DE102022203819A1 - Additive manufacturing process for producing components using melt layering of filament material - Google Patents
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Abstract
Additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen (10) mittels Schmelzschichtung von Filament-Material (15), umfassend die Schritte: Bewegen eines Druckkopfes (2) entlang einer vorgegebenen Trajektorie (20) relativ zu einer Plattform (3), die mehrere unabhängig voneinander beheizbare Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) umfasst, wobei die Trajektorie (20) einer Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes (2) in einer Ebene der Plattform (3) entspricht, Ablegen von geschmolzenem Filament-Material (15) auf die Plattform (3) oder auf bereits auf die Plattform (3) abgelegtes Filament-Material (16) mittels des Druckkopfes (2) während des Bewegens entlang der Trajektorie (20), und gesteuertes Beheizen von einem oder mehreren der Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) in Abhängigkeit der Trajektorie (20).Additive manufacturing method for producing components (10) by means of melt layering of filament material (15), comprising the steps: moving a print head (2) along a predetermined trajectory (20) relative to a platform (3) which has several independently heatable platform segments (31, 32, 33, 34), wherein the trajectory (20) corresponds to a projection of a trajectory of the print head (2) in a plane of the platform (3), depositing melted filament material (15) onto the platform (3 ) or on filament material (16) already placed on the platform (3) by means of the print head (2) while moving along the trajectory (20), and controlled heating of one or more of the platform segments (31, 32, 33, 34 ) depending on the trajectory (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung.The present invention relates to an additive manufacturing process for producing components by means of melt layering of filament material. The invention further relates to a device for additive manufacturing using melt deposition.
Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung von Filament-Material, welches häufig aus Kunststoff besteht. Ein derartiges Verfahren wird auch als Fused Deposition Modeling (kurz: FDM) oder 3D-Drucken bezeichnet. Dabei wird das Filament-Material üblicherweise in einem Druckkopf durch Erwärmen geschmolzen und das erweichte oder fließfähige Filament-Material aus einer Öffnung ausgebracht und raupenförmig auf einem Fertigungsbett oder auf einen bestehenden Teil eines herzustellenden Bauteils abgelegt, wo sich das Filament-Material abkühlt und verfestigt. Häufig ist ein derartiges Fertigungsbett als ebene Plattform ausgebildet. Üblicherweise wird diese Plattform während des Ablegens beheizt. Insbesondere bei großflächigen Plattformen zur Herstellung von Bauteilen mit größerem Volumen entsteht dabei ein hoher Energieverbrauch.Methods and devices for additive manufacturing by means of melt layering of filament material, which often consists of plastic, are known. Such a process is also known as fused deposition modeling (FDM for short) or 3D printing. The filament material is usually melted in a print head by heating and the softened or flowable filament material is discharged from an opening and placed in a caterpillar shape on a production bed or on an existing part of a component to be manufactured, where the filament material cools and solidifies. Such a production bed is often designed as a flat platform. This platform is usually heated while it is cast off. This results in high energy consumption, particularly with large platforms for the production of components with larger volumes.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material zu schaffen, mit dem effizient und energiesparend Bauteile in Serie gefertigt werden können. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung bereitzustellen, mit der effizient und energiesparend Bauteile in Serienfertigung hergestellt werden können.It is therefore an object of the present invention to create an additive manufacturing process for producing components by means of melt layering of filament material, with which components can be manufactured in series efficiently and in an energy-saving manner. Furthermore, it is an object of the invention to provide a device for additive manufacturing by means of melt deposition, with which components can be produced in series production in an efficient and energy-saving manner.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1, und durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 9.The task is solved by a method according to
Das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material umfasst die folgenden Schritte:
- - Bewegen eines Druckkopfes entlang einer vorgegebenen Trajektorie relativ zu einer Plattform, die mehrere unabhängig voneinander beheizbare Plattformsegmente umfasst,
- - Ablegen von geschmolzenem Filament-Material auf die Plattform oder auf bereits auf die Plattform abgelegtes Filament-Material mittels des Druckkopfes und während des Bewegens des Druckkopfes entlang der Trajektorie, und
- - gesteuertes Beheizen von einem oder mehreren der Plattformsegmente der Plattform in Abhängigkeit der Trajektorie.
- - moving a print head along a predetermined trajectory relative to a platform that includes several independently heatable platform segments,
- - Depositing melted filament material onto the platform or onto filament material already deposited onto the platform using the print head and while moving the print head along the trajectory, and
- - controlled heating of one or more of the platform segments of the platform depending on the trajectory.
Insbesondere basiert die Trajektorie auf vorgegebenen Fertigungsdaten, welche die Bewegung des Druckkopfes während der Herstellung der Bauteile definieren. Vorzugsweise wird dabei entlang der Trajektorie jederzeit oder alternativ teilweise Filament-Material auf die Plattform oder auf das bereits darauf befindliche abgelegte Filament-Material abgelegt.In particular, the trajectory is based on predetermined manufacturing data, which define the movement of the print head during the manufacture of the components. Preferably, filament material is deposited onto the platform or onto the filament material already placed thereon at any time or alternatively along the trajectory.
Mit anderen Worten wird das Verfahren mit einer segmentierten Plattform durchgeführt, deren einzelne Plattformsegmente unabhängig voneinander beheizt werden können. Dieses Beheizen wird dabei in Abhängigkeit von der Trajektorie gesteuert betätigt. Dadurch kann das Beheizen der Plattform flexibel und besonders gezielt an die Herstellung der Bauteile angepasst werden. Dabei kann einerseits sichergestellt werden, dass diejenigen Plattformsegmente, auf die Filament-Material abgelegt wird, gezielt auf die optimale Temperatur aufgeheizt werden, um optimale Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils sicherzustellen. Weiterhin erlaubt das Verfahren eine Reduktion der Heizleistung, oder ein Abschalten der Beheizung von Plattformsegmenten, auf die während der Herstellung der Bauteile zu keinem Zeitpunkt Filament-Material abgelegt wird. Dadurch kann eine besonders energieeffiziente Durchführung des Verfahrens ermöglicht werden. Ferner kann durch die gezielte Steuerbarkeit der Beheizung der Plattform eine besonders zeiteffiziente Herstellung der Bauteile bereitgestellt werden, wodurch insbesondere Bauteile in Serienfertigung zeiteffizient und kostengünstig hergestellt werden können.In other words, the method is carried out with a segmented platform, the individual platform segments of which can be heated independently of one another. This heating is operated in a controlled manner depending on the trajectory. This means that the heating of the platform can be adapted flexibly and specifically to the production of the components. On the one hand, it can be ensured that those platform segments on which filament material is placed are specifically heated to the optimal temperature in order to ensure optimal material properties of the component to be manufactured. Furthermore, the method allows a reduction in the heating power or a switching off of the heating of platform segments on which filament material is not placed at any time during the production of the components. This makes it possible to carry out the process in a particularly energy-efficient manner. Furthermore, the targeted controllability of the heating of the platform can provide a particularly time-efficient production of the components, which means that components in series production in particular can be produced in a time-efficient and cost-effective manner.
Bevorzugt wird das gesteuerte Beheizen in Abhängigkeit von einer momentanen Position des Druckkopfes entlang der Trajektorie durchgeführt. Das heißt, es erfolgt ein selektives Beheizen der einzelnen Plattformsegmente der Plattform in Abhängigkeit davon, an welcher Position der Trajektorie der Druckkopf sich zum momentanen Zeitpunkt befindet. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt wird das gesteuerte Beheizen in Abhängigkeit von einer Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes entlang der Trajektorie durchgeführt. Insbesondere wird dabei eine momentane Bewegungsgeschwindigkeit, sowie vorzugsweise zusätzlich eine zukünftige Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes entlang der Trajektorie betrachtet. Beispielsweise kann dadurch genau bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt der Druckkopf sich an einer bestimmten Position der Plattform, also oberhalb welchem Plattformsegment, befindet. Dadurch kann das gesteuerte Beheizen der einzelnen Plattformsegmente besonders gezielt und einfach durchgeführt werden, um eine optimale Effizienz des Verfahrens zu erlangen.The controlled heating is preferably carried out depending on a current position of the print head along the trajectory. This means that the individual platform segments of the platform are selectively heated depending on the position of the trajectory at which the print head is currently located. Alternatively or additionally preferably, the controlled heating is carried out depending on a movement speed of the print head along the trajectory. In particular, a current movement speed and preferably additionally a future movement speed of the print head along the trajectory are considered. For example, it can be determined exactly at what point in time the print head is at a specific position on the platform, i.e. above which platform segment. This means that the controlled heating of the individual platform segments can be carried out in a particularly targeted and simple manner in order to achieve optimal efficiency of the process.
Besonders bevorzugt wird das Beheizen derart gesteuert, dass einzelne Plattformsegmente, bevorzugt jedes Plattformsegment, innerhalb einer Ablege-Zeitspanne mindestens eine vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Die Ablege-Zeitspanne ist dabei definiert ausgehend von einem Beginn bis zu einem Ende des Ablegens von Filament-Material auf das entsprechende Plattformsegment. Das heißt, das Plattformsegment, auf welches Filament-Material abgelegt wird, wird derart beheizt, dass das Plattformsegment während des gesamten Ablegevorgangs auf diesem Plattformsegment stets mindestens die vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Dadurch kann das Beheizen der Plattform besonders gezielt und effizient derart angepasst werden, um die für die gewünschten Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils optimalen Temperaturen bereitzustellen.Particularly preferably, the heating is controlled in such a way that individual platform segments, preferably each platform segment, have at least one predetermined depositing temperature within a depositing period. The deposition time period is defined starting from a start to an end of the deposition of filament material onto the corresponding platform segment. This means that the platform segment on which filament material is deposited is heated in such a way that the platform segment always has at least the predetermined depositing temperature during the entire depositing process on this platform segment. As a result, the heating of the platform can be adjusted in a particularly targeted and efficient manner in order to provide the optimal temperatures for the desired material properties of the component to be manufactured.
Vorzugsweise wird das Beheizen derart gesteuert, dass einzelne Plattformsegmente, bevorzugt jedes Plattformsegment, innerhalb einer vorbestimmten Warmhalte-Zeitspanne mindestens eine vorbestimmte Warmhaltetemperatur aufweist. Die Warmhalte-Zeitspanne grenzt dabei zeitlich, insbesondere unmittelbar, an die Ablege-Zeitspanne an. Das heißt, nach dem Ablegen des Filament-Materials auf genau ein bestimmtes Plattformsegment wird dieses Plattformsegment auf der Warmhaltetemperatur warmgehalten. Dadurch kann die Aushärtung des abgelegten Filament-Materials gezielt beeinflusst werden, um die optimalen gewünschten Bauteileigenschaften sicherstellen zu können.Preferably, the heating is controlled in such a way that individual platform segments, preferably each platform segment, have at least a predetermined keeping-warm temperature within a predetermined keeping-warm period. The keeping-warm period is temporally, in particular directly, adjacent to the putting-down period. This means that after the filament material has been placed on exactly a specific platform segment, this platform segment is kept warm at the warming temperature. This allows the hardening of the deposited filament material to be specifically influenced in order to ensure the optimal desired component properties.
Bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne eine Dauer von mindestens 5 Sekunden, bevorzugt mindestens 10 Sekunden, auf. Weiter bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne eine vorbestimmte Maximaldauer von beispielsweise 90 Sekunden, bevorzugt 30 Sekunden, auf, um einen energiesparenden Betrieb zu ermöglichen.The keep-warm period preferably has a duration of at least 5 seconds, preferably at least 10 seconds. More preferably, the keep-warm period has a predetermined maximum duration of, for example, 90 seconds, preferably 30 seconds, in order to enable energy-saving operation.
Weiter bevorzugt ist die Warmhaltetemperatur kleiner oder gleich der Ablegetemperatur. Beispielsweise kann die Warmhaltetemperatur mindestens 20 K, bevorzugt maximal 100 K, niedriger als die Ablegetemperatur sein. Vorzugsweise kann die Warmhaltetemperatur während der Warmhalte-Zeitspanne konstant gehalten werden. Alternativ bevorzugt kann die Warmhaltetemperatur während der Warmhalte-Zeitspanne, insbesondere kontinuierlich, reduziert werden, wodurch ein besonders energiesparendes Herstellungsverfahren ermöglicht werden kann.More preferably, the warming temperature is less than or equal to the deposition temperature. For example, the keeping temperature can be at least 20 K, preferably a maximum of 100 K, lower than the deposition temperature. Preferably, the keeping warm temperature can be kept constant during the keeping warm period. Alternatively, the keeping temperature can preferably be reduced during the keeping warm period, in particular continuously, which enables a particularly energy-saving production process.
Weiter bevorzugt wird das Beheizen derart gesteuert, dass innerhalb einer vorbestimmten Vorwärm-Zeitspanne ein Aufheizen des entsprechenden Plattformsegments, auf das während der Ablege-Zeitspanne das Filament-Material abgelegt wird, auf die vorbestimmte Ablegetemperatur erfolgt. Die Vorwärm-Zeitspanne liegt dabei zeitlich unmittelbar vor der Ablege-Zeitspanne. Insbesondere erfolgt somit während der Vorwärm-Zeitspanne ein gesteuertes Beheizen des Plattformsegments derart, dass dieses Plattformsegment zum Ende der Vorwärm-Zeitspanne, was dem Beginn der Ablege-Zeitspanne entspricht, mindestens die Ablegetemperatur aufweist. Mit anderen Worten wird das Plattformsegment um die Dauer der Vorwärm-Zeitspanne bereits vor dem eigentlichen Ablegen des Filament-Materials beheizt, sodass das Plattformsegment zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druckkopf erstmalig einen Teil einer Filament-Raupe auf das entsprechende Plattformsegment ablegt, die erforderliche Ablegetemperatur aufweist. Somit kann bei einer möglichen hohen Energieeffizienz des Verfahrens besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass jedes Plattformsegment stets die optimale Temperatur zu dem Zeitpunkt aufweist, an dem das Filament-Material tatsächlich abgelegt wird.Further preferably, the heating is controlled in such a way that the corresponding platform segment, on which the filament material is deposited during the deposition period, is heated to the predetermined deposition temperature within a predetermined preheating period. The preheating period is immediately before the depositing period. In particular, during the preheating period, the platform segment is heated in a controlled manner in such a way that this platform segment has at least the depositing temperature at the end of the preheating period, which corresponds to the beginning of the depositing period. In other words, the platform segment is heated for the duration of the preheating period before the filament material is actually deposited, so that the platform segment has the required temperature at the time when the print head first deposits part of a filament bead onto the corresponding platform segment depositing temperature. Thus, with a possible high energy efficiency of the method, it can be ensured particularly reliably that each platform segment always has the optimal temperature at the time at which the filament material is actually deposited.
Bevorzugt umfasst der Schritt des gesteuerten Beheizens den folgenden Schritt: Reduzieren einer Heizleistung für das einzelne Plattformsegment, bevorzugt für jedes Plattformsegment, außerhalb einer Heiz-Zeitspanne. Die Heiz-Zeitspanne umfasst dabei, insbesondere ausschließlich, die Vorwärm-Zeitspanne und die Ablege-Zeitspanne und die Warmhalte-Zeitspanne. Mit anderen Worten wird die Heizleistung für ein einzelnes Plattformsegment der Plattform reduziert, wenn das Ablegen des Filament-Materials auf dieses Plattformsegment mehr als die Vorwärm-Zeitspanne in der Zukunft liegt, oder mehr als die Warmhalte-Zeitspanne in der Vergangenheit liegt. Dadurch kann das Verfahren sehr einfach und energieeffizient durchgeführt werden.The step of controlled heating preferably includes the following step: reducing a heating power for the individual platform segment, preferably for each platform segment, outside of a heating period. The heating period includes, in particular exclusively, the preheating period and the putting down period and the keeping warm period. In other words, the heating output for an individual platform segment of the platform is reduced if the deposition of the filament material onto that platform segment is more than the preheating period in the future, or more than the keeping warm period in the past. This means the process can be carried out very easily and energy-efficiently.
Besonders bevorzugt wird jedes Plattformsegment ausschließlich innerhalb der Heiz-Zeitspanne, welche, insbesondere ausschließlich, die Vorwärm-Zeitspanne und die Ablege-Zeitspanne und die Warmhalte-Zeitspanne umfasst, beheizt. Das heißt, außerhalb der Heiz-Zeitspanne jedes Plattformsegments, wird eine Heizleistung für dieses Plattformsegment auf Null reduziert. Dadurch kann ein besonders energieeffizientes Verfahren und damit eine kostengünstige Herstellung der Bauteile ermöglicht werden.Particularly preferably, each platform segment is heated exclusively within the heating period, which, in particular exclusively, includes the preheating period and the depositing period and the keeping warm period. That is, outside the heating period of each platform segment, a heating output for that platform segment is reduced to zero. This enables a particularly energy-efficient process and thus cost-effective production of the components.
Weiter bevorzugt wird das Bewegen des Druckkopfes mittels eines Roboterarms durchgeführt. Der Druckkopf ist dabei an dem Roboterarm angeordnet. Beispielsweise kann der Roboterarm Teil eines mehrachsig bewegbaren Industrieroboters sein. Insbesondere eignet sich das Verfahren somit zur Herstellung von großvolumigen Bauteilen, welche beispielsweise auf Plattformen mit einer Größe von mehreren Quadratmetern hergestellt werden.More preferably, the movement of the print head is carried out using a robot arm. The print head is arranged on the robot arm. For example, the robot arm can be part of an industrial robot that can be moved on multiple axes. The method is therefore particularly suitable for the production of large-volume components, which are manufactured, for example, on platforms measuring several square meters.
Weiterhin führt die Erfindung zu einer Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform mit mehreren unabhängig voneinander beheizbaren Plattformsegment dadurch, einen Druckkopf, der eingerichtet ist zum Ablegen von geschmolzenem Filament-Material auf die Plattform, und eine Manipulationseinrichtung, welche eingerichtet ist, um den Druckkopf relativ zur Plattform zu bewegen. Zudem umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, das beschriebene additive Herstellungsverfahren durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dabei eingerichtet, die Manipulationseinrichtung zu betätigen, vorzugsweise derart, um den Druckkopf entlang der vorgegebenen Trajektorie relativ zu der Plattform zu bewegen. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zusätzlich eingerichtet, um die Beheizung der mehreren Plattformsegmente selektiv gesteuert zu betätigen. Damit kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche bei einfachem Aufbau eine besonders zeit- und energieeffiziente Herstellung von Bauteilen durch Schmelzschichtung ermöglicht.Furthermore, the invention leads to a device for additive manufacturing using melt deposition. The device comprises a platform with a plurality of independently heatable platform segments thereby, a print head which is set up to deposit melted filament material onto the platform, and a manipulation device which is set up to move the print head relative to the platform. In addition, the device includes a control device which is set up to carry out the additive manufacturing process described. In particular, the control device is set up to actuate the manipulation device, preferably in such a way as to move the print head along the predetermined trajectory relative to the platform. Preferably, the control device is additionally set up to operate the heating of the several platform segments in a selectively controlled manner. This makes it possible to provide a device which, with a simple structure, enables particularly time- and energy-efficient production of components by melt deposition.
Bevorzugt umfasst die Manipulationseinrichtung einen Roboterarm, mittels welchem der Druckkopf, vorzugsweise mehrachsig, relativ zur Plattform bewegbar ist. Insbesondere kann der Roboterarm Teil eines Industrieroboters sein, wobei der Druckkopf vorzugsweise an einem Armende des Roboterarms angeordnet ist.The manipulation device preferably comprises a robot arm, by means of which the print head can be moved relative to the platform, preferably in multiple axes. In particular, the robot arm can be part of an industrial robot, with the print head preferably being arranged at one arm end of the robot arm.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Vorrichtung mittels welcher ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, -
2 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Bewegung eines Druckkopfes der Vorrichtung der1 während einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
3 eine vereinfachte schematische Ansicht zeitlicher Abläufe des gesteuerten Beheizens für ein einzelnes Plattformsegment während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a simplified schematic view of a device by means of which a method according to a preferred embodiment of the invention is carried out, -
2 a simplified schematic view of a movement of a print head of thedevice 1 while carrying out the method according to the invention, and -
3 a simplified schematic view of the temporal sequences of controlled heating for an individual platform segment during the implementation of the method according to the invention.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines additiven Herstellungsverfahrens zur Herstellung von Bauteilen 10 mittels Schmelzschichtung von Filament-Material 15 beschrieben. Dabei wird auf die
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Manipulationseinrichtung 4 mit einem mehrachsig bewegbaren Roboterarm. An einem Ende des Roboterarms ist ein Druckkopf 2 angeordnet, mittels welchem geschmolzenes Filament-Material abgelegt werden kann zum 3D-Drucken von Bauteilen 10.The
Die Bauteile 10 werden dabei dadurch hergestellt, dass der Druckkopf 2 das geschmolzene Filament-Material auf eine Plattform 3 ablegt.The
Die Plattform 3 umfasst mehrere Plattformsegmente 31, 32, 33, 34, welche unabhängig voneinander beheizbar sind. Durch das Beheizen der Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 kann die Abkühlung und Verfestigung des abgelegten Filament-Materials beeinflusst werden, um die gewünschten Materialeigenschaften der herzustellenden Bauteile 10 optimal einstellen zu können.The
Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 5, welche eingerichtet ist, die Manipulationseinrichtung 4, den Druckkopf 2, und die Plattform 3 steuerbar zu betätigen.Furthermore, the
Zum Herstellen der Bauteile 10 wird der Druckkopf 2 relativ zur Plattform 3 bewegt, während das Filament-Material 15 auf der Plattform 3 abgelegt wird. Dies ist in der
Wie in der
Alternativ kann eine beliebige Segmentierung der Plattform 3 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Plattform 3 insgesamt mindestens vier, bevorzugt mindestens neun, besonders bevorzugt maximal 100, einzelne Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 aufweisen.Alternatively, any segmentation of the
Beim Herstellen der Bauteile 10 wird der Druckkopf 2 entlang einer vorgegebenen Trajektorie 20 relativ zur Plattform 3 bewegt, wobei während dieser Bewegung das Filament-Material 15 auf die Plattform 3 und/oder auf bereits abgelegtes Filament-Material 16 abgelegt wird. Dadurch kann das Bauteil 10 schichtweise aufgebaut werden. Die Trajektorie 20 ist dabei definiert als eine Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes 2 in eine Ebene der Plattform 3.When producing the
Beispielsweise kann der Druckkopf 3 zusätzlich in einer zur Plattform senkrechten Richtung bewegt werden, wobei diese Bewegung insbesondere nicht durch die Trajektorie 20 mit abgebildet wird.For example, the
Bei der Durchführung des Verfahrens werden die einzelnen Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 individuell in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie 20 gesteuert beheizt, wie nachfolgend im Detail beschrieben.When carrying out the method, the
Zunächst erfolgt eine Beschreibung des gesteuerten Beheizens anhand eines einzelnen Plattformsegments 34, nämlich des vierten Plattformsegments 34, oberhalb welchem sich der Druckkopf 2 zum momentanen Zeitpunkt 65 befindet, das heißt, auf das gerade gedruckt wird (vgl.
Dargestellt ist in der
Während der gesamten Ablege-Zeitspanne 52 wird das vierte Plattformsegment 34 derart beheizt, dass dieses mindestens eine vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Insbesondere ist die Ablegetemperatur optimal an das Ablegen und Verfestigen des Filament-Materials 15 angepasst.During the
Zeitlich vor der Ablege-Zeitspanne findet während einer vorbestimmten Vorwärm-Zeitspanne 51 ein Aufheizen des vierten Plattformsegments 34 statt. Dabei wird das vierte Plattformsegment 34 während der Vorwärm-Zeitspanne 51 derart beheizt, dass dieses am Ende der Vorwärm-Zeitspanne 51, das heißt zum Beginn 61 der Ablege-Zeitspanne 52, mindestens die vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist.Before the depositing period, the
Bevorzugt weist die Vorwärm-Zeitspanne 51 eine vorbestimmte Dauer, von vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, bevorzugt maximal 20 Sekunden, auf. Dadurch wird sichergestellt, dass das vierte Plattformsegment 34 beim Beginn 61 des Ablegens eine ausreichend hohe Temperatur aufweist.The preheating
An das Ende 62 der Ablege-Zeitspanne 52 schließt unmittelbar eine vorbestimmte Warmhalte-Zeitspanne 53 an, während welcher das vierte Plattformsegment 34 warmgehalten wird, nämlich mindestens auf einer vorbestimmten Warmhaltetemperatur. Die Warmhaltetemperatur kann dabei der Ablegetemperatur entsprechen, oder bevorzugt kleiner als die Ablegetemperatur sein. Besonders bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne 53 eine vorbestimmte Dauer, von vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, bevorzugt maximal 60 Sekunden, auf. Dadurch kann eine optimale Verfestigung des abgelegten Filament-Materials 16 sichergestellt werden.The
Die Vorwärm-Zeitspanne 51 und die Ablege-Zeitspanne 52 und die warmhalte-Zeitspanne 53 bilden zusammen eine Heiz-Zeitspanne 55. Das gesteuerte Beheizen des vierten Plattformsegments 34 wird dabei derart durchgeführt, dass das vierte Plattformsegment 34 ausschließlich innerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 beheizt wird. Alternativ bevorzugt kann ein Beheizen des vierten Plattformsegments 34 auch außerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 erfolgen, wobei eine Heizleistung für das vierte Plattformsegment 34 außerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 reduziert wird, vorzugsweise um mindestens 50 % gegenüber einer maximalen Heizleistung innerhalb der Heiz-Zeitspanne 55. Dadurch kann ein besonders energieeffizientes Verfahren bereitgestellt werden.The preheating
Nachfolgend erfolgt zur weiteren Erläuterung eine Beschreibung des gesteuerten Beheizens bei dem in
Dabei wird zu dem beispielhaft in der
Bei dem in der
Die ersten Plattformsegments 31 können währen des gesamten Verfahrens bevorzugt gar nicht beheizt werden, um ein besonders energieeffizientes Verfahren bereitzustellen.The
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben somit auf einfache Weise eine besonders energieeffiziente und damit kostengünstige Herstellung von Bauteilen 10 aus Filament-Material 15. Insbesondere kann durch das zeitlich optimierte Beheizen auch ein besonders zeiteffiziente Herstellungsverfahren bereitgestellt werden. Insgesamt kann dadurch eine sehr effiziente Fertigung von Bauteilen 10 in Serie ermöglicht werden, wobei stets optimale Materialeigenschaften bereitgestellt werden.The method according to the invention and the device according to the invention thus allow a particularly energy-efficient and therefore cost-effective production of
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- DruckkopfPrinthead
- 33
- Plattformplatform
- 44
- RoboterarmRobot arm
- 55
- SteuereinrichtungControl device
- 1010
- BauteilComponent
- 1515
- Filament-MaterialFilament material
- 1616
- abgelegtes Filament-Materialdeposited filament material
- 2020
- TrajektorieTrajectory
- 31, 32, 33, 3431, 32, 33, 34
- PlattformsegmentePlatform segments
- 5050
- HerstellungszeitManufacturing time
- 5151
- Vorwärm-ZeitspannePreheat period
- 5252
- Ablege-ZeitspanneLaying time period
- 5353
- Warmhalte-ZeitspanneKeep warm period
- 5555
- Heiz-ZeitspanneHeating period
- 6161
- Beginn des AblegensStart of casting off
- 6262
- Ende des AblegensEnd of casting off
- 6565
- momentaner Zeitpunktcurrent point in time
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022203819.3A DE102022203819A1 (en) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | Additive manufacturing process for producing components using melt layering of filament material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022203819.3A DE102022203819A1 (en) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | Additive manufacturing process for producing components using melt layering of filament material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022203819A1 true DE102022203819A1 (en) | 2023-10-19 |
Family
ID=88191894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022203819.3A Pending DE102022203819A1 (en) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | Additive manufacturing process for producing components using melt layering of filament material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022203819A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160096326A1 (en) | 2014-10-03 | 2016-04-07 | Tyco Electronics Corporation | Selective zone temperature control build plate |
DE102015111504A1 (en) | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Apium Additive Technologies Gmbh | 3D printing device |
US20180126671A1 (en) | 2016-11-08 | 2018-05-10 | The Boeing Company | Systems and methods for thermal control of additive manufacturing |
-
2022
- 2022-04-19 DE DE102022203819.3A patent/DE102022203819A1/en active Pending
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