施例中，材料添加系统被配置为将可沉积材料沉积在(i)支撑元件和(ii)(早期的)沉积材料中的一者或多者处。特别地，由此可以形成产品。(早期的)沉积材料可以包括任何沉积的，特别是导电的材料。在实施例中，(早期的)沉积材料可以包括早期沉积的可沉积材料，特别是在沉积(当前的)可沉积材料之前(已经)沉积的可沉积材料。此外，特别是(至少两个)电极中的任何一个(即，每个单个电极)可以被配置为(直接和/或物理和)电接触(正在沉积的)可沉积材料，特别是在沉积可沉积材料期间(在支撑元件和/或沉积材料处)。另外地或可选地，(至少两个)电极中的任何一个(即，每个单个电极)可以被配置为(直接和/或物理和)电接触(早期的)沉积材料，特别是在沉积可沉积材料(在支撑元件和/或沉积材料处)期间。特别地，正在沉积的可沉积材料与(被)布置在(并接触)(相应的，即任何一个电极中的相应的一个)电极和(至少两个)电极中的另一个电极之间的(早期的)至少部分沉积材料结合，限定了导电路径。另外地或可选地，布置在(相应的，即任一个电极中的相应的一个)电极和(至少两个)电极中的另一电极之间的(早期的)至少部分沉积材料限定了(或另外)导电路径，特别是其中两者(相应的一个和另一个)都是第一电极。

11、在另一方面，本发明提供了用于监测(和可选地控制)增材制造产品的过程的方法。在特定实施方式中，增材制造过程包括逐层增材制造过程。此外，特别地，该方法包括原位方法，特别是在线方法。在特定实施例中，该方法可以包括用于监测增材制造产品的过程的原位，特别是在线(实时)方法。在进一步的具体实施例中，该方法包括提供用于增材制造产品的系统。该系统(用于增材制造产品)可以特别包括本文描述的用于增材制造(产品)的系统。在特定实施方式中，该系统包括支撑元件、材料添加系统，特别是至少两个电极。此外，特别是，(至少两个)电极包括一个或多个(特别是多个)第一电极，配置在支撑元件的表面上。在进一步的实施方式中，该方法包括向材料添加系统提供可沉积材料，特别是其中，可沉积材料包括导电的可沉积材料。该方法进一步特别地包括将可沉积材料(利用/使用材料添加系统)沉积在一个或多个支撑元件和(早期的)沉积材料(在支撑元件处)处，特别是逐层沉积，从而特别地形成产品。此外，特别是，该方法包括(用测量系统)通过导电路径测量在电极中的任何一个电极和该电极的另一电极之间的电阻抗和电阻中的一者或多者，特别是在沉积可沉积材料期间。在实施例中，导电路径可以以正在沉积的可沉积材料与(一起)(布置)在相应电极(特别是电极中的“任何一个”(至少两个)的“相应一个”)和(至少两个)电极中的另一电极之间的至少部分沉积材料结合来限定。另外地或可选地，该(或另外的)导电路径可以以(布置在)在相应电极和(至少两个)电极中的另一个电极之间的至少部分沉积材料来限定，特别是其中相应电极和另一电极都是第一电极。

12、因此，在实施方式中，本发明的一方面是提供一种集成在逐层增材制造机器(例如，熔融沉积成型打印机或直接墨水写入器/直接墨水写入3d打印机)中的设置，特别是电阻抗测量，该设置允许执行原位测量。为了精确测量样品通过体积的阻抗，电极可以在几个地方接触打印样品的(表面)。此外，在实施例中，还可以布置电极用于接触正在沉积的材料，并且可以布置一个或多个另外的电极用于接触打印样品。

13、通过在打印期间测量导电材料的阻抗，可以例如测量增加层的电阻变化、层间的接触电阻以及打印参数的影响。在特定实施方式中，集成到支撑元件中的多路复用数量或电极的网格可以与(也)用作电极的喷嘴结合使用。使用这样的实施方式，可以用这些电极测量导电体的阻抗，并且可以形成阻抗的(层析)(3维)图像。

14、此外，可以使用喷嘴和/或另外的探针(充当电极)以及支撑元件中的单个电极或多个/网格电极的电阻抗测量来测量打印期间的阻抗分布。这允许以高分辨率测量各种3d打印几何形状。它还允许在大量的堆叠(沉积层)上进行测量，与产品的相对尺寸无关(例如，其中，最大尺寸由层的数量确定，或者其中，最大尺寸垂直于沉积层的堆叠)。该方法和系统可以限定从喷嘴或探针电极到支撑元件的导电路径，可以在远离支撑元件的区域中提供大的灵敏度。

15、此外，3d打印机可以使用第二材料作为支撑结构/支架，用于打印具有大悬垂体或困难几何形状的几何形状。这些支撑材料通常是可溶的，以便能够在打印后更容易地移除支撑结构。使用本文描述的方法可以容易地识别这种支架。

16、此外，在实施例中，可以测量阻抗。阻抗由电阻和电容组件。阻抗可以进一步包括电感组件。使用这两个组件可以提供有价值的信息。例如，电阻由电流的路径来确定。这使得能够测量诸如小缺陷、层到层的粘合、打印机和打印品之间的接触损耗以及材料挤出损耗(例如，对于fdm和diw)。

17、该方法和系统可以提供关于几何形状、粘合、温度和例如在制造期间的缺陷的信息。此外，该方法提供了可以容易地解释和建模的快速测量和分析。基于测量，在实施例中可以控制制造过程。该方法可以例如包括闭环制造过程，特别是使用测量值作为反馈来指导该过程。基于这种反馈，与现有技术的解决方案相比，在过程中和在正在制造的产品中的缺陷可以被最小化。

18、因此，在实施例中，本发明提供了一种用于从可沉积材料增材制造产品的系统，其中，能沉积材的料是导电的，其中，该系统包括支撑元件、材料添加系统和至少两个电极；其中，(i)支撑元件配置用于支撑产品(正在制造)，(ii)至少两个电极包括配置在支撑元件(用于接触产品和/或(早期的)沉积材料)的表面上的一个或多个第一电极；(iii)材料添加系统被配置为将可沉积材料沉积在(iiia)支撑元件和(iiib)(早期的)沉积材料中的一者或多者处，特别是由此形成产品；(iv)(至少两个)电极中的任何一个被配置用于(iva)(直接/物理和)电接触正在沉积的可沉积材料或(ivb)(直接/物理和)电接触(早期的)沉积材料，(在沉积可沉积材料期间)，其中，(ivc)正在沉积的可沉积材料与布置在(相应的)电极(或“所述电极”)和(至少两个)电极的另一电极之间的(早期的)至少部分沉积材料结合，限定了导电路径，或者(iivc)布置在(相应的)电极(或所述电极)和(至少两个)电极中的另一个电极之间的(早期的)至少部分沉积材料，限定导电路径。

19、该系统特别可以用于导电材料的逐层增材制造技术。

20、在此描述的系统和方法可以特别地基于fdm来解释，然而在实施方式中本发明还涉及其他附加制造(am)技术，如直接墨水书写(diw)。

21、如上所述，该方法包括沉积可沉积材料。在本文中，术语“可沉积材料”是指待沉积或打印的材料和/或正在沉积或打印的材料。术语“沉积材料”是指沉积后的材料。这些材料可以是基本相同的，因为可沉积材料可以特别地指打印机头/喷嘴或挤压机中的材料，而沉积材料指相同的材料，但是在沉积的后期阶段。可沉积材料可以打印成细丝并如此沉积。可沉积材料可以进一步包括粘性的、特别是粘塑性的、浆料或液体，其可以在实施方式中被直接打印(例如使用直接墨水书写技术)。可沉积材料可以作为细丝提供，可以形成为细丝，或者可以包括粘性的，特别是粘塑性的浆料或液体，在本文中也称为“(可打印的)墨水”。可沉积材料可以如上所述沉积。这里，术语如“打印”或“挤压”也可以用来指沉积。此外，沉积的材料和/或产品可以被称为“打印品”。

22、术语“挤压物”可以用于限定材料添加系统(如喷嘴)下游的可沉积材料，特别是正在沉积(沉积期间)，但尚未完全沉积。后者被称为“沉积材料”。事实上，挤压物包括可沉积材料，因为该材料尚未沉积。在沉积可沉积材料或挤压物时，该材料因此被指示为可沉积材料。基本上，所述材料是与材料添加系统中和上游的材料相同的材料，并且在沉积时基本上是相同的材料。然而，材料可以改变相(例如从熔融到固体，或者例如，材料可以在沉积后凝固或形成交联)

23、术语“上游”和“下游”涉及与从生成物品或特征的生成器件(这里特别是材料添加系统)传播的物品或特征相关的物品或特征的布置，其中，相对于由生成器件(材料添加系统)提供的轨道或(挤压的)线或材料层内的第一位置，在轨道或线或层中靠近生成器件(材料添加系统)的第二位置是“上游”，而在轨道或线或层内远离生成器件的第三位置是“下游”。

24、如上所述，该方法可以涉及熔融沉积成型(fdm)，通常也称为3d打印。fdm可以特别使用喷嘴(作为生成器件)将熔融材料逐行和逐层挤压或打印到支撑元件或“构建板”上，以构建打印品或产品。在实施例中，可沉积材料可以包括可以用材料添加系统熔化和沉积或3d打印的材料(并且可以在材料添加系统的下游固化)。这种类型的材料在此也可以表示为“3d可打印材料”，并且可以例如包括热塑性材料或聚合物材料。

25、这里，术语“可沉积材料”可以指单一材料，如单一聚合物材料，但也可以指多种不同材料，如多种不同聚合物或不同聚合物的混合物(或其他可沉积材料)。

26、在进一步的实施例中，该方法可以涉及直接墨水书写(diw)。这种打印技术可能基本上与fdm相同，但使用粘性浆料或粘性墨水。可以通过从材料添加系统(的喷嘴)挤压墨水来沉积墨水。为了挤压这些，材料添加系统可以包括例如注射器或泵挤压机。因此，在进一步的实施例中，可沉积材料可以包括可打印墨水。此外，可打印墨水可以被指示为“3d可打印材料”。在实施方式中，3d可打印材料可以包括可打印墨水。

27、因此，在实施例中，该系统包括熔融沉积建模系统(fdm)(或熔融细丝制造系统、熔融小粒制造/熔融颗粒制造系统)(特别是“3d打印机”)，特别是其中，材料添加系统被配置成熔化正在沉积的可沉积材料。在进一步的实施方式中，该系统包括直接墨水书写系统，特别是直接墨水写入器。直接墨水写入器可以是3d打印机的实施方式。

28、此外，特别是，在实施方式中，材料添加系统包括沉积装置，特别是喷嘴，用于(逐行)在支撑元件和沉积材料中的一者或多者上逐层沉积可沉积材料。

29、这里，术语“沉积装置”和“喷嘴”可以指多个(不同的)沉积装置或喷嘴。在实施方式中，例如，材料添加系统包括用于沉积多个可沉积材料的多个喷嘴。在进一步的实施例中，喷嘴可以具有不同的尺寸，并且相应的可沉积材料可以是相同的或者可以具有不同的成分。在进一步的实施例中，沉积装置可以包括多个喷嘴。

30、可沉积材料特别可以直接(直接接触)或间接(在沉积材料接触时)沉积在支撑元件上。在实施方式中，支撑元件可以具有平坦表面。在进一步的实施方式中，支撑元件可以是弯曲的。基本上，支撑元件可以具有任何任意形状，只要它能够支撑产品。支撑元件可以进一步包括支撑结构或支架，用于打印具有大悬垂体或困难几何形状的几何形状。在实施方式中，支架可以配置在支撑元件的表面。另外地或可选地，支架的表面也可以限定支撑元件的表面的一部分。诸如“将材料沉积在支撑元件处”的短语特别涉及在支撑元件上(顶部)提供(例如沉积/打印)材料。此外，在实施方式中，支撑元件可以包括构建板。特别是支撑元件，特别是构建板的温度可以是可控制的。

31、因此，术语“可沉积材料”，特别是“聚合材料”也可以指两种或多种材料的组合。通常，能沉积的(聚合)材料具有玻璃化转变温度tg和/或熔化温度tm。可沉积材料在离开材料添加系统(喷嘴)之前可以被材料添加系统加热到至少玻璃化转变温度的温度，并且通常至少熔化温度。因此，在特定实施方式中，可沉积材料包括具有玻璃化转变温度(tg)和/或熔点(tm)的热塑性聚合物，并且材料添加系统的作用包括将能沉积材的料加热到玻璃化转变温度以上，以及如果它是半结晶聚合物，则加热到熔化温度以上。玻璃化转变温度通常与熔化温度不同。熔化是发生在结晶聚合物中的转变。当聚合物链脱离其晶体结构，成为无序液体时，就会发生熔化。玻璃化转变是发生在无定形聚合物上的转变；也就是说，聚合物的链没有排列成有序的晶体，而是以任何方式散落在周围，即使它们处于固态。聚合物可以是无定形的，基本上具有玻璃化转变温度而不是熔化温度，或者可以是(半)结晶的，通常具有玻璃化转变温度和熔化温度，且通常后者大于前者。玻璃温度可以例如用差示扫描量热法测定。熔点或熔化温度也可以用差示扫描量热法测定。

32、特别适合作为可沉积材料(3d可打印材料)的材料可以选自以下组成的组：金属、玻璃、热塑性聚合物、硅酮等。特别地，可沉积材料包括选自以下组成的(热塑性)聚合物：热塑性聚氨酯(tpu)、聚乳酸(pla)和聚醚醚酮(peek)。进一步列表的聚合物可以由包括以下的可沉积材料组成：例如abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、醋酸酯(或纤维素)、pla(聚乳酸)、对苯二甲酸酯(如pet聚对苯二甲酸乙二醇酯)、亚克力(聚丙烯酸甲酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、pmma)、聚丙烯(或聚丙烯)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、pe(如发泡-高抗冲聚乙烯(或聚乙烯)、低密度(ldpe)、高密度(hdpe))、pvc(polyvinylchloride)、聚氯乙烯(polychloroethene)如基于共聚酯弹性体的热塑性弹性体、聚氨酯弹性体、聚酰胺弹性体、聚烯烃基弹性体、苯乙烯基弹性体等。

33、可沉积材料可以进一步包括可打印墨水。可打印墨水特别可以包括高粘塑性浆料或液体。可打印墨水特别可以包括剪切稀释屈服应力流体。可打印墨水可以被选择成不自发地从材料添加系统/喷嘴和/或在支撑元件上流动，但允许材料在挤压通过喷嘴时流动。在实施例中，可打印墨水可以具有20至400pa范围内的屈服应力。在进一步的实施方式中，可打印墨水可以具有在1×103至2×105pa范围内的储能模量。

34、可打印墨水特别可以包括粒块或颗粒材料。可打印墨水可以包括颗粒。在实施方式中，颗粒可以具有在1nm至250μm范围内的数均颗粒尺寸，如在1nm至100μm范围内，特别是在1nm至50μm范围内。在实施方式中，例如，可打印墨水(或用于fdm的可沉积材料)中的导电材料可以小于1μm，如小于100nm，特别是小于10nm，例如大约5nm。在实施方式中，颗粒可以包括选自以下组成的材料：聚合物、玻璃、陶瓷和金属。在进一步的实施方式中，颗粒可以(进一步)包含有机材料，例如木材或另一有机细胞结构，特别是可食用的有机材料(例如，用于制备食品)。该材料可以例如包括天然或合成聚合物和/或聚合物网络，特别是水凝胶。

35、因此，在实施例中，可沉积材料，特别是可打印墨水，甚至更特别是颗粒，包括选自以下组成的材料：聚合物、玻璃、陶瓷和金属。在具体实施方式中，颗粒包括天然或合成聚合物和/或聚合物网络，特别是水凝胶。在具体实施方式中，颗粒包括水凝胶，特别是水凝胶颗粒。

36、水凝胶和/或水凝胶颗粒可以例如包含(化合物或溶质)琼脂糖、琼脂糖胶原缀合物、藻酸盐、丙烯酸酯、明胶、胶原、壳聚糖、聚乙二醇、聚乙二醇(peg)和聚乙烯醇(pva)中的一者或多者。

37、在实施例中，可沉积材料是自支撑的。在进一步的实施例中，可打印墨水可以是剪切稀释的，特别是允许打印材料。此外，可打印墨水在沉积之前和之后可以是自支持的。与diw相关的术语“可打印墨水”是本领域技术人员已知的，并且特别涉及可挤压的合成或生物材料或两者的混合物。

38、此外，特别是，基于材料本身的材料特性，可沉积材料可以是导电的。可沉积材料可以例如包括导电聚合物、导电金属或导电可打印墨水。另外地或可选地，导电材料可以与材料混合以提供导电材料。在实施方式中，导电纳米颗粒(例如炭黑、石墨烯、碳纳米管或金属纳米颗粒，如包括铜、铁或任何其他导电金属)的填料可以由可沉积材料(如聚合物材料或可打印墨水)组成。在实施方式中，例如，可沉积材料可以包括导电tpu(例如，包括炭黑)或导电peek(例如，包括碳纳米颗粒)。在进一步的实施方式中，可沉积材料可以包括导电pla，例如，包括炭黑和铜纳米颗粒中的一者或多者。这些材料通常具有高电阻性。

39、电导率基本上与材料的类型或成分有关。电导率可以进一步是材料温度的函数。例如，导电聚合物复合材料可以表现出大约高达熔化温度的正温度系数，这表明材料在其温度升高时经历电阻的增加。

40、在实施方式中，可沉积材料可以包括导电聚合物复合材料。在进一步的实施方式中，可沉积材料包括导电的可打印墨水复合材料。可沉积材料特别可以包括本文中相对于可沉积材料描述的一种或多种材料的组合。此外，如上所述，可沉积材料特别是导电的。可沉积材料特别可以是导电的电流。特别地，电子可以基于施加在能沉积的和沉积材料(至少一部分)上的电势差(也表示为“电势差”、电势或简称为“电势”)传播通过可沉积材料和通过沉积材料。特别可以在(两个相应的)电极之间提供电势差。基于施加的电势，电子可以流动通过布置在电极之间(并且接触电极)的导电材料的至少一部分。基本上，电子可以流动通过具有相对高电导率的材料位置(与材料的其他位置相比)，特别是电子可以避开电导率降低的位置。然而，可以理解的是，如果唯一的路径可以通过具有高电阻的材料，电子仍然可以这样流动。此外，如果材料的高导电性部分被相对低导电性部分包围，则有利路径可能不总是通过高导电性部分。基本上，路径可能是整个连续体的结果。这里，对于在电极之间的电子的优选(导电)路径或例如轨迹也可以用导电路径(限定在电极之间)来指示。导电路径可能偏离电极之间的最短路径(因为电导率的变化)。此外，导电路径可以改变宽度(垂直于导电路径的方向)。例如，如果电极之间的材料的导电性非常均匀地分布，则该路径可以基本上占据电极之间的大致所有材料。然而，当料的其余部分导电更多时(并且可以限定连续路径)，导电路径可以仅占据所有材料的一小部分。导电路径特别可以具有任意形状(或体积)。特别是电极之间的材料的至少一部分包括导电路径。

41、这里的术语如“导电性”和“导电的”特指电导率。此外，术语“导电路径”可以指在一个电极和另一电极之间，以及例如在一个电极和另外电极之间，或者在(系统的)两个另外的电极之间的多个(不同的)导电路径。例如，在实施方式中，支撑元件的两个位置之间的阻抗和/或电阻可以通过从支撑元件的第一位置开始并在支撑元件的另一位置结束的(第一)导电路径来测量，并且在支撑元件的位置和材料添加系统的位置之间的另一阻抗和/或电阻可以通过从支撑元件的位置开始并在材料添加系统的位置结束的(第二)导电路径来测量。

42、例如，可以通过向其中一个电极提供直流电流(并测量电压降)来测量/确定电阻。还可以测量电极之间的阻抗。阻抗的测量特别需要测量电压和电流的大小以及它们之间的相位差。在实施方式中，提供交流电流，并且记录电压幅度和相位移。然而，可选地，可以提供电压，并且可以测量电流。在实施方式中，可以向电极中的一个电极和电极中的另一电极提供交流电。测量可以包括电阻抗谱。在实施例中，测量系统(进一步参见下文)可以包括万用表或lcr表，以测量电压、电阻、阻抗、电阻和电流中的一者或多者。然而，也可以使用本领域已知的其他类型的测量装置。在沉积过程中，阻抗和电阻可能会发生变化。因此，测量特别包括重复测量。此外，在实施方式中，测量阻抗可以涉及测量阻抗谱。测量可以进一步包括选择用于测量阻抗的一个或多个频率，特别是允许分离电阻、电容和电感数据。

43、在实施例中，该系统被配置用于在材料添加系统，特别是沉积装置，甚至更特别是喷嘴，和支撑元件之间测量阻抗和/或电阻。在进一步的具体实施方式中，所述(至少两个)电极包括由材料添加系统组成的第二电极，其中，所述第二电极被配置为接触正在沉积的可沉积材料。在进一步的具体实施方式中，沉积装置，特别是喷嘴包括第二电极。在这样的实施方式中，(正在沉积的)可沉积材料与接触第一电极(特别是(一个或多个第一电极中的)相应的第一电极)的至少部分沉积材料结合，限定(可选地多于一个电路径的)在第二电极和(相应的)第一电极之间的导电路径(被限定)。

44、术语“第二电极”可以指多个第二电极。例如，在实施方式中，系统可以包括多个喷嘴(和/或沉积装置)，并且特别是每个喷嘴(沉积装置)可以包括(相应的)第二电极或是功能性地连接到(相应的)第二电极。在沉积(可沉积材料)期间，一个或多个第二电极可以限定相应的导电路径，而暂时不沉积材料的其他第二电极可以不是导电路径的一部分，但是如果沉积材料，特别是将限定相应的导电路径。

45、另外地或可选地，该系统包括多个(至少两个)第一电极。在这样的实施方式中，接触第一电极中的任何一个电极和第一电极中的另一个的至少部分沉积材料可以限定相应的第一电极和第一电极中的另一电极之间的(进一步的)导电路径。

46、术语“多个第一电极”可以指至少2个，如至少4个，特别是至少8个，甚至更特别是至少16个，如至少32个，或者甚至更多个第一电极。在实施方式中，例如，系统可以包括多于100个或甚至多于200个电极，如甚至多于10000个电极。在实施方式中，系统可以包括最多10000个电极，如最多1000，如最多500，特别是最多128个电极。第一电极特别配置在支撑元件的表面(用于接触产品/沉积材料)。

47、因此，在进一步的实施方式中，产品支撑件的表面限定了(多个)第一电极的网络。在进一步的实施方式中，网络可以包括n×m个第一电极的阵列，例如1≤n≤500，特别是2≤n≤500，如2≤n≤100，并且特别是1≤m≤500，特别是2≤m≤500，如2≤m≤100。该阵列可以限定(第一)电极的网格。第一电极可以均匀地分布在支撑元件的表面上。然而，在进一步的实施方式中，分布可以是相当随机的，或者例如，或多或少地集中在产品边缘上的位置上，或者可能需要额外监测的产品的其他位置上。此外，在实施方式中，产品可以具有接触支撑元件的圆形表面，并且网络或网格也可以例如具有圆形形状。在进一步的实施方式中，产品可以具有接触支撑元件的不规则形状的表面，并且网络或网格可以例如具有类似的不规则形状。

48、在进一步的实施方式中，该系统可以(连接到或)包括测量系统(功能性地耦接到(至少两个)电极并且)配置为通过一个或多个导电路径测量阻抗和电阻中的一者或多者。

49、因此，在实施方式中，系统可以包括至少三个电极，如至少三个第一电极，和/或至少两个第一电极和第二电极。在进一步的实施方式中，测量系统(进一步)包括功能性地耦接到(至少三个)电极的多路复用器系统，特别是用于多路复用电极。该系统可以例如被配置为(顺序地)测量(至少三个)电极的选定电极对之间的阻抗和电阻中的一个或多个，特别是通过在电极对(或相应的电极对)的电极之间限定的相应导电路径，特别是其中，选定的每对电极通过多路复用器系统彼此功能性地耦接(当在相应的电极对之间测量时)。

50、因此，在实施方式中，该系统可以被配置用于三维测量。不同电极对之间的测量特别能够获得层析阻抗信息，从而给出整个打印品/产品的情况。

51、在进一步的实施方式中，该系统可以进一步包括控制系统。在实施方式中，控制系统可以被配置用于确定制造过程和/或正在制造的产品的特征，特别是(除其他外)基于测量系统的信号。控制系统可以特别地在功能性地耦接到测量系统。另外地或可选地，控制系统可以功能性地连接到材料添加系统和/或系统的其他元件，如支撑元件。

52、在另外的实施方式中，控制系统被特别配置用于控制系统(或制造过程)的操作条件(或“参数”)。控制操作条件可以例如基于所确定的特征中的一者或多者。操作条件(或参数)可以例如包括由材料添加系统沉积的可沉积材料的流量(流动通过喷嘴)和/或材料添加系统(特别是喷嘴)的温度，操作参数可以进一步包括材料添加系统相对于支撑元件的运动，如喷嘴的方向或速度(或支撑元件的方向或速度)。操作条件(参数)可以进一步包括材料添加系统，特别是喷嘴，相对于支撑元件和/或相对于沉积材料的距离(特别是喷嘴和沉积材料和/或支撑元件之间的最短距离)。另外地或可选地，控制系统可以控制支撑元件的表面的温度和/或包括该系统的空间的温度。在实施方式中，操作条件(参数)包括一种或多种选自以下组成的组的操作条件(参数)：正在由材料添加系统沉积的可沉积材料的流量，材料添加系统(的喷嘴)的温度，材料添加系统相对于支撑元件的运动，支撑元件的表面的温度，包括该系统的空间的温度。

53、在进一步的实施方式中，操作条件可以涉及控制冷却风扇以冷却喷嘴和/或沉积材料。操作条件可以进一步涉及材料添加装置的致动(或控制)，例如停止或开始打印(经由喷嘴或多个喷嘴中的特定喷嘴)。在实施方式中，正在沉积的可沉积材料的流量可以涉及挤压倍数。术语“挤压倍数”特别涉及相对于可沉积材料的理论理想量挤压不足或过度挤压可沉积材料的量。

54、因此，在实施方式中，该系统包括闭环控制系统，特别是使用来自(在)电极之间的测量信号来实时调整打印过程中的某些参数。闭环控制系统可以用于减少产品或工艺中的缺陷，如可沉积材料和沉积材料之间的接触损耗、翘曲(即，沉积材料/产品特别由于热而变形，导致其从支撑元件上剥离并失去接触)、连续沉积层相对于彼此的不受控制的位移、没有材料挤出、连续层之间的不良粘附。闭环控制可以用于提供可重复的制造过程和产品。

55、因此，在实施方式中，可以确定制造过程和/或正在制造的产品的特征(特别是(除其他外)基于测量系统的信号)。该特征特别可以根据测量的阻抗和/或电阻数据来计算，特别是通过不同的导电路径，和/或在可沉积材料、沉积材料和/或产品的不同部分上(在沉积期间)。该特征可以包括沉积材料的材料特性，如电阻率、介电常数和热特性。该特征可以特别涉及制造过程的特征。

56、该特征可以例如，包括一个或多个选自以下组成的组的特征：正在沉积的可沉积材料的温度，沉积材料的(局部)温度，正在沉积的可沉积材料和沉积材料的组合上的(3d)阻抗分布，沉积材料上的(3d)阻抗分布，沉积材料上的(3d)温度分布，正在制造的产品中的缺陷，材料添加系统的功能，支撑元件的功能，正在沉积的可沉积材料的量，在正在沉积的可沉积材料与支撑元件和沉积材料中的一个或多个之间的粘合，在可沉积材料和沉积材料之间的(导电)接触损耗，以及材料添加系统相对于支撑元件的位置，和沉积材料的材料特性。

57、如上所述，在实施例中，本发明还提供了用于(原位)(在线)监测增材制造产品的过程，特别是逐层增材制造过程的方法，其中所述方法包括：(i)提供用于增材制造产品的系统(特别是本文所述的系统)，其中，所述系统包括支撑元件、材料添加系统和至少两个电极，其中，(至少两个)电极包括一个或多个第一电极，(其中每个第一电极)被配置在支撑元件的表面；(ii)向所述材料添加系统提供可沉积材料，其中，该可沉积材料包括导电的可沉积材料；以及(iii)(逐层)将可沉积材料(利用材料添加系统)沉积在一个或多个支撑元件处和(在支撑元件处)(早期的)沉积材料，(从而形成产品)，同时(利用测量系统)通过导电路径测量任何一个电极和电极中的另一电极之间的电阻抗和电阻中的一者或多者，该导电路径被以(iiia)正被沉积的可沉积材料与(一起)(布置)在(并接触)相应电极和另一电极之间的至少一部分沉积材料结合来限定，和/或在(iiib)以(布置)在(并接触)相应电极和另一电极之间的至少一部分沉积材料来限定。

58、该方法可以特别用于具有导电材料的逐层增材制造技术。该方法特别配置用于实时监测(和控制)打印过程。

59、在实施例中，该方法可以包括测量两个第一电极之间的阻抗和/或电阻，特别是其中该系统包括至少两个第一电极。另外地或可选地，(至少两个)电极包括由材料添加系统组成的第二电极，其中，第二电极接触正在沉积的可沉积材料，并且特别地其中，该方法至少包括通过相应的导电路径测量在第二电极和一个或多个第一电极之间的电阻抗和电阻中的一者或多者，该相应的导电路径以正在沉积的可沉积材料与在(并接触)第二电极和一个或多个第一电极中的相应电极之间的至少部分沉积材料结合来限定。

60、在进一步的实施方式中，该系统包括多个喷嘴，每个喷嘴包括第二电极，并且该方法可以包括选择喷嘴中的至少一个喷嘴，并且经由所选择的喷嘴中的至少一个在支撑元件和沉积材料中的一者或多者处沉积可沉积材料。在进一步的实施方式中，该方法包括通过相应导电路径测量由至少一个喷嘴组成的第二电极和一个或多个第一电极之间的电阻抗和电阻中的至少一者或多者，该相应导电路径以正在通过至少一个喷嘴沉积的可沉积材料与在(并接触)相应的第二电极和一个或多个第一电极中的相应的一个电极之间的至少部分沉积材料结合来限定。

61、在进一步的具体实施方式中，(至少两个)电极包括多个第一电极，并且该方法至少包括通过导电路径测量在第一电极中的任一个电极与第一电极中的另一电极之间的电阻抗和电阻中的一者或多者，导电路径以在(并接触)相应的第一电极之间的沉积材料部分来限定。此外，如上所述，该系统在实施方式中可以包括至少三个电极和多路复用器系统(由测量系统组成)。因此，在实施方式中，该方法可以特别地包括(顺序地)用多路复用器系统将预定电极功能性地耦接到另一个电极以形成一对电极，并且特别地通过限定在一对电极的电极之间的相应导电路径测量一对或多对电极之间的阻抗和电阻中的一个或多个。

62、因此，在实施方式中，该系统可以包括第二电极，并且该方法包括三维测量，特别是其中该方法在沉积可沉积材料期间提供层析阻抗信息。

63、根据本发明的实施例，提供了具有单个(第一)电极或分布的(第一)电极的网格的支撑元件(构建板)，以完全接触任何3d打印样品的底表面。(第一)电极被多路复用以使得能够在不同电极之间进行测量。

64、根据本发明的进一步实施方式，提供了3d打印喷嘴或探针，其在打印期间也用作来自样品顶侧的电极(第二电极)。支撑元件(构建板)上的(第一)电极和作为第二电极的喷嘴的组合允许对导电打印品进行改进的(层析)测量。

65、该方法可以用于(实时)监测制造过程。另外，该方法可以用于(实时)控制制造过程。在进一步的具体实施方式中，该方法可以进一步包括闭环控制阶段，特别包括(i)基于测量的阻抗和电阻中的一个或多个确定制造过程和/或正在制造的产品的一个或多个特征；以及(ii)基于所确定的特征中的一个或多个来控制制造过程的操作条件(或参数)。

66、该特征基本上可以是与系统相关地描述的特征。同样，操作条件可以特别包括本文中关于系统描述的一个或多个操作条件或参数。

67、短语“基于一个或多个确定的特征控制制造过程的操作条件(或参数)”可以指首先至少部分地处理该特征并基于至少部分处理的特征控制操作条件。术语“特征”可以指多个特征。该术语还可以指经处理的特征。

68、在闭环控制阶段，可以将所确定的特征与在早期制造的产品的制造期间获得的特征(或处理的特征)进行比较，或者例如，通过过程的模拟获得的特征(或处理的特征)进行比较，或者基于理论进行比较。例如，在制造过程中以及对于最终产品，正在制造的每个产品都可能具有独特的电阻签名或阻抗签名。基本上，每个相似的打印品可以使用相同的打印过程阶段来制造，特别是在阻抗和/或电阻测量中产生相关/相同的曲线和峰值，这可以提供特定的签名或指纹。在实施方式中，该特征可以包括电阻签名和/或阻抗签名。这种签名可以特别地包括3d签名。

69、在实施例中，要比较的特征可以根据沉积早期制造的产品期间和/或之后确定的电阻签名和/或阻抗签名获得。要比较的特征可以从指令中获得。在实施方式中，该方法可以进一步包括在执行制造过程的同时模拟增材制造过程。这种模拟可以使用测量的特征来在线(实时)模拟制造过程的过程，并且可以例如根据需要校正该过程。这种同时模拟也可以被称为数字孪生。模拟可以由控制系统执行，或者在实施方式中，模拟系统在功能性地连接到控制系统。

70、在进一步的实施方式中，闭环控制阶段包括将一个或多个确定的特征与增材制造产品的过程的模型特征进行比较，以控制操作条件。特别地，模型特征包括先前在同一增材制造产品的过程中获得的模型特征中的一者或多者；以及基于所确定的特征，由增材制造过程的在线同时操作的模拟提供的模型特征。

71、在实施方式中，该方法，特别是闭环控制阶段，可以由控制系统和/或数据处理系统(在功能性地耦接到控制系统或由控制系统组成)来执行。在实施方式中，系统可以包括数据处理系统。

72、因此，在另一方面，本发明可以进一步提供一种数据处理系统，包括用于执行该方法的闭环控制阶段的器件。

73、在又一方面，本发明进一步提供计算机程序产品，其包括使系统(特别是包括控制系统)执行(本文所述方法的)闭环控制阶段的指令。

74、本发明的系统和方法能够直接反馈以控制该过程的操作条件。

75、关于本发明的连接系统的上述实施方式也可以特别地应用于本发明的装置。此外，关于本发明的装置描述的实施方式也可以应用于本发明的方法。

76、这里的术语“控制”和类似术语特别是指至少确定元件的行为或监督元件的运行。因此，在此的“控制”和类似术语可以例如指对(可控制)元件施加行为(确定元件的行为或监督元件的运行)等，如测量、显示、致动、打开、位移、改变温度等，特别是致动。除此之外，术语“控制”和类似术语可以进一步包括监控。因此，术语“控制”和类似术语可以包括对元件施加行为以及对元件施加行为和监测元件。元件的控制可以通过控制系统来完成。因此，控制系统和(可控)元件可以至少暂时地或永久地、功能性地被耦接。该元件可以包括控制系统的至少一部分。在实施例中，控制系统和元件可以不是物理耦接的。控制可以通过有线和/或无线控制来完成。术语“控制系统”还可以指多个不同的控制系统，这些控制系统特别是在功能性地耦接的，并且其中例如一个控制系统可以是主控制系统，而一个或多个其他控制系统可以是从控制系统。

77、诸如短语“第一元件在功能性地耦接到另一元件”中的术语“功能性地耦接”可以特别指示两个元件可一起起作用。例如，两个导电元件的功能性地耦接可以表明电流可以从第一元件流向另外的元件(反之亦然)，在控制系统和系统的另外的元件之间的功能性地耦接可以表明控制系统可以指示另外的元件和/或信息可以在控制系统和另外的元件之间交换。