DE102016003464A1 - METHOD AND SYSTEM FOR ADDITIVELY MANUFACTURING USING A HIGH-ENERGY SOURCE AND A HOT WIRE - Google Patents

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Steven R. Peters
Paul Edward Denney
Badri K Narayanan
Dionysus Damato
Michael Whitehead
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Abstract

Ein Verfahren und ein System zur Herstellung von Werkstücken unter Verwendung einer hochintensiven Energiequelle zum Bilden einer Pfütze und mindestens eines widerstandserwärmten Drahtes, der auf oder nahe seiner Schmelztemperatur erwärmt und in die Pfütze als Tröpfchen abgeschieden wird.A method and system for producing workpieces using a high intensity energy source to form a puddle and at least one resistance-heated wire heated to or near its melting temperature and deposited into the puddle as droplets.

Description

PRIORITÄTPRIORITY

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Patentanmeldung Nr. 14/163,367, eingereicht am 24. Januar 2014, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.The present application is a partial refinement of U.S. Patent Application No. 14 / 163,367, filed January 24, 2014, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bestimmte Ausführungsformen betreffen additive Herstellungsanwendungen. Genauer gesagt, betreffen bestimmte Ausführungsformen ein System und ein Verfahren zur Verwendung eines kombinierten Fülldrahtzufuhr- und Energiequellensystems für additive Herstellungsanwendungen.Certain embodiments relate to additive manufacturing applications. More particularly, certain embodiments relate to a system and method for using a combined flux-cored feed and power source system for additive manufacturing applications.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Der Einsatz der additiven Herstellung unter Verwendung verschiedener Verfahren hat in der jüngeren Vergangenheit zugenommen. Jedoch haben die bekannten Verfahren verschiedene Nachteile. Zum Beispiel verwenden einige Prozesse Metallpulver, die allgemein langsam sind und zu einer erheblichen Vergeudung der Pulver führen kann. Andere Verfahren, die Lichtbogen-basierte Systeme haben, sind ebenfalls langsam und erlauben nicht die Herstellung hochpräziser Erzeugnisse. Darum besteht Bedarf an additiven Herstellungsprozessen und Systemen, die mit hohen Geschwindigkeiten und einem hohen Grad an Präzision arbeiten können.The use of additive manufacturing using various methods has increased in the recent past. However, the known methods have various disadvantages. For example, some processes use metal powders which are generally slow and can lead to significant waste of the powders. Other processes that have arc-based systems are also slow and do not allow the production of high-precision products. Therefore, there is a need for additive manufacturing processes and systems that can operate at high speeds and with a high degree of precision.

Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Lösungsansätze erkennt der Fachmann durch Vergleichen solcher Lösungsansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im übrigen Teil der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt sind.Further limitations and disadvantages of conventional, traditional and proposed approaches will be recognized by those skilled in the art by comparing such approaches to embodiments of the present invention set forth in the remainder of the present application with reference to the drawings.

KURZDARSTELLUNGSUMMARY

Um das Problem zu lösen, Prozesse und Systeme zur additiven Herstellung bereitzustellen, die mit hohen Geschwindigkeiten und mit einem hohen Grad an Präzision arbeiten können, schlägt die Erfindung ein additives Herstellungssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur additiven Herstellung nach Anspruch 7 vor. Bevorzugte Ausführungsformen können der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den abhängigen Ansprüchen entnommen werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System und ein Verfahren zur additiven Herstellung, wobei eine Hochenergievorrichtung eine Oberfläche eines Werkstücks mit einer Hochenergieentladung bestrahlt, um eine Schmelzpfütze auf einer Oberfläche des Werkstücks zu erzeugen. Eine Drahtzuführvorrichtung führt einen Draht zu der Pfütze, und eine Stromversorgung speist ein Erwärmungssignal in den Draht ein, wobei das Erwärmungssignal mehrere Stromimpulse umfasst und wobei jeder der Stromimpulse ein schmelzflüssiges Tröpfchen an einem distalen Ende des Drahtes erzeugt, der in die Pfütze hinein abgeschieden wird. Jeder der Stromimpulse erreicht einen Spitzenstrompegel, nachdem die Drahtzuführvorrichtung veranlasst hat, dass das distale Ende des Drahtes die Pfütze kontaktiert, und das Erwärmungssignal hat keinen Strom zwischen den mehreren Stromimpulsen. Die Drahtzuführvorrichtung steuert die Bewegung des Drahtes so, dass das distale Ende des Drahtes zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenstrompegeln der Stromimpulse nicht mit der Pfütze in Kontakt steht, und die Stromversorgung den Erwärmungsstrom so steuert, dass zwischen dem Draht und dem Werkstück während der Stromimpulse kein Lichtbogen zwischen dem Draht und dem Werkstück während der Stromimpulse entsteht.To solve the problem of providing processes and systems for additive manufacturing which can operate at high speeds and with a high degree of precision, the invention proposes an additive manufacturing system having the features of claim 1 and an additive manufacturing method of claim 7 , Preferred embodiments may be taken from the description, the drawings and / or the dependent claims. Embodiments of the present invention include a system and method for additive manufacturing wherein a high energy device irradiates a surface of a workpiece with a high energy discharge to produce a molten puddle on a surface of the workpiece. A wire feeder leads a wire to the puddle, and a power supply feeds a heating signal into the wire, the heating signal comprising a plurality of current pulses, and wherein each of the current pulses produces a molten droplet at a distal end of the wire which is deposited into the puddle. Each of the current pulses reaches a peak current level after the wire feeder has caused the distal end of the wire to contact the puddle and the warming signal has no current between the multiple current pulses. The wire feeder controls the movement of the wire such that the distal end of the wire does not contact the puddle between successive peak current levels of the current pulses, and the power supply controls the heating current so that no arc exists between the wire and the workpiece during the current pulses Wire and the workpiece during the current pulses arises.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die obigen und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden deutlicher erkennbar, indem im Detail beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:The above and / or other aspects of the invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:

1 veranschaulicht ein Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines additiven Herstellungssystems der vorliegenden Erfindung; 1 FIG. 12 illustrates a block diagram of an exemplary embodiment of an additive manufacturing system of the present invention; FIG.

2A bis 2D veranschaulichen einen Tröpfchenabscheidungsprozess gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2A to 2D illustrate a droplet deposition process according to an exemplary embodiment of the present invention;

3 veranschaulicht eine andere Ansicht eines Tröpfchenabscheidungsprozesses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 illustrates another view of a droplet deposition process according to an exemplary embodiment of the present invention;

4A bis 4B veranschaulichen repräsentative Stromwellenformen, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können; 4A to 4B illustrate representative current waveforms that may be used with embodiments of the present invention;

5 veranschaulicht eine repräsentative Ausführungsform einer Spannungs- und Stromwellenform der vorliegenden Erfindung; 5 Fig. 10 illustrates a representative embodiment of a voltage and current waveform of the present invention;

6A und 6B veranschaulichen die Verwendung eines Lasers, um die Tröpfchenabscheidung zu unterstützen; 6A and 6B illustrate the use of a laser to aid droplet deposition;

7 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Drahterwärmungssystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; 7 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a wire heating system according to an aspect of the present invention; FIG.

8A veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Stromwellenform, die mit dem System von 7 verwendet werden kann; 8A FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a current waveform associated with the system of FIG 7 can be used;

8B veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform von Wellenformen für Strom, Spannung, Drahtzufuhrgeschwindigkeit und Laserleistung für eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 8B FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of current, voltage, wire feed rate, and laser power waveforms for an exemplary embodiment of the present invention; FIG.

9 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Drahterwärmungssystems der vorliegenden Erfindung; 9 illustrates another exemplary embodiment of a wire heating system of the present invention;

10 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung mehrerer Drähte; 10 illustrates another exemplary embodiment of the present invention using multiple wires;

11 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Systems der vorliegenden Erfindung; 11 illustrates another exemplary embodiment of a system of the present invention;

12 veranschaulicht ein Stromversorgungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 12 Fig. 10 illustrates a power supply system according to an embodiment of the present invention;

13 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems, das mehrere Verbrauchsmaterialien auf einmal verwendet; 13 Figure 1 illustrates an embodiment of a system that uses multiple consumables at one time;

14 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Systems von 13; 14 illustrates another embodiment of the system of 13 ;

15 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform des in 13 gezeigten Systems; und 15 illustrates another exemplary embodiment of the in 13 shown system; and

16 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines nicht-bondenden Herstellungssubstrats; 16 Figure 1 illustrates an exemplary embodiment of a non-bonding manufacturing substrate;

17A bis 17C veranschaulichen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines nicht-bondenden Herstellungssubstrats; 17A to 17C illustrate further exemplary embodiments of a non-bonding manufacturing substrate;

18A veranschaulicht eine Ausführungsform eines nicht-bondenden Substrats mit einem Kühlsystem; 18A Figure 1 illustrates one embodiment of a non-bonding substrate with a cooling system;

18B veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Herstellungsversteifungsstruktur, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; 18B FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a fabrication stiffening structure that may be used with embodiments of the present invention; FIG.

19A bis 19C veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen geflochtener Verbrauchsmaterialien zur additiven Herstellung, der mit den im vorliegenden Text beschriebenen Systemen verwendet werden können; 19A to 19C illustrate exemplary embodiments of braided consumables for additive manufacturing that may be used with the systems described herein;

20A bis 20B veranschaulichen ein beispielhaftes geflochtenes Verbrauchsmaterial, dass wurde verformter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; 20A to 20B illustrate an exemplary braided consumable that has become more deformed according to embodiments of the present invention;

20C veranschaulicht eine Ausführungsform einer Doppeldrahtabscheidungskontaktspitzenbaugruppe, wie im vorliegenden Text beschrieben; 20C FIG. 12 illustrates one embodiment of a double wire deposition contact tip assembly as described herein; FIG.

20D veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Doppeldrahtkontaktspitze der vorliegenden Erfindung; 20D Fig. 12 illustrates another exemplary embodiment of a dual wire contact tip of the present invention;

21A und 21B veranschaulichen eine beispielhafte Kontaktspitzenbaugruppe der vorliegenden Erfindung, die zum Verformen von Verbrauchsmaterialien zum Zuführen während eines Abscheidungsprozesses verwendet werden kann; 21A and 21B illustrate an exemplary contact tip assembly of the present invention that may be used to deform consumables for delivery during a deposition process;

22 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Verbrauchsmaterial der vorliegenden Erfindung; 22 illustrates another exemplary consumable of the present invention;

23 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Verbrauchsmaterials zur additiven Herstellung, wie im vorliegenden Text beschrieben; und 23 FIG. 12 illustrates another exemplary embodiment of a consumable additive as described herein; FIG. and

24A bis 24D veranschaulichen zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen von Verbrauchsmaterialien zur additiven Herstellung, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. 24A to 24D illustrate additional exemplary embodiments of additive manufacturing consumables that may be used with embodiments of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unten anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verständnis der Erfindung unterstützen und sollen den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise einschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.Exemplary embodiments of the invention will now be described below with reference to the accompanying figures. The described exemplary embodiments are intended to assist in the understanding of the invention and are not intended to limit the scope of the invention in any way. Like reference numbers always refer to like elements.

Der Begriff „additive Herstellung” wird im vorliegenden Dokument in einem weiten Sinne verwendet und kann sich auf jegliche Anwendungen beziehen, einschließlich Aufbauen, Konstruieren oder Erzeugen von Objekten oder Komponenten.The term "additive manufacturing" is used in the present document in a broad sense and may refer to any application, including building, constructing or creating objects or components.

1 veranschaulicht ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines kombinierten Fülldrahtzufuhrvorrichtungs- und Energiequellensystems 100 zum Ausführen einer additiven Herstellung. Das System 100 enthält ein Laser-Teilsystem, das in der Lage ist, einen Laserstrahl 110 auf ein Werkstück 115 zu fokussieren, um das Werkstück 115 zu erwärmen. Das Laser-Teilsystem ist eine hoch-intensive Energiequelle. Das Laser-Teilsystem kann eine beliebige Form einer hochenergetischen Laserquelle sein, einschließlich beispielsweise Kohlendioxid-, Nd:YAG-, Yb-Scheiben-, YB-Faser-, Faserübertragungs- oder Direktdioden-Lasersysteme. Weitere Ausführungsformen des Systems können mindestens eines von Folgendem enthalten: einen Elektronenstrahl, ein Plasma-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Wolfram-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Gas-Metall-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, ein Flussmittelkern-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, und ein Unterpulver-Lichtbogenschweiß-Teilsystem, um als die hoch-intensive Energiequelle zu dienen. Die folgende Spezifikation nimmt wiederholt Bezug auf das Lasersystem, den Laserstrahl und die Laserstromversorgung; es versteht sich jedoch, dass diese Verweise nur beispielhafter Art sind, da jede beliebige hoch-intensive Energiequelle verwendet werden kann. Zum Beispiel kann eine hoch-intensive Energiequelle mindestens 500 W/cm2 bereitstellen. Das Laser-Teilsystem enthält eine Laservorrichtung 120 und eine Laserstromversorgung 130, die miteinander wirkverbunden sind. Die Laserstromversorgung 130 liefert die Energie zum Betreiben der Laservorrichtung 120. 1 FIG. 12 illustrates a functional block diagram of an exemplary embodiment of a combined flux-cored feeder and power source system. FIG 100 for performing an additive manufacturing. The system 100 contains a laser subsystem that is capable of producing a laser beam 110 on a workpiece 115 to focus around the workpiece 115 to warm up. The laser subsystem is a high-intensity energy source. The Laser subsystem may be any form of high energy laser source including, for example, carbon dioxide, Nd: YAG, Yb disc, YB fiber, fiber transfer or direct diode laser systems. Other embodiments of the system may include at least one of an electron beam, a plasma arc welding subsystem, a gas tungsten arc welding subsystem, a gas metal arc welding subsystem, a flux cored arc welding subsystem, and a subpowder. Arc welding subsystem to serve as the high-intensity power source. The following specification repeatedly refers to the laser system, the laser beam and the laser power supply; however, it should be understood that these references are merely exemplary in nature, as any high-intensity energy source may be used. For example, a high intensity energy source can provide at least 500 W / cm 2 . The laser subsystem includes a laser device 120 and a laser power supply 130 that are operatively connected to each other. The laser power supply 130 provides the energy to operate the laser device 120 ,

Das System 100 enthält außerdem ein Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem, das in der Lage ist, mindestens einen ohmschen Fülldraht 140 bereitzustellen, um einen Kontakt mit dem Werkstück 115 in der Nähe des Laserstrahls 110 herzustellen. Natürlich versteht es sich, dass mit der Erwähnung des Werkstücks 115 im vorliegenden Text die Schmelzpfütze als Teil des Werkstücks 115 angesehen wird, so dass der Verweis auf einen Kontakt mit dem Werkstück 115 auch einen Kontakt mit der Pfütze enthält. Das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem enthält eine Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150, ein Kontaktrohr 160 und eine Stromversorgung 170. Während des Betriebes wird der Fülldraht 140 durch elektrischen Strom aus der Stromversorgung 170, die zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 wirkverbunden ist, widerstandserwärmt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stromversorgung 170 eine gepulste Gleichstromversorgung, obgleich Wechselstrom- oder sonstige Arten von Stromversorgungen ebenfalls möglich sind. Der Draht 140 wird von der Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150 durch das Kontaktrohr 160 in Richtung des Werkstücks 115 zugeführt und erstreckt sich über das Rohr 160 hinaus. Der Verlängerungsabschnitt des Drahtes 140 wird so widerstandserwärmt, dass der Verlängerungsabschnitt sich dem Schmelzpunkt annähert oder diesen erreicht, bevor er eine Schweißpfütze auf dem Werkstück berührt. Der Laserstrahl 110 dient zum Schmelzen eines Teils des Grundmetalls des Werkstücks 115, um eine Schweißpfütze zu bilden, und kann auch zum Schmelzen des Drahtes 140 auf das Werkstück 115 verwendet werden. Die Stromversorgung 170 liefert die Energie, die benötigt wird, um den Fülldraht 140 widerstandszuschmelzen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, liefert die Stromversorgung 170 in einigen Ausführungsformen die gesamte benötigte Energie, während in anderen Ausführungsformen der Lager oder eine sonstige hochenergetische Wärmequelle einen Teil der Energie liefern kann. Das Zuführvorrichtungs-Teilsystem kann gemäß bestimmten anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, gleichzeitig einen oder mehrere Drähte bereitzustellen. Dies wird unten noch ausführlicher besprochen.The system 100 Also includes a hot fill wire feeder subsystem capable of having at least one ohmic flux cored wire 140 to provide a contact with the workpiece 115 near the laser beam 110 manufacture. Of course, it goes without saying that with the mention of the workpiece 115 in the present text, the molten puddle as part of the workpiece 115 is viewed, so the reference to a contact with the workpiece 115 also contains a contact with the puddle. The hot fill wire feeder subsystem includes a cored wire feeder 150 , a contact tube 160 and a power supply 170 , During operation, the cored wire becomes 140 by electricity from the power supply 170 between the contact tube 160 and the workpiece 115 is actively connected, resistance heated. According to one embodiment of the present invention is the power supply 170 a pulsed DC power supply, although AC or other types of power supplies are also possible. The wire 140 is from the Fülldrahtzufuhrvorrichtung 150 through the contact tube 160 in the direction of the workpiece 115 fed and extends over the pipe 160 out. The extension section of the wire 140 is so resistance heated that the extension portion approaches or reaches the melting point before it contacts a weld puddle on the workpiece. The laser beam 110 serves to melt a part of the base metal of the workpiece 115 to form a sweat puddle, and may also melt the wire 140 on the workpiece 115 be used. The power supply 170 provides the energy needed to fill the flux wire 140 widerstandszuschmelzen. As will be explained in more detail below, provides the power supply 170 in some embodiments, the total energy required, while in other embodiments, the bearing or other high-energy heat source may provide some of the energy. The feeder subsystem may, according to certain other embodiments of the present invention, be capable of simultaneously providing one or more wires. This will be discussed in more detail below.

Das System 100 enthält des Weiteren ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das in der Lage ist, den Laserstrahl 110 (die Energiequelle) und den ohmschen Fülldraht 140 in derselben Richtung 125 entlang des Werkstücks 115 (wenigstens im relativen Sinn) dergestalt zu bewegen, dass der Laserstrahl 110 und der ohmsche Fülldraht 140 in einer festen Beziehung zueinander bleiben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 115 und der Laser/Draht-Kombination erreicht werden, indem man das Werkstück 115 tatsächlich bewegt oder indem man die Laservorrichtung 120 und das Drahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem bewegt. In 1 enthält das Bewegungssteuerungsteilsystem eine Bewegungssteuereinheit 180, die mit einem Roboter 190 wirkverbunden ist. Die Bewegungssteuereinheit 180 steuert die Bewegung des Roboters 190. Der Roboter 190 ist mit dem Werkstück 115 wirkverbunden (zum Beispiel mechanisch daran befestigt), um das Werkstück 115 so in der Richtung 125 zu bewegen, dass sich der Laserstrahl 110 und der Draht 140 praktisch an dem Werkstück 115 entlang bewegen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Laservorrichtung 110 und das Kontaktrohr 160 in einem einzelnen Kopf integriert sein. Der Kopf kann über ein Bewegungssteuerungsteilsystem, das mit dem Kopf wirkverbunden ist, entlang des Werkstücks 115 bewegt werden.The system 100 further includes a motion control subsystem capable of the laser beam 110 (the energy source) and the ohmic flux-cored wire 140 in the same direction 125 along the workpiece 115 (at least in the relative sense) to move in such a way that the laser beam 110 and the ohmic flux-cored wire 140 stay in a fixed relationship. According to various embodiments, the relative movement between the workpiece 115 and the laser / wire combination can be achieved by holding the workpiece 115 actually moved or by the laser device 120 and the wire feeder subsystem moves. In 1 The motion control subsystem includes a motion control unit 180 that with a robot 190 is actively connected. The motion control unit 180 controls the movement of the robot 190 , The robot 190 is with the workpiece 115 operatively connected (eg mechanically attached) to the workpiece 115 so in the direction 125 to move that, the laser beam 110 and the wire 140 practically on the workpiece 115 move along. According to an alternative embodiment of the present invention, the laser device 110 and the contact tube 160 be integrated in a single head. The head can travel along the workpiece via a motion control subsystem operatively connected to the head 115 to be moved.

Im Allgemeinen gibt es verschiedene Verfahren, wie eine hoch-intensive Energiequelle und ein Warmdraht relativ zu einem Werkstück bewegt werden können. Wenn das Werkstück zum Beispiel rund ist, so können die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht ortsfest sein, und das Werkstück kann unter der hoch-intensiven Energiequelle und dem Warmdraht gedreht werden. Alternativ kann sich ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung parallel zu dem runden Werkstück bewegen, und während das Werkstück gedreht wird, können sich die hoch-intensive Energiequelle und der Warmdraht kontinuierlich oder schrittweise einmal je Umdrehung bewegen, um zum Beispiel Material auf die Oberfläche des runden Werkstücks aufzutragen. Wenn das Werkstück flach oder zumindest nicht rund ist, so kann das Werkstück unter der hoch-intensiven Energiequelle und dem Warmdraht bewegt werden, wie in 1 gezeigt. Jedoch kann auch ein Roboterarm oder eine Linearzugvorrichtung oder sogar ein an einem Träger montierter Schlitten dafür verwendet werden, eine hoch-intensive Energiequelle und einen Warmdrahtkopf relativ zu dem Werkstück zu bewegen.In general, there are various methods of how to move a high intensity power source and a hot wire relative to a workpiece. For example, when the workpiece is round, the high intensity energy source and the hot wire may be stationary, and the workpiece may be rotated under the high intensity energy source and the hot wire. Alternatively, a robotic arm or linear pulling device may move parallel to the round workpiece, and while the workpiece is being rotated, the high intensity energy source and hot wire may move continuously or incrementally once per revolution, for example material onto the surface of the round workpiece apply. If the workpiece is flat or at least not round, the workpiece can be moved under the high intensity energy source and the hot wire as in 1 shown. However, a robotic arm or device, or even a carriage mounted on a carrier, may also be used to move a high intensity power source and a hot wire head relative to the workpiece.

Das System 100 enthält des Weiteren ein Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195, das mit dem Werkstück 115 und dem Kontaktrohr 160 wirkverbunden ist (d. h. praktisch mit dem Ausgang der Warmdrahtstromversorgung 170 verbunden ist) und in der Lage ist, einen Potenzialunterschied (d. h. eine Spannung V) zwischen dem Werkstück 115 und dem Warmdraht 140 und einen Strom (I) durch das Werkstück 115 und den Warmdraht 140 zu messen. Das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 kann des Weiteren in der Lage sein, einen Widerstandwert (R = V/I) und/oder einen Leistungswert (P = V·I) aus der gemessenen Spannung und dem gemessenen Strom zu berechnen. Im Allgemeinen beträgt, wenn der Warmdraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, der Potenzialunterschied zwischen dem Warmdraht 140 und dem Werkstück 115 null Volt oder sehr nahe null Volt. Infolge dessen kann das Abfühl- und Stromsteuerungsteilsystem 195 abfühlen, wann der ohmsche Fülldraht 140 in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, und ist mit der Stromversorgung 170 wirkverbunden, um des Weiteren in der Lage zu sein, den Stromfluss durch den ohmschen Fülldraht 140 in Reaktion auf das Abfühlen zu steuern, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 ein integraler Bestandteil der Stromversorgung 170 sein.The system 100 further includes a sense and current control subsystem 195 that with the workpiece 115 and the contact tube 160 operatively connected (ie practically with the output of the hot wire power supply 170 connected) and is capable of a potential difference (ie, a voltage V) between the workpiece 115 and the hot wire 140 and a current (I) through the workpiece 115 and the hot wire 140 to eat. The sensing and current control subsystem 195 Further, it may be capable of calculating a resistance value (R = V / I) and / or a power value (P = V · I) from the measured voltage and the measured current. In general, if the hot wire 140 in contact with the workpiece 115 stands, the potential difference between the hot wire 140 and the workpiece 115 zero volts or very close to zero volts. As a result, the sense and current control subsystem 195 sensing when the ohmic flux cored wire 140 in contact with the workpiece 115 stands, and is connected to the power supply 170 operatively connected to further be able to control the current flow through the ohmic flux-cored wire 140 in response to sensing, as described in greater detail below. According to another embodiment of the present invention, the sense and current control unit 195 an integral part of the power supply 170 be.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungssteuereinheit 180 des Weiteren mit der Laserstromversorgung 130 und/oder der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 wirkverbunden sein. Auf diese Weise können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Laserstromversorgung 130 miteinander kommunizieren, damit die Laserstromversorgung 130 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 180 weiß, ob die Laservorrichtung 120 aktiv ist. Gleichermaßen können die Bewegungssteuereinheit 180 und die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 auf diese Weise miteinander kommunizieren, damit die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 weiß, wann sich das Werkstück 115 bewegt, und damit die Bewegungssteuereinheit 180 weiß, wann das Warmfülldrahtzufuhrvorrichtungs-Teilsystem aktiv ist. Eine solche Kommunikation kann dafür verwendet werden, Aktivitäten zwischen den verschiedenen Teilsystemen des Systems 100 zu koordinieren.According to an embodiment of the present invention, the motion control unit 180 further with the laser power supply 130 and / or the sense and current control unit 195 be actively connected. In this way, the motion control unit can 180 and the laser power supply 130 communicate with each other so that the laser power supply 130 knows when the workpiece 115 moves, and thus the motion control unit 180 knows if the laser device 120 is active. Similarly, the motion control unit 180 and the sense and current control unit 195 communicate with each other in this way, so that the sensing and power control unit 195 knows when the workpiece 115 moves, and thus the motion control unit 180 knows when the hot fill wire feeder subsystem is active. Such communication can be used for activities between the various subsystems of the system 100 to coordinate.

Wie allgemein bekannt ist, ist die additive Herstellung ein Prozess, bei dem ein Material auf ein Werkstück abgeschieden wird, um ein gewünschtes Erzeugnis zu erhalten. In einigen Anwendungen kann das Erzeugnis recht komplex sein. Jedoch sind bekannte Verfahren und Systeme, die zur additiven Herstellung verwendet werden, allgemein langsam und haben eine beschränkte Leistung. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung widmen sich diesen Problembereichen durch Bereitstellen eines schnellen und hoch-präzisen additiven Herstellungsverfahrens und -systems.As is well known, additive manufacturing is a process in which a material is deposited on a workpiece to obtain a desired product. In some applications, the product can be quite complex. However, known methods and systems used for additive manufacturing are generally slow and have limited performance. Embodiments of the present invention address these problem areas by providing a fast and high-precision additive manufacturing method and system.

Das in 1 gezeigte System 100 ist ein solches beispielhaftes System, bei dem der Draht 140 wiederholt zu Tröpfchen geschmolzen und auf das Werkstück abgeschieden wird, um die gewünschte Form zu erzeugen. Dieser Prozess ist beispielhaft in den 2A2D gezeigt. Wie in diesen Figuren gezeigt. Wie in 2A gezeigt, wird eine Oberfläche des Werkstücks durch den Laserstrahl 110 (oder eine andere Wärmequelle) bestrahlt, während der Draht 140 nicht in Kontakt mit dem Werkstück steht. Der Strahl 110 erzeugt eine Schmelzpfütze A auf der Oberfläche des Werkstücks. In den meisten Anwendungen hat die Pfütze A eine kleine Fläche, und die Einbrandtiefe ist nicht die, die für andere Operationen, wie zum Beispiel Schweißen oder Fügen, erforderlich wäre. Vielmehr wird die Pfütze A erzeugt, um die Oberfläche des Werkstücks vorzubereiten, ein Tröpfchen des Drahtes 140 zu empfangen und eine ausreichende Bondung mit ihm herzustellen. Darum muss die Strahldichte des Strahls 110 so sein, dass nur eine kleine Pfütze auf dem Werkstück erzeugt wird, ohne eine zu große Wärmezufuhr in das Werkstück zu bewirken oder eine zu große Pfütze zu erzeugen. Beim Erzeugen der Pfütze wird ein Tröpfchen D am distalen Ende des Drahtes 140 gebildet, während der Draht in die Pfütze A vorangeschoben wird, um einen Kontakt mit der Pfütze A herzustellen; siehe 2B. Nach dem Kontakt wird das Tröpfchen D auf die Pfütze A und das Werkstück abgeschieden (siehe 2C). Dieser Prozess wird wiederholt, um ein gewünschtes Werkstück zu erzeugen. In 2D ist ein optionaler Schritt gezeigt, in dem der Strahl 110 auf das abgeschiedene Tröpfchen D gerichtet wird, nachdem es sich von dem Draht 140 getrennt hat. In solchen Ausführungsformen kann der Strahl 110 dafür verwendet werden, die Werkstückoberfläche zu glätten und/oder zusätzliche Wärme zuzuführen, damit das Tröpfchen D vollständig in das Werkstück integriert werden kann. Des Weiteren kann der Strahl dafür verwendet werden, das Werkstück zusätzlich zu formen.This in 1 shown system 100 is such an exemplary system where the wire 140 repeatedly melted into droplets and deposited on the workpiece to produce the desired shape. This process is exemplary in the 2A - 2D shown. As shown in these figures. As in 2A Shown is a surface of the workpiece by the laser beam 110 (or another heat source) irradiated while the wire 140 not in contact with the workpiece. The beam 110 creates a melt puddle A on the surface of the workpiece. In most applications, the puddle A has a small area, and the penetration depth is not that required for other operations, such as welding or joining. Rather, the puddle A is created to prepare the surface of the workpiece, a droplet of the wire 140 to receive and make a sufficient bond with him. That's why the beam density of the beam 110 be such that only a small puddle is created on the workpiece without causing too much heat input into the workpiece or producing too large a puddle. When creating the puddle, a droplet D is formed at the distal end of the wire 140 formed while the wire is pushed into the puddle A to make contact with the puddle A; please refer 2 B , After contact, the droplet D is deposited on the puddle A and the workpiece (see 2C ). This process is repeated to produce a desired workpiece. In 2D an optional step is shown in which the beam 110 is directed to the deposited droplet D, after moving away from the wire 140 has separated. In such embodiments, the beam 110 be used to smooth the workpiece surface and / or supply additional heat, so that the droplet D can be fully integrated into the workpiece. Furthermore, the jet can be used to additionally shape the workpiece.

3 zeigt einen beispielhaften Abscheidungsprozess des Tröpfchens D von dem Draht 140. Das Bild am linken Rand von 3 zeigt den Draht 140, wie er Kontakt mit dem Werkstück herstellt. Dieser Kontakt wird durch die Stromversorgung 170 detektiert, die dann einen Erwärmungsstrom in den Draht 140 einspeist, um den Draht auf die, oder in die Nähe einer, Schmelztemperatur für den Draht 140 zu erwärmen. Der Detektionskreis, der dafür verwendet wird, den Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Draht 140 zu detektieren, kann so aufgebaut sein und so arbeiten wie bekannte Detektionskreise, die in Schweißstromversorgungen verwendet werden, so dass auf eine detaillierte Erläuterung der Funktionsweise und des Aufbaus des Kreises im vorliegenden Dokument verzichtet werden kann. Der Erwärmungsstrom der Stromversorgung 170 wird sehr schnell angehoben, um die nötige Energie zum Schmelzen des Tröpfchens D vom Ende des Drahtes 140 bereitzustellen. Jedoch wird der Strom sorgfältig so gesteuert, dass kein Lichtbogen zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück entsteht. Das Entstehen eines Lichtbogens könnte sich als zerstörerisch für das Werkstück herausstellen und ist somit unerwünscht. Darum muss der Strom in einer solchen Weise gesteuert werden (wie weiterer unten noch erläutert wird), dass die Entstehung eines Lichtbogens verhindert wird. 3 shows an exemplary deposition process of the droplet D from the wire 140 , The picture on the left edge of 3 shows the wire 140 how he makes contact with the workpiece. This contact is made by the power supply 170 then detects a heating current in the wire 140 feeds the wire to, or near, a, melting temperature for the wire 140 to heat. The detection circuit used to make the contact between the workpiece and the wire 140 can be so constructed and operate as known detection circuits used in welding power supplies, so that a detailed explanation of the operation and construction of the circuit can be omitted in the present document. The heating current of the power supply 170 is raised very quickly to get the energy needed to melt the droplet D from the end of the wire 140 provide. However, the current is carefully controlled so that there is no arc between the wire 140 and the workpiece is created. The emergence of an arc could turn out to be destructive to the workpiece and is therefore undesirable. Therefore, the current must be controlled in such a way (as will be explained further below) that the occurrence of an arc is prevented.

Wir kehren zu 3 zurück. Der Draht 140 stellt einen Kontakt zu dem Werkstück her, und die Stromversorgung 170 liefert einen Schmelzstrom (1). In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Offenkreisspannung (Open Circuit Voltage) OCV vor dem Kontakt an den Draht 140 angelegt werden. Nach dem Kontakt wird der Strom schnell angehoben, um das Ende des Drahtes 140 zu schmelzen und ein abzuscheidendes Tröpfchen D zu erzeugen (2). Der Strom bewirkt auch, dass sich der Draht 140 knapp oberhalb des Tröpfchens D abschnürt, so dass sich das Tröpfchen D von dem Draht 140 ablösen kann (3). Jedoch wird der Strom so gesteuert, dass, während sich der Draht 140 abschnürt, der Strom entweder abgeschaltet oder deutlich reduziert wird, so dass, wenn sich der Draht 140 von dem Tröpfchen D trennt, kein Lichtbogen zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück (4) entsteht. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Draht 140 während und kurz vor dem Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Tröpfchen D und dem Draht 140 von dem Werkstück fort zurückgezogen werden. Weil das Tröpfchen D mit der Pfütze in Kontakt steht, hilft die Oberflächenspannung der Pfütze beim Ablösen des Tröpfchens von dem Draht 140. Sobald das Tröpfchen von dem Draht 140 getrennt wurde, wird der Draht 140 vorangeschoben, um den Prozess zu wiederholen und ein weiteres Tröpfchen abzuscheiden. Der Draht 140 kann an derselben Position vorangeschoben werden, und/oder das nächste Tröpfchen kann an irgend einer gewünschten Position abgeschieden werden.We return 3 back. The wire 140 makes contact with the workpiece, and the power supply 170 provides a melt stream (1). In some example embodiments, an Open Circuit Voltage (OCV) may be before contact with the wire 140 be created. After contact, the current is quickly raised to the end of the wire 140 to melt and produce a droplet D to be deposited (2). The electricity also causes the wire 140 just above the droplet D pinch off, so that the droplet D from the wire 140 can replace (3). However, the current is controlled so that while the wire is 140 pinch off, the power is either turned off or significantly reduced, so that when the wire 140 separated from the droplet D, no arc between the wire 140 and the workpiece (4) arises. In some example embodiments, the wire may be 140 during and just before breaking the connection between the droplet D and the wire 140 retracted away from the workpiece. Because the droplet D is in contact with the puddle, the surface tension of the puddle helps in detaching the droplet from the wire 140 , Once the droplet from the wire 140 was disconnected, the wire becomes 140 pushed forward to repeat the process and deposit another droplet. The wire 140 may be advanced at the same position and / or the next droplet may be deposited at any desired position.

Wie zuvor besprochen, kann der Laserstrahl 110 auch verwendet werden, nachdem das Tröpfchen D auf dem Werkstück abgeschieden wurde, um das Werkstück nach der Abscheidung zu glätten oder auf sonstige Weise zu formen. Des Weiteren kann der Strahl 110 auch während des Abscheidungsprozesses verwendet werden. Das heißt, in einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Strahl 110 dafür verwendet werden, Wärme zu dem Draht 140 hinzuzufügen, um das Herbeiführen der Bildung des Tröpfchens und/oder des Trennens des Tröpfchens D von dem Draht 140 zu unterstützen. Dies wird weiteren unten besprochen.As previously discussed, the laser beam can 110 may also be used after the droplet D has been deposited on the workpiece to flatten or otherwise shape the workpiece after deposition. Furthermore, the beam 110 also be used during the deposition process. That is, in some example embodiments, the beam 110 be used for heat to the wire 140 to cause the formation of the droplet and / or the separation of the droplet D from the wire 140 to support. This will be discussed below.

Wenden wir uns nun den 4A und 4B zu, die jeweils beispielhafte Stromwellenformen zeigen, die mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In 4A, wie zu sehen ist, hat die Wellenform 400 mehrere Impulse 401, wobei jeder Impuls die Übertragung eines Tröpfchens D von dem Draht 140 darstellt. Ein Stromimpuls 401 wird zu dem Zeitpunkt begonnen, wo der Draht 140 einen Kontakt herstellt. Der Strom wird dann unter Verwendung eines Anstiegsabschnitts 402 auf einen Spitzenstrompegel 401 erhöht, der kurz vor der Trennung zwischen dem Draht 140 und dem Tröpfchen D eintritt. In dieser Ausführungsform wird der Strom während des Anstiegsabschnitts 402 kontinuierlich größer, um die Entstehung des Tröpfchens zu bewirken und das Abschnüren in dem Draht vor der Trennung herbeizuführen. Vor der Trennung des Tröpfchens D wird der Strom während eines Absenkungsabschnitts 404 rasch verringert, so dass, wenn die Trennung stattfindet, kein Lichtbogen entsteht. In der Wellenform 400 von 4A wird der Strom abgeschaltet und fällt auf Null. Jedoch kann der Strom in anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen niedrigeren Trennungspegel gesenkt werden und muss nicht vollständig abgeschaltet werden, bis die Trennung stattfindet. In solchen Ausführungsformen fügt der niedrigere Trennungsstrompegel dem Draht 140 weiterhin Wärme hinzu, wodurch das Ablösen des Tröpfchens D unterstützt wird.Let us now turn to that 4A and 4B , which each show exemplary current waveforms that may be used with exemplary embodiments of the present invention. In 4A , as can be seen, has the waveform 400 several pulses 401 where each pulse is the transmission of a droplet D from the wire 140 represents. A current pulse 401 is started at the time where the wire 140 makes a contact. The current is then using a rising section 402 on a peak current level 401 increased, which is close to the separation between the wire 140 and the droplet D enters. In this embodiment, the current becomes during the rising portion 402 continuously larger to cause the formation of the droplet and to cause pinch-off in the wire before separation. Before the separation of the droplet D, the flow during a lowering section 404 rapidly reduced, so that when the separation takes place, no arc is formed. In the waveform 400 from 4A the power is turned off and drops to zero. However, in other exemplary embodiments of the present invention, the current may be lowered to a lower isolation level and need not be completely turned off until the isolation occurs. In such embodiments, the lower separation current level adds to the wire 140 Heat is further added, thereby assisting the detachment of the droplet D.

4B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Stromwellenform 410. Jedoch haben in dieser Ausführungsform die Impulse 411 einen Anstiegsabschnitt 402, der mehrere verschiedene Anstiegsratensektionen verwendet, wie gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform verwendet der Anstiegsabschnitt 402 drei verschiedene Anstiegsraten 402A, 402B und 402C vor der Trennung des Tröpfchens D. Die erste Anstiegsrate 402A ist ein sehr steiler und schneller Stromanstieg, um den Draht 140 rasch zu erwärmen, um den Schmelzprozess so bald wie möglich zu starten. Nachdem der Strom einen ersten Pegel 405 erreicht hat, wird die Stromanstiegsrate zu einer zweiten Anstiegsrate 402B geändert, die kleiner ist als die erste Anstiegsrate. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt der erste Strompegel in einem Bereich von 35 bis 60% des Spitzenstrompegels 413 für den Impuls. Die Anstiegsrate 402B ist kleiner als die anfängliche Anstiegsrate 402A, um die Steuerung des Stroms zu unterstützen und die Entstehung eines Lichtbogen oder von Mikrolichtbögen zu verhindern. In der gezeigten Ausführungsform wird die zweite Anstiegsrate aufrecht erhalten, bis sich das Tröpfchen D am distalen Ende des Drahtes 140 zu bilden beginnt. In der gezeigten Ausführungsform wird, sobald sich das Tröpfchen D zu bilden beginnt, die Stromanstiegsrate erneut zu einer dritten Anstiegsrate 402C geändert, die kleiner als die zweite Anstiegsrate 402B ist. Auch hier dient die Verringerung der Anstiegsrate dazu, die Steuerung des Stroms zu verbessern, um das ungewollte Entstehen eines Lichtbogens zu verhindern. Wenn der Strom zu rasch anstieg, so kann es (aufgrund verschiedener Probleme, wie zum Beispiel Systeminduktivität) schwierig sein, den Strom rasch zu senken, wenn die Trennungsdetektiert wird, und die Entstehung eines Lichtbogens zu verhindern. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Übergangspunkt 407 zwischen der zweiten und der dritten Anstiegsrate in einem Bereich von 50 bis 80% des Spitzenstrompegels 413 des Impulses 411. Wie die Impulse in 4A wird der Strom signifikant reduziert, wenn die Trennung des Tröpfchens detektiert wird, was unten noch ausführlich erläutert wird. Es ist außerdem zu beachten, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Anstiegsratenprofile verwenden können, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Impulse zwei verschiedene Anstiegsratensektionen haben oder können mehr als drei haben. Des Weiteren können die Impulse einen Anstieg verwenden, der sich ständig verändert. Zum Beispiel kann der Strom einer inversen parabolischen Kurve zu dem Spitzenstrompegel folgen, oder kann eine Kombination verschiedener Konfigurationen verwenden, wobei eine konstante Anstiegsrate vom Drahtkontakt bis zum ersten Strompegel 405 verwendet wird und dann ab diesem Punkt eine inverse parabolische Kurve verwendet werden kann. 4B shows another exemplary embodiment of a current waveform 410 , However, in this embodiment, the pulses 411 a rise section 402 using several different slew rate sections as shown. In the illustrated embodiment, the riser section uses 402 three different rates of increase 402A . 402B and 402C before the separation of the droplet D. The first rate of increase 402A is a very steep and fast current increase to the wire 140 warm up quickly to start the melting process as soon as possible. After the current is a first level 405 has reached, the rate of increase is a second rate of increase 402B changed, which is smaller than the first rate of increase. In some example embodiments, the first current level is in a range of 35 to 60% of the peak current level 413 for the impulse. The rate of increase 402B is less than the initial rate of increase 402A to help control the flow and prevent the formation of arcs or micro-arcs. In the shown Embodiment, the second rate of increase is maintained until the droplet D at the distal end of the wire 140 begins to form. In the illustrated embodiment, as the droplet D starts to form, the rate of current rise again becomes a third rate of increase 402C changed smaller than the second rate of increase 402B is. Again, reducing the slew rate serves to improve the control of the current to prevent the unwanted generation of an arc. If the current increased too rapidly, it may be difficult (due to various problems, such as system inductance) to rapidly lower the current when the separation is detected and to prevent the generation of an arc. In some example embodiments, the transition point is located 407 between the second and third slew rates in a range of 50 to 80% of the peak current level 413 of the impulse 411 , Like the impulses in 4A the current is significantly reduced when the separation of the droplet is detected, which will be explained in detail below. It is also to be noted that other embodiments of the present invention may utilize other slew rate profiles without departing from the scope or spirit of the present invention. For example, the pulses may have two different slew rate sections or may have more than three. Furthermore, the pulses can use a slope that is constantly changing. For example, the current may follow an inverse parabolic curve to the peak current level, or may use a combination of different configurations, with a constant slew rate from wire contact to the first current level 405 is used and then from this point an inverse parabolic curve can be used.

Wie im vorliegenden Dokument erläutert, müssen die Spitzenstrompegel der Impulse 401/411 unterhalb eines Lichtbogenentstehungspegels liegen, aber ausreichend sein, um das Tröpfchen D während jedes Impulses abzuschmelzen. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verschiedene Steuerungsmethodologien für den Spitzenstrompegel verwenden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Spitzenstrompegel eine Spitzenstromschwelle sein, die durch verschiedene Benutzereingabeparameter bestimmt wird, die vor der additiven Operation eingegeben werden. Zu solchen Parametern gehören Drahtmaterialart, Drahtdurchmesser, Drahtart (mit Kern oder Volldraht) und Tröpfchen-je-Inch (Droplets per Inch, DPI). Natürlich können auch andere Parameter verwendet werden. Bei Erhalt dieser Eingabe-Informationen können die Stromversorgung 170 und/oder die Steuereinheit 195 verschiedene Steuerungsmethodologien, wie zum Beispiel eine Nachschlagetabelle, verwenden und einen Spitzenstromwert für die Operation bestimmen. Alternativ kann die Stromversorgung 170 Ausgangsstrom, -spannung und/oder -leistung von der Stromversorgung 170 überwachen, um zu bestimmen, wann die Trennung stattfinden wird, und den Strom entsprechend zu steuern. Zum Beispiel können dv/dt, di/dt und/oder dp/dt überwacht werden (unter Verwendung eines Vorausschaukreises oder dergleichen), und wenn bestimmt wird, dass die Trennung stattfindet, so wird der Strom abgeschaltet oder reduziert. Dies wird unten noch ausführlicher erläutert.As explained in this document, the peak current levels of the pulses 401 / 411 below an arc generation level, but be sufficient to melt the droplet D during each pulse. Exemplary embodiments of the present invention may utilize various peak current level control methodologies. In some example embodiments, the peak current level may be a peak current threshold determined by various user input parameters that are input prior to the additive operation. Such parameters include wire type, wire diameter, wire type (with core or solid wire) and droplets per inch (DPI). Of course, other parameters can be used. Upon receipt of this input information may be the power supply 170 and / or the control unit 195 use various control methodologies, such as a look-up table, and determine a peak current value for the operation. Alternatively, the power supply 170 Output current, voltage and / or power from the power supply 170 monitor to determine when the disconnection will take place and to control the current accordingly. For example, dv / dt, di / dt, and / or dp / dt may be monitored (using a lookahead circuit or the like), and if it is determined that the separation is taking place, then the power will be turned off or reduced. This will be explained in more detail below.

Das Folgende ist eine Besprechung der Verwendung und der Funktionsweise beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Am Anfang eines additiven Herstellungsprozesses kann die Stromversorgung 170 eine Abfühlspannung zwischen dem Draht 140 und einem Werkstück 115 über die Stromquelle 170 anlegen. Die Abfühlspannung kann durch die Stromversorgung 170 unter der Steuerung der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 angelegt werden. In einigen Ausführungsformen stellt die angelegte Abfühlspannung nicht genug Energie bereit, um den Draht 140 nennenswert zu erwärmen. Bei angelegter Abfühlspannung wird das distale Ende des Drahtes 140 in Richtung des Werkstücks 115 vorangeschoben. Der Laser 120 sendet dann einen Strahl 110 aus, um die Oberfläche des Werkstücks 115 zu erwärmen und eine Pfütze zu bilden, um den Draht 140 zu empfangen. Das Voranschieben wird durch die Drahtzuführvorrichtung 150 ausgeführt, und der Kontakt mit dem Werkstück wird abgefühlt, wenn das distale Ende des Drahtes 140 erstmals einen Kontakt mit dem Werkstück 115 herstellt. Zum Beispiel kann die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Warmdraht-Stromversorgung 170 anweisen, einen sehr niedrigen Strompegel (zum Beispiel 3 bis 5 A) durch den Warmdraht 140 zuzuführen. Ein solches Abfühlen kann durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 bewerkstelligt werden, indem sie einen Potenzialunterschied von etwa null Volt (zum Beispiel 0,4 V) zwischen dem Fülldraht 140 (zum Beispiel über das Kontaktrohr 160) und dem Werkstück 115 misst. Wenn das distale Ende des Fülldrahtes 140 mit dem Werkstück 115 kurzgeschlossen wird (d. h. einen Kontakt mit dem Werkstück herstellt), so existiert möglicherweise kein signifikanter Spannungspegel (über null Volt) zwischen dem Fülldraht 140 und dem Werkstück 115.The following is a discussion of the use and operation of exemplary embodiments of the present invention. At the beginning of an additive manufacturing process can be the power supply 170 a sense voltage between the wire 140 and a workpiece 115 via the power source 170 invest. The sensing voltage can be through the power supply 170 under the control of the sense and current control unit 195 be created. In some embodiments, the applied sense voltage does not provide enough energy to the wire 140 to heat appreciably. When the sensing voltage is applied, the distal end of the wire becomes 140 in the direction of the workpiece 115 advance pushed. The laser 120 then send a beam 110 off to the surface of the workpiece 115 to warm and form a puddle to the wire 140 to recieve. The feed is through the wire feeder 150 executed, and the contact with the workpiece is sensed when the distal end of the wire 140 first contact with the workpiece 115 manufactures. For example, the sense and current control unit 195 the hot wire power supply 170 instruct a very low current level (for example 3 to 5 A) through the hot wire 140 supply. Such sensing may be provided by the sense and current control unit 195 by making a potential difference of about zero volts (for example 0.4 V) between the flux cored wire 140 (for example via the contact tube 160 ) and the workpiece 115 measures. If the distal end of the filler wire 140 with the workpiece 115 is short circuited (ie makes contact with the workpiece), there may not be a significant voltage level (above zero volts) between the flux cored wire 140 and the workpiece 115 ,

Nach dem Kontakt kann die Stromquelle 170 in Reaktion auf das Abfühlen über ein definiertes Zeitintervall (zum Beispiel mehrere Millisekunden) abgeschaltet werden. Dann kann die Stromquelle 170 am Ende des definierten Zeitintervalls wieder eingeschaltet werden, um einen Erwärmungsstrom durch den Draht 140 fließen zu lassen. Außerdem kann, nachdem der Kontakt abgefühlt wurde, der Strahl 110 abgeschaltet werden, damit nicht zu viel Wärme in die Pfütze oder das Werkstück 115 gelangt. In einigen Ausführungsformen kann der Laserstrahl 110 an bleiben, um die Erwärmung und Trennung des Tröpfchens D zu unterstützen. Dies wird unten noch ausführlicher besprochen.After contact, the power source 170 in response to sensing over a defined time interval (eg, several milliseconds). Then the power source 170 be turned on again at the end of the defined time interval to a heating current through the wire 140 to flow. In addition, after the contact has been sensed, the beam can 110 be turned off so as not to heat too much into the puddle or the workpiece 115 arrives. In In some embodiments, the laser beam 110 stay on to help warm and separate the droplet D. This will be discussed in more detail below.

In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Prozess enthalten, das Voranschieben des Drahtes 140 in Reaktion auf das Abfühlen anzuhalten, das Voranschieben des Drahtes 140 am Ende des definierten Zeitintervalls erneut zu beginnen (d. h. erneut voranzuschieben), und zu verifizieren, dass das distale Ende des Fülldrahtes 140 immer noch in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht, bevor der Erwärmungsstrom angelegt wird, oder nachdem der Erwärmungsstrom angelegt und das Tröpfchen D ausgebildet wurde. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Drahtzuführvorrichtung 150 anweisen, das Zuführen zu stoppen, und kann das System 100 anweisen zu warten (zum Beispiel mehrere Millisekunden). In einer solchen Ausführungsform ist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 mit der Drahtzuführvorrichtung 150 wirkverbunden, um die Drahtzuführvorrichtung 150 anzuweisen, zu starten und zu stoppen. Die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 kann die Stromversorgung 170 anweisen, die Erwärmungsstromimpulse zum Erwärmen des Drahtes 140 anzulegen, wie oben beschrieben, und dieser Prozess kann wiederholt werden, um mehreren Tröpfchen auf einem Werkstück abzuscheiden.In some example embodiments of the present invention, the process may include advancing the wire 140 to stop in response to the sensing, advancing the wire 140 at the end of the defined time interval to start again (ie advance again), and verify that the distal end of the filler wire 140 still in contact with the workpiece 115 is before the heating current is applied or after the heating current is applied and the droplet D is formed. The sensing and power control unit 195 can the wire feeder 150 instruct, stop feeding, and can system 100 instruct to wait (for example, several milliseconds). In such an embodiment, the sense and current control unit is 195 with the wire feeder 150 operatively connected to the wire feeder 150 instruct, start and stop. The sensing and power control unit 195 can the power supply 170 instruct the heating current pulses to heat the wire 140 as described above, and this process can be repeated to deposit multiple droplets on a workpiece.

Während des Betriebes können die hoch-intensive Energiequelle (zum Beispiel die Laservorrichtung 120) und der Draht 140 entlang eines Werkstücks 115 bewegt werden, um die Tröpfchen nach Wunsch zu erzeugen. Die Bewegungssteuereinheit 180 weist den Roboter 190 an, das Werkstück 115 relativ zu dem Laserstrahl 110 und dem Draht 140 zu bewegen. Die Laserstromversorgung 130 stellt die Energie bereit, um die Laservorrichtung 120 zu betreiben und den Laserstrahl 110 zu bilden. In weiteren Ausführungsformen enthält die Laservorrichtung 120 eine Optik, die justiert werden kann, um die Form des Laserstrahls 110 auf der Auftrefffläche des Werkstücks zu ändern. Ausführungsformen können die Strahlform zur Steuerung der Form des Abscheidungsprozesses verenden. Das heißt, durch Verwendung eines Strahls mit einer rechteckigen, elliptischen oder ovalen Form kann eine relativ schmale Abscheidung vorgenommen werden, wodurch eine dünnerandige Struktur entsteht. Des Weiteren kann die Strahlform dafür verwendet werden, die Abscheidung zu formen, nachdem sich das Tröpfchen von dem Verbrauchsmaterial getrennt hat.During operation, the high-intensity energy source (for example, the laser device 120 ) and the wire 140 along a workpiece 115 be moved to produce the droplets as desired. The motion control unit 180 instructs the robot 190 on, the workpiece 115 relative to the laser beam 110 and the wire 140 to move. The laser power supply 130 Provides the energy to the laser device 120 to operate and the laser beam 110 to build. In other embodiments, the laser device includes 120 an optic that can be adjusted to the shape of the laser beam 110 to change on the impact surface of the workpiece. Embodiments may use the beam shape to control the shape of the deposition process. That is, by using a jet having a rectangular, elliptic or oval shape, a relatively narrow deposit can be made, thereby forming a thin-edged structure. Furthermore, the jet shape can be used to shape the deposit after the droplet has separated from the consumable.

Wie oben besprochen, wird der Impulsstrom abgeschaltet oder deutlich reduziert, wenn bestimmt wird, dass das Ablösen zwischen dem Draht 140 und dem Tröpfchen D unmittelbar bevorsteht. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann ein solches Abfühlen mit einem Vorausschaukreis innerhalb der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 erreicht werden, der eine Änderungsrate eines Potenzialunterschieds zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück 115 (dv/dt), eines Stroms durch den Draht 140 und das Werkstück 115 (di/dt), eines Widerstands zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück 115 (dr/dt) oder einer Leistung durch den Draht 140 und das Werkstück 115 (dp/dt) misst. Wenn die Änderungsrate einen zuvor festgelegten Wert übersteigt, so prädiziert die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 formal, dass ein Verlust des Kontakts kurz bevor steht. Solche Vorausschaukreise sind dem Fachmann auf dem Gebiet des Lichtbogenschweißens vertraut, und ihr Aufbau und ihre Funktionsweise brauchen im vorliegenden Dokument nicht ausführlich beschrieben zu werden.As discussed above, the pulse current is turned off or significantly reduced when it is determined that the separation between the wire 140 and the droplet D is imminent. This can be achieved in different ways. For example, such sensing may be with a lookahead circuit within the sense and current controller 195 which is a rate of change of a potential difference between the wire 140 and the workpiece 115 (dv / dt), a current through the wire 140 and the workpiece 115 (di / dt), a resistance between the wire 140 and the workpiece 115 (dr / dt) or a power through the wire 140 and the workpiece 115 (dp / dt) measures. When the rate of change exceeds a predetermined value, the sense and current control unit predicts 195 formally, that a loss of contact is imminent. Such look-ahead circuits are familiar to those skilled in the art of arc welding, and their structure and operation need not be described in detail in this document.

Wenn das distale Ende des Drahtes 140 aufgrund von Erwärmung hoch-schmelzflüssig wird, so beginnt das distale Ende, sich von dem Draht 140 auf das Werkstück 115 abzuschnüren. Zum Beispiel steigt in diesem Moment der Potenzialunterschied oder die Spannung, weil der Querschnitt des distalen Endes des Drahtes rasch abnimmt, während er sich abschnürt. Darum kann das System 100 durch Messen einer solchen Änderungsrate vorwegnehmen, wann das distale Ende kurz davor steht, sich abzuschnüren und den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren.If the distal end of the wire 140 becomes highly molten due to heating, so the distal end starts from the wire 140 on the workpiece 115 pinch off. For example, at this moment, the potential difference or stress increases because the cross-section of the distal end of the wire rapidly decreases as it pinches off. That's what the system can do 100 by anticipating such a rate of change, when the distal end is about to strangle and contact the workpiece 115 to lose.

Wie zuvor erläutert, kann, wenn die Trennung des Tröpfchens abgefühlt wird, der Strom durch die Stromversorgung 170 abgeschaltet oder deutlich reduziert werden. Zum Beispiel wird in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Strom auf einen Bereich von 95 bis 85% des Spitzenstromwertes der Impulse reduziert. In beispielhaften Ausführungsformen erfolgt diese Stromreduzierung vor der Trennung zwischen dem Draht und der Pfütze.As previously explained, when the separation of the droplet is sensed, the current through the power supply can 170 switched off or significantly reduced. For example, in some example embodiments, the current is reduced to a range of 95 to 85% of the peak current value of the pulses. In exemplary embodiments, this power reduction occurs prior to the separation between the wire and the puddle.

Zum Beispiel veranschaulicht 5 eine beispielhafte Ausführungsform eines Paares von Spannungs- und Stromwellenformen 510 bzw. 520, die mit einem additiven Herstellungsprozess der vorliegende Anwendung verknüpft sind. Die Spannungswellenform 510 wird durch die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 zwischen dem Kontaktrohr 160 und dem Werkstück 115 gemessen. Die Stromwellenform 520 wird von der Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 durch den Draht 140 und das Werkstück 115 gemessen.For example, illustrated 5 an exemplary embodiment of a pair of voltage and current waveforms 510 respectively. 520 associated with an additive manufacturing process of the present application. The voltage waveform 510 is through the sensing and power control unit 195 between the contact tube 160 and the workpiece 115 measured. The current waveform 520 is from the sensing and power control unit 195 through the wire 140 and the workpiece 115 measured.

Wann immer das distale Ende des Drahtes 140 kurz davor steht, den Kontakt mit dem Werkstück 115 zu verlieren, überschreitet die Änderungsrate der Spannungswellenform 510 (d. h. dv/dt) einen zuvor festgelegten Schwellenwert, was anzeigt, dass ein Abschnüren kurz bevor steht (siehe den Abstieg bei Punkt 511 der Wellenform 510). Statt dessen können als Alternativen eine Änderungsrate des Stroms durch den Draht 140 und das Werkstück 115 (di/dt), eine Änderungsrate des Widerstands zwischen dem Draht 140 und dem Werkstück 115 (dr/dt) oder eine Änderungsrate der Leistung durch den Draht 140 und das Werkstück 115 (dp/dt) dafür verwendet werden anzuzeigen, dass ein Abschnüren kurz bevor steht. Solche Änderungsraten-Vorhersagetechniken sind dem Fachmann vertraut. In diesem Moment weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Stromversorgung 170 an, den Stromfluss durch den Draht 140 abzuschalten (oder wenigstens deutlich zu verringern).Whenever the distal end of the wire 140 just before that is the contact with the workpiece 115 losing exceeds the rate of change of the voltage waveform 510 (ie, dv / dt) a predetermined threshold, indicating that pinching is imminent (see the descent at point 511 the waveform 510 ). Instead As alternatives, a rate of change of the current through the wire may be used 140 and the workpiece 115 (di / dt), a rate of change of resistance between the wire 140 and the workpiece 115 (dr / dt) or a rate of change of power through the wire 140 and the workpiece 115 (dp / dt) are used to indicate that pinching is imminent. Such rate of change prediction techniques are familiar to those skilled in the art. At this moment, the sensing and current control unit points 195 the power supply 170 on, the flow of current through the wire 140 switch off (or at least significantly reduce).

Wenn die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 erfühlt, dass das distale Ende des Fülldrahtes 140 nach einem Zeitintervall 530 wieder einen guten Kontakt mit dem Werkstück 115 hat (wenn zum Beispiel der Spannungspegel bei Punkt 512 auf etwa null Volt zurückfällt), so weist die Abfühl- und Stromsteuereinheit 195 die Stromversorgung 170 an, den Stromfluss durch den ohmschen Fülldraht 140 in Richtung eines zuvor festgelegten Ausgangsstrompegels 550 anzuheben (siehe Anstieg 525). Das Zeitintervall 530 kann ein zuvor festgelegtes Zeitintervall sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt das Ansteigen an einem Sollpunktwert 540. Dieser Prozess wiederholt sich, während sich die Energiequelle 120 und der Draht 140 relativ zu dem Werkstück 115 bewegen und während der Draht 140 durch die Drahtzuführvorrichtung 150 in Richtung des Werkstücks 115 vorangeschoben wird, um Tröpfchen an den gewünschten Stellen abzuscheiden. Dadurch wird verhindert, dass sich ein Lichtbogen zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 bildet. Das Erhöhen des Erwärmungsstroms hilft zu verhindern, dass eine Änderungsrate der Spannung ungewollt als eine Abschnürbedingung oder eine Lichtbogenbildungsbedingung interpretiert wird, wenn keine solche Bedingung existiert. Jede große Änderung des Stroms kann dazu führen, dass aufgrund der Induktivität in dem Erwärmungskreis eine fehlerhafte Spannungsablesung erfolgt. Wenn der Strom allmählich angehoben wird, so wird der Effekt der Induktivität reduziert.When the sensing and power control unit 195 feels that the distal end of the filler wire 140 after a time interval 530 again a good contact with the workpiece 115 has (for example, the voltage level at point 512 falls to about zero volts), so the sense and current control unit 195 the power supply 170 on, the current flow through the ohmic flux-cored wire 140 in the direction of a predetermined output level 550 raise (see rise 525 ). The time interval 530 may be a predetermined time interval. In accordance with an embodiment of the present invention, the increase begins at a set point value 540 , This process is repeated while the energy source 120 and the wire 140 relative to the workpiece 115 move and while the wire 140 through the wire feeder 150 in the direction of the workpiece 115 is advanced to separate droplets at the desired locations. This will prevent an arc between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 forms. Increasing the heating current helps to prevent a rate of change of the voltage from being unintentionally interpreted as a pinch condition or an arcing condition when no such condition exists. Any large change in current can cause a faulty voltage reading to occur due to the inductance in the heating circuit. As the current is gradually increased, the effect of inductance is reduced.

Wie zuvor erläutert, speist die Stromversorgung 170 einen Erwärmungsstrom in den Fülldraht 140 ein. Der Strom fließt von der Kontaktspitze 160 zu dem Draht 140 und dann in das Werkstück. Dieser Widerstandserwärmungsstrom bewirkt, dass der Draht 140 zwischen der Spitze 160 und dem Werkstück eine Temperatur auf oder nahe der Schmelztemperatur des verwendeten Fülldrahtes 140 erreicht. Natürlich variiert die Wärme, die zum Erreichen der Schmelztemperatur des Fülldrahtes 140 benötigt wird, in Abhängigkeit von der Größe und chemischen Zusammensetzung des Drahtes 140. Dementsprechend variiert die Wärme zum Erreichen der gewünschten Temperatur des Drahtes während der Herstellung in Abhängigkeit von dem Draht 140. Wie weiter unten noch näher besprochen wird, kann die gewünschte Betriebstemperatur für den Fülldraht eine Dateneingabe in das System sein, dergestalt, dass die gewünschte Drahttemperatur während der Herstellung gehalten wird. In jedem Fall sollte die Temperatur des Drahtes so gewählt werden, dass der Draht 140 ein Tröpfchen in die Pfütze hinein abscheiden kann.As explained above, the power supply feeds 170 a heating current in the filler wire 140 one. The current flows from the contact tip 160 to the wire 140 and then into the workpiece. This resistance heating current causes the wire 140 between the top 160 and the workpiece at a temperature at or near the melting temperature of the filler wire used 140 reached. Of course, the heat used to reach the melting temperature of the filler wire varies 140 is needed, depending on the size and chemical composition of the wire 140 , Accordingly, the heat varies to reach the desired temperature of the wire during manufacture, depending on the wire 140 , As will be discussed in more detail below, the desired operating temperature for the flux-cored wire may be data entry into the system such that the desired wire temperature is maintained during manufacture. In any case, the temperature of the wire should be chosen so that the wire 140 can separate a droplet into the puddle.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gibt die Stromversorgung 170 einen Strom aus, der mindestens einen Abschnitt des distalen Endes des Drahtes 140 auf eine Temperatur von oder über 90% seiner Schmelztemperatur bringt. Wenn zum Beispiel ein Fülldraht 140 mit einer Schmelztemperatur von etwa 2.000°F verwendet wird, so kann die Temperatur des Drahtes im Moment des Kontakts ungefähr 1.800°F betragen. Natürlich versteht es sich, dass die jeweiligen Schmelztemperaturen und gewünschten Betriebstemperaturen mindestens entsprechend der Legierung, der Zusammensetzung, dem Durchmesser und der Zufuhrrate des Fülldrahtes 140 variieren. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen werden Abschnitte des Drahtes auf einer Temperatur des Drahtes gehalten, die bei oder über 95% seiner Schmelztemperatur liegt. Natürlich wird in einigen Ausführungsformen das distale Ende des Drahtes durch den Erwärmungsstrom auf mindestens 99% seiner Schmelztemperatur erwärmt. Wenn also das erwärmte Tröpfchen in Kontakt mit der durch den Laser erzeugten Schmelzpfütze steht, so kann die Wärme von der Pfütze zusätzliche Wärme in den Draht 140 führen, um so vollständig das schmelzflüssige Tröpfchen am Ende des Drahtes 140 zu bilden, so dass das Tröpfchen an der Pfütze anhaftet und dort bleibt, wenn der Draht 140 zurückgezogen wird. Durch Halten des Fülldrahtes 140 auf einer Temperatur nahe oder auf seiner Schmelztemperatur wird der Draht 140 auf einfache Weise in die durch die Wärmequelle oder den Laser 120 erzeugte Pfütze hinein geschmolzen oder aufgezehrt. Das heißt, der Draht 140 hat eine Temperatur, die zu keinem nennenswerten Abschrecken der Pfütze führt, wenn der Draht 140 einen Kontakt mit der Pfütze herstellt. Aufgrund der hohen Temperatur des Drahtes 140 schmilzt der Draht schnell, wenn er in Kontakt mit der Pfütze kommt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Draht auf oder über 75% seiner Schmelztemperatur erwärmter. Wenn jedoch eine Erwärmung auf eine Temperatur nahe 75% erfolgt, so ist es wahrscheinlich, dass zusätzliche Erwärmung nötig ist, um das Tröpfchen ausreichend schmelzflüssig für eine Übertragung zu machen, was unten noch näher besprochen wird.In exemplary embodiments of the present invention, the power supply is 170 a stream comprising at least a portion of the distal end of the wire 140 to a temperature of or above 90% of its melting temperature. If, for example, a cored wire 140 with a melting temperature of about 2,000 ° F, the temperature of the wire at the moment of contact may be about 1,800 ° F. Of course, it will be understood that the particular melting temperatures and desired operating temperatures are at least commensurate with the alloy, composition, diameter, and feed rate of the filler wire 140 vary. In further exemplary embodiments, portions of the wire are maintained at a temperature of the wire that is at or above 95% of its melting temperature. Of course, in some embodiments, the distal end of the wire is heated to at least 99% of its melting temperature by the heating current. Thus, when the heated droplet is in contact with the molten puddle generated by the laser, the heat from the puddle may add additional heat to the wire 140 lead so completely the molten droplet at the end of the wire 140 so that the droplet adheres to the puddle and stays there when the wire 140 is withdrawn. By holding the filler wire 140 at a temperature close to or at its melting temperature becomes the wire 140 in a simple way in by the heat source or the laser 120 produced puddle melted or consumed. That is, the wire 140 has a temperature that does not cause any appreciable quenching of the puddle when the wire 140 makes contact with the puddle. Due to the high temperature of the wire 140 The wire melts quickly when it comes in contact with the puddle. In other exemplary embodiments, the wire may be heated to or above 75% of its melting temperature. However, when heated to near 75%, it is likely that additional heating will be needed to make the droplet sufficiently molten for transfer, which will be discussed in more detail below.

Wie zuvor beschrieben, kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen das vollständige Schmelzen des Drahtes 140 allein durch das Eintreten des Drahtes 140 in die Pfütze bewerkstelligt werden. Jedoch kann der Draht 140 in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch durch eine Kombination aus dem Erwärmungsstrom, der Pfütze und des Laserstrahls 110, der auf einen Abschnitt des Drahtes 140 auftrifft, vollständig geschmolzen werden. Das heißt, das Erwärmen oder Schmelzen des Drahtes 140 kann durch den Laserstrahl 110 dergestalt unterstützt werden, dass der Strahl 110 zum Erwärmen des Drahtes 140 beiträgt. Weil jedoch viele Fülldrähte 140 aus Materialien bestehen, die reflektieren können, sollte, wenn ein reflektierender Laser verwendet wird, der Draht 140 auf eine solche Temperatur erwärmt werden, dass sein Oberflächenreflexionsvermögen reduziert wird, so dass der Strahl 110 zum Erwärmen oder Schmelzen des Drahtes 140 beitragen kann. In beispielhaften Ausführungsformen dieser Konfiguration überschneiden sich der Draht 140 und der Strahl 110 an dem Punkt, wo der Draht 140 in die Pfütze eintritt. Dies wird in den 6A und 6B gezeigt.As previously described, in some example embodiments, the complete melting of the wire 140 only by the entry of the wire 140 done in the puddle become. However, the wire can 140 in other exemplary embodiments also by a combination of the heating flow, the puddle and the laser beam 110 that is on a section of the wire 140 hits, completely melted. That is, heating or melting the wire 140 can through the laser beam 110 be supported in such a way that the beam 110 for heating the wire 140 contributes. Because, however, many cored wires 140 made of materials that can reflect should, if a reflective laser is used, the wire 140 be heated to a temperature such that its surface reflectivity is reduced, so that the beam 110 for heating or melting the wire 140 can contribute. In exemplary embodiments of this configuration, the wire overlap 140 and the beam 110 at the point where the wire 140 enters the puddle. This will be in the 6A and 6B shown.

Wie in 6A gezeigt, kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Strahl 110 dafür verwendet werden, die Abscheidung von Tröpfchen D auf das Werkstück 115 zu unterstützen. Das heißt, der Strahl 110 kann dafür verwendet werden, Wärme zu dem distalen Ende des Drahtes 140 hinzuzufügen, um das schmelzflüssige Tröpfchen zu erzeugen. In solchen Ausführungsformen kann der Erwärmungsstrom von der Stromversorgung auf einem Pegel weit unter einem Lichtbogenerzeugungspegel gehalten werden, wodurch sichergestellt wird, dass kein Lichtbogen entsteht, aber ein ordnungsgemäßer Tröpfchentransfer erreicht werden kann. In solchen Ausführungsformen kann der Strahl so gerichtet werden, dass es nur das Tröpfchen D trifft; oder in anderen Ausführungsformen ist der Strahl 110 groß genug oder ist so geformt oder gerastert, dass er mindestens auf einen Abschnitt des Tröpfchens und mindestens einen Teil der Pfütze auftrifft, um weiterhin Wärme zu der Pfütze hinzuzufügen, um das Tröpfchen D zu empfangen. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Energiedichte des Strahls 110 während dieser Phase des Prozesses in der Regel geringer als die Energiedichte des Strahls, wenn er dafür verwendet wird, die Pfütze auf dem Werkstück 115 zu erzeugen.As in 6A In some example embodiments, the beam may be shown 110 used for the deposition of droplets D on the workpiece 115 to support. That is, the beam 110 Can be used to heat to the distal end of the wire 140 to create the molten droplet. In such embodiments, the heating current from the power supply may be maintained at a level well below an arc generation level, thereby ensuring that no arc is generated but proper droplet transfer can be achieved. In such embodiments, the beam may be directed to strike only the droplet D; or in other embodiments, the beam 110 large enough or shaped or rastered to impinge at least a portion of the droplet and at least a portion of the puddle to further add heat to the puddle to receive the droplet D. In exemplary embodiments, the energy density of the beam is 110 during this phase of the process is usually lower than the energy density of the beam when it is used to puddle the workpiece 115 to create.

6B zeigt weitere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei der Strahl 110 am Draht 140 kurz oberhalb des Tröpfchens anliegt, um seine Trennung von dem Draht zu unterstützen. In solchen Ausführungsformen wird, wenn abgefühlt oder bestimmt wird, dass sich der Draht 140 über dem Tröpfchen abschnürt, ein Strahl 110 auf den Draht an der Verbindung zwischen dem Tröpfchen D und dem Draht 140 gerichtet, so dass der Strahl 110 beim Trennen der beiden hilft. Solche Ausführungsformen helfen zu verhindern, dass ein Lichtbogen entsteht, weil es nicht nötig ist, den Erwärmungsstrom zum Steuern der Trennung zu verwenden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Strahl 110 vom selben Laser 120 kommen, der zum ursprünglichen Erzeugen der Pfütze verwendet wird. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen der Strahl in 6B auch von einem zweiten separaten Laser ausgesendet werden, der ebenfalls durch die Steuereinheit 195 gesteuert wird. Das heißt, wenn in solchen Ausführungsformen, die Steuereinheit und/oder die Stromversorgung die Entstehung eines Tröpfchens oder das unmittelbar bevorstehende Trennen des Tröpfchens D detektieren, so kann der Ausgangsstrom der Stromversorgung 170 gesenkt werden, während der Laserstrahl auf den Draht 140 gerichtet wird, um die gewünschte Trennung herbeizuführen. 6B shows further exemplary embodiments of the present invention, wherein the beam 110 on the wire 140 just above the droplet to support its separation from the wire. In such embodiments, when sensed or determined, the wire becomes 140 strangling over the droplet, a jet 110 on the wire at the junction between the droplet D and the wire 140 directed so that the beam 110 when separating the two helps. Such embodiments help to prevent an arc from arising because it is not necessary to use the heating current to control the separation. In some example embodiments, the beam 110 from the same laser 120 come, which is used to create the original puddle. However, in other embodiments, the beam may be in 6B are also emitted by a second separate laser, which is also by the control unit 195 is controlled. That is, in such embodiments, when the control unit and / or the power supply detect the formation of a droplet or the imminent separation of the droplet D, the output current of the power supply can 170 be lowered while the laser beam on the wire 140 is directed to bring about the desired separation.

Wenden wir uns nun 7 zu, wo eine beispielhafte Ausführungsform eines Erwärmungssystems 700 und einer Kontaktspitzenbaugruppe 707 gezeigt ist. Es ist allgemein festzuhalten, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Kontaktspitzen 160 und Widerstandserwärmungssysteme verwenden können, die mit Bezug auf Warmdraht- oder einige Schweißsysteme bekannt sind, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jedoch kann in weiteren beispielhaften Ausführungsformen ein System 700, wie in 7 gezeigt, verwendet werden. In diesem System 700 besteht die Kontaktspitzenbaugruppe aus zwei leitfähigen Abschnitten 701 und 703, die durch einen Isolierabschnitt 705, der aus einem beliebigen dielektrischen Material bestehen kann, elektrisch voneinander isoliert sind. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen auf den Isolierabschnitt verzichtet werden, solange die Spitzenabschnitte 701 und 703 elektrisch voneinander isoliert sind. Das System 700 enthält außerdem einen Umschaltkreis 710, der den Strompfad zu bzw. von der Stromversorgung 170 zwischen dem Kontaktspitzenabschnitt 701 und dem Werkstück 115 umschaltet. In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, den Draht 140 während des Herstellungsprozesses auf einer Schwellentemperatur zu halten, während der Draht 140 nicht mit dem Werkstück 115 in Kontakt steht. Ohne dass der Draht 140 mit dem Werkstück 115 in Kontakt steht (zum Beispiel während einer Umpositionierung), fließt kein Strom durch den Draht 140, so dass die Widerstandserwärmung stoppt. Natürlich kann immer noch Restwärme vorhanden sein, die aber schnell abklingen kann. Diese Ausführungsform erlaubt eine kontinuierliche Erwärmung des Drahtes 140, selbst wenn er nicht in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht. Wie gezeigt, ist ein Anschlussdraht von der Stromversorgung mit dem oberen Abschnitt 703 der Kontaktspitzenbaugruppe 707 gekoppelt. Während des Betriebes wird, wenn der Draht 140 in Kontakt mit dem Werkstück steht, der Schalter 710 so positioniert, dass der Strompfad vom oberen Abschnitt 703 durch den Draht 140 und das Werkstück führt und zur Stromversorgung 170 zurückkehrt (Strichlinie im Schalter 710). Wenn sich aber das Tröpfchen D von dem Draht 140 trennt und der Kontakt mit dem Werkstück 115 unterbrochen wird, so wird die Schalter 710 so umgelegt, dass der Strompfad von der Kontaktspitzenabschnitt 703 zum Kontaktspitzenabschnitt 701 und zurück zur Stromversorgung 170 führt. Dadurch kann wenigstens ein Teil des Erwärmungsstroms durch den Draht fließen, um den Draht auf einem gewissen Hintergrunderwärmungspegel weiter widerstandszuerwärmen. Dank einer solchen Konfiguration kann der Draht rascher auf seinen gewünschten Abscheidungspegel erwärmt werden. Das ist besonders dann der Fall, wenn eine lange Zeit zwischen Tröpfchenabscheidungen lag, während der sich der Draht abkühlen könnte. Darum gibt in beispielhaften Ausführungsformen die Stromversorgung 170 einen oder mehrere Stromimpulse (wie allgemein im vorliegenden Dokument beschrieben) aus, um Tröpfchen abzuscheiden, wenn sich der Schalter 710 in einer ersten Position befindet (erster Strompfad), die den Strom durch das Werkstück richtet, und dann gibt die Stromversorgung 170 einen Hintergrund- oder Erwärmungsstrom aus (der zum Beispiel ein Konstantstrom sein kann), wenn sich der Schalter in einer zweiten Position befindet (zweiter Strompfad), die den Strom durch beide Abschnitten 701/703 der Kontaktspitze richtet, um den Draht zwischen Tröpfchentransfers in einem erwärmten Zustand zu halten. In einigen Ausführungsformen kann der Schalter zwischen den einzelnen Tröpfchentransferimpulsen umschalten, während der Schalter in anderen Ausführungsformen nach mehreren Tröpfchentransferimpulsen umschalten kann. In beispielhaften Ausführungsformen wird der Hintergrund- bzw. Erwärmungsstrompegel als ein Pegel gewählt, der den Draht auf einer gewünschten (Nicht-Schmelz-)Temperatur hält. Wenn die Temperatur zu hoch ist, so kann es schwierig werden, den Draht zur Pfütze zu drücken. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Hintergrund- bzw. Erwärmungsstrom in einem Bereich von 10 bis 70% eines Spitzenstrompegels, der während der Tröpfchentransferimpulse erreicht wird.Let us turn now 7 to where an exemplary embodiment of a heating system 700 and a contact tip assembly 707 is shown. It is generally noted that embodiments of the present invention are contact tips 160 and to use resistance heating systems known with respect to hot wire or some welding systems without departing from the spirit or scope of the present invention. However, in other exemplary embodiments, a system 700 , as in 7 shown to be used. In this system 700 For example, the contact tip assembly consists of two conductive sections 701 and 703 passing through an insulating section 705 , which may be made of any dielectric material, are electrically isolated from each other. Of course, in other embodiments, the insulating portion may be omitted as long as the tip portions 701 and 703 are electrically isolated from each other. The system 700 also includes a switching circuit 710 which is the current path to or from the power supply 170 between the contact tip section 701 and the workpiece 115 switches. In some embodiments, it may be desirable to use the wire 140 during the manufacturing process to maintain a threshold temperature while the wire 140 not with the workpiece 115 in contact. Without the wire 140 with the workpiece 115 is in contact (for example, during repositioning), no current flows through the wire 140 so that the resistance heating stops. Of course, there may still be residual heat, but it can subside quickly. This embodiment allows continuous heating of the wire 140 even if he is not in contact with the workpiece 115 stands. As shown, a lead wire is from the power supply to the top section 703 the contact tip assembly 707 coupled. During operation, when the wire is 140 is in contact with the workpiece, the switch 710 positioned so that the current path from the top section 703 through the wire 140 and the workpiece leads and to the power supply 170 returns (Dash line in the switch 710 ). But if the droplet D from the wire 140 separates and the contact with the workpiece 115 is interrupted, then the switch 710 Tilted so that the current path from the contact tip section 703 to the contact tip section 701 and back to the power supply 170 leads. Thereby, at least a portion of the heating current may flow through the wire to further resistively heat the wire at a certain background heating level. Such a configuration allows the wire to be heated more quickly to its desired deposition level. This is especially the case if there was a long time between droplet deposits during which the wire could cool off. Therefore, in exemplary embodiments, the power supply 170 one or more current pulses (as generally described in this document) to separate droplets when the switch 710 located in a first position (first current path), which directs the current through the workpiece, and then gives the power supply 170 a background or heating current (which may be, for example, a constant current) when the switch is in a second position (second current path) that drives the current through both sections 701 / 703 the contact tip to keep the wire in a heated state between droplet transfers. In some embodiments, the switch may toggle between the individual droplet transfer pulses, while in other embodiments the switch may switch to multiple droplet transfer pulses. In exemplary embodiments, the heating current level is selected as a level that maintains the wire at a desired (non-melt) temperature. If the temperature is too high, it may be difficult to push the wire to the puddle. In some exemplary embodiments, the heating current is in a range of 10 to 70% of a peak current level achieved during the droplet transfer pulses.

Es wird angemerkt, dass in 7 der Schalter 710 außerhalb der Stromversorgung 170 gezeigt ist. Jedoch dient diese Darstellung nur der besseren Übersichtlichkeit, und der Schalter kann auch innerhalb der Stromversorgung 170 angeordnet sein. Alternativ kann sich der Schalter auch innerhalb der Kontaktspitzenbaugruppe 707 befinden. Der Isolierabschnitt 705 kann aus jedem beliebigen Isoliermaterial bestehen oder kann einfach ein isolierender Spalt zwischen den Komponenten 701 und 703 sein. Je nach der gewünschten Konfiguration kann der Schalter durch die Steuereinheit 195 (wie gezeigt) gesteuert werden oder kann direkt durch die Stromversorgung 170 gesteuert werden.It is noted that in 7 the desk 710 outside the power supply 170 is shown. However, this illustration is only for clarity, and the switch can also be within the power supply 170 be arranged. Alternatively, the switch may also be within the contact tip assembly 707 are located. The insulating section 705 can be made of any insulating material or simply an insulating gap between the components 701 and 703 be. Depending on the desired configuration, the switch can be controlled by the control unit 195 (as shown) or can be controlled directly by the power supply 170 to be controlled.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Drahtvorwärmvorrichtung stromaufwärts der Baugruppe 707 positioniert sein, die den Draht 140 vorwärmt, bevor er in die Spitze 707 eintritt. Zum Beispiel kann die Vorwärmvorrichtung eine Induktionserwärmungsvorrichtung sein, die keinen Stromfluss durch den Draht 140 erfordert, um den Draht 140 zu erwärmen. Natürlich können auch Widerstandserwärmungssysteme verwendet werden. Diese Vorwärmvorrichtung kann verwendet werden, um den Draht auf einer Temperatur zu halten, wie oben beschrieben wurde. Des Weiteren kann das Vorwärmen auch dafür verwendet werden, alle unerwünschte Feuchtigkeit von dem Draht 140 zu entfernen, bevor er abgeschieden wird (was besonders wichtig ist, wenn Ti verwendet wird). Solche Vorwärmenssysteme sind allgemein bekannt und brauchen nicht ausführlich beschrieben zu werden. Die Vorwärmvorrichtung kann so einstellt werden, dass sie den Draht 140 auf eine zuvor festgelegte Temperatur erwärmt, bevor der Draht in die Spitzenbaugruppe 707 eintritt, wodurch der Strom von der Stromversorgung 170 dafür verwendet werden kann, genug Strom zu liefern, um den Abscheidungsprozess zu vollenden. Es ist anzumerken, dass die Vorwärmvorrichtung den Draht 140 auf einen Pegel erwärmen sollte, der den Draht 140 so konditioniert, dass der Draht 140 ordnungsgemäß durch die Spitze 707 geschoben werden kann. Das heißt, wenn der Draht 140 zu warm ist, so kann er übermäßig flexibel werden, was das Ansprechen des Drahtes 140 beim Schieben beeinträchtigen kann.In other exemplary embodiments, a wire preheating device may be upstream of the assembly 707 be positioned that the wire 140 preheats, before going to the top 707 entry. For example, the preheater may be an induction heating device that does not conduct current through the wire 140 requires the wire 140 to warm up. Of course, resistance heating systems can also be used. This preheater can be used to maintain the wire at a temperature as described above. Furthermore, preheating can also be used to remove any unwanted moisture from the wire 140 before it is separated (which is especially important when Ti is used). Such preheat systems are well known and need not be described in detail. The preheater can be adjusted to hold the wire 140 heated to a predetermined temperature before the wire in the tip assembly 707 enters, reducing the power from the power supply 170 can be used to supply enough power to complete the deposition process. It should be noted that the preheater the wire 140 should heat to a level of the wire 140 conditioned so that the wire 140 properly through the top 707 can be pushed. That is, if the wire 140 Too warm, so it can become overly flexible, which is the response of the wire 140 can interfere with pushing.

8A zeigt eine beispielhafte Herstellungsstromwellenform 800, die mit dem System 700 in 7 verwendet werden kann. In 8A ist eine Basisstromwellenform 800 gezeigt, die zwei Komponenten umfasst: einen Impulsabschnitt 801 und einen Hintergrundabschnitt 803. Der Impulsabschnitt besteht aus Stromimpulsen, die verwendet werden, um Tröpfchen abzuscheiden, wie im vorliegenden Dokument besprochenen. Während dieser Impulse wird der Strom vom Spitzenabschnitt 703 durch das Werkstück 115 gerichtet. Jedoch wird der Strom während des Hintergrundabschnitts von dem Spitzenabschnitt 703 zum Abschnitt 701 gerichtet, um den Draht 140 zu erwärmen, wenn er nicht in Kontakt mit dem Werkstück 115 steht. Natürlich ist zu beachten, dass die Verbindungen der Kontaktspitzenabschnitte 701/703 zu den positiven und negativen Stromversorgungsanschlüssen, wie in 7 gezeigt, beispielhaft sind und dass die Verbindungen entsprechend der gewünschten Systemeinrichtung und -leistung auch umgekehrt werden können. Wie zuvor erläutert, wird der Hintergrundstrompegel 803 zwischen Impulsen 801 dafür verwendet, den Draht zwischen Tröpfchenabscheidungen auf einer Haltetemperatur zu halten. In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hält der Hintergrundstrom den Draht 140 auf einer Temperatur, die in einem Bereich von 40 bis 90% der Schmelztemperatur des Drahtes 140 liegt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen hält der Strom 803 den Draht 140 auf einer Temperatur im Bereich von 50 bis 80% der Schmelztemperatur des Drahtes 140. 8A shows an exemplary manufacturing current waveform 800 that with the system 700 in 7 can be used. In 8A is a base current waveform 800 which includes two components: a pulse section 801 and a background section 803 , The pulse section consists of current pulses used to deposit droplets as discussed in this document. During these pulses, the current from the tip section 703 through the workpiece 115 directed. However, the current during the background portion becomes from the tip portion 703 to the section 701 directed to the wire 140 to heat up when not in contact with the workpiece 115 stands. Of course, it should be noted that the connections of the contact tip sections 701 / 703 to the positive and negative power supply outlets, as in 7 shown, are exemplary and that the connections according to the desired system device and performance can also be reversed. As previously explained, the background current level becomes 803 between impulses 801 used to keep the wire between droplet deposits at a holding temperature. In some exemplary embodiments of the present invention, the background current holds the wire 140 at a temperature that is in one range from 40 to 90% of the melting temperature of the wire 140 lies. In other exemplary embodiments, the power holds 803 the wire 140 at a temperature in the range of 50 to 80% of the melting temperature of the wire 140 ,

Es ist des Weiteren anzumerken, dass es möglicherweise nicht wünschenswert oder nötig ist, ständig zwischen den einzelnen Impulsen 801 zum Hintergrundstrom zu schalten. Das könnte besonders während einer hohen Tröpfchenabscheidungsrate zutreffen. Das heißt, während einer hohen Tröpfchenabscheidungsrate wird der Draht 140 zwischen den Tröpfchen auf einem hohen Temperaturpegel gehalten. Darum erfolgt in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Umschalten zum Hintergrunderwärmungsstrom (wie oben beschrieben) erst nach dem Verstreichen einer Zeitdauer oder wenn die Dauer zwischen Tröpfchenimpulsen eine Schwellenzeit übersteigt. Zum Beispiel verwendet das System 700 in einigen Ausführungsformen, wenn die Zeit zwischen Impulsen 1 s übersteigen soll, das Umschalten und den Hintergrunderwärmungsstrom wie oben beschrieben. Das heißt, wenn das verwendete Herstellungsverfahren eine Impulsfrequenz über einer bestimmten Schwellenfrequenz hat, so wird das oben beschriebene Umschalten verwendet. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt diese Schwelle in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 s zwischen Impulsen. In anderen Ausführungsformen kann das System 700 einen Zeitmesser (innerhalb der Steuereinheit 195 und/oder der Stromversorgung 170) verwenden, der die Zeit zwischen Impulsen überwacht, und wenn die Zeit einen Schwellenbetrag übersteigt, so werden das Umschalten und der Hintergrunderwärmungsstrom, wie oben beschrieben, verwendet. Wenn zum Beispiel das System 700 bestimmt, dass eine Latenz zwischen Impulsen ein Schwellenzeitlimit (zum Beispiel 1 s) überschritten hat, so wird der Hintergrunderwärmungsstrom dafür verwendet, den Draht 140 auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Eine solche Ausführungsform kann in Ausführungsformen verwendet werden, wo die eingestellte Schwellenzeit abgelaufen ist; das heißt, das System 700 bestimmt in Echtzeit, dass das Zeitlimit abgelaufen ist, oder kann verwendet werden, wenn das System 700 vorhersagt, dass der nächste Impuls nicht vor Ablauf des Zeitlimits eintreten wird. Wenn zum Beispiel das System 700 (zum Beispiel die Steuereinheit 195) bestimmt, dass der nächste Impuls nicht vor Ablauf des Zeitlimits eintreten wird (zum Beispiel aufgrund einer Bewegung des Werkstücks 115 und/oder des Drahtes 140), so kann das System 700 sofort das Umschalten und den Hintergrunderwärmungsstrom, wie oben beschrieben, initiieren. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt diese Dauer-Schwelle in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 Sekunden.It should also be noted that it may not be desirable or necessary to constantly switch between the individual pulses 801 to switch to the background current. This could be especially true during a high droplet deposition rate. That is, during a high droplet deposition rate, the wire becomes 140 held between the droplets at a high temperature level. Therefore, in some example embodiments, switching to the background heating current (as described above) occurs only after the lapse of a period of time or when the duration between droplet pulses exceeds a threshold time. For example, the system uses 700 in some embodiments, when the time between pulses is to exceed 1 second, the switching and the background heating current are as described above. That is, if the manufacturing method used has a pulse frequency above a certain threshold frequency, the switching described above is used. In exemplary embodiments of the present invention, this threshold is in a range of 0.5 to 2.5 s between pulses. In other embodiments, the system may 700 a timer (within the control unit 195 and / or the power supply 170 ), which monitors the time between pulses, and when the time exceeds a threshold amount, the switching and the background heating current are used as described above. If, for example, the system 700 determines that a latency between pulses has exceeded a threshold time limit (for example 1 s), the background heating current is used for the wire 140 to keep at a desired temperature. Such an embodiment may be used in embodiments where the set threshold time has expired; that is, the system 700 determines in real time that the time limit has expired, or can be used when the system 700 predicts that the next impulse will not occur before the expiration of the time limit. If, for example, the system 700 (for example, the control unit 195 ) determines that the next pulse will not occur before the expiration of the time limit (for example due to movement of the workpiece) 115 and / or the wire 140 ), so the system can 700 immediately initiate the switching and the background heating current as described above. In exemplary embodiments of the present invention, this duration threshold is in the range of 0.5 to 2.5 seconds.

8B zeigt beispielhafte Wellenformen, die mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um ein Tröpfchen abzuscheiden, wie im vorliegenden Dokument beschrieben. Die beispielhaften Wellenformen dienen der Übertragung eines einzelnen Tröpfchens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die gezeigten Wellenformen sind für Laserleistung 810, Drahtzufuhrgeschwindigkeit 820, additiven Drahterwärmungsstrom 830 und Spannung 840. Es versteht sich, dass die gezeigten Wellenformen nur beispielhaft sein sollen und dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Wellenformen mit anderen Eigenschaften als denen verwenden können, die im vorliegenden Dokument gezeigt oder beschrieben sind. Wie gezeigt, beginnt der Tröpfchentransferzyklus bei 811, wo die Laserleistung auf das Werkstück gerichtet wird und auf einen Spitzen-Laserleistungspegel 813 erhöht wird 812. Nach einer Dauer Tp erzeugt der Laser eine Pfütze auf dem Werkstück bei Punkt 814. An diesem Punkt beginnt die Drahtzuführvorrichtung, den additiven Draht in Richtung der Pfütze zu bewegen. Die Drahtzufuhrgeschwindigkeit steigt 821 auf eine Spitzen-Drahtzufuhrgeschwindigkeit 822, nachdem die Pfütze bei 814 erzeugt wurde. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht die Drahtzufuhrgeschwindigkeit ihren Spitzenpegel 822 ungefähr zur selben Zeit, zu der das distale Ende des Drahtes einen Kontakt mit der Pfütze 821' herstellt. Jedoch kann in weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Drahtzufuhrgeschwindigkeit ihren Spitzenpegel 822 erreichen, bevor der Draht einen Kontakt herstellt. Wie gezeigt, wird zur selben Zeit, wo der Drahtzuführprozess beginnt, eine Offenkreisspannung an den Draht 841 angelegt, so dass er einen Spitzenspannungspegel 842 an einem Punkt erreicht, bevor der Draht einen Kontakt mit der Pfütze herstellt. Außerdem beginnt, wenn der Draht einen Kontakt mit der Pfütze herstellt, der Erwärmungsstrom 830 zu fließen (bei Punkt 831), und die Spannung 840 beginnt zu fallen 843. Die Spannung fällt auf einen Pegel 844, der unter einer Lichtbogendetektionsspannung 848 liegt, über der bestimmt wird, dass ein Lichtbogen erzeugt werden würde. 8B FIG. 12 shows exemplary waveforms that may be used with exemplary embodiments of the present invention to deposit a droplet as described herein. The exemplary waveforms are for transmission of a single droplet according to embodiments of the present invention. The waveforms shown are for laser power 810 , Wire feed speed 820 , additive wire heating current 830 and tension 840 , It should be understood that the waveforms shown are intended to be exemplary only and that other embodiments of the present invention may use other waveforms having different characteristics than those shown or described herein. As shown, the droplet transfer cycle begins at 811 where the laser power is directed to the workpiece and to a peak laser power level 813 is increased 812 , After a period of time Tp, the laser produces a puddle on the workpiece at point 814 , At this point, the wire feeder begins to move the additive wire toward the puddle. The wire feed speed increases 821 on a spike wire feed speed 822 after the puddle 814 was generated. In exemplary embodiments of the present invention, the wire feed speed reaches its peak level 822 at about the same time the distal end of the wire makes contact with the puddle 821 ' manufactures. However, in other exemplary embodiments, the wire feed speed may be at its peak level 822 reach before the wire makes contact. As shown, at the same time as the wire feed process begins, an open circuit voltage is applied to the wire 841 applied so that it has a peak voltage level 842 reached at one point before the wire makes contact with the puddle. In addition, when the wire makes contact with the puddle, the heating current begins 830 to flow (at point 831 ), and the tension 840 begins to fall 843 , The voltage drops to a level 844 which is under an arc detection voltage 848 above which it is determined that an arc would be generated.

Nachdem der Draht einen Kontakt mit der Pfütze herstellt hat, werden die Laserleistung 810, die Drahtzufuhrgeschwindigkeit 820 und der Strom 830 über einen Zeitraum Ta, während dem ein Tröpfchen des Drahtes in die Pfütze abgeschieden wird, auf ihren jeweiligen Spitzenpegeln gehalten. Nach Ablauf des Abscheidungszeitraums Ta (bei 815), der eine zuvor festgelegte Zeitdauer haben kann, die durch die Erwärmungsstromversorgung (zum Beispiel unter Verwendung eines Zeitmesserkreises) gesteuert wird, wird die Laserleistung zusammen mit der Drahtzufuhrgeschwindigkeit 823 abgesenkt 816. Der Erwärmungsstrom 830 wird nach dem Ablauf des Zeitraums Ta (oberster Punkt 834) noch über einen Zeitraum auf seinem Spitzenpegel 833 erhalten, während die Laserleistung und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit verringert werden. Dies hilft beim Trennen des Tröpfchens von dem Draht. Nach dem Tröpfchenzugabezeitraum Ta beginnt ein Drahtrückzugszeitraum Tr. Nachdem der Strom 830 sein Absenken 835 beginnt (Start bei Punkt 834), wird die Drahtzufuhrgeschwindigkeit auf Null reduziert (bei Punkt 827), und die Drahtzuführvorrichtung wird veranlasst, den Draht 824 mit einer Spitzenrückzugsgeschwindigkeit 825 zurückzuziehen. Außerdem wird der Strom 830 während des Rückzugszeitraums auf einen Rückbrennstrompegel 836 reduziert, der dafür verwendet wird, um ein Rückbrennen des Drahtes auszuführen, während er aus der Pfütze zurückgezogen wird. Während des Drahtrückzugszeitraums Tr wird der Strom 830 auf dem Rückbrennstrompegel 836 gehalten, bis die Spannung bei Punkt 845 den Lichtbogendetektionsspannungspegel 848 erreicht oder passiert, wozu es kommt, wenn sich der Draht von der Pfütze trennt (wodurch der Strom sinkt und die Spannung steigt). Wenn der Spannungspegel 848 erreicht ist, wird eine Lichtbogenunterdrückungsroutine 847 initiiert, um das Entstehen eines Lichtbogens zu verhindern. Während dieser Zeit steigt die Spannung auf einen Spitzenpegel 846.After the wire has made contact with the puddle, the laser power becomes 810 , the wire feed speed 820 and the stream 830 over a period Ta, during which a droplet of the wire is deposited in the puddle, kept at their respective peak levels. After expiration of the deposition period Ta (at 815 ), which may have a predetermined period of time controlled by the heating power supply (for example, using a timer circuit), the laser power becomes along with the wire feeding speed 823 lowered 816 , The heating current 830 becomes after the expiration of the period Ta (highest point 834 ) still over one Period at its peak level 833 while reducing the laser power and the wire feeding speed. This helps in separating the droplet from the wire. After the droplet addition period Ta, a wire retreat period Tr starts. After the stream 830 his lowering 835 starts (start at point 834 ), the wire feed speed is reduced to zero (at point 827 ), and the wire feeder is caused to cause the wire 824 with a tip retraction speed 825 withdraw. In addition, the electricity 830 during the withdrawal period to a backflow level 836 which is used to rewind the wire as it is withdrawn from the puddle. During the wire retraction period Tr, the current becomes 830 on the backflow level 836 held until the voltage at point 845 the arc detection voltage level 848 This happens when the wire separates from the puddle (causing the current to drop and the voltage rises). When the voltage level 848 is reached, an arc suppression routine 847 initiated to prevent the occurrence of an arc. During this time, the voltage rises to a peak level 846 ,

Der Lichtbogendetektionsspannungspegel 848 ist ein zuvor festgelegter Pegel, der durch die Stromversorgung und/oder die Systemsteuereinheit verwendet wird, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen zwischen dem sich zurückziehenden Draht und dem Werkstück entsteht. Der Lichtbogendetektionsspannungspegel 848 wird durch die Stromversorgung und/oder die Systemsteuereinheit anhand verschiedener Benutzereingaben eingestellt, wie zum Beispiel Drahtart, Drahtdurchmesser, Werkstückmaterialart, Tröpfchen-je-Inch-Eingabe, Tröpfchen-je-Minute-Eingabe usw.The arc detection voltage level 848 is a predetermined level used by the power supply and / or the system controller to ensure that there is no arc between the retracting wire and the workpiece. The arc detection voltage level 848 is set by the power supply and / or the system controller based on various user inputs, such as wire type, wire diameter, workpiece material type, droplet-per-inch input, droplet-per-minute input, etc.

Wenn der Lichtbogendetektionsspannungspegel 848 erreicht ist (bei 845), so wird der Strom 830 durch die Stromversorgung abgeschaltet (837), und das Zurückziehen des Drahtes wird gestoppt (826), und der Tröpfchentransferzyklus endet bei Punkt 817, wenn der Strom 830 und die Drahtzufuhrgeschwindigkeit 820 jeweils 0 erreichen. In der gezeigten Ausführungsform ist auch gezeigt, dass die Laserleistung 810 am Ende des Zyklus bei Punkt 817 abgeschaltet wird. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird die Laserleistung 810 zu dem Zeitpunkt abgeschaltet, wo die Lichtbogenspannungsschwelle 848 erreicht ist (bei Punkt 845). Dieser Zyklus wird dann über mehrere Tröpfchenabscheidungen wiederholt.When the arc detection voltage level 848 is reached (at 845 ), so will the electricity 830 switched off by the power supply ( 837 ), and retraction of the wire is stopped ( 826 ), and the droplet transfer cycle ends at point 817 when the electricity 830 and the wire feed speed 820 reach 0 each. In the embodiment shown, it is also shown that the laser power 810 at the end of the cycle at point 817 is switched off. In other exemplary embodiments, the laser power becomes 810 shut off at the time when the arc voltage threshold 848 reached (at point 845 ). This cycle is then repeated over several droplet deposits.

In einigen (nicht gezeigten) beispielhaften Ausführungsformen kann ein Laserleistungsimpuls zwischen Tröpfchentransferzyklen initiiert werden (wie in 8B gezeigt), um ein Glätten des Werkstücks oder eine sonstige Zufuhr von Energie zu dem Werkstück zwischen Tröpfchentransfers zu unterstützen. Zum Beispiel kann ein Laserleistungsimpuls zwischen den einzelnen Tröpfchentransferzyklen initiiert werden, oder in anderen Ausführungsformen kann nach Bedarf ein Laserleistungsimpuls nach einer Anzahl n von Tröpfchentransferzyklen initiiert werden.In some exemplary embodiments (not shown), a laser power pulse may be initiated between droplet transfer cycles (as in FIG 8B shown) to assist in smoothing the workpiece or otherwise supplying energy to the workpiece between droplet transfers. For example, a laser power pulse may be initiated between each droplet transfer cycle, or in other embodiments, a laser power pulse may be initiated as needed after a number n of droplet transfer cycles.

9 zeigt ein weiteres beispielhaftes System 900 der vorliegenden Erfindung. Das System 900 umfasst eine Hintergrundstromversorgung 170' und eine Pulsationsstromversorgung 170. Die Arbeitsweise dieses Systems ähnelt sehr der oben besprochenen, außer dass der Hintergrunderwärmungsstrom durch eine separate Stromversorgung 170' zugeführt wird. Darum kann in einigen Ausführungsformen die Hintergrundstromversorgung 170' einen konstanten Erwärmungsstrom während der Herstellung bereitstellen, und es ist nicht nötig, das oben besprochene Umschalten auszuführen. Die Pulsationsstromversorgung 170 arbeitet so, wie es an anderer Stelle im vorliegenden Text beschrieben wurde, außer dass dank der zusätzlichen Erwärmung bzw. des zusätzlichen Stroms, die bzw. der durch die Stromversorgung 170' bereitgestellt wird, ihr Spitzenausgangsstrom reduziert werden kann. In solchen Ausführungsformen kann der Grad an Steuerung oder Präzision mit der Impulsstromversorgung 170 erhöht werden. Das heißt, die Impulsstromversorgung 170 kann dank des geringeren Strombedarfs in der Stromversorgung 170 ihren Spitzenimpulspegel rascher erreichen. Natürlich gilt das Gleiche für abnehmenden Strom. Jede der Stromversorgungen 170/170' kann durch die Steuereinheit 195 gesteuert werden oder kann in einer Master/Slave-Beziehung konfiguriert werden, was allgemein bekannt ist. Des Weiteren sind diese Stromversorgungen zwar zur besseren Übersichtlichkeit separat gezeigt, doch sie können auch innerhalb einer einzelnen Einheit untergebracht werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. 9 shows another exemplary system 900 of the present invention. The system 900 includes a background power supply 170 ' and a pulsation power supply 170 , The operation of this system is very similar to that discussed above except that the background heating current is provided by a separate power supply 170 ' is supplied. Therefore, in some embodiments, the background power supply 170 ' provide a constant heating current during manufacture, and it is not necessary to carry out the switching discussed above. The pulsation power supply 170 operates as described elsewhere herein, except that thanks to the additional heating or additional current generated by the power supply 170 ' is provided, their peak output current can be reduced. In such embodiments, the degree of control or precision with the pulsed power supply 170 increase. That is, the pulse power supply 170 thanks to the lower power requirement in the power supply 170 reach their peak pulse level more quickly. Of course, the same applies to decreasing electricity. Each of the power supplies 170 / 170 ' can through the control unit 195 or can be configured in a master / slave relationship, which is well known. Furthermore, while these power supplies are shown separately for clarity, they may be housed within a single unit without departing from the spirit or scope of the present invention.

Außerdem ist in 9 eine weitere Kontaktspitzenbaugruppe 900 gezeigt, die leitfähige Abschnitte 901 und 905 und einen Isolierabschnitt 903 aufweist. In dieser Ausführungsform ist der leitfähige Abschnitt 905 so konfiguriert, dass der Erwärmungsstrom so nahe wie möglich an dem frei liegenden distalen Ende des Drahtes 140 übertragen wird. Eine solche Konfiguration hilft sicherzustellen, dass die Erwärmung des Drahtes so nahe wie möglich am distalen Ende gehalten wird, wodurch die Effekte der Hintergrunderwärmung optimiert werden. In weiteren Ausführungsformen wird der Vorstand X des distalen Endes des Drahtes 140 von der Kontaktspitze 910 auf einer minimalen Distanz gehalten. Wenn der Vorstand X zu lange aufrecht gehalten wird, so können die Erwärmungseffekte des Hintergrunderwärmungsstroms beeinträchtigt werden. Darum wird in einigen beispielhaften Ausführungsformen der Vorstand X im Bereich von 0,1 bis 0,5 Inch aufrecht erhalten. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird der Vorstand im Bereich von 0,2 bis 0,4 Inch aufrecht erhalten. Des Weiteren wird in weiteren beispielhaften Ausführungsformen (um weitere Vorteile der Hintergrunderwärmung zu realisieren) der Draht 140 zwischen Tröpfchenimpulsen vollständig oder fast vollständig in die Kontaktspitze 900 zurückgezogen, so dass der Vorstand X in einem Bereich von 0 bis 0,15 Inch liegt. Solche Ausführungsformen sind in der Lage, das distale Ende des Drahtes 140 auf der gewünschten Hintergrunderwärmungstemperatur zu halten, ohne andere Abschnitte des Drahtes 140, die nicht nahe dem distalen Ende liegen, zu überhitzen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Vorstehdistanz größer sein, besonders dann, wenn Verbrauchsmaterialien mit größerem Durchmesser verwendet werden. Zum Beispiel kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Vorstehdistanz im Bereich von 0,75 bis 2 Inch liegen. Natürlich kann in einigen anderen Ausführungsformen ein längerer Vorstand verwendet werden.It is also in 9 another contact tip assembly 900 shown the conductive sections 901 and 905 and an insulating section 903 having. In this embodiment, the conductive portion 905 configured so that the heating current is as close as possible to the exposed distal end of the wire 140 is transmitted. Such a configuration helps to ensure that the heating of the wire is kept as close as possible to the distal end, thereby optimizing the effects of background heating. In further embodiments, the board X becomes the distal end of the wire 140 from the contact point 910 kept at a minimum distance. If the board X is held upright for too long, the heating effects of the background heating current may be impaired. Therefore, in some example embodiments, the Board X in the range of 0.1 to 0.5 inches maintained. In other exemplary embodiments, the board is maintained in the range of 0.2 to 0.4 inches. Furthermore, in other exemplary embodiments (to realize further advantages of background heating), the wire is used 140 between droplet impulses completely or almost completely into the contact tip 900 pulled back so that the board X is in a range of 0 to 0.15 inches. Such embodiments are capable of the distal end of the wire 140 to keep at the desired background heating temperature, without other sections of the wire 140 , which are not near the distal end to overheat. In other exemplary embodiments, the protrusion distance may be greater, especially if larger diameter consumables are used. For example, in some example embodiments, the protrusion distance may be in the range of 0.75 to 2 inches. Of course, in some other embodiments, a longer board may be used.

Wenden wir uns nun 10 zu, wo ein weiteres beispielhaftes System 1000 gezeigt ist, wobei die Kontaktspitzenbaugruppe 1010 in der Lage ist, mehr als einen Draht 140/140' zu dem Werkstück 115 zuzuführen. In einigen additiven Herstellungsoperationen kann es wünschenswert sein, verschiedene Drähte für verschiedene Fertigungsabschnitte zu verwenden. Das System 1000 erlaubt das Umschalten zwischen verschiedenen Drähten in Abhängigkeit davon, was für die Herstellung gewünscht wird. Obgleich nicht gezeigt, kann jeder Draht 140/140' mit seiner eigenen Drahtzuführvorrichtung gekoppelt sein, um die jeweiligen Drähte 140/140' nach Bedarf während der Herstellung voranzuschieben oder zurückzuziehen. Darum kann die Steuereinheit 195 während der Herstellung die Kontaktspitzenbaugruppe 1010 so positionieren, dass der richtige Draht für die Herstellung verwendet wird. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, eine Basis mit einem ersten Verbrauchsmaterial 140 aufzubauen, das erste Eigenschaften hat, und dann zu dieser Basis eine Schicht hinzuzufügen, die mit dem Draht 140' hergestellt wird, der andere Eigenschaften hat, um ein gewünschtes Herstellungsergebnis zu erreichen. Zum Beispiel können die Drähte 140/140' je nach den gewünschten Herstellungsparametern verschiedene Größen, Formen und/oder Zusammensetzungen haben. Es ist außerdem zu beachten, dass zwar die Kontaktspitzenbaugruppe mit nur zwei Drähten 140/140' gezeigt ist, dass aber Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch eine Kontaktspitzenbaugruppe oder separate Kontaktspitzen verwenden können, um eine beliebige Anzahl variierender Verbrauchsmaterialien bereitzustellen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht beschränkt.Let us turn now 10 to where another exemplary system 1000 is shown, wherein the contact tip assembly 1010 is capable of more than one wire 140 / 140 ' to the workpiece 115 supply. In some additive manufacturing operations, it may be desirable to use different wires for different manufacturing stages. The system 1000 allows switching between different wires depending on what is desired for the production. Although not shown, every wire can 140 / 140 ' be coupled with its own wire feeder to the respective wires 140 / 140 ' to advance or withdraw as needed during manufacture. That's why the control unit can 195 during manufacture, the contact tip assembly 1010 Position it so that the right wire is used for manufacturing. For example, it may be desirable to have a base with a first consumable 140 to build up that has first properties, and then to add a layer to that base, using the wire 140 ' having other properties to achieve a desired manufacturing result. For example, the wires can 140 / 140 ' depending on the desired manufacturing parameters have different sizes, shapes and / or compositions. It should also be noted that while the contact tip assembly has only two wires 140 / 140 ' however, embodiments of the present invention may also utilize a contact tip assembly or separate contact tips to provide any number of varying consumables. Embodiments of the present invention are not limited in this regard.

Des Weiteren ist die Kontaktspitzenbaugruppe 1010 in 10 so gezeigt, dass die Drähte 140/140' nicht voneinander isoliert sind. In einer solchen Ausführungsform wird der richtige Draht zu dem Werkstück 115 zur Abscheidung vorangeschoben, und somit wird der Strom von der Stromversorgung 170 durch diesen Draht gerichtet, wodurch die Abscheidung erfolgt. Wenn der Draht gewechselt werden soll, so wird der andere Draht vorangeschoben, während der andere zurückgezogen wird, so dass der Strompfad nun durch den anderen Draht verläuft. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Kontaktspitzenbaugruppe 1010 so aufgebaut sein, dass die Drähte 140/140' elektrisch voneinander isoliert sind. In solchen Ausführungsformen kann Umschalten, wie mit Bezug auf 7 besprochen, verwendet werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Laserstrahl (in 10 nicht gezeigt) die Energieverteilung in die Pfütze zwischen den Drähten 140 und 140' beeinflussen oder auf sonstige Weise ändern, indem sie zwischen den zwei Drähten abgetastet wird.Furthermore, the contact tip assembly 1010 in 10 so shown that the wires 140 / 140 ' are not isolated from each other. In such an embodiment, the correct wire becomes the workpiece 115 advanced to the deposition, and thus the current from the power supply 170 directed through this wire, whereby the deposition takes place. If the wire is to be changed, the other wire is advanced while the other is retracted so that the current path now passes through the other wire. In other exemplary embodiments, the contact tip assembly may 1010 be constructed so that the wires 140 / 140 ' are electrically isolated from each other. In such embodiments, switching may occur as described with reference to FIG 7 be discussed, used. In some example embodiments, a laser beam (in 10 not shown) the energy distribution in the puddle between the wires 140 and 140 ' influence or otherwise change by scanning between the two wires.

Positionierung und Bewegung der Kontaktspitzenbaugruppe 1010 relativ zu dem Werkstück 115 können auf verschiedene Weise beeinflusst werden. Genauer gesagt, kann jedes bekannte robotische oder Bewegungssteuerungssystem verwendet werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das heißt, der richtige Draht 140/140' kann unter Verwendung jedes bekannten Mittels oder Verfahrens positioniert werden, einschließlich robotischer Systeme, und kann durch die Steuereinheit 195 gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Kontaktspitzenbaugruppe 1010 drei oder mehr verschiedene Drähte umfassen und kann ähnlich den bekannten numerisch computergesteuerten (CNC) Bearbeitungsköpfen aufgebaut und verwendet werden, die gedreht und positioniert werden, um die Verwendung geeigneter Werkzeuge zu erlauben. Solche Systeme und Steuerungslogik können in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die gewünschte Positionierung des gewünschten Drahtes auszuführen.Positioning and movement of the contact tip assembly 1010 relative to the workpiece 115 can be influenced in different ways. In particular, any known robotic or motion control system may be used without departing from the spirit or scope of the present invention. That is, the right wire 140 / 140 ' can be positioned using any known means or method, including robotic systems, and may be controlled by the control unit 195 to be controlled. For example, the contact tip assembly 1010 comprise three or more different wires and may be constructed and used similarly to the known computer numerically controlled (CNC) machining heads which are rotated and positioned to allow the use of appropriate tools. Such systems and control logic may be used in embodiments of the present invention to accomplish the desired positioning of the desired wire.

Die Drähte (oder Verbrauchsmaterialien), die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, müssen eine Größe und chemische Zusammensetzung entsprechend den Erfordernissen einer bestimmten Herstellungsoperation haben. In der Regel haben die Drähte einen kreisrunden Querschnitt, aber andere Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt. Andere beispielhafte Ausführungsformen können entsprechend dem Herstellungsverfahren und Herstellungsprozess Drähte mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt verwenden. Zum Beispiel können die Drähte eine polygonale, ovale oder elliptische Form haben, um gewünschte Herstellungskriterien zu erfüllen. Drähte mit kreisrundem Querschnitt können einen Durchmesser im Bereich von 0,010 bis 0,045 Inch haben. Natürlich können gewünschtenfalls auch größere Bereiche (zum Beispiel bis 5 mm) verwendet werden, aber die Steuerung des Tröpfchens kann schwieriger werden, wenn der Durchmesser größer wird. Dank der Verwendung der im vorliegenden Dokument beschriebenen Laser und Erwärmungssteuerungsmethodologien können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine sehr präzise Herstellung ermöglichen. Das gilt insbesondere für Ausführungsformen, die Drähte mit kleinerem Durchmesser verwenden, wie zum Beispiel im Bereich von 0,010 bis 0,020 Inch. Durch die Verwendung solcher kleinen Durchmesser kann ein großes DPI (Tröpfchen-je-Inch)-Verhältnis erreicht werden, wodurch eine hoch-präzise und detaillierte Herstellung ermöglicht wird. Die chemische Zusammensetzung der Drähte ist so zu wählen, dass die gewünschten Eigenschaften für die hergestellte Komponente erreicht werden. Des Weiteren können der oder die verwendeten Drähte entweder eine massive oder eine Metallkernkonfiguration haben. Mit einem Kern versehene Drähte können verwendet werden, um einen Verbundmaterialaufbau zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein mit einem Kern versehener Draht mit einem Aluminiummantel und einem Aluminiumoxidkern verwendet werden.The wires (or consumables) used with embodiments of the present invention must have a size and chemical composition corresponding to the requirements of a particular manufacturing operation. In general, the wires have a circular cross section, but other embodiments are not limited thereto. Other exemplary embodiments may use non-circular cross-section wires in accordance with the manufacturing process and manufacturing process. For example, the wires may have a polygonal, oval or elliptical shape to meet desired manufacturing criteria. Wires with a circular cross-section can have a diameter in the Range from .010 to .045 inches. Of course, larger areas (for example, up to 5 mm) may be used if desired, but the control of the droplet may become more difficult as the diameter becomes larger. Thanks to the use of the laser and heating control methodologies described herein, embodiments of the present invention can enable very precise fabrication. This is especially true for embodiments that use smaller diameter wires, such as in the range of 0.010 to 0.020 inches. By using such small diameters, a large DPI (droplet per inch) ratio can be achieved, thereby enabling highly precise and detailed fabrication. The chemical composition of the wires should be selected to achieve the desired properties for the component being manufactured. Furthermore, the wire (s) used may have either a solid or a metal core configuration. Coreed wires may be used to create a composite structure. For example, a cored wire with an aluminum sheath and an alumina core may be used.

Es ist des Weiteren anzumerken, dass die meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung keinerlei Schutzgas erfordern, weil kein Lichtbogen mit den im vorliegenden Dokument beschriebenen Prozessen verwendet wird. Jedoch kann es in einigen Anwendungen wünschenswert sein, ein Schutzgas zu verwenden, um Oxidation zu verhindern, oder für andere Zwecke.It should also be noted that most applications of the present invention do not require any inert gas because no arc is used with the processes described herein. However, in some applications it may be desirable to use a shielding gas to prevent oxidation or for other purposes.

11 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der in 1 gezeigten. Jedoch sind bestimmte Komponenten und Verbindungen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt. 1 zeigt ein System 1100, in dem ein Wärmesensor 1110 zum Überwachen der Temperatur des Drahtes 140 verwendet wird. Der Wärmesensor 1410 kann von jeder bekannten Art sein, die zum Detektieren der Temperatur des Drahtes 140 befähigt ist. Der Sensor 1110 kann einen Kontakt mit dem Draht 140 herstellen oder kann mit der Spitze 160 gekoppelt sein, um die Temperatur des Drahtes detektieren zu können. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 1110 von einer Art, die einen Laser- oder Infrarotstrahl verwendet, der in der Lage ist, die Temperatur eines kleinen Objekts, wie zum Beispiel den Durchmesser eines Fülldrahtes, zu detektieren, ohne den Draht 140 zu berühren. In einer solchen Ausführungsform ist der Sensor 1110 so positioniert, dass die Temperatur des Drahtes 140 am Vorstand des Drahtes 140 detektiert werden kann; also an einem Punkt zwischen dem Ende der Spitze 160 und der Schweißpfütze. Der Sensor 1110 sollte außerdem so positioniert werden, dass der Sensor 1110 für den Draht 140 nicht die Temperatur der Schweißpfütze abfühlt. 11 shows another exemplary embodiment of the present invention. 11 shows an embodiment similar to that in FIG 1 shown. However, certain components and connections are not shown for clarity. 1 shows a system 1100 in which a heat sensor 1110 to monitor the temperature of the wire 140 is used. The heat sensor 1410 It can be of any known type used to detect the temperature of the wire 140 is capable. The sensor 1110 can make contact with the wire 140 make or can with the top 160 be coupled to detect the temperature of the wire can. In another exemplary embodiment of the present invention, the sensor is 1110 of a type that uses a laser or infrared beam capable of detecting the temperature of a small object, such as the diameter of a flux cored wire, without the wire 140 to touch. In such an embodiment, the sensor is 1110 positioned so that the temperature of the wire 140 on the board of the wire 140 can be detected; so at a point between the end of the top 160 and the sweat puddle. The sensor 1110 should also be positioned so that the sensor 1110 for the wire 140 does not feel the temperature of the sweat puddle.

Der Sensor 1110 ist mit der Abfühl- und Steuereinheit 195 (mit Bezug auf 1 besprochen) gekoppelt, so dass Temperaturrückmeldungsinformationen an die Stromversorgung 170 und/oder die Laserstromversorgung 130 übermittelt werden können, so dass die Steuerung des Systems 1100 optimiert werden kann. Zum Beispiel kann die Leistungs- oder Stromabgabe der Stromversorgung 170 auf der Basis mindestens der Rückmeldung von dem Sensor 1110 justiert werden. Das heißt, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entweder der Nutzer eine gewünschte Temperatureinstellung (für eine bestimmte Schweißnaht und/oder einen bestimmten Draht 140) eingeben, oder die Abfühl- und Steuereinheit 195 kann eine gewünschte Temperatur auf der Basis anderer Nutzereingabedaten (Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Elektrodentyp usw.) einstellen, und dann würde die Abfühl- und Steuereinheit 195 mindestens die Stromversorgung 170 so steuern, dass die gewünschte Temperatur beibehalten wird.The sensor 1110 is with the sensing and control unit 195 (regarding 1 discussed), so that temperature feedback information to the power supply 170 and / or the laser power supply 130 can be transmitted, so that the control of the system 1100 can be optimized. For example, the power or current output of the power supply 170 based on at least the feedback from the sensor 1110 to be adjusted. That is, in one embodiment of the present invention, either the user can set a desired temperature setting (for a particular weld and / or wire 140 ) or the sensing and control unit 195 may set a desired temperature based on other user input data (wire feed speed, electrode type, etc.) and then the sensing and control unit would 195 at least the power supply 170 control so that the desired temperature is maintained.

In einer solchen Ausführungsform ist es möglich, die Erwärmung des Drahtes 140 zu berücksichtigen, zu der es infolge des Laserstrahls 110 kommen kann, der auf den Draht 140 auftrifft, bevor der Draht in die Schweißpfütze eintritt. In Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperatur des Drahtes 140 nur über die Stromversorgung 170 gesteuert werden, indem der Strom in dem Draht 140 gesteuert wird. Jedoch kann, wie oben erläutert, in anderen Ausführungsformen mindestens ein Teil der Erwärmung des Drahtes 140 von dem Laserstrahl 110 kommen, der auf mindestens einen Teil des Drahtes 140 auftrifft. Insofern muss der Strom oder die Leistung von der Stromversorgung 170 allein nicht für die Temperatur des Drahtes 140 repräsentativ sein. Dementsprechend kann die Verwendung des Sensors 1110 das Regeln der Temperatur des Drahtes 140 durch die Steuerung der Stromversorgung 170 und/oder der Laserstromversorgung 130 unterstützen.In such an embodiment, it is possible to heat the wire 140 to take into account, due to the laser beam 110 can come on the wire 140 impinges before the wire enters the weld puddle. In embodiments of the invention, the temperature of the wire 140 only via the power supply 170 be controlled by the current in the wire 140 is controlled. However, as discussed above, in other embodiments, at least a portion of the heating of the wire may occur 140 from the laser beam 110 come on at least part of the wire 140 incident. In that sense, the power or the power from the power supply 170 not alone for the temperature of the wire 140 be representative. Accordingly, the use of the sensor 1110 the regulation of the temperature of the wire 140 by controlling the power supply 170 and / or the laser power supply 130 support.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform (auch in 11 gezeigt) wird ein Temperatursensor 1120 angewiesen, die Temperatur der Schweißpfütze abzufühlen. In dieser Ausführungsform wird die Temperatur der Schweißpfütze auch in die Abfühl- und Steuereinheit 195 eingekoppelt. Jedoch kann der Sensor 1120 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform auch direkt mit der Laserstromversorgung 130 gekoppelt sein. Die Rückmeldung von dem Sensor 1120 wird zum Steuern des Ausgangs der Laserstromversorgung 130 oder des Lasers 120 verwendet. Das heißt, die Energiedichte des Laserstrahls 110 kann modifiziert werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Schweißpfützentemperatur erreicht wird.In a further exemplary embodiment (also in FIG 11 shown) becomes a temperature sensor 1120 instructed to sense the temperature of the weld puddle. In this embodiment, the temperature of the welding puddle also becomes the sensing and control unit 195 coupled. However, the sensor can 1120 in a further exemplary embodiment also directly with the laser power supply 130 be coupled. The feedback from the sensor 1120 is used to control the output of the laser power supply 130 or the laser 120 used. That is, the energy density of the laser beam 110 can be modified to to ensure that the desired welding puddle temperature is achieved.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Sensor 1120 nicht auf die Pfütze gerichtet, sondern er kann auf einen Bereich des Werkstücks 115 neben der Schweißpfütze gerichtet werden. Genauer gesagt, kann es wünschenswert sein sicherzustellen, dass die Wärmezufuhr zu dem Werkstück 115 neben der Abscheidungsstelle minimiert wird. Der Sensor 1120 kann so positioniert sein, dass dieser temperatursensible Bereich überwacht wird, damit eine Schwellentemperatur neben der Abscheidungsstelle nicht überschritten wird. Zum Beispiel kann der Sensor 1120 die Werkstücktemperatur überwachen und die Energiedichte des Strahls 110 anhand der abgefühlten Temperatur verringern. Eine solche Konfiguration würde sicherstellen, dass die Wärmezufuhr neben der Abscheidungsstelle eine gewünschte Schwelle nicht überschreiten würde. Eine solche Ausführungsform kann in Präzisionsfertigungsoperationen verwendet werden, wo die Wärmezufuhr in das Werkstück von Bedeutung ist.In another exemplary embodiment of the invention, the sensor becomes 1120 not aimed at the puddle, but he can work on an area of the workpiece 115 be directed next to the sweat puddle. Specifically, it may be desirable to ensure that the heat input to the workpiece 115 is minimized next to the deposition site. The sensor 1120 may be positioned to monitor this temperature sensitive area so that a threshold temperature adjacent to the deposition site is not exceeded. For example, the sensor 1120 monitor the workpiece temperature and the energy density of the beam 110 decrease by the sensed temperature. Such a configuration would ensure that the heat input next to the deposition site would not exceed a desired threshold. Such an embodiment can be used in precision manufacturing operations where the heat input into the workpiece is important.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Abfühl- und Steuereinheit 195 mit einer Zufuhrkraftdetektionseinheit (nicht gezeigt) gekoppelt sein, die mit dem Drahtzufuhrmechanismus (nicht gezeigt, aber siehe 150 in 1) gekoppelt ist. Die Zufuhrkraftdetektionseinheiten sind bekannt und detektieren die Zufuhrkraft, die an den Draht 140 angelegt wird, während er zu dem Werkstück 115 geführt wird. Zum Beispiel kann eine solche Detektionseinheit das Drehmoment, das durch einen Drahtzufuhrmotor in der Drahtzufuhrvorrichtung 150 angelegt wird, und somit Parameter mit Bezug auf den Kontakt zwischen dem distalen Ende des Drahtes 140 und dem Werkstück 115 überwachen. Dies kann in Verbindung mit einer Strom- und/oder Spannungsüberwachung dafür verwendet werden, die Zufuhr des Drahtes zu stoppen, nachdem ein Kontakt mit der Pfütze hergestellt wurde, um die Trennung des Tröpfchens D zu erlauben. Natürlich kann die Steuereinheit 195, wie bereits angemerkt, nur das Spannungs- und/oder Stromabfühlen verwenden, um den Kontakt zwischen dem Draht 140 und der Pfütze zu detektieren, und kann diese Informationen allein verwenden, um die Drahtzufuhr gewünschtenfalls zu stoppen, wenn der Kontakt hergestellt wurde.In another exemplary embodiment of the present invention, the sensing and control unit 195 coupled to a feed force detection unit (not shown) connected to the wire feed mechanism (not shown, but see Figs 150 in 1 ) is coupled. The feed force detection units are known and detect the feed force applied to the wire 140 is applied while moving to the workpiece 115 to be led. For example, such a detection unit may measure the torque generated by a wire feed motor in the wire feeder 150 is applied, and thus parameters with respect to the contact between the distal end of the wire 140 and the workpiece 115 monitor. This can be used in conjunction with current and / or voltage monitoring to stop the supply of the wire after making contact with the puddle to allow the separation of the droplet D. Of course, the control unit 195 As already noted, only use voltage and / or current sensing to determine the contact between the wire 140 and detect the puddle, and may use this information alone to stop the supply of wire if desired, once the contact has been made.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Sensor 1120 dafür verwendet werden, die Größe des Pfützenbereichs auf dem Werkstück zu detektieren. In solchen Ausführungsformen kann der Sensor 1120 entweder ein Wärmesensor oder ein visueller Sensor sein und kann dafür verwendet werden, einen Rand der Pfütze zu überwachen, um die Größe und/oder Position der Pfütze zu überwachen. Die Steuereinheit 195 verwendet dann die detektierten Pfützeninformationen zur Steuerung des Betriebes des Systems, wie oben beschrieben.In a further exemplary embodiment, the sensor 1120 be used to detect the size of the puddle area on the workpiece. In such embodiments, the sensor 1120 may be either a thermal sensor or a visual sensor and may be used to monitor an edge of the puddle to monitor the size and / or position of the puddle. The control unit 195 then uses the detected puddle information to control the operation of the system as described above.

Im Folgenden wird die Steuerung des Erwärmungsimpulsstroms, der mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, weiter besprochen. Wie oben angemerkt, kann, wenn das distale Ende des Drahtes 140 in Kontakt mit der Pfütze oder dem Werkstück 115 steht, die Spannung zwischen den beiden auf oder nahe 0 Volt sein. Jedoch ist es in weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, einen Strom auf einem solchen Pegel bereitzustellen, dass ein Spannungspegel über 0 Volt erhalten wird, ohne einen Lichtbogen zu erzeugen. Durch die Verwendung höherer Stromwerte ist es möglich, den Draht 140 hohe Temperaturen, die näher an einer Elektrodenschmelztemperatur liegen, mit einer schnelleren Rate erreichen zu lassen. Dadurch kann der Herstellungsprozess schneller vonstatten gehen. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwacht die Stromversorgung 170 die Spannung, und wenn die Spannung einen Spannungswert an einem Punkt über 0 Volt erreicht oder sich diesem nähert, so beendet die Stromversorgung 170 das Einspeisen von Strom in den Draht 140, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen entsteht. Der Spannungsschwellenpegel variiert in der Regel mindestens teilweise aufgrund der Art des verwendeten Drahtes 140. Zum Beispiel liegt in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Schwellenspannungspegel bei oder unter 6 Volt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 9 Volt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 14 Volt, und in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt der Schwellenpegel bei oder unter 16 Volt. Wenn zum Beispiel Weichstahldrähte verwendet werden, so ist der Schwellenpegel für die Spannung von niedrigeren Typ, während Drähte, die zur Herstellung von Edelstahl gedacht sind, die höhere Spannung vertragen, bevor ein Lichtbogen erzeugt wird. Darum kann ein solches System die Spannung überwachen und den Erwärmungsstrom steuern, indem die Spannung mit einem Spannungssollpunkt verglichen wird, so dass, wenn die Spannung den Spannungssollpunkt übersteigt, oder wenn vorhergesagt wird, dass sie den Spannungssollpunkt übersteigt, der Strom abgeschaltet oder reduziert wird.In the following, the control of the heating pulse current that can be used with various embodiments of the present invention will be further discussed. As noted above, when the distal end of the wire 140 in contact with the puddle or workpiece 115 stands, the voltage between the two be at or near 0 volts. However, in other exemplary embodiments of the present invention, it is possible to provide a current at such a level that a voltage level above 0 volts is obtained without generating an arc. By using higher current values it is possible to use the wire 140 high temperatures, which are closer to an electrode melting temperature, can be achieved at a faster rate. This can make the manufacturing process faster. In exemplary embodiments of the present invention monitors the power supply 170 the voltage, and when the voltage reaches or approaches a voltage at a point above 0 volts, the power supply stops 170 feeding electricity into the wire 140 to make sure that there is no arc. The threshold voltage level typically varies at least in part due to the type of wire used 140 , For example, in some exemplary embodiments of the present invention, the threshold voltage level is at or below 6 volts. In another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 9 volts. In another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 14 volts, and in another exemplary embodiment, the threshold level is at or below 16 volts. For example, if mild steel wires are used, the voltage threshold level is lower, while wires used to make stainless steel tolerate the higher voltage before an arc is generated. Therefore, such a system can monitor the voltage and control the heating current by comparing the voltage with a voltage set point so that when the voltage exceeds the voltage set point or when it is predicted to exceed the voltage set point, the current is turned off or reduced.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird ein Spannungspegel nicht, wie oben, unterhalb einer Schwelle gehalten, sondern die Spannung wird in einem Betriebsbereich aufrecht erhalten. In einer solchen Ausführungsform ist es wünschenswert, die Spannung über einem Mindestbetrag zu halten, der einen Strom sicherstellt, der hoch genug ist, um den Draht bei oder nahe seiner Schmelztemperatur zu halten, aber unterhalb eines Spannungspegels zu halten, so dass kein Lichtbogen entsteht. Zum Beispiel kann die Spannung in einem Bereich von 1 bis 16 Volt gehalten werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Spannung in einem Bereich von 6 bis 9 Volt gehalten. In einem weiteren Beispiel kann die Spannung zwischen 12 und 16 Volt gehalten werden. Natürlich kann der gewünschte Betriebsbereich durch den Draht 140 beeinflusst werden, der für die Herstellungsoperation verwendet, so dass ein Bereich (oder eine Schwelle), der für einen Arbeitsvorgang verwendet wird, wenigstens zum Teil anhand des verwendeten Drahtes oder der Eigenschaften des verwendeten Drahtes ausgewählt wird. Bei Verwendung eines solchen Bereichs wird das untere Ende des Bereich auf eine Spannung eingestellt, bei der der Draht ausreichend in der Pfütze abgeschieden werden kann, und das obere Ende des Bereichs wird auf eine solche Spannung eingestellt, dass die Entstehung eines Lichtbogens vermieden wird.In other exemplary embodiments, a voltage level is not kept below a threshold, as above, but the voltage is maintained in an operating range. In such an embodiment, it is desirable to maintain the voltage above a minimum amount that ensures a current high enough to maintain the wire at or near its melting temperature but below a voltage level hold so that no arc is created. For example, the voltage can be maintained in a range of 1 to 16 volts. In another exemplary embodiment, the voltage is maintained in a range of 6 to 9 volts. In another example, the voltage may be maintained between 12 and 16 volts. Of course, the desired operating range can be through the wire 140 which is used for the manufacturing operation, so that an area (or a threshold) used for a work operation is selected at least in part based on the wire used or the properties of the wire used. When using such a range, the lower end of the range is set to a voltage at which the wire can be sufficiently deposited in the puddle, and the upper end of the range is set to a voltage such that generation of an arc is avoided.

Wie zuvor beschrieben, wird der Erwärmungsstrom durch die Stromversorgung 170 abgeschaltet, wenn die Spannung eine gewünschte Schwellenspannung übersteigt, so dass kein Lichtbogen entsteht. Darum kann in solchen Ausführungsformen der Strom auf der Basis einer oder mehrerer zuvor festgelegter oder ausgewählter Anstiegsraten angesteuert werden, bis die Spannungsschwelle erreicht ist, und dann wird der Strom abgeschaltet oder reduziert, um Lichtbogenbildung zu verhindern.As described above, the heating current is supplied by the power supply 170 switched off when the voltage exceeds a desired threshold voltage, so that no arc is formed. Therefore, in such embodiments, the current may be driven based on one or more predetermined or selected slew rates until the voltage threshold is reached, and then the current is turned off or reduced to prevent arcing.

In vielen der oben beschriebenen Ausführungsformen enthält die Stromversorgung 170 Schaltungen, die verwendet werden, um die Spannung wie oben beschrieben zu überwachen und aufrecht zu halten. Der Aufbau solcher Schaltungsformen ist dem Fachmann bekannt. Jedoch sind solche Schaltungen herkömmlicherweise dafür verwendet worden, die Spannung oberhalb einer bestimmten Schwelle für das Lichtbogenschweißen zu halten.In many of the embodiments described above, the power supply includes 170 Circuits used to monitor and maintain the voltage as described above. The construction of such circuit forms is known to the person skilled in the art. However, such circuits have conventionally been used to maintain the voltage above a certain threshold for arc welding.

Wie zuvor erläutert, kann der Erwärmungsstrom auch durch die Stromversorgung 170 überwacht und/oder geregelt werden. Dies kann alternativ zusätzlich zur Überwachung von Spannung, Leistung oder eines Pegels einer Spannungs- oder Stromstärkekennlinie erfolgen. Das heißt, der Strom kann auf einen gewünschten Pegel angesteuert oder auf einem gewünschten Pegel gehalten werden, um sicherzustellen, dass der Draht 140 auf einer richtigen Temperatur für ein ordnungsgemäßes Abscheiden in der Pfütze, aber trotzdem unter einem Lichtbogenerzeugungsstrompegel gehalten wird. Zum Beispiel werden in einer solchen Ausführungsform Spannung und/oder Strom überwacht, um sicherzustellen, dass eines oder beide innerhalb eines angegebenen Bereichs oder unter einer gewünschten Schwelle liegen. Die Stromversorgung 170 regelt dann den zugeführten Strom, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen entsteht, aber die gewünschten Betriebsparameter beibehalten werden.As previously explained, the heating current can also be supplied by the power supply 170 monitored and / or regulated. This can alternatively be done in addition to monitoring voltage, power or a level of a voltage or current characteristic. That is, the current may be driven to a desired level or maintained at a desired level to ensure that the wire 140 at a proper temperature for proper deposition in the puddle but still maintained below an arc generation current level. For example, in such an embodiment, voltage and / or current are monitored to ensure that one or both are within a specified range or below a desired threshold. The power supply 170 then regulates the supplied current to ensure that no arc occurs, but the desired operating parameters are maintained.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch die Erwärmungsleistung (V × I) durch die Stromversorgung 170 überwacht und geregelt werden. Genauer gesagt, werden in solchen Ausführungsformen die Spannung und der Strom für die Erwärmungsleistung überwacht, um auf einem gewünschten Pegel oder in einem gewünschten Bereich gehalten zu werden. Darum regelt die Stromversorgung nicht nur die Spannung oder den Strom zu dem Draht, sondern kann sowohl den Strom als auch die Spannung regeln. In solchen Ausführungsformen kann die Erwärmungsleistung zu dem Draht auf einen oberen Schwellenpegel oder einen optimalen Betriebsbereich eingestellt werden, so dass die Leistung entweder unter dem Schwellenpegel oder innerhalb des gewünschten Bereichs gehalten wird (ähnlich dem, was oben mit Bezug auf die Spannung besprochen wurde). Auch hier basieren die Schwellen- oder Bereichseinstellungen auf den Eigenschaften des Drahtes und des ausgeführten Herstellungsvorgangs, und kann – wenigstens zum Teil – auf dem ausgewählten Fülldraht basieren. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass eine optimale Leistungseinstellung für eine Weichstahlelektrode mit einem Durchmesser von 0,045'' in einem Bereich von 1950 bis 2050 Watt liegt. Die Stromversorgung regelt die Spannung und den Strom so, dass die Leistung auf diesen Betriebsbereich angesteuert wird. Wenn die Leistungsschwelle auf 2000 Watt eingestellt wird, so regelt die Stromversorgung gleichermaßen die Spannung und den Strom so, dass der Leistungspegel diese Schwelle nicht übersteigt, sondern nahe bei ihr liegt.In another exemplary embodiment of the present invention, the heating power (V x I) may also be provided by the power supply 170 be monitored and regulated. More specifically, in such embodiments, the voltage and current for the heating power are monitored to be maintained at a desired level or within a desired range. Therefore, the power supply not only regulates the voltage or current to the wire, but can regulate both the current and the voltage. In such embodiments, the heating power to the wire may be adjusted to an upper threshold level or operating range such that the power is maintained below either the threshold level or within the desired range (similar to what has been discussed above with respect to voltage). Again, the threshold or range settings are based on the properties of the wire and the manufacturing process being performed, and may be based-at least in part-on the selected flux-cored wire. For example, it may be determined that an optimum power setting for a 0.045 "diameter mild steel electrode is in the range of 1950 to 2050 watts. The power supply regulates the voltage and the current so that the power is controlled to this operating range. When the power threshold is set to 2000 watts, the power supply equally regulates the voltage and the current so that the power level does not exceed this threshold, but is close to it.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält die Stromversorgung 170 Schaltungen, die die Änderungsrate der Erwärmungsspannung (dv/dt), des Erwärmungsstroms (di/dt) und/oder der Erwärmungsleistung (dp/dt) überwachen. Solche Schaltungen werden oft als Vorausschauschaltungen bezeichnet, und ihr allgemeiner Aufbau ist bekannt. In solchen Ausführungsformen wird die Änderungsrate der Spannung, des Stroms und/oder der Leistung so überwacht, dass, wenn die Änderungsrate eine bestimmte Schwelle übersteigt, der Erwärmungsstrom zu dem Draht 140 abgeschaltet wird.In other exemplary embodiments of the present invention, the power supply includes 170 Circuits that monitor the rate of change of the heating voltage (dv / dt), the heating current (di / dt) and / or the heating power (dp / dt). Such circuits are often referred to as forward circuits, and their general structure is known. In such embodiments, the rate of change of voltage, current, and / or power is monitored so that when the rate of change exceeds a certain threshold, the heating current to the wire 140 is switched off.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auch die Änderung des Widerstands (dr/dt) überwacht. In einer solchen Ausführungsform wird der Widerstand in dem Draht zwischen der Kontaktspitze und der Pfütze überwacht. Wie zuvor erläutert, beginnt sich der Draht im Zuge seiner Erwärmung abzuschnüren, und dies kann zu der Tendenz führen, einen Lichtbogen zu bilden, und während dieser Zeit nimmt der Widerstand in dem Draht exponentiell zu. Wenn diese Zunahme detektiert wird, so wird das Ausgangssignal der Stromversorgung abgeschaltet, wie im vorliegenden Dokument beschrieben, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Ausführungsformen regeln die Spannung, den Strom oder beides, um sicherzustellen, dass der Widerstand in dem Draht auf einem gewünschten Pegel gehalten wird.In other exemplary embodiments of the present invention, the change in resistance (dr / dt) is also monitored. In such an embodiment, the resistance in the wire between the contact tip and the puddle is monitored. As previously explained, the wire begins to neck as it warms up and this can lead to a tendency to form an arc, during which time the arc decreases Resistance in the wire is exponential too. When this increase is detected, the output of the power supply is turned off as described herein to ensure that no arc is generated. Embodiments control the voltage, current, or both to ensure that the resistance in the wire is maintained at a desired level.

12 zeigt ein beispielhaftes System 1200, das dafür verwendet werden kann, den Erwärmungsstrom zu dem Draht 140 zu leiten. (Es ist zu beachten, dass das Lasersystem aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist). Das System 1200 ist mit einer Stromversorgung 1210 gezeigt (die von einer ähnlichen Art sein kann wie die, die als 170 in 1 gezeigt ist). Die Stromversorgung 1210 kann von einem bekannten Schweiß- oder Erwärmungsstromversorgungsaufbau sein, wie zum Beispiel eine Wechselrichter-Stromversorgung. Weil das Design, die Funktionsweise und die Bauweise solcher Stromversorgungen bekannt sind, werden sie im vorliegenden Text nicht ausführlich besprochen. Die Stromversorgung 1210 enthält eine Benutzereingabe 1220, die es einem Nutzer erlaubt, Daten einzugeben, einschließlich beispielsweise Drahtart, Drahtdurchmesser, ein gewünschter Leistungspegel, eine gewünschte Drahttemperatur oder ein Spannungs- und/oder Strompegel. Natürlich können nach Bedarf auch andere Eingangsparameter verwendet werden. Die Benutzerschnittstelle 1220 ist mit einer CPU oder Steuereinheit 1230 gekoppelt, die die Nutzereingabedaten empfängt und diese Informationen verwendet, um die benötigten Betriebssollpunkte oder -bereiche für das Leistungsmodul 1250 zu erzeugen. Das Leistungsmodul 1250 kann von jeder bekannten Art oder Konstruktion sein, einschließlich ein Wechselrichter- oder Transformatormodul. Es wird angemerkt, dass einige dieser Komponenten, wie zum Beispiel die Benutzereingabe 1220, auch in der Steuereinheit 195 verwendet werden können. 12 shows an exemplary system 1200 , which can be used to supply the heating current to the wire 140 to lead. (It should be noted that the laser system is not shown for clarity). The system 1200 is with a power supply 1210 shown (which may be of a similar type as the one referred to as 170 in 1 is shown). The power supply 1210 may be from a known welding or heating power supply structure, such as an inverter power supply. Because the design, operation and construction of such power supplies are known, they are not discussed in detail herein. The power supply 1210 contains a user input 1220 that allows a user to enter data, including, for example, wire type, wire diameter, desired power level, desired wire temperature, or voltage and / or current level. Of course, other input parameters may be used as needed. The user interface 1220 is with a CPU or control unit 1230 which receives the user input data and uses this information to obtain the required operating setpoints or ranges for the power module 1250 to create. The power module 1250 may be of any known type or construction, including an inverter or transformer module. It is noted that some of these components, such as the user input 1220 , also in the control unit 195 can be used.

Die CPU oder Steuereinheit 1230 kann die gewünschten Betriebsparameter auf zahlreiche verschiedene Arten bestimmen, einschließlich unter Verwendung einer Nachschlagetabelle. In einer solchen Ausführungsform verwendet die CPU oder Steuereinheit 1230 die Eingangsdaten, zum Beispiel Drahtdurchmesser und Drahtart, zum Bestimmen des gewünschten Strompegels für den Ausgang (um den Draht 140 zweckmäßig zu erwärmen) und der Schwellenspannung oder des Leistungspegels (oder des akzeptablen Betriebsbereichs von Spannung oder Leistung). Der Grund dafür ist, dass der benötigte Strom zum Erwärmen des Drahtes 140 auf die entsprechende Temperatur mindestens auf den Eingangsparametern basiert. Das heißt, ein Aluminiumdraht 140 kann eine niedrigere Schmelztemperatur haben als eine Weichstahlelektrode und erfordert somit weniger Strom oder Leistung, um den Draht 140 zu schmelzen. Außerdem erfordert ein Draht 140 mit kleinerem Durchmesser weniger Strom oder Leistung als ein Draht mit größerem Durchmesser. Darüber hinaus wächst mit zunehmender Fertigungsgeschwindigkeit (und dementsprechend höherer Abscheidungsrate) auch der benötigte Strom- oder Leistungspegel zum Schmelzen des Drahtes.The CPU or control unit 1230 can determine the desired operating parameters in a number of different ways, including using a look-up table. In such an embodiment, the CPU or control unit uses 1230 the input data, for example, wire diameter and wire type, to determine the desired current level for the output (around the wire 140 to heat suitably) and the threshold voltage or power level (or acceptable operating range of voltage or power). The reason is that the power needed to heat the wire 140 based on the appropriate temperature at least on the input parameters. That is, an aluminum wire 140 may have a lower melting temperature than a mild steel electrode and thus requires less power or power to the wire 140 to melt. It also requires a wire 140 smaller diameter less power or power than a larger diameter wire. In addition, with increasing manufacturing speed (and correspondingly higher deposition rate), the required current or power level for melting the wire also increases.

Gleichermaßen werden die Eingangsdaten durch die CPU oder Steuereinheit 1230 zum Bestimmen der Spannungs- oder Leistungsschwellen und/oder -bereiche (zum Beispiel Leistung, Strom und/oder Spannung) für den Betrieb dergestalt verwendet, dass die Entstehung eines Lichtbogens vermieden wird. Zum Beispiel kann für eine Weichstahlelektrode mit einem Durchmesser von 0,045 Inch eine Spannungsbereichseinstellung 6 bis 9 Volt betragen, wobei das Leistungsmodul 1250 so angesteuert wird, dass die Spannung zwischen 6 und 9 Volt gehalten wird. In einer solchen Ausführungsform werden Strom, Spannung und/oder Leistung so angesteuert, dass ein Minimum von 6 Volt gehalten wird, was sicherstellt, dass der Strom oder die Leistung hinreichend hoch ist, um die Elektrode richtig zu erwärmen, und die Spannung auf oder unter 9 Volt zu halten, um sicherzustellen, dass kein Lichtbogen erzeugt wird und dass eine Schmelztemperatur des Drahtes 140 nicht überschritten wird. Natürlich können nach Bedarf auch andere Sollpunktparameter, wie zum Beispiel Spannungs-, Strom-, Leistungs- oder Widerstandsratenänderungen, durch die CPU oder Steuereinheit 1230 eingestellt werden.Likewise, the input data is provided by the CPU or control unit 1230 used to determine the voltage or power thresholds and / or ranges (eg, power, current, and / or voltage) for operation such that the generation of an arc is avoided. For example, for a 0.045 inch diameter mild steel electrode, a voltage range setting may be 6 to 9 volts, with the power modulus 1250 is controlled so that the voltage between 6 and 9 volts is maintained. In such an embodiment, current, voltage and / or power are controlled to maintain a minimum of 6 volts, which ensures that the current or power is sufficiently high to properly heat the electrode, and the voltage is up or down 9 volts to ensure that no arc is generated and that a melting temperature of the wire 140 is not exceeded. Of course, other set point parameters, such as voltage, current, power, or resistance rate changes, may be changed by the CPU or controller as needed 1230 be set.

Wie gezeigt, ist ein positiver Anschluss 1221 der Stromversorgung 1210 mit der Kontaktspitze 160 des Systems gekoppelt, und ein negativer Anschluss der Stromversorgung ist mit dem Werkstück W gekoppelt. Das heißt, ein Erwärmungsstrom wird durch den positiven Anschluss 1221 zu dem Draht 140 geleitet und durch den negativen Anschluss 1222 zurückgeführt. Eine solche Konfiguration ist allgemein bekannt.As shown, is a positive connection 1221 the power supply 1210 with the contact tip 160 of the system, and a negative terminal of the power supply is coupled to the workpiece W. That is, a heating current is passed through the positive terminal 1221 to the wire 140 passed and through the negative connection 1222 recycled. Such a configuration is well known.

Ein Rückmeldungs-Abfühl-Anschlussdraht 1223 ist ebenfalls mit der Stromversorgung 1210 gekoppelt. Dieser Rückmeldungs-Abfühl-Anschlussdraht kann die Spannung überwachen und die detektierte Spannung in einen Spannungsdetektionskreis 1240 einspeisen. Der Spannungsdetektionskreis 1240 übermittelt die detektierte Spannung und/oder die detektierte Spannungsänderungsrate an die CPU oder Steuereinheit 1230, die den Betrieb des Moduls 1250 entsprechend steuert. Wenn zum Beispiel die detektierte Spannung unter einem gewünschten Betriebsbereich liegt, so instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250, seinen Ausgang (Strom, Spannung und/oder Leistung) zu erhöhen, bis die detektierte Spannung innerhalb des gewünschten Betriebsbereichs liegt. Gleichermaßen instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230, wenn die detektierte Spannung auf oder über einer gewünschten Schwelle liegt, das Modul 1250, den Stromfluss zu der Spitze 160 abzuschalten, so dass kein Lichtbogen erzeugt wird. Wenn die Spannung unter die gewünschte Schwelle fällt, so instruiert die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250, einen Strom oder eine Spannung oder beides zu liefern, um den Fertigungsprozess fortzusetzen. Natürlich kann die CPU oder Steuereinheit 1230 das Modul 1250 auch instruieren, einen gewünschten Leistungspegel zu halten oder zu liefern. Natürlich kann ein ähnlicher Stromdetektionskreis verwendet werden und ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Solche Detektionskreise sind allgemein bekannt.A feedback sense connection wire 1223 is also connected to the power supply 1210 coupled. This feedback sense lead can monitor the voltage and the detected voltage into a voltage detection circuit 1240 feed. The voltage detection circuit 1240 transmits the detected voltage and / or the detected voltage change rate to the CPU or control unit 1230 that the operation of the module 1250 controls accordingly. For example, if the detected voltage is below a desired operating range, the CPU or controller will instruct 1230 the module 1250 to increase its output (current, voltage and / or power) until the detected voltage is within the desired operating range. Equally instructs the CPU or control unit 1230 . if the detected voltage is at or above a desired threshold, the module 1250 , the flow of current to the top 160 shut down so that no arc is generated. When the voltage falls below the desired threshold, the CPU or control unit instructs 1230 the module 1250 to supply a current or voltage, or both, to continue the manufacturing process. Of course, the CPU or control unit 1230 the module 1250 also instruct to maintain or deliver a desired level of power. Of course, a similar current detection circuit may be used and is not shown for clarity. Such detection circuits are well known.

Es ist anzumerken, dass der Detektionskreis 1240 und die CPU oder Steuereinheit 1230 eine ähnliche Bau- und Funktionsweise wie die in 1 gezeigte Steuereinheit 195 haben können. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Abtast- oder Detektionsrate mindestens 10 kHz. In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Abtast- oder Detektionsrate im Bereich von 100 bis 200 kHz.It should be noted that the detection circuit 1240 and the CPU or control unit 1230 a similar construction and operation as the in 1 shown control unit 195 can have. In exemplary embodiments of the present invention, the sampling or detection rate is at least 10 kHz. In other exemplary embodiments, the sampling or detection rate is in the range of 100 to 200 kHz.

In jeder der 1 und 11 sind die Laserstromversorgung 130, die Stromversorgung 170 und die Abfühl- und Steuereinheit 195 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit separat gezeigt. Jedoch können in Ausführungsformen der Erfindung diese Komponenten auch in einem einzelnen System integriert werden. Aspekte der vorliegenden Erfindung erfordern nicht, dass die oben einzeln besprochenen Komponenten als separate physische Einheiten oder eigenständige Strukturen beibehalten werden müssen.In each of the 1 and 11 are the laser power supply 130 , the power supply 170 and the sensing and control unit 195 shown separately for the sake of clarity. However, in embodiments of the invention, these components may also be integrated into a single system. Aspects of the present invention do not require that the components discussed individually above be maintained as separate physical entities or discrete structures.

In einigen oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen kann das System in einer solchen Weise verwendet werden, dass Plattieren und Tröpfchenabscheidung wie oben beschrieben kombiniert werden. Das heißt, während der Herstellung eines Werkstücks braucht es nicht immer erforderlich zu sein, ein hochpräzises Verfahren anzuwenden, beispielsweise während der Herstellung eines Stützsubstrats. Während dieser Herstellungsphase kann ein Warmdrahtplattierungsprozess verwendet werden. Ein solcher Prozess (und solche Systeme) wird in der US-Anmeldung Nr. 13/212,025 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in das vorliegende Dokument aufgenommen wird. Genauer gesagt, wird diese Anwendung insofern vollständig in das vorliegende Dokument aufgenommen, als es die Systeme, Verwendungsverfahren, Steuerungsmethodologien usw. beschreibt, die verwendet werden, um Material unter Verwendung eines Warmdrahtsystems in einer Plattierungs- oder sonstigen Art von Auftragsschweißoperation abzuscheiden. Wenn dann ein präziseres Abscheidungsverfahren zur Herstellung des Werkstücks gewünscht wird, so wechselt die Steuereinheit 195 zu einem Tröpfchenabscheidungsverfahren, wie oben beschrieben. Die Steuereinheit 195 kann die im vorliegenden Dokument beschriebenen Systeme steuern, um nach Bedarf Tröpfchenabscheidungs- und Plattierungsabscheidungsprozesse zu verwenden, um das gewünschte Fertigungsergebnis zu erreichen.In some exemplary embodiments described above, the system may be used in such a way that plating and droplet deposition are combined as described above. That is, during the manufacture of a workpiece, it is not always necessary to apply a high-precision method, for example, during the manufacture of a backing substrate. During this manufacturing phase, a hot wire plating process may be used. Such a process (and such systems) is described in U.S. Application No. 13 / 212,025, which is incorporated herein by reference in its entirety. More specifically, this application is fully incorporated into the present document in that it describes the systems, methods of use, control methodologies, etc., used to deposit material using a hot wire system in a plating or other type of build-up welding operation. If a more precise deposition process is then desired to produce the workpiece, the control unit changes 195 to a droplet deposition process as described above. The control unit 195 may control the systems described herein to use droplet deposition and plating deposition processes as needed to achieve the desired manufacturing result.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen können eine schnelle Tröpfchenabscheidung erreichen. Zum Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Tröpfchenabscheidung im Bereich von 10 bis 200 Hz erreichen. Natürlich können in Abhängigkeit von den Parametern des Arbeitsvorgangs auch andere Bereiche erreicht werden. In einigen Ausführungsformen kann die Tröpfchenabscheidungsfrequenz in Abhängigkeit von einigen der Parameter des Arbeitsvorgangs höher als 200 Hz sein. Zum Beispiel wird für Drähte mit größerem Durchmesser in der Regel eine Abscheidungsfrequenz von weniger als 200 Hz verwendet, während Drähte mit kleinerem Durchmesser, wie zum Beispiel im Bereich von 0,010 bis 0,020 Inch, schnellere Frequenzen erreichen können. Weitere Faktoren, die die Tröpfchenabscheidungsfrequenz beeinflussen können, sind Laserleistung, Werkstückgröße und -form, Drahtgröße, Drahtart, Vorschubgeschwindigkeit usw.The embodiments described above can achieve rapid droplet deposition. For example, embodiments of the present invention can achieve droplet deposition in the range of 10 to 200 Hz. Of course, other areas may be reached depending on the parameters of the operation. In some embodiments, the droplet deposition frequency may be higher than 200 Hz depending on some of the parameters of the operation. For example, for larger diameter wires, a deposition frequency of less than 200 Hz is typically used, while smaller diameter wires, such as in the range of 0.010 to 0.020 inches, can achieve faster frequencies. Other factors that can affect droplet deposition frequency include laser power, workpiece size and shape, wire size, wire type, feed rate, etc.

13 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei mehrere Verbrauchsmaterialien gleichzeitig abgeschieden werden können. In der gezeigten Ausführungsform werden vier Verbrauchsmaterialien abgeschieden. Jedoch bestehen für Ausführungsformen in dieser Hinsicht keinerlei Beschränkungen, da jede Anzahl verwendet werden kann. In solchen Ausführungsformen kann der Aufbau des Werkstücks beschleunigt werden, da mehrere Verbrauchsmaterialien in einem einzigen Durchgang abgeschieden werden können. Wie weiter unten noch beschrieben wird, können noch weitere Vorteile einer solchen Konfiguration erhalten werden. 13 shows another exemplary embodiment of the present invention, wherein a plurality of consumables can be deposited simultaneously. In the embodiment shown, four consumables are deposited. However, for embodiments, there are no limitations in this regard since any number can be used. In such embodiments, the construction of the workpiece can be accelerated because multiple consumables can be deposited in a single pass. As will be described below, still further advantages of such a configuration can be obtained.

Wie in dem beispielhaftes System 1300 gezeigt, befinden sich in einer Kontaktspitzenbaugruppe 1305 mehrere Kontaktspitzen 1303, 1303', 1303'', 1303''', die jeweils ein Verbrauchsmaterial 140, 140', 140'' bzw. 140'' zu dem hergestellten Werkstück führen. In der gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Kontaktspitzen elektrisch voneinander isoliert, dergestalt, dass jede Kontaktspitze eine separate Stromwellenform empfangen kann, die zur Abscheidung zu verwenden ist. Zum Beispiel ist, wie in dem beispielhaftes System 1300 gezeigt, eine Stromversorgung elektrisch mit jeder Kontaktspitze so gekoppelt, dass die Stromwellenform für jedes Verbrauchsmaterials separat bereitstellt und gesteuert wird. Es ist anzumerken, dass die Systemsteuereinheit 195 in dieser Figur nicht gezeigt ist. Jedoch kann das System 1300 eine Steuereinheit 195 enthalten, wie zuvor im vorliegenden Text beschrieben, um den Betrieb einer jeden der Stromversorgungen sowie die Operation zu steuern. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Stromversorgungssystem 1310 gezeigt, das eigenständige individuelle Stromversorgungsmodule PS Nr. 1 bis PS Nr. 4 (1311, 1312, 1313 und 1314) aufweist, von denen jede in der Lage ist, einen eigenständigen Strom zum Abscheiden der Verbrauchsmaterialien auszugeben. Jeder der Ströme kann den im vorliegenden Text beschriebenen beispielhaften Wellenformen, die verschiedene Parameter haben usw., ähneln. Des Weiteren kann jede der Stromversorgungen 13111314 ähnlich den Stromversorgungen aufgebaut sein und betrieben werden, die im vorliegenden Text in Bezug auf die 1 bis 12 besprochen wurden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann jede der Stromversorgungen 13111314 ein separates Stromversorgungsmodul in einem einzelnen Stromversorgungssystem 1310 sein und zum Beispiel innerhalb eines einzelnen Gehäuses untergebracht sein. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann jede der Stromversorgungen 13111314 eine separate und eigenständige Stromversorgung sein, die miteinander verlinkt sein können, um ihren Betrieb zu synchronisieren und auf sonstige Weise zu steuern.As in the exemplary system 1300 are located in a contact tip assembly 1305 several contact tips 1303 . 1303 ' . 1303 '' . 1303 ''' , each a consumable 140 . 140 ' . 140 '' respectively. 140 '' lead to the produced workpiece. In the illustrated embodiment, the individual contact tips are electrically isolated from each other such that each contact tip can receive a separate current waveform to be used for deposition. For example, as in the exemplary system 1300 2, a power supply is electrically coupled to each contact tip so as to separately provide and control the current waveform for each consumable. It should be noted that the system control unit 195 in this figure is not shown. However, the system can 1300 a control unit 195 included as described hereinbefore to control the operation of each of the power supplies as well as the operation. In the embodiment shown is a power supply system 1310 the stand-alone individual power supply modules PS No. 1 to PS No. 4 ( 1311 . 1312 . 1313 and 1314 ), each of which is capable of outputting a self-sufficient current for the deposition of the consumables. Each of the streams may be similar to the exemplary waveforms described herein which have various parameters, and so on. Furthermore, each of the power supplies 1311 - 1314 be constructed and operated similar to the power supplies described in the present text in relation to the 1 to 12 were discussed. In some example embodiments, each of the power supplies 1311 - 1314 a separate power module in a single power system 1310 be housed within a single housing, for example. In other example embodiments, each of the power supplies 1311 - 1314 be a separate and stand-alone power supply that may be linked together to synchronize and otherwise control their operation.

Während des Betriebes kann das System 1300 ein Werkstück auf einem Substrat S erzeugen, indem mehrere Schichten in einem einzelnen Durchgang abgeschieden werden. In der Ausführungsform von 13 wird jedes Verbrauchsmaterials 140140''' in einer separaten Schicht L Nr. 1, L Nr. 2, L Nr. 3, L Nr. 4 erzeugt, wobei jedes nacheilende Verbrauchsmaterial eine Schicht auf der vorherigen Schicht erzeugt. Dies wird bewerkstelligt, indem man die Spitzen 13031303''' in einer Reihe zueinander in der Vorschubrichtung anordnet, wie gezeigt. Während der Abscheidung wird das vorauseilende Verbrauchsmaterial 140 auf das Substrat S abgeschieden, wodurch die erste Schicht L Nr. 1 entsteht, und das nacheilende Verbrauchsmaterial 140' wird auf der vorherigen Schicht L Nr. 1 abgeschieden, um eine zweite Schicht L Nr. 2 zu erzeugen, und so weiter. Um die Erzeugung der Schichten auf verschiedenen Höhen zu erlauben, kann die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 die Kontaktspitzen auf verschiedenen Höhen relativ zur Oberfläche des Substrats S positionieren. Wie in 13 gezeigt, haben die Kontaktspitzen eine versetzte oder abgestufte Formation, um das Stapeln der Schichten zu erlauben. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können die Kontaktspitzen auf derselben Höhe relativ zu der Oberfläche liegen, aber die Vorstehdistanz der Verbrauchsmaterialien kann zweckmäßig justiert werden, um das gewünschte Stapeln von Schichten zu erreichen.During operation, the system can 1300 Create a workpiece on a substrate S by depositing multiple layers in a single pass. In the embodiment of 13 becomes every consumable 140 - 140 ''' in a separate layer L No. 1, L No. 2, L No. 3, L No. 4, each trailing consumable producing a layer on the previous layer. This is done by removing the tips 1303 - 1303 ''' arranged in a row to each other in the feed direction, as shown. During the deposition becomes the anticipatory consumable 140 deposited on the substrate S, thereby forming the first layer L No. 1, and the trailing consumable 140 ' is deposited on the previous layer L No. 1 to produce a second layer L No. 2, and so on. To allow the layers to be formed at different heights, the contact tip assembly can 1305 position the contact tips at different heights relative to the surface of the substrate S. As in 13 As shown, the contact tips have a staggered or stepped formation to allow stacking of the layers. In other exemplary embodiments, the contact tips may be at the same height relative to the surface, but the protruding distance of the consumables may be adjusted appropriately to achieve the desired stacking of layers.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Beabstandung zwischen den Verbrauchsmaterialien (in der Vorschubrichtung) dergestalt, dass die anschließenden Schichten korrekt auf der zuvor abgeschiedenen Schicht ausgebildet werden können. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Beabstandung dergestalt, dass die Verbrauchsmaterialien nicht in derselben Pfütze abgeschieden werden. Das heißt, das nacheilende Verbrauchsmaterial stellt keinen Kontakt zu der vorherigen Pfütze her. Jedoch befinden sich die jeweiligen Pfützen nebeneinander auf dem Werkstück. Das heißt, in beispielhaften Ausführungsformen liegen die Pfützen zwar nebeneinander oder nahe beieinander, doch ihre schmelzflüssigen Abschnitte berühren einander nicht. Natürlich können sich die Pfützen auf verschiedenen Höhen befinden (siehe zum Beispiel 13), und die Temperatur der Abscheidung zwischen den Pfützen kann sehr hoch sein, aber die schmelzflüssigen Abschnitte berühren einander nicht.In exemplary embodiments of the present invention, the spacing between the consumables (in the advancing direction) is such that the subsequent layers can be formed correctly on the previously deposited layer. In exemplary embodiments, the spacing is such that the consumables are not deposited in the same puddle. That is, the lagging consumable does not contact the previous puddle. However, the respective puddles are juxtaposed on the workpiece. That is, in exemplary embodiments, the puddles are adjacent or close to each other, but their molten portions do not contact each other. Of course, the puddles can be at different heights (see for example 13 ), and the temperature of deposition between the puddles can be very high, but the molten portions do not touch each other.

Es ist anzumerken, dass – obgleich in 13 nicht gezeigt – das System 1300 auch ein Laser- oder Wärmezufuhrsystem verwenden kann, wie in den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Genauer gesagt, kann das System 1300 einen Laser verwenden, um eine schmelzflüssige Pfütze zu erzeugen und/oder das Schmelzen des Verbrauchsmaterials zu unterstützen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können einzelne Strahlen auf jeden separaten Verbrauchsmaterial-Abscheidungsprozess gerichtet werden und können für jeden jeweiligen Abscheidungsprozess individuell gesteuert werden. Die einzelnen Strahlen können von separaten Laseremissionsvorrichtungen erzeugt werden oder können aus einer einzelnen Laseremissionsvorrichtung kommen, werden aber über Optiken und Laserteiler usw. in separate Strahlen geteilt. Die Abscheidung jedes einzelnen Verbrauchsmaterials 140 bis 140''' kann wie zuvor beschrieben gesteuert werden. Alternativ kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen eine einzelne Laser-/Wärmequelle verwendet werden, die während des Abscheidungsprozesses zwischen Verbrauchsmaterialien gerastert wird, um die gewünschte Wärmezufuhr für jeden Verbrauchsmaterial-Abscheidungsprozess bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Laserstrahl zur Abscheidung jedes Verbrauchsmaterials 140140''' gerastert werden, und die Interaktionszeit an jeder Verbrauchsmaterialposition wird gesteuert, um die gewünschte Wärmezufuhr für jede Abscheidungsoperation zu erreichen.It should be noted that - although in 13 not shown - the system 1300 may also use a laser or heat delivery system as described in the exemplary embodiments described above. More precisely, the system can 1300 use a laser to create a molten puddle and / or assist in consumable melting. In some example embodiments, individual jets may be directed to each separate consumable deposition process and may be individually controlled for each respective deposition process. The individual beams may be generated by separate laser emission devices or may come from a single laser emission device, but are split into separate beams via optics and laser splitters, etc. The deposition of each consumable 140 to 140 ''' can be controlled as described above. Alternatively, in other exemplary embodiments, a single laser / heat source may be used, which is scanned between consumables during the deposition process to provide the desired heat input for each consumable deposition process. For example, a laser beam may be used to separate each consumable 140 - 140 ''' is scanned, and the interaction time at each consumable position is controlled to achieve the desired heat input for each deposition operation.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden der Typ, die Größe und die Zusammensetzung der Verbrauchsmaterialien 140140''' auf der Basis der gewünschten Eigenschaften des Werkstücks gewählt. In einigen Ausführungsformen sind alle Verbrauchsmaterialien 140140''' die gleichen und haben den gleichen Durchmesser und die gleiche Zusammensetzung. Jedoch können die Verbrauchsmaterialien in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch verschiedene Eigenschaften haben. Zum Beispiel können die Verbrauchsmaterialien 140140''' verschiedene Durchmesser haben, dergestalt, dass die Schichten L Nr. 1 bis L Nr. 4 mit verschiedenen Breiten hergestellt werden, indem man Verbrauchsmaterialien mit variierendem Durchmesser verwendet. Darüber hinaus können die Verbrauchsmaterialien verschiedene Zusammensetzungen haben, die die Erzeugung eines Werkstücks mit variierenden physikalischen und Zusammensetzungseigenschaften an verschiedenen Orten zu erlauben. In solchen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung eines hergestellten Werkstücks dynamisch geändert werden. Das heißt, ein erstes Material kann verwendet werden, um bestimmte Abschnitte eines Werkstücks – unter Verwendung einer Kontaktspitzen – zu bilden, und dann kann das System, ohne anzuhalten, nach Bedarf andere oder zusätzliche Materialien abscheiden.In exemplary embodiments of the present invention, the type, size and composition of the consumables 140 - 140 ''' chosen on the basis of the desired properties of the workpiece. In some embodiments, all are consumables 140 - 140 ''' the same and have the same diameter and the same composition. However, in other exemplary embodiments, the consumables may also have different properties. For example, the consumables 140 - 140 ''' have different diameters, such that the layers L No. 1 to L No. 4 are made with different widths by using consumables of varying diameter. In addition, the consumables may have various compositions that allow the production of a workpiece having varying physical and compositional properties at different locations. In such embodiments, the composition of a manufactured workpiece can be changed dynamically. That is, a first material may be used to form certain portions of a workpiece - using contact points - and then, without stopping, the system may deposit other or additional materials as needed.

Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Struktur oder eines Werkstücks unter Verwendung eines Gemisches aus von Edelstahl und Weichstahl verwendet werden. Des Weiteren können solche Strukturen mit einem hinzugefügten Nickelmaterial gebildet werden. Natürlich ist dies einfach nur beispielhaft, und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben ein Gemisch aus mehreren Materialien zum Aufbau einer gewünschten Struktur. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann dem Werkstück aus verschiedenen Gründen ein Streifen oder eine Schicht aus nichtmagnetischem Material oder Metall hinzugefügt werden, einschließlich zum Messen des Werkstücks. Voneinander verschiedene Materialien können ebenfalls verwendet werden, um ein Material in einen austenitischen Edelstahl umzuwandeln.For example, exemplary embodiments of the present invention may be used to make a structure or workpiece using a blend of stainless steel and mild steel. Furthermore, such structures can be formed with an added nickel material. Of course, this is just exemplary, and embodiments of the present invention allow a mixture of multiple materials to build a desired structure. In other exemplary embodiments, a strip or layer of non-magnetic material or metal, including for measuring the workpiece, may be added to the workpiece for various reasons. Mutually different materials may also be used to convert a material into an austenitic stainless steel.

Zusätzlich zu variierenden Eigenschaften oder Arten der Verbrauchsmaterialien können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Verbrauchsmaterialien 140140''' mit variierenden Drahtzufuhrgeschwindigkeiten zuführen. Das heißt, in einigen Ausführungsformen ist die Drahtzufuhrgeschwindigkeit für alle Verbrauchsmaterialien die gleiche. Jedoch kann es in anderen Ausführungsformen wünschenswert sein, die Drahtzufuhrgeschwindigkeiten zu variieren. Dies kann über die Steuereinheit 195 und die jeweiligen Drahtzufuhrsysteme der Verbrauchsmaterialien (aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt) erfolgen. Durch Variieren der jeweiligen Drahtzufuhrgeschwindigkeiten können die physikalischen Eigenschaften des erzeugten Werkstücks beeinflusst werden. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass mindestens eine der Schichten L Nr. 1 bis L Nr. 4 dünner als die anderen ist. In solchen Ausführungsformen kann die Drahtzufuhrgeschwindigkeit für das jeweilige Verbrauchsmaterial der dünneren Schicht verlangsamt werden, was eine dünnere Schicht zur Folge hat.In addition to varying properties or types of consumables, embodiments of the present invention may include consumables 140 - 140 ''' feed at varying wire feed rates. That is, in some embodiments, the wire feed rate is the same for all consumables. However, in other embodiments, it may be desirable to vary the wire feed rates. This can be done through the control unit 195 and the respective wire feed systems of consumables (not shown for clarity). By varying the respective wire feed rates, the physical properties of the workpiece produced can be influenced. For example, it may be desirable for at least one of the layers L No. 1 to L No. 4 to be thinner than the others. In such embodiments, the wire feed rate for the respective consumable of the thinner layer may be slowed, resulting in a thinner layer.

Darüber hinaus können in beispielhaften Ausführungsformen verschiedene Stromwellenformen an die Verbrauchsmaterialien 140140''' angelegt werden. In dem gezeigten System 1300 gibt es separate Stromversorgungsmodule 13111314, die die jeweiligen Abscheidungsströme an die Verbrauchsmaterialien anlegen. In einigen Ausführungsformen können alle diese Ströme die gleichen sein, während in anderen Ausführungsformen die Stromwellenformen verschieden sein können – mit verschiedenen Frequenzen, Spitzenstrompegeln usw. Dies kann der Fall sein, wenn unterschiedliche Drahtzufuhrgeschwindigkeiten und/oder verschiedene Verbrauchsmaterialien verwendet werden, um eine ordnungsgemäße Abscheidung sicherzustellen.In addition, in exemplary embodiments, various current waveforms may be applied to the consumables 140 - 140 ''' be created. In the system shown 1300 There are separate power supply modules 1311 - 1314 which apply the respective deposition currents to the consumables. In some embodiments, all of these currents may be the same, while in other embodiments the current waveforms may be different - at different frequencies, peak current levels, etc. This may be the case if different wire feed rates and / or different consumables are used to ensure proper deposition ,

Durch Variieren von Aspekten der Abscheidung eines jeden der Verbrauchsmaterialien 140140''' bietet das System 1300 eine signifikante Flexibilität bei der Erzeugung der Schichten L Nr. 1-L Nr. 4. Das heißt, in beispielhaften Ausführungsformen kann jedes oder eine Kombination von Verbrauchsmaterial-Typ, Zusammensetzung, Durchmesser, Drahtzufuhrgeschwindigkeit und Abscheidungsstromwellenform, relativ zu einem anderen Verbrauchsmaterial variiert werden, um eine gewünschte Eigenschaft einer Schicht oder des Abscheidungsprozesses zu erreichen. Somit erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den raschen Aufbau eines Werkstücks mit einem hohen Maß an Flexibilität und Präzision beim Aufbau jeder Schicht oder der Abscheidung eines Verbrauchsmaterials. Das heißt, verschiedene Schichten können verschiedene Dicken, Breiten, Formen usw. auf der Basis der Verwendung variierender Abscheidungs- und Verbrauchsmaterialeigenschaften haben.By varying aspects of the deposition of each of the consumables 140 - 140 ''' offers the system 1300 4, that is, in exemplary embodiments, each or a combination of consumable type, composition, diameter, wire feed rate, and deposition current waveform may be varied relative to another consumable. to achieve a desired property of a layer or deposition process. Thus, embodiments of the present invention allow the rapid construction of a workpiece with a high degree of flexibility and precision in building each layer or depositing a consumable. That is, different layers may have different thicknesses, widths, shapes, etc., based on the use of varying deposition and consumable properties.

14 zeigt eine weitere Ansicht des in 13 gezeigten Systems 1300. Wie gezeigt und oben besprochen, sind die Kontaktspitzen 1303 und 1303' an der Kontaktspitzenbaugruppe 1305 montiert, die die Kontaktspitzen nach Bedarf ausrichtet, hält und bewegt. Des Weiteren, wie oben besprochen, werden die Kontaktspitzen in einer versetzten oder abgestuften Formation gehalten, um die Erzeugung der Schichten übereinander zu erlauben, wie gezeigt. In solchen Ausführungsformen bleibt der Vorstand X für jedes der jeweiligen Verbrauchsmaterialien 140, 140' allgemein als die gleiche Distanz gewahrt. Jedoch braucht das in anderen Ausführungsformen nicht der Fall zu sein. Das heißt, die Vorstehdistanz X für jedes jeweilige Verbrauchsmaterial 140, 140' kann variiert werden, um eine gewünschte Abscheidungsleistung zu erreichen. In einigen Ausführungsformen können die Kontaktspitzen 1303, 1303' auch so befestigt werden, dass ihre jeweiligen distalen Endflächen relativ zu der Oberfläche des Substrats S koplanar miteinander sind. In einer solchen Anordnung wäre die Vorstehdistanz X nacheilender Verbrauchsmaterialien (zum Beispiel 140') geringer als jedes vorherige Verbrauchsmaterial (zum Beispiel 140), wenn die Schichten L Nr. 1, 1 Nr. 2 gebildet werden, wie gezeigt. 14 shows another view of the in 13 shown system 1300 , As shown and discussed above, the contact tips are 1303 and 1303 ' at the contact tip assembly 1305 mounted, which aligns the contact tips as needed, holds and moves. Furthermore, as discussed above, the contact tips are held in a staggered or stepped formation to allow the formation of the layers one above the other, as shown. In such embodiments, board X remains for each of the respective consumables 140 . 140 ' generally considered the same distance. However, this need not be the case in other embodiments. That is, the protruding distance X for each respective consumable 140 . 140 ' can be varied to achieve a desired deposition performance. In some Embodiments may be the contact tips 1303 . 1303 ' also be fixed so that their respective distal end surfaces relative to the surface of the substrate S are coplanar with each other. In such an arrangement, the protruding distance X of trailing consumables (for example 140 ' ) lower than any previous consumable (for example 140 ) when the layers L No. 1, No. 1 are formed as shown.

Des Weiteren sind, wie gezeigt, in einigen Ausführungsformen die Kontaktspitzen 1303, 1303' innerhalb der Kontaktspitzenbaugruppe 1305 beweglich. In solchen Ausführungsformen kann ein Aktuatormechanismus 1320, wie zum Beispiel Rollen, ein Aktuator usw., verwendet werden, um die Kontaktspitzen 1303, 1303' in die und aus der Kontaktspitzenbaugruppe 1305 zu bewegen, um den gewünschten Vorstand und/oder die gewünschte Geometrie des gebildeten Werkstücks bereitzustellen. Die Aktuatoren 1320 können durch die Steuereinheit 195 (in 14 nicht gezeigt) auch dergestalt gesteuert werden, dass die Kontaktspitzen während eines Abscheidungsprozesses dynamisch bewegt werden können. Zum Beispiel können während der Abscheidung die relative Höhe der Kontaktspitzen und/oder die Vorstehdistanz X der Verbrauchsmaterialien justiert werden, um die gewünschte Geometrie des hergestellten Werkstücks zu erreichen. Diese Bewegung kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden, wie oben beschrieben. Zum Beispiel können Servos, Motorsteuerungsrollen, Linearaktuatoren usw. verwendet werden, um die Kontaktspitzen nach Bedarf zu bewegen. Eine solche Steuerung verbessert die Flexibilität der Produktionsfähigkeiten des Systems 1300.Furthermore, as shown, in some embodiments, the contact tips are 1303 . 1303 ' inside the contact tip assembly 1305 movable. In such embodiments, an actuator mechanism 1320 , such as rollers, an actuator, etc., used to contact the tips 1303 . 1303 ' into and out of the contact tip assembly 1305 to move to provide the desired board and / or the desired geometry of the formed workpiece. The actuators 1320 can through the control unit 195 (in 14 not shown) can also be controlled such that the contact tips can be moved dynamically during a deposition process. For example, during deposition, the relative height of the contact tips and / or the protrusion distance X of the consumables may be adjusted to achieve the desired geometry of the manufactured workpiece. This movement can be accomplished in various ways, as described above. For example, servos, motor control rollers, linear actuators, etc. may be used to move the contact tips as needed. Such control improves the flexibility of the production capabilities of the system 1300 ,

Es ist anzumerken, dass die 13 und 14 zwar die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 dergestalt zeigen, dass die Verbrauchsmaterialien auf einer Linie in einer Vorschub- oder Abscheidungsrichtung liegen, dass aber die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 auch in einer seitlichen Konfiguration positioniert werden kann, wobei die Kontaktspitzen in einer Linie liegen, die normal zur Vorschubrichtung verläuft. Das heißt, die Kontaktspitzen können nebeneinander liegen, um eine breite Materialabscheidung bereitzustellen. In einer solchen Ausführungsform werden die Verbrauchsmaterialien nebeneinander abgeschieden und nicht übereinander, wie in den 13 und 14 gezeigt. Natürlich kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 dergestalt ausgerichtet sein, dass die Kontaktspitzen in einem Winkel relativ zu der Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht beschränkt.It should be noted that the 13 and 14 Although the contact tip assembly 1305 such that the consumables lie in line in a feed or deposition direction but that the contact tip assembly 1305 can also be positioned in a lateral configuration, wherein the contact tips are in a line that is normal to the feed direction. That is, the contact tips may be juxtaposed to provide a wide material deposit. In such an embodiment, the consumables are deposited side by side rather than over each other, as in FIGS 13 and 14 shown. Of course, in other exemplary embodiments, the contact tip assembly may 1305 be aligned such that the contact tips are oriented at an angle relative to the feed direction. Embodiments of the present invention are not limited in this regard.

15 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wobei die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 auch relativ zur Vorschubrichtung des Abscheidungsprozesses drehbar ist. Wie in dieser Draufsicht gezeigt, werden in einer ersten Position A die Verbrauchsmaterialien in einer Linie abgeschieden, wie in den 13 und 14 gezeigt. In dem Maße, wie sich die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 weiter voranschiebt, wird sie in eine neue Position B gedreht, dergestalt, dass sich die Form der Abscheidung der Schichten ändert, wie gezeigt. Die Kontaktspitzenbaugruppe 1305 kann durch jegliche bekannten Komponenten und Verfahren gesteuert und gedreht werden, wie zum Beispiel unter Verwendung eines Schrittmotors, eines Motors oder eines sonstigen bekannten Systems (zum Beispiel jene Systeme, die beim robotischen Schweißen verwendet werden, um Bewegung und Rotation zu steuern bzw. zu ermöglichen). Die Steuereinheit 195 kann zur Steuerung der Rotation oder Bewegung der Kontaktspitzenbaugruppe 1305 relativ zu dem Substrat S verwendet werden. Indem man die Baugruppe 1305 drehbar auslegt, kann eine Form des Werkstücks nach Bedarf erhalten werden. Zum Beispiel kann eine Wanddicke eines Werkstücks nach Bedarf vergrößert oder verringert werden. Des Weiteren können während der Rotation der Baugruppe 1305 jede oder eine Kombination von Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Stromwellenform, Vorstand und/oder Kontaktspitzenposition für jedes der Verbrauchsmaterialien justiert werden. Zum Beispiel wird, wie in 15 gezeigt, vor der Position A nur eines der Verbrauchsmaterialien abgeschieden, um die Schicht L Nr. 1 zu erzeugen, wie gezeigt. Dies kann das vorauseilende Verbrauchsmaterial in der Baugruppe sein. Während die Baugruppe 1305 gedreht wird, beginnt die Abscheidung eines zweiten Verbrauchsmaterials 140' für eine zweite Schicht L Nr. 2, dergestalt, dass die Abscheidung L Nr. 2 an die erste Schicht L Nr. 1 gekoppelt und auf dieser abgelagert wird. Dies kann ohne Hinzufügung einer unerwünschten Höhe geschehen, sondern lediglich zum Verbreitern des erzeugten Werkstücks. Gleichermaßen kann die Abscheidung der anschließenden Verbrauchsmaterialien 140'' und 140''' in ähnlicher Weise und aufeinanderfolgend beginnen, während die Baugruppe 1305 in die gewünschte Position B gedreht wird. Gleichermaßen kann diese Bewegung dafür verwendet werden, einen Absatz oder Überhang auf dem Werkstück zu erzeugen, ohne dass der Überhang zusätzlich gestützt werden muss. In solchen Ausführungsformen kann die Rotation der Baugruppe 1305 und die Justierung der Abscheidung eines jeden oder aller Verbrauchsmaterialien (wie oben beschrieben) die Herstellung eines Überhangs auf relativ einfache Weise ermöglichen. Zum Beispiel kann die Justierung der Zufuhrrate und/oder des Vorstands bzw. der Kontaktspitzentiefenpositionierung die Erzeugung eines Absatzes auf relativ einfache Weise erlauben. 15 shows another exemplary embodiment, wherein the contact tip assembly 1305 is also rotatable relative to the feed direction of the deposition process. As shown in this plan view, the consumables are deposited in a line in a first position A, as in the 13 and 14 shown. As the contact tip assembly degrades 1305 it advances, it is rotated to a new position B, such that the shape of the deposition of the layers changes, as shown. The contact tip assembly 1305 can be controlled and rotated by any known components and methods, such as using a stepping motor, motor, or other known system (for example, those systems used in robotic welding to control motion and rotation ). The control unit 195 can be used to control the rotation or movement of the contact tip assembly 1305 be used relative to the substrate S. By looking at the assembly 1305 rotatable, a shape of the workpiece can be obtained as needed. For example, a wall thickness of a workpiece may be increased or decreased as needed. Furthermore, during the rotation of the assembly 1305 each or a combination of wire feed speed, current waveform, board and / or contact tip position are adjusted for each of the consumables. For example, as in 15 only one of the consumables is deposited in front of position A to produce layer L # 1, as shown. This can be the anticipatory consumable in the assembly. While the assembly 1305 is rotated, the deposition of a second consumable begins 140 ' for a second layer L No. 2, such that the deposit L No. 2 is coupled to and deposited on the first layer L No. 1. This can be done without the addition of an undesirable height, but only to widen the workpiece produced. Similarly, the deposition of subsequent consumables 140 '' and 140 ''' similarly and sequentially begin while the assembly 1305 is rotated to the desired position B. Likewise, this movement can be used to create a ledge or overhang on the workpiece without the need to additionally support the overhang. In such embodiments, the rotation of the assembly 1305 and adjusting the deposition of any or all of the consumables (as described above) will allow the overhang to be made relatively easily. For example, adjusting the feed rate and / or the board or contact tip depth positioning may allow the generation of a paragraph in a relatively simple manner.

Darum vergrößert das System 1300 in hohem Maße die Herstellungsflexibilität der im vorliegenden Text beschriebenen additiven Herstellungsprozesse und -systeme.That's why the system increases 1300 to a great extent the manufacturing flexibility of the present Text described additive manufacturing processes and systems.

Die 16, 17A–C und 18A zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Substrats 1600, das mit den im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren und Systemen verwendet werden kann. Das Substrat 1600 ist elektrisch leitfähig, um einen Strompfad für den Abscheidungsstrom bzw. die Abscheidungswellenform bereitzustellen, aber hat auch eine nicht-bondende Oberfläche 1610, dergestalt, das es relativ einfach ist, ein Werkstück nach Vollendung des Herstellungsprozesses von dem Substrat 1600 herunterzunehmen.The 16 . 17A -C and 18A show exemplary embodiments of a substrate 1600 which can be used with the methods and systems described herein. The substrate 1600 is electrically conductive to provide a current path for the deposition current or deposition waveform, but also has a non-bonding surface 1610 such that it is relatively easy to remove a workpiece from the substrate after completion of the manufacturing process 1600 take down.

In der Regel wird bei der additiven Herstellung das herzustellende Werkstück auf einem Substrat oder einer Oberfläche platziert, die leitfähig ist, um einen ordnungsgemäßen Strompfad für den Verbrauchsmaterialerwärmungsstrom zu bilden. Weil jedoch das Substrat leitfähig (d. h. metallisch) ist, wird das Werkstück mit dem Substrat verbondet. Das heißt, während des Beginns der Herstellung des Werkstücks werden die anfänglich erzeugten Schichten mittels des Abscheidungsprozesses an dem Substrat angehaftet. Aufgrund dessen ist ein zusätzlicher Verarbeitungsschritt nötig, um das Werkstück von dem Substrat herunterzunehmen, und eventuell einen Teil des Substratmaterials von dem fertigen Werkstück zu entfernen. Dies fügt zusätzliche Bearbeitungsschritte hinzu und schafft ein potenzielles Risiko der Beschädigung des Werkstücks. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass das Bonden zwischen einem Werkstück und dem Substrat in der Regel eintritt, wenn eine Fusion zwischen dem Werkstück und dem Substrat erfolgt, dergestalt, dass sich das Material von dem Werkstück mit dem Material des Substrats in einer Vermischungszone auf dem Substrat gemäß Verbindungstechnologien vermischt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lösen dieses Problem.Typically, in additive manufacturing, the workpiece to be manufactured is placed on a substrate or surface that is conductive to form a proper current path for the consumable heating current. However, because the substrate is conductive (i.e., metallic), the workpiece is bonded to the substrate. That is, during the start of production of the workpiece, the initially formed layers are adhered to the substrate by the deposition process. Because of this, an additional processing step is needed to take down the workpiece from the substrate, and eventually remove a portion of the substrate material from the finished workpiece. This adds additional processing steps and creates a potential risk of damage to the workpiece. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that bonding between a workpiece and the substrate generally occurs when a fusion occurs between the workpiece and the substrate, such that the material from the workpiece contacts the material of the substrate in a mixing zone on the substrate mixed according to connection technologies. Embodiments of the present invention solve this problem.

16 zeigt ein beispielhaftes Substrat 1600, das aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, das einen Stromfluss durch sich hindurch erlaubt, aber verhindert, dass sich das Werkstück 110 daran bondet. Zum Beispiel kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Substrat aus Kupfer oder Graphit hergestellt werden, die leitfähig sind, aber sich nicht mit Aluminium- oder Stahlwerkstücken verbinden. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat 1600 als eine Matrix aus einer Anzahl verschiedener Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Substrat 1600 aus einem nicht-elektrisch leitfähigen Keramik- oder Tonmaterialmatrix-Material hergestellt werden, wobei ein leitfähiges (zum Beispiel metallisches) Material innerhalb der Keramik- oder Tonmatrix verteilt ist, so dass ein leitfähiger Pfad entsteht. Wie in 16 gezeigt, sind in der nicht-leitende Matrix 1603 leitfähige Partikel 1605 verteilt, so dass ein Strompfad von der Oberfläche 1610 bis zu einem Erdungspunkt 1625 gebildet werden kann, an den ein Anschlussdraht einer Stromversorgung angeschlossen werden kann. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat 1600 überwiegend aus Keramik bestehen, in der Kupferpartikel 1605 verteilt sind und die mit einer ausreichenden Menge Kupfer versehen sind, um eine Kupferdichte zu bilden, die es erlaubt, einen elektrischen Strom von der Werkstückoberfläche des Substrats zu einer anderen Stelle des Substrats fließen zu lassen, an der ein Erdungs- oder Stromkabel befestigt ist. Das leitfähige Material 1605, das Kupfer sein kann, kann entweder in Pulver-, Korn-, Faden- oder Bandform vorliegen. Jedoch sollte das leitfähige Material so verteilt werden, dass ein elektrisch leitfähiger Pfad von der Oberfläche 1600 zu dem Erdungspunkt 125 gebildet wird. Der Erdungspunkt 125 kann an jeder beliebigen Stelle auf dem Substrat 1600 positioniert werden. Es ist anzumerken, dass es in einigen beispielhaften Ausführungsformen nicht notwendig ist, dass das leitfähige Material gleichmäßig in der gesamten Substratstruktur 1600 verteilt ist, sondern es sollte ausreichend gleichmäßig in der Werkstückoberfläche 1610 verteilt sein, um einen Strompfad ab der Stelle zu bilden, wo ein Werkstück auf der Substratoberfläche 1610 positioniert ist oder beginnt. Das Matrixmaterial 1603 kann jedes beliebige Material oder jede Kombination von Materialien sein, die keine Bindung mit dem Werkstück eingehen. Die Materialien können nicht-leitend sein und eine hohe Schmelztemperatur haben, so dass die Oberfläche der Matrix 1603 während des Ausbildens des Werkstücks auf der Oberfläche nicht schmilzt. Wie oben angedeutet, kann das Matrixmaterial Ton, Keramik oder eine Kombination davon sein. Zu weiteren Materialien kann Gusseisen gehören, das einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist, oder jede andere Legierung, die spröde werden würde, wenn der additive Prozess auf der Oberfläche ausgeführt wird. Wie oben beschrieben, weist der additive Prozess ein relativ geringes Vermischen auf (wenn überhaupt), so dass eine Ausbreitung der Legierung von dem Substrat in den Aufbau minimal ist. Jedoch kann die Ausbreitung dergestalt erfolgen, dass die erste Schicht des Aufbaus spröde wird, während er gleichzeitig immer noch leitfähig ist. Wenn der Aufbau vollständig ist, so kann der Nutzer dann auf einfache Weise die spröde Grenzfläche biegen und brechen, um den Aufbau von dem Substrat zu trennen. Wie oben angedeutet, kann ein Keramikmaterial für das Substrat verwendet werden. Solche Keramikmaterialien sollten eine hohe Schmelztemperatur haben, wie zum Beispiel Al2O3, oder andere ähnliche Keramikmaterialien. In einem weiteren Beispiel kann ein Aluminiummaterial oder eine Legierung als ein Substrat für einen Weichstahlaufbau verwendet werden. 16 shows an exemplary substrate 1600 which is made of a conductive material that allows current to flow therethrough, but prevents the workpiece 110 Bonded to it. For example, in some example embodiments, the substrate may be made of copper or graphite that is conductive but does not bond to aluminum or steel workpieces. In other exemplary embodiments, the substrate 1600 as a matrix of a number of different materials. For example, the substrate 1600 be made of a non-electrically conductive ceramic or clay matrix material, wherein a conductive (for example, metallic) material is distributed within the ceramic or clay matrix, so that a conductive path is formed. As in 16 are shown in the non-conductive matrix 1603 conductive particles 1605 distributed, leaving a current path from the surface 1610 up to a grounding point 1625 can be formed, to which a connection wire of a power supply can be connected. In some example embodiments, the substrate may be 1600 predominantly made of ceramic, in the copper particles 1605 are distributed and which are provided with a sufficient amount of copper to form a copper density, which allows to flow an electric current from the workpiece surface of the substrate to another location of the substrate, to which a ground or power cable is attached. The conductive material 1605 , which may be copper, may be in either powder, grain, filament or ribbon form. However, the conductive material should be distributed so as to provide an electrically conductive path from the surface 1600 to the grounding point 125 is formed. The grounding point 125 can be anywhere on the substrate 1600 be positioned. It should be noted that in some example embodiments, it is not necessary for the conductive material to be uniform throughout the substrate structure 1600 but it should be sufficiently even in the workpiece surface 1610 be distributed to form a current path from the point where a workpiece on the substrate surface 1610 is positioned or begins. The matrix material 1603 can be any material or combination of materials that does not bond to the workpiece. The materials may be non-conductive and have a high melting temperature, leaving the surface of the matrix 1603 does not melt during the process of forming the workpiece on the surface. As indicated above, the matrix material may be clay, ceramic or a combination thereof. Other materials may include cast iron that has a high carbon content or any other alloy that would become brittle when the additive process is performed on the surface. As described above, the additive process has relatively little (if any) mixing so that spreading of the alloy from the substrate into the assembly is minimal. However, the spreading may be such that the first layer of the structure becomes brittle while at the same time still being conductive. If the assembly is complete, then the user can then easily bend and break the brittle interface to separate the assembly from the substrate. As indicated above, a ceramic material may be used for the substrate. Such ceramic materials should have a high melting temperature, such as Al 2 O 3 , or other similar ceramic materials. In another example, an aluminum material or alloy may be used as a substrate for mild steel construction.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Substrat aus einem metallischen Pulver hergestellt werden, das eine solche Dichte besitzt, dass das Substrat die gewünschte Leitfähigkeit und physische Stützkraft für das Aufbauwerkstück bereitstellt. In solchen Ausführungsformen kann das Pulver nach der Fertigstellung auf einfache Weise von dem Aufbaustück abgeklopft werden. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat aus einer leitfähigen Schicht (zum Beispiel Kupfer, Kohlenstoff, Eisen usw.) bestehen, das auf einer Basis aus nicht-leitendem Material platziert wird, wie zum Beispiel Keramik, wobei sich leitfähige Materialien innerhalb des Basismaterials befinden können, aber nicht müssen. Durch Verwenden einer dünnen Schicht auf einem Basismaterial kann der Einbrand in das Substrat minimiert werden, wodurch sichergestellt ist, dass keine Bondung an das Substrat stattfindet.In a further exemplary embodiment, the substrate may be metallic Powder having a density such that the substrate provides the desired conductivity and physical support force for the build-up workpiece. In such embodiments, the powder can be easily tapped off the build after completion. In other exemplary embodiments, the substrate may be a conductive layer (eg, copper, carbon, iron, etc.) placed on a base of non-conductive material, such as ceramic, with conductive materials within the base material but do not have to. By using a thin layer on a base material, penetration into the substrate can be minimized, ensuring that there is no bonding to the substrate.

Wie in 16 gezeigt, kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen das Substrat 1600 eine Kontaktzone 1620 haben, in der das leitfähige Material vorhanden ist und außerhalb der kein leitfähiges Material vorhanden ist oder nur in geringerem Umfang vorhanden ist, so dass das Substrat 1600 außerhalb des Kontaktzone 1620 weniger leitend oder nicht-leitend ist. In solchen Ausführungsformen wird das Werkstück 110 auf der Oberfläche 1610 dergestalt gestartet oder platziert, dass es die Kontaktzone 1620 berührt, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt sicherzustellen, da außerhalb der Kontaktzone 1620 wenig oder gar keine elektrische Leitfähigkeit existiert. In solchen Ausführungsformen hat die Kontaktzone 1620 eine Fläche, die kleiner ist als die Oberfläche 1610. Des Weiteren kann die Kontaktzone 1620 jede gewünschte Form haben. Um also in beispielhaften Ausführungsformen einen additiven Herstellungsprozess zu beginnen, beginnt der Prozess in der Kontaktzone 1620 der Oberfläche 1610, um sicherzustellen, dass ein Strompfad für das Werkstück existiert. Während das Werkstück 110 gebildet wird, können Abschnitte des Werkstücks auf der Oberfläche 1610 außerhalb der Kontaktzone 1620 ausgebildet werden, solange das Werkstück als ein integrales Stück hergestellt wird und so einen konstanten Strompfad hat. Somit wird immer ein Strompfad für den Herstellungsprozess bereitgestellt, und das Werkstück 110 kann auf einer leitfähigen Oberfläche 1610 hergestellt werden, die sich nicht an das Werkstück 110 bondet, was ein einfaches Abnehmen und Bearbeiten des Werkstücks erlaubt.As in 16 In some example embodiments, the substrate may be shown 1600 a contact zone 1620 have in which the conductive material is present and outside of which no conductive material is present or is present only to a lesser extent, so that the substrate 1600 outside the contact zone 1620 less conductive or non-conductive. In such embodiments, the workpiece becomes 110 on the surface 1610 Started or placed in such a way that it is the contact zone 1620 touched to ensure sufficient electrical contact, since outside the contact zone 1620 little or no electrical conductivity exists. In such embodiments, the contact zone 1620 an area smaller than the surface 1610 , Furthermore, the contact zone 1620 have any desired shape. Thus, to begin an additive manufacturing process in exemplary embodiments, the process begins in the contact zone 1620 the surface 1610 to ensure that a path for the workpiece exists. While the workpiece 110 can be formed, sections of the workpiece on the surface 1610 outside the contact zone 1620 can be formed as long as the workpiece is made as an integral piece and so has a constant current path. Thus, a current path is always provided for the manufacturing process, and the workpiece 110 can on a conductive surface 1610 are made, which are not attached to the workpiece 110 Bonded, which allows easy removal and machining of the workpiece.

17A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wobei das Substrat 1600 ein Gitter 1630 aus leitfähigem Material hat, wodurch eine Gitterstruktur auf der Oberfläche 1610 des Substrats 100 entsteht. Das Gitter 1630 besteht aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel Kupfer, und ist in das Material des Substrats 1600 eingebettet, das Keramik, Ton oder ein anderes nicht-leitendes Material sein kann. Das Gitter 1630 kann so gebildet werden, dass eine Gitterstruktur auf der Oberfläche 1610 gebildet wird, dergestalt, dass ungeachtet der Größe oder Ausrichtung des zu bildenden Werkstücks 110 das Werkstück mindestens einen Teil des Gitters 1630 berührt, um den benötigten leitfähigen Pfad zu bilden. Das Gitter 1630 soll eine solche Maschengröße haben, dass die gewünschte Beabstandung für die Größe der Werkstücke gebildet wird, die auf dem Substrat 1600 herzustellen sind. In einigen Ausführungsformen kann das Gitter 1630 eine Tiefe haben, die durch das Substrat 1600 reicht, während in anderen Ausführungsformen die Tiefe des Gitter 1630 nicht durch das gesamte Substrat 1600 reicht. Des Weiteren wird die Gitterstruktur 1630 so gebildet, dass die Struktur durchgehend leitfähig ist, so dass es ungeachtet dessen, wo ein Werkstück einen Kontakt mit der Gitterstruktur 1630 herstellt, einen elektrischen Pfad zu dem Erdungspunkt 1625 gibt. Des Weiteren braucht in beispielhaften Ausführungsformen die Gitterstruktur 1630 in dem Substrat 1600 nur in einer Kontaktzone ähnlich der vorhanden zu sein, die mit Bezug auf 16 beschrieben ist. Das heißt, die Gitterstruktur, die zu der Oberfläche 1610 hin exponiert ist, befindet sich nur in einem diskreten Bereich der Oberfläche 1610 (d. h. der Kontaktzone), und das Gitter ist mit dem Erdungspunkt 1625 gekoppelt. In solchen Ausführungsformen existiert ein Strompfad, um die Herstellung des Werkstücks zu erlauben, solange sich irgend ein Abschnitt des Werkstücks in der Kontaktzone befindet und einen Kontakt mit einem Abschnitt des Gitters 1630 herstellt. Weil jedoch der größte Teil der Oberfläche 1610 nicht-leitend und nicht-bondend ist, ist auch hier das Abnehmen und Bearbeiten des Werkstücks im Vergleich zu bekannten Substraten einfach. 17A shows another exemplary embodiment wherein the substrate 1600 a grid 1630 Made of conductive material, creating a grid structure on the surface 1610 of the substrate 100 arises. The grid 1630 is made of a conductive material, such as copper, and is in the material of the substrate 1600 embedded, which may be ceramic, clay or other non-conductive material. The grid 1630 can be formed so that a lattice structure on the surface 1610 is formed such that regardless of the size or orientation of the workpiece to be formed 110 the workpiece at least part of the grid 1630 touched to form the required conductive path. The grid 1630 should have such a mesh size that the desired spacing is formed for the size of the workpieces placed on the substrate 1600 are to produce. In some embodiments, the grid may be 1630 have a depth through the substrate 1600 ranges, while in other embodiments, the depth of the grid 1630 not through the entire substrate 1600 enough. Furthermore, the grid structure becomes 1630 formed so that the structure is continuously conductive, allowing it regardless of where a workpiece makes contact with the lattice structure 1630 establishes an electrical path to the grounding point 1625 gives. Furthermore, in exemplary embodiments, the grid structure needs 1630 in the substrate 1600 only to be present in a contact zone similar to that with respect to 16 is described. That is, the lattice structure leading to the surface 1610 is exposed only in a discrete area of the surface 1610 (ie the contact zone), and the grid is at the grounding point 1625 coupled. In such embodiments, a current path exists to allow the fabrication of the workpiece as long as any portion of the workpiece is in the contact zone and makes contact with a portion of the grid 1630 manufactures. Because, however, most of the surface 1610 non-conductive and non-bonding, the removal and processing of the workpiece is also easy in comparison to known substrates.

17B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Substrats 1600, die mit im vorliegenden Text beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform umfasst das Substrat 1600 mehrere diskrete Erdungspunkte 1651/1652/1653 usw., die über eine Fläche des Substrats 1600 verteilt sind. Die Punkte können in einer Struktur, wie zum Beispiel einer Gitterstruktur, dergestalt verteilt sein, dass ihre jeweiligen Orte der Steuereinheit jedes Systems, welches das Substrat verwendet, bekannt sind. Die Erdungspunkte bestehen aus einem leitfähigen Material und können Drähte, Stifte usw. sein, und können dergestalt durch das Substrat 1600 verlaufen, dass sie jeweils auch auf einer anderen Oberfläche des Substrats 1600 exponiert sind. In der in 17B gezeigten Ausführungsform verlaufen die Erdungspunkte dergestalt durch das Substrat 1600, dass ihre anderen Enden auf der Unterseite des Substrats 1600 exponiert sind. In anderen Ausführungsformen können die anderen Enden gewünschtenfalls an einer Seitenfläche austreten. Jeder der Erdungspunkte 1651, 1652, 1653 usw. ist elektrisch mit einer Verknüpfungsschaltung 1660 gekoppelt, die ebenfalls elektrisch mit der Stromversorgung des Systems und mit der Steuereinheit gekoppelt ist, die den Betrieb von Erdungsschaltern innerhalb der Schaltung 1660 steuert, wie unten beschrieben wird. Weil die Orte der Erdungspunkte bekannt sind, ein additiver Prozess kann an einem Erdungspunkte (zum Beispiel Punkt 1651) begonnen werden, der als der anfängliche Erdungspfad für den additiven Prozess dient. Sobald der Prozess gestartet wird, kann die Pfütze entlang der Oberfläche 1610 bewegt werden, bis sie den nächsten Erdungspunkt 1652 erreicht. Die Verknüpfungsschaltung 1660 kann es der Steuereinheit erlauben, den Erdungspunkt des Aufbauprozesses zum nächstgelegenen Erdungspunkt für den laufenden additiven Prozess umzuschalten. Das heißt, wenn die Kontaktspitze des Prozesses bewegt wird, so kann der Erdungspunkt umgeschaltet werden, um den nächstgelegenen Erdungspfad für die Operation bereitzustellen. Des Weiteren kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Verknüpfungsschaltung 1660 mehr als einen Erdungspfad – durch mehrere Erdungspunkte hindurch – öffnen, um den Betrag des Stromes zu erhöhen, der für den Prozess verwendet werden kann. Des Weiteren kann in beispielhaften Ausführungsformen die Verknüpfungsschaltung 1660 dafür verwendet werden, den Erdungsstrompfad zu verschiedenen Orten zu lenken, um den Abscheidungsprozess zu steuern. Wenn sich zum Beispiel der Aufbauprozess einem Rand des Substrats 1600 nähert, so kann der Schalter 1660 zu Erdungspunkten schalten, die näher bei der Mitte des Substrats 1660 liegen, um das Steuern des Abscheidungsprozesses und der Pfütze zu unterstützen. Dies kann auch verwendet werden, um das Steuern der Richtung eines Lichtbogens zu unterstützen, insofern ein Lichtbogen in dem Abscheidungsprozess initiiert wird. 17B shows another exemplary embodiment of a substrate 1600 which can be used with devices described herein. In this embodiment, the substrate comprises 1600 several discrete grounding points 1651 / 1652 / 1653 etc., over an area of the substrate 1600 are distributed. The points may be distributed in a structure, such as a grid structure, such that their respective locations are known to the controller of each system using the substrate. The grounding points are made of a conductive material and can be wires, pins, etc., and can thus pass through the substrate 1600 They also run on a different surface of the substrate 1600 are exposed. In the in 17B In the embodiment shown, the earthing points run through the substrate in this way 1600 that its other ends on the bottom of the substrate 1600 are exposed. In other embodiments, if desired, the other ends may exit on a side surface. Each of the grounding points 1651 . 1652 . 1653 etc. is electrical with a logic circuit 1660 coupled, which also electrically with the Power system and coupled to the control unit, which controls the operation of grounding switches within the circuit 1660 controls as described below. Because the locations of the grounding points are known, an additive process may be at a grounding point (for example, point 1651 ), which serves as the initial grounding path for the additive process. Once the process is started, the puddle can move along the surface 1610 be moved until the next grounding point 1652 reached. The logic circuit 1660 may allow the control unit to switch the grounding point of the build process to the nearest ground point for the ongoing additive process. That is, when the contact tip of the process is moved, the ground point may be toggled to provide the nearest ground path for the operation. Furthermore, in other exemplary embodiments, the logic circuit 1660 open more than one grounding path - through multiple grounding points - to increase the amount of current that can be used for the process. Furthermore, in exemplary embodiments, the logic circuitry 1660 be used to direct the grounding current path to different locations to control the deposition process. For example, if the build process is at one edge of the substrate 1600 approaching, so can the switch 1660 switch to ground points that are closer to the center of the substrate 1660 to help control the deposition process and the puddle. This may also be used to assist in controlling the direction of an arc insofar as an arc is initiated in the deposition process.

17C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Substrat 1600 des Weiteren einen Leiter 1670 enthält, der elektrisch alle Erdungspunkte 1651, 1652, 1653 usw. koppelt, und der Leiter 1670 ist mit der Stromversorgung gekoppelt, um den Erdungspfad für den Abscheidungsstrom zu vervollständigen. In solchen Ausführungsformen braucht keine Verknüpfungsschaltung 1660, wie oben beschrieben, verwendet zu werden. In der gezeigten Ausführungsform ist der Leiter 1670 eine leitfähige Platte oder Schicht, die an einer Oberfläche des Substrats 1600 montiert ist, an die alle Erdungspunkte gekoppelt sind. Natürlich braucht sich der Leiter 1670 nicht an der Unterseite zu befinden, sondern kann auch an einer anderen Fläche des Substrats 1600 befinden. Während der Verwendung werden, da die Aufbaustruktur mehr als einen Erdungspunkt 1651 usw. berührt, zusätzliche Erdungspfade für den Leiter 1670 bereitgestellt, wodurch auch hier mehr Strom in dem Prozess verwendet werden kann. In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit oder Stromversorgung, die für den Abscheidungsprozess verwendet wird, den Abscheidungsstrompegel so steuern, dass ein akzeptabler Strompegel für jeden einzelnen Erdungspunkt nicht überschritten wird. Das heißt, am Anfang eines Aufbauprozesses, wenn nur ein einziger Erdungspunkt 1651 verwendet wird, wird der Strom dergestalt gesteuert, dass der Strompegel einen akzeptablen Pegel für einen einzelnen Erdungspunkt 1651 nicht übersteigt. Anderenfalls könnte der Erdungspunkt beschädigt werden. Jedoch kann, wenn der Aufbau zu zusätzlichen Erdungspunkten voranschreitet, die Steuereinheit bewirken, dass der Strompegel aufgrund der zusätzlichen kontaktierten Erdungspunkte ansteigt, weil eine erhöhte Anzahl von Erdungspfaden zu dem Leiter 1670 vorhanden sind. Darum kann in solchen Ausführungsformen, weil die Steuereinheit die Stelle eines jeden der Erdungspunkte kennt, die Steuereinheit dann den Strom in dem Maße erhöhen, wie immer mehr Erdungspunkte verwendet werden. In solchen Ausführungsformen kann der Abscheidungsstrom inkrementell mit dem Kontakt jedes jeweiligen Erdungspunktes erhöht werden, oder kann in einem einzigen Schritt erhöht werden, wenn eine geeignete Anzahl von Erdungspunkten berührt wird. Zum Beispiel kann die Steuereinheit für einen Abscheidungsstrom von 200 A (unter Verwendung gespeicherter Informationen) bestimmen, dass mindestens 4 Erdungspunkte für einen solchen Strompegel benötigt werden. Die Steuereinheit oder Stromversorgung kann einen ersten, niedrigeren, Strompegel (zum Beispiel 50 A) nutzen, bis mindestens 4 Erdungspunkte kontaktiert wurden, zu diesem Zeitpunkt wird der Abscheidungsstrom auf den optimalen Pegel erhöht. In anderen Ausführungsformen kann der Strom in Inkrementen erhöht werden, wenn jeweils ein neuer Erdungspunkt berührt wird, bis die Mindestanzahl der benötigten Erdungspunkte kontaktiert wurde. Zum Beispiel kann der Strom um 50 A für jeden anschließenden Erdungspunkt erhöht werden, bis der gewünschte Abscheidungsstrompegel erreicht ist. Die Stromerhöhungsschritte können in die Steuereinheit des Systems vorher eingegeben oder vorprogrammiert werden. 17C shows another exemplary embodiment of the present invention wherein the substrate 1600 furthermore a ladder 1670 contains, the electrically all grounding points 1651 . 1652 . 1653 etc., and the ladder 1670 is coupled to the power supply to complete the grounding path for the deposition current. In such embodiments, no linking circuit is needed 1660 as described above. In the embodiment shown, the conductor 1670 a conductive plate or layer attached to a surface of the substrate 1600 is mounted, to which all grounding points are coupled. Of course, the ladder needs 1670 not to be located at the bottom, but may also be on another surface of the substrate 1600 are located. During use, since the body structure more than a grounding point 1651 etc., additional grounding paths for the conductor 1670 which also allows more power to be used in the process. In any of the embodiments described above, the control unit or power supply used for the deposition process may control the deposition current level so that an acceptable current level for each individual grounding point is not exceeded. That is, at the beginning of a building process, if only a single grounding point 1651 is used, the current is controlled so that the current level becomes an acceptable level for a single ground point 1651 does not exceed. Otherwise the grounding point could be damaged. However, as the design progresses to additional grounding points, the controller may cause the current level to increase due to the additional grounding points contacted, because of an increased number of grounding paths to the conductor 1670 available. Therefore, in such embodiments, because the control unit knows the location of each of the grounding points, the control unit can then increase the current as more and more grounding points are used. In such embodiments, the deposition current may be increased incrementally with the contact of each respective grounding point, or may be increased in a single step when a suitable number of grounding points are touched. For example, for a deposition current of 200 A (using stored information), the control unit may determine that at least 4 grounding points are needed for such a current level. The controller or power supply may use a first, lower, current level (eg, 50A) until at least 4 grounding points have been contacted, at which time the deposition current is increased to the optimum level. In other embodiments, the current may be increased in increments when a new ground point is touched each time until the minimum number of ground points required has been contacted. For example, the current may be increased by 50A for each subsequent grounding point until the desired deposition current level is achieved. The power increase steps may be pre-entered or preprogrammed into the system controller.

In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Erdungspunkte Drähte oder Stifte mit einem durchschnittlichen Durchmesser, der größer ist als der verwendete Drahtdurchmesser. In beispielhaften Ausführungsformen sind die Erdungspunkte Stifte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 20% über dem größten verwendeten Drahtdurchmesser. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Durchmesser im Bereich von 20 bis 80% über dem Durchmesser des größten Drahtdurchmessers. Des Weiteren können, wie in 17C gezeigt, die Stifte eine größere Kopffläche haben, wie gezeigt, um zusätzlichen Kontakt mit einem Werkstück herzustellen. Das heißt, die Stifte können eine größere Kopffläche (zum Beispiel wie ein Nagel usw.) an der Kontaktfläche des Substrats haben (siehe zum Beispiel 17C). Insofern die Stifte 1651 usw. eine Form wie in 17C gezeigt haben, wird die größere Kopffläche nicht beim Bestimmen des durchschnittlichen Durchmessers des Stiftes, wie oben besprochen, berücksichtigt.In exemplary embodiments of the present invention, the grounding points are wires or pins having an average diameter greater than the wire diameter used. In exemplary embodiments, the grounding points are pins having an average diameter of at least 20% over the largest wire diameter used. In some exemplary embodiments, the diameter is in the range of 20 to 80% above the diameter of the largest wire diameter. Furthermore, as in 17C As shown, the pins have a larger top surface as shown to provide additional contact with a workpiece. That means the pins can be a larger one Head face (for example like a nail, etc.) on the contact surface of the substrate have (see for example 17C ). Insofar the pins 1651 etc. a shape as in 17C As shown above, the larger head area is not taken into account in determining the average diameter of the stylus as discussed above.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die Erdungspunkte 1651 usw. (zum Beispiel Stifte, Drähte, Stäbe usw.) innerhalb des Substrats 1600 herausgenommen und ersetzt werden. Zum Beispiel, wie in 17C gezeigt, ruhen die Stifte einfach in Löchern in dem Substrat und fungieren als die oben beschriebenen Erdungspunkte. Durch Vermischen werden die Stifte an dem Werkstück befestigt, während es aufgebaut wird, und dann wird das Werkstück nach Fertigstellung, zusammen mit den befestigten Stiften, entfernt. Dann können die Stifte, Stäbe usw. mittels eines Bearbeitungsprozesses entfernt werden, und neue Stifte können statt dessen in das Substrat 1600 für den nächsten Prozess eingesetzt werden. Die entfernbaren Stifte 1651 usw. sollten von ausreichender Länge sein, um einen Kontakt mit einem Werkstück herzustellen, das auf dem Substrat und der Kontaktplatte 1670 aufgebaut wird, so dass ein ordnungsgemäßer Erdungsstrompfad hergestellt werden kann.In further exemplary embodiments, the grounding points 1651 etc. (for example, pins, wires, rods, etc.) within the substrate 1600 taken out and replaced. For example, as in 17C As shown, the pins simply rest in holes in the substrate and act as the earthing points described above. By blending, the pins are attached to the workpiece as it is being assembled, and then the workpiece is removed upon completion, along with the attached pins. Then the pins, rods, etc., can be removed by a machining process, and new pins can instead be inserted into the substrate 1600 be used for the next process. The removable pins 1651 etc. should be of sufficient length to make contact with a workpiece on the substrate and contact plate 1670 is constructed so that a proper grounding current path can be established.

18A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Substrat 1600 mindestens einen Kühlkanal 1640 enthält, durch das während der Herstellung eines Werkstücks oder wenigstens während des Beginns der Herstellung eines Werkstücks ein Kühlmedium geleitet werden kann. Das Kühlmedium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein und wird dafür verwendet, das Substrat auf einer solchen Temperatur zu halten, dass kein Abschnitt der Oberfläche 1610 schmilzt oder auf sonstige Weise an einem Werkstück anhaftet. Durch Kühlen des Substrats 1600 mittels der Verwendung eines Kühlverteilers oder -kanals 1640 kann die Oberfläche 1610 kühl gehalten werden, und alle elektrisch leitfähigen Materialien auf der Oberfläche 1610 (zum Beispiel Gitterstruktur, leitfähige Partikel usw.) können kühl gehalten werden, so dass keine Schicht des Werkstücks, die auf der Oberfläche 1610 ausgebildet ist, schmilzt oder auf sonstige Weise eine Bondung mit den elektrisch leitfähigen Komponenten auf der Oberfläche 1610 eingeht. Andere Ausführungsformen können andere Kühlverfahren oder -prozesse verwenden, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können passive Wärmerohre verwendet werden. 18A shows another exemplary embodiment of the present invention wherein the substrate 1600 at least one cooling channel 1640 contains, through which during the production of a workpiece or at least during the start of the production of a workpiece, a cooling medium can be passed. The cooling medium may be a gas or a liquid and is used to maintain the substrate at a temperature such that no portion of the surface 1610 melts or otherwise adheres to a workpiece. By cooling the substrate 1600 by using a cooling manifold or channel 1640 can the surface 1610 kept cool, and all electrically conductive materials on the surface 1610 (For example, lattice structure, conductive particles, etc.) can be kept cool, leaving no layer of the workpiece on the surface 1610 is formed, melts or otherwise bonding with the electrically conductive components on the surface 1610 received. Other embodiments may use other cooling methods or processes without departing from the scope or spirit of the present invention. For example, passive heat pipes can be used.

Somit wird in beispielhaften Ausführungsformen ein Substrat bereitgestellt, das die benötigte elektrische Leitfähigkeit aufweist, aber auch eine nicht-bondende Oberfläche bietet, dergestalt, dass das Abnehmen und Bearbeiten des Werkstücks nach der Herstellung einfacher ist.Thus, in exemplary embodiments, a substrate is provided that has the required electrical conductivity but also provides a nonbonding surface such that removal and machining of the workpiece after fabrication is easier.

18B zeigt eine weitere Struktur, die mit den im vorliegenden Text beschriebenen beispielhaften additiven Herstellungsprozessen verwendet werden kann. Die im vorliegenden Text beschriebenen additiven Herstellungsprozesse können zur Herstellung komplexer und zerbrechlicher Werkstücke verwendet werden. Die einfache Herstellung von Komponenten wie diesen kann unterstützt werden, indem man den Herstellungsprozess von einem nicht-horizontalen, herkömmlichen Substrat oder einer nicht-horizontalen, herkömmlichen Arbeitsoberfläche aus beginnt. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, das Werkstück in einer hängenden Konfiguration herzustellen. Das heißt, es kann einfacher sein, das Werkstück herzustellen, wenn die anfänglichen Schichten oder die anfängliche Abscheidung der Werkstückschichten hängend sind, dergestalt, dass sie sich von einer Unterseite eines Substrats erstrecken – im Gegensatz zu einem herkömmlichen, mit der Unterseite nach oben weisenden Substrat mit flacher Oberfläche. Die in 18B gezeigte Ausführungsform zeigt eine beispielhafte Versteifungsstruktur 1800, die in diesen Situationen verwendet werden kann. Die Versteifungsstruktur 1800 kann mehrere Stützkomponenten 1810 und 1820 haben, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, damit Strom fließen kann. Die Versteifungsstruktur 1800 ist dergestalt konfiguriert, dass ein Werkstück an jedem Punkt auf der Struktur 1800 nach Bedarf für jedes gegebene Werkstück begonnen werden kann. Wenn es zum Beispiel leichter ist, ein Werkstück mit der Oberseite nach unten oder mit einem Top-Down-Prozess herzustellen, so kann das Teil an einem Punkt auf einem der Elemente 1810 und 820 begonnen und mittels der im vorliegenden Text beschriebenen Prozesse nach unten aufgebaut werden. Natürlich sollten die verwendete Versteifungsstruktur und der verwendete Brenner oder die verwendeten Kontaktspitzen so bemessen werden, dass die Spitzen ordnungsgemäß in der Versteifungsstruktur 1800 positioniert werden können. Das Teil kann dann nach Bedarf von der Struktur 1810/1820 aus nach unten zur Oberfläche eines Substrats 1600 aufgebaut werden. Wie gezeigt, kann die Versteifungsstruktur 1800 ihren eigenen Erdungskontaktpunkt 1825 haben oder kann einfach durchgehend elektrisch leitfähig sein. Des Weiteren kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Versteifungsstruktur Kontaktvorsprünge 1830 haben, an denen der Anfang eines Teils oder Werkstücks befestigt wird, um eine Aufbauoperation zu starten. Diese Vorsprünge 1830 fungieren als Kontaktknoten, an denen der Beginn eines Werkstücks gestartet wird. Diese Vorsprünge können es leichter machen, einen Herstellungsprozess zu beginnen, und können es leichter machen, das fertige Teil von der Versteifungsstruktur zu trennen, ohne das hergestellte Teil zu beschädigen. Die Vorsprünge 1830 können integral mit den Teilen 1810/1820 der Struktur 1800 hergestellt werden. In anderen Ausführungsformen können die Vorsprünge 1830 aus einem anderen Material bestehen und/oder auf einfache Weise von der Struktur abnehmbar sein. Zum Beispiel können die Vorsprünge 1830 Stifte oder andere Befestigungsmittel-artige Komponenten sein, die einen Kopf- oder Vorsprungabschnitt haben, an dem ein Teil befestigt und für einen Herstellungsprozess begonnen werden kann. Nach Fertigstellung können die Stifte von der Versteifungsstruktur entfernt werden, so dass das hergestellte Teil einfach abgenommen werden kann. Die Versteifungsstruktur 1800 kann jede gewünschte Form oder Konfiguration für einen gegebenen Herstellungsprozess annehmen. 18B shows another structure that can be used with the example additive manufacturing processes described herein. The additive manufacturing processes described herein can be used to make complex and fragile workpieces. Simple production of components such as these can be assisted by starting the manufacturing process from a non-horizontal, conventional substrate or non-horizontal, conventional desktop. For example, it may be advantageous to make the workpiece in a hanging configuration. That is, it may be easier to manufacture the workpiece when the initial layers or the initial deposition of the workpiece layers are suspended, such that they extend from a bottom surface of a substrate - as opposed to a conventional bottom-up facing substrate with a flat surface. In the 18B shown embodiment shows an exemplary stiffening structure 1800 that can be used in these situations. The stiffening structure 1800 can have several support components 1810 and 1820 that are electrically coupled together for current to flow. The stiffening structure 1800 is configured to hold a workpiece at any point on the structure 1800 can be started as needed for each given workpiece. For example, if it is easier to make a top-down or top-down workpiece, the part may be at a point on one of the elements 1810 and 820 started and built down using the processes described in the present text. Of course, the stiffening structure and burner used, or the contact tips used, should be sized so that the tips fit properly in the stiffening structure 1800 can be positioned. The part can then as needed by the structure 1810 / 1820 from down to the surface of a substrate 1600 being constructed. As shown, the stiffening structure 1800 their own ground contact point 1825 have or may simply be electrically conductive throughout. Furthermore, in some example embodiments, the stiffening structure may be contact protrusions 1830 have at which the beginning of a part or workpiece is fixed to start a building operation. These projections 1830 act as contact nodes at which the beginning of a workpiece is started. These projections may make it easier to start a manufacturing process and may make it easier to separate the finished part from the stiffening structure without damaging the manufactured part. The projections 1830 can be integral with the parts 1810 / 1820 the structure 1800 getting produced. In other embodiments, the protrusions 1830 be made of a different material and / or be easily removable from the structure. For example, the projections 1830 Be pins or other fastener-like components having a head or projection portion to which a part can be attached and started for a manufacturing process. Upon completion, the pins can be removed from the stiffening structure so that the manufactured part can be easily removed. The stiffening structure 1800 can take any desired shape or configuration for a given manufacturing process.

In beispielhaften Ausführungsformen kann die Versteifungsstruktur 1800 eine metallische Struktur sein, die die Übertragung des Stroms zu dem Substrat 1600 erlaubt, das ein beliebiges der oben beschriebenen Ausführungsformen sein kann. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Versteifungsstruktur aus einem nicht-bondenden, aber leitfähigen Material hergestellt werden, wie es allgemein oben mit Bezug auf die 16 und 17 beschrieben ist. In jedem Fall sollte die Struktur 1800 so aufgebaut werden, dass sie einen Strompfad entweder zu dem Substrat 1600 oder einem Erdungspunkt 1825 bereitstellen kann, um das ordnungsgemäße Fließen des Erwärmungsstroms zu erlauben.In exemplary embodiments, the stiffening structure 1800 a metallic structure, which is the transfer of the current to the substrate 1600 which may be any of the embodiments described above. In other exemplary embodiments, the stiffening structure may be made of a non-bonding but conductive material, as generally discussed above with reference to FIGS 16 and 17 is described. In any case, the structure should 1800 be constructed to form a current path either to the substrate 1600 or a grounding point 1825 can provide to allow the proper flow of the heating current.

19A, 19B und 19C zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Verbrauchsmaterials 1900 zur additiven Herstellung, das mit im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. Es versteht sich allgemein, dass massive Verbrauchsmaterialien mit großem Durchmesser mehr Strom oder Energie zum Schmelzen des Verbrauchsmaterials erfordern. Jedoch erfordern Verbrauchsmaterialien mit kleinerem Durchmesser weniger Strom oder Energie zum Schmelzen, dergestalt, dass eine geringere Menge an Strom oder Energie zum Schmelzen mehrerer Verbrauchsmaterialien mit kleinerem Durchmesser benötigt wird, die zusammen die gleiche Querschnittsfläche haben wie ein einzelner massiver Draht mit größerem Durchmesser. Darum ist das Verbrauchsmaterial, das in einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein geflochtenes Verbrauchsmaterial 1900, das aus mehreren Drähten 1903 besteht, die geflochten sind. In einigen Ausführungsformen sind die Drähte 1903 die gleichen und haben den gleichen Durchmesser und die gleiche Zusammensetzung. Jedoch können die Drähte 1903 in anderen beispielhaften Ausführungsformen voneinander verschieden sein. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen zwei verschiedene Drahttypen verwendet werden, um das geflochtene Verbrauchsmaterial 1900 herzustellen. In einer solchen Ausführungsform können die Drähte auf der Basis des Durchmessers und/oder der Zusammensetzung verschieden sein. Zum Beispiel kann der mittlere Draht einen ersten Durchmesser und eine erste Zusammensetzung haben, und die Umfangsdrähte 1903 haben einen zweiten Durchmesser und eine zweite Zusammensetzung, die beide anders sind als der erste Durchmesser und die erste Zusammensetzung. Dies erlaubt die Verwendung eines Verbrauchsmaterials 1900, das speziell angepasste Eigenschaften für einen bestimmten Herstellungsprozess hat. Es ist anzumerken, dass die im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren und Systeme zum Abscheiden massiver oder mit einem Kern versehener Verbrauchsmaterialien auch zum Abscheiden eines geflochtenen Verbrauchsmaterials verwendet werden können, wie es beispielsweise in 19A gezeigt ist. 19A . 19B and 19C show exemplary embodiments of a consumable 1900 for additive manufacturing, which can be used with embodiments of the invention described herein. It is generally understood that massive, large diameter consumables require more power or energy to melt the consumable. However, smaller diameter consumables require less power or energy for melting, such that less power or energy is needed to melt multiple smaller diameter consumables, which together have the same cross sectional area as a single larger diameter solid wire. Therefore, the consumable used in some exemplary embodiments of the present invention is a braided consumable 1900 that made of several wires 1903 exists, which are braided. In some embodiments, the wires are 1903 the same and have the same diameter and the same composition. However, the wires can 1903 be different from each other in other exemplary embodiments. For example, in some embodiments, two different types of wires may be used to form the braided consumable 1900 manufacture. In such an embodiment, the wires may be different based on the diameter and / or the composition. For example, the middle wire may have a first diameter and a first composition, and the peripheral wires 1903 have a second diameter and a second composition that are both different than the first diameter and the first composition. This allows the use of a consumable 1900 which has specially adapted properties for a particular manufacturing process. It should be noted that the methods and systems for depositing solid or core-containing consumables described herein can also be used to deposit a braided consumable such as that disclosed in U.S. Pat 19A is shown.

Des Weiteren ist in der in 19A gezeigten Ausführungsform der mittlere Draht 1903' ein nicht-geflochtener Draht, und der Außenumfang von Drähten 1903 ist um den mittleren Draht 1903' geflochten. Das Geflecht kann in einer allgemein schraubenförmigen Struktur entlang der Länge des Verbrauchsmaterials 1900 hergestellt werden.Furthermore, in the in 19A shown embodiment of the middle wire 1903 ' a non-braided wire, and the outer circumference of wires 1903 is around the middle wire 1903 ' braided. The braid may be in a generally helical structure along the length of the consumable 1900 getting produced.

In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Geflecht des Verbrauchsmaterials 1900 zum Erhöhen der relativen Drahtzufuhrgeschwindigkeit eines Verbrauchsmaterial-Typs verwendet werden. Wie zum Beispiel in 19A gezeigt, kann das mittlere Verbrauchsmaterial 1903 aus einem ersten Typ oder Material bestehen, und die umgebenden Drähte 1903 können aus einem anderen Typ oder Material bestehen. Weil die Länge der umgebenden (außen liegenden Drähte) länger als die des mittleren Drahtes ist, sind für eine gegebene Länge des Verbrauchsmaterials 1900 die effektiven Abscheidungsraten eines jeden der jeweiligen Drahttypen verschieden. Die effektive, relative Abscheidungsrate verschiedener Drahttypen kann ebenfalls durch die relative Anzahl von Drahttypen in einem gegebenen Bündel beeinflusst werden. Somit erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Flexibilität bei der chemischen Zusammensetzung der Abscheidung.In some example embodiments, the mesh of the consumable 1900 to increase the relative wire feed rate of a consumable type. Like in 19A shown, the middle consumable 1903 made of a first type or material, and the surrounding wires 1903 can be made of a different type or material. Because the length of the surrounding (outer wires) is longer than that of the middle wire, for a given length of consumable material 1900 the effective deposition rates of each of the respective wire types are different. The effective relative rate of deposition of different wire types can also be affected by the relative number of wire types in a given bundle. Thus, embodiments of the present invention allow for increased flexibility in the chemical composition of the deposit.

19B und 19C zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Verbrauchsmaterials, das mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Jedoch haben im Gegensatz zu dem Verbrauchsmaterial 1900 in 19A die Verbrauchsmaterialien 1900 in den 19B und 19C einen Leerraum 1910 im Kern des Verbrauchsmaterials, wo der Kern 1910 durch mehrere geflochtene Drähte 1903 umgeben wird. Dieser hohle Verbrauchsmaterialaufbau erlaubt es, das Verbrauchsmaterial 1900 während der Abscheidung zu quetschen und zu „formen”, damit der Abscheidungsprozess angepasst werden kann. Dies wird im Folgenden näher erläutert. 19B and 19C show another exemplary embodiment of a consumable that may be used with embodiments of the present invention. However, unlike the consumables 1900 in 19A the consumables 1900 in the 19B and 19C a white space 1910 at the core of the consumable, where the core 1910 through several braided wires 1903 is surrounded. This hollow consumables construction allows the consumables 1900 during the deposition to squeeze and "shape", so that the Abscheidungsprozess can be adjusted. This will be explained in more detail below.

Das Geflecht der Drähte 1903, die die Außenseite des Verbrauchsmaterials 1900 bilden, erfolgt in einem allgemeinen schraubenförmigen Muster, ähnlich den bekannten Drahtflechttechniken, aber ein Leerraum 1910 bleibt im Kern des Verbrauchsmaterials 1900 gewahrt. Wie in 19A, können die Drähte 1903 in einigen Ausführungsformen den gleichen Durchmesser und die gleiche Zusammensetzung haben, während die Drähte 1903 in anderen Ausführungsformen andere Eigenschaften haben können. Ein Beispiel dessen ist in 19C dargestellt, wo das Geflecht einen ersten Drahttyp 1903 mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Zusammensetzung und einen zweiten Drahttyp 1905 mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Zusammensetzung enthält. Natürlich können in einigen Ausführungsformen die Durchmesser der Drähte 1903/1905 verschieden sein, während die Zusammensetzungen die gleichen sein können. Wie in 19C gezeigt, wechseln sich die verschiedenen Drähte 1903/1905 um den Umfangsrand des Querschnitts des Verbrauchsmaterials 1900 herum ab. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die Drähte 1903/1905 verschiedene Schmelztemperaturen haben, was nach Bedarf angepasste Abscheidungsprofile und Schichtungen erlauben kann.The network of wires 1903 that the outside of the consumable 1900 form takes place in a general helical pattern, similar to the known wire braiding techniques, but a void 1910 remains at the core of the consumable 1900 maintained. As in 19A , the wires can 1903 in some embodiments have the same diameter and the same composition while the wires 1903 in other embodiments may have other properties. An example of this is in 19C shown where the braid is a first type of wire 1903 with a first diameter and a first composition and a second wire type 1905 containing a second diameter and a second composition. Of course, in some embodiments, the diameters of the wires 1903 / 1905 be different while the compositions may be the same. As in 19C shown, the different wires alternate 1903 / 1905 around the peripheral edge of the cross-section of the consumable 1900 around. In other exemplary embodiments, the wires 1903 / 1905 have different melting temperatures, which may allow customized deposition profiles and laminations as needed.

Der Leerraum 1910 sollte so bemessen sein, dass das Verbrauchsmaterial 1900' in dem Abscheidungsprozess relativ stabil bleibt. Wenn der Leerraum zu groß ist, so kann das Verbrauchsmaterial instabil werden und behält nicht seine Integrität in dem Abscheidungsprozess. In beispielhaften Ausführungsformen liegt der Durchmesser des Leerraums 1910 im Bereich von 5 bis 40% des effektiven Durchmessers des Verbrauchsmaterials 1900'. Der „Durchmesser des Leerraums” 1910 ist der Durchmesser des größten kreisrunden Querschnitts, der in dem Leerraum 1910 untergebracht werden kann, wie in 19C als gestrichelter Kreis gezeigt. Der „effektive Durchmesser” des Verbrauchsmaterials 1900' ist der Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Querschnittsfläche der kombinierten Querschnittsfläche sämtlicher Drähte 1903/1905, aus denen das Verbrauchsmaterial 1900' besteht.The white space 1910 should be such that the consumables 1900 ' remains relatively stable in the deposition process. If the void is too large, the consumable may become unstable and will not retain its integrity in the deposition process. In exemplary embodiments, the diameter of the void is 1910 in the range of 5 to 40% of the effective diameter of the consumable 1900 ' , The "diameter of the void" 1910 is the diameter of the largest circular cross section that is in the void 1910 can be accommodated, as in 19C shown as a dashed circle. The "effective diameter" of the consumable 1900 ' is the diameter of a circle with the same cross-sectional area of the combined cross-sectional area of all the wires 1903 / 1905 that make up the consumables 1900 ' consists.

Wie oben angedeutet, kann das Verbrauchsmaterial 1900 mit einem mittigen Leerraum 1910 während des Abscheidungsprozesses geformt werden, um eine Änderung der Abscheidungseigenschaften des Verbrauchsmaterials zu erlauben. Dies ist allgemein in den 20A und 20B dargestellt, wo das Verbrauchsmaterial 1900 in eine Richtung relativ zur Vorschubrichtung des Verbrauchsmaterials gequetscht wurde, um die gewünschte Breite der Abscheidung zu erreichen. Wie im vorliegenden Text beschrieben, können Prozesse und Systeme der vorliegenden Erfindung dafür verwendet werden, komplexe Formen mittels additiver Herstellung herzustellen. Somit können Werkstück und Formen mit variierenden Dicken usw. hergestellt werden. Das in den 19B und 19C gezeigte Verbrauchsmaterial 1900 erlaubt es, diese komplexen Formen und verschiedenen Dicken dank des Leerraums auf einfache Weise herzustellen. In 20A wird das Verbrauchsmaterial in einer Richtung normal zur Vorschubrichtung gequetscht, was das Verbrauchsmaterial 1900 relativ zur Vorschubrichtung schmaler macht. Dadurch wird die resultierende Abscheidung schmaler als der ursprüngliche Durchmesser des Verbrauchsmaterials. Gleichermaßen zeigt 20B das gleiche Verbrauchsmaterial 1900, das in einer Richtung entlang der Vorschubrichtung gequetscht wird, was zu einer Verbreiterung des Verbrauchsmaterials 1900 relativ zur Vorschubrichtung führt. Darum kann mit einem solchen Quetschen nach Bedarf eine breitere Abscheidung hergestellt werden. Wie oben beschrieben, sollte der Leerraum 1910 eine Größe bzw. einen Durchmesser haben, der die Verformung des Verbrauchsmaterials 1900 erlaubt, um seine relative Breite im Vergleich zu seinem nicht-komprimierten Zustand zu ändern.As indicated above, the consumable material 1900 with a central white space 1910 during the deposition process to allow a change in the deposition characteristics of the consumable. This is common in the 20A and 20B shown where the consumables 1900 was squeezed in a direction relative to the feed direction of the consumable to achieve the desired width of the deposit. As described herein, processes and systems of the present invention can be used to fabricate complex shapes by additive manufacturing. Thus, workpiece and molds having varying thicknesses, etc. can be produced. That in the 19B and 19C shown consumables 1900 Thanks to the white space, these complex shapes and different thicknesses can be easily produced. In 20A The consumables are squeezed in a direction normal to the feed direction, which is the consumable 1900 makes narrow relative to the feed direction. As a result, the resulting deposit becomes narrower than the original diameter of the consumable. Equally shows 20B the same consumables 1900 which is squeezed in a direction along the feed direction, resulting in a broadening of the consumable 1900 relative to the feed direction leads. Therefore, with such squeezing, a wider deposition can be made as needed. As described above, the white space should be 1910 have a size or a diameter that the deformation of the consumable material 1900 allowed to change its relative width compared to its uncompressed state.

In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Leerraum 1910 mit einem Flussmittel oder Pulver einer gewünschten chemischen Zusammensetzung gefüllt werden, die für die Abscheidung benötigt wird. Dies kann das Zuführen eines gewünschten Materials zu dem Aufbau unterstützen, das sich nicht so ohne Weiteres in Drahtform bringen oder durch das Schmelzen des Drahtes transferieren lässt. Zum Beispiel kann ein abriebfestes Pulver als ein Flussmittel hinzugefügt werden.In some example embodiments, the void may be 1910 be filled with a flux or powder of a desired chemical composition, which is needed for the deposition. This may assist in delivering a desired material to the structure that does not readily wire or transfer by the melting of the wire. For example, an abrasion-resistant powder may be added as a flux.

20C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Kontaktspitzenbaugruppe 2000 und eines Verbrauchsmaterialzufuhrsystems und -verfahrens, das mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform werden mindestens zwei Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 zu der Kontaktspitzenbaugruppe 2000 und der Kontaktspitze 2040 geleitet, die eine Mündung 2030 hat, die es erlaubt, dass beide Verbrauchsmaterialien hindurchgeführt werden können. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 nicht geflochten. Sie können von derselben Verbrauchsmaterialquelle (Spule, Haspel usw.) stammen oder können von separaten Quellen zugeführt werden. Des Weiteren können sie das gleiche Verbrauchsmaterial sein, das die gleichen Abmessungen und die gleiche Zusammensetzung hat, oder sie können nach Bedarf für eine gegebene Herstellungsoperation verschieden sein. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 mit verschiedenen Raten zugeführt werden, und in einigen Ausführungsformen können die Zufuhrraten während eines Abscheidungsprozesses dynamisch geändert werden. Solche Ausführungsformen erlauben die spezielle Anpassung von Legierungen für den Aufbau während des Abscheidungsprozesses. Zum Beispiel werden während eines ersten Abschnitts des Prozesses die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 mit der gleichen Rate zugeführt, aber auf verschiedenen Stufen des Aufbauprozesses wird das Verbrauchsmaterial 2010 nach Bedarf verlangsamt oder beschleunigt, um die gewünschte chemische Zusammensetzung der Abscheidung zu erzeugen. 20C shows another exemplary embodiment of a contact tip assembly 2000 and a consumable supply system and method that can be used with embodiments of the present invention. In this embodiment, at least two consumables 2010 and 2020 to the contact tip assembly 2000 and the contact tip 2040 passed an estuary 2030 which allows both consumables to be passed through. In contrast to the embodiments described above, the consumables 2010 and 2020 not braided. They can come from the same source of consumables (reel, reel, etc.) or can be supplied from separate sources. Furthermore, they may be the same consumable having the same dimensions and composition, or they may be different as needed for a given manufacturing operation. In other exemplary embodiments, the consumables 2010 and 2020 be supplied at different rates, and in In some embodiments, the feed rates may be changed dynamically during a deposition process. Such embodiments allow for the special adaptation of alloys for construction during the deposition process. For example, during a first portion of the process, the consumables become 2010 and 2020 supplied at the same rate, but at various stages of the building process becomes the consumable 2010 slows or accelerates as needed to produce the desired chemical composition of the deposit.

Des Weiteren sind zwar zwei Verbrauchsmaterialien gezeigt, doch können andere Ausführungsformen nach Bedarf drei oder mehr verwenden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 zu der Mündung 2030 geführt (die von ovaler Form oder jeder anderen Form sein kann, um das Verbrauchsmaterialien aufzunehmen) und werden dann mit bekannten Verbrauchsmaterialzufuhrsystemen zu dem Werkstück geführt. Während der Abscheidung wird die Kontaktspitze 2040 dergestalt orientiert, dass die Verbrauchsmaterialien das gewünschte Abscheidungsprofil bereitstellen. Des Weiteren ist die Kontaktspitze 2040 drehbar (wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen), damit die Verbrauchsmaterialien gemäß den Vorgaben ausgerichtet werden können und die Form oder das Profil des Abscheidungsprozesses nach Bedarf geändert werden kann. Zum Beispiel, wie gezeigt, zeigt die Ausrichtung links eine Ausrichtung in einer Linie, was zu einer schmalen Abscheidung auf dem Werkstück führt, aber mit einer größeren Höhe, da die Verbrauchsmaterialien auf einer Linie in der Vorschubrichtung liegen. Dann kann die Kontaktspitze 2040 nach Bedarf in die rechts gezeigte Position gedreht werden. Die Rotation kann durch die Steuereinheit 195 und Motoren usw. herbeigeführt werden und kann während Änderungen der Abscheidungsrichtung verwendet werden, ohne die Ausrichtung des Brenners verändern zu müssen. Die Positionierung auf der rechten Seite kann verwendet werden, wenn es gewünscht wird, die Breite der Abscheidung in der Vorschubrichtung zu vergrößern. Es ist ebenfalls anzumerken, dass es in einigen Ausführungsformen nicht notwendig zu sein braucht, beide Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 gleichzeitig zuzuführen. In solchen Ausführungsformen würden die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 durch separate Drahtzufuhrvorrichtungen (nicht gezeigt) zugeführt werden, und die Steuereinheit 195 kann steuern, welches der Verbrauchsmaterialien zugeführt wird oder ob sie gleichzeitig zugeführt werden. In solchen Ausführungsformen braucht das nicht geführte Verbrauchsmaterial nicht aus der Mündung 2030 zurückgezogen zu werden und kann somit verwendet werden, um die Positionierung des gerade zugeführten Verbrauchsmaterials aufrecht zu erhalten. In solchen Ausführungsformen kann das Zuführen der Verbrauchsmaterialien durch die Steuereinheit 195 gesteuert werden, die entweder eines oder beide der Verbrauchsmaterialien nach Bedarf in einem gegebenen Moment während des Prozesses zuführt.Furthermore, while two consumables are shown, other embodiments may use three or more as needed. In the embodiment shown, the consumables 2010 and 2020 to the mouth 2030 (which may be of oval shape or any other shape to accommodate the consumables) and are then fed to the workpiece by known consumable supply systems. During deposition, the contact tip becomes 2040 oriented so that the consumables provide the desired deposition profile. Furthermore, the contact tip 2040 rotatable (as in the embodiments described above), so that the consumables can be aligned according to the specifications and the shape or the profile of the deposition process can be changed as needed. For example, as shown, the left alignment indicates alignment in a line, resulting in a narrow deposition on the workpiece, but with a greater height, since the consumables lie in line in the feed direction. Then the contact tip 2040 be rotated as needed to the position shown on the right. The rotation can be through the control unit 195 and motors, etc. and can be used during changes in the direction of deposition without having to change the orientation of the burner. The positioning on the right side can be used if it is desired to increase the width of the deposition in the feed direction. It should also be noted that in some embodiments it may not be necessary to use both consumables 2010 and 2020 feed simultaneously. In such embodiments, the consumables would 2010 and 2020 supplied by separate wire feeders (not shown) and the control unit 195 can control which of the consumables is supplied or whether they are supplied simultaneously. In such embodiments, the un-guided consumable does not need to exit the mouth 2030 can be withdrawn and thus can be used to maintain the positioning of the currently supplied consumable. In such embodiments, the supply of consumables by the control unit 195 which supplies either one or both of the consumables as needed at a given moment during the process.

Des Weiteren nutzt in der in 20C gezeigten Ausführungsform jedes der Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 den gleichen Strom, da sie durch eine einzelne Mündung 2030 geführt werden. In solchen Ausführungsformen kann der Strom aus einer einzelnen Stromquelle kommen, und der Strom wird durch beide Verbrauchsmaterialien gemeinsam genutzt. Jedoch zeigt 20D eine andere beispielhafte Ausführungsform. In der in 20D gezeigten Ausführungsform enthält die Kontaktspitzenbaugruppe 2000 zwei elektrisch isolierbare Kontaktspitzenabschnitte 2015 und 2025. Die Spitzenabschnitte 2015 und 2025 führen die Verbrauchsmaterialien 2010 bzw. 2020 zu. Jedoch enthält die Baugruppe 2000 eine Umschaltvorrichtung oder einen Umschaltmechanismus 2050, die bzw. der den Spitzenabschnitte 2015 und 2025 elektrisch miteinander koppeln kann, dergestalt, dass sie einen Strom gemeinsam nutzen, oder die Spitzenabschnitte elektrisch voneinander isolieren können. In einer beispielhaften Ausführungsform ist jeder der Spitzenabschnitte 2015 und 2025 mit einer separaten Stromversorgung (PS Nr. 1 und PS Nr. 2) gekoppelt. Wenn der Schalter 2050 in einer offenen Position steht, so kann jede jeweilige Stromversorgung einen separaten und eigenständigen Erwärmungsstrom in die jeweiligen Verbrauchsmaterialien einspeisen. In solchen Ausführungsformen können die Verbrauchsmaterialien mit verschiedenen Raten abgeschieden werden und/oder können in Größe und Zusammensetzung verschieden sein. Dies kann unter Verwendung mehrerer Verbrauchsmaterialien so gesteuert und verwendet werden wie in ähnlichen oben beschriebenen Ausführungsformen. Jedoch kann in dieser Ausführungsform die Steuereinheit 195 nach Bedarf den Schalter schließen; in diesem Moment werden die Kontaktspitzenabschnitte 2015 und 2025 elektrisch gekoppelt und können ein einzelnes Stromsignal von einer der Stromversorgungen PS Nr. 1 oder PS Nr. 2 nutzen. In solchen Ausführungsformen braucht es nur erforderlich zu sein, eine einzelne Stromversorgung für eine bestimmte Operation zu betreiben, um den Stromverbrauch zu senken und/oder die Notwendigkeit der Synchronisierung von Signalen zu beseitigen. In solchen Ausführungsformen kann der Schalter 2050 geschlossen werden, damit nun jeder der Spitzenabschnitte 2015 und 2025 mit dem anderen gekoppelt werden kann, so dass die Verbrauchsmaterialien 2010 und 2020 das selbe Signal von einer einzelnen Quelle gemeinsam nutzen. Wenn der Schalter 2050 geöffnet wird, so werden die Spitzenabschnitte elektrisch voneinander isoliert (über ein dielektrisches Material oder ein anderes zweckmäßiges Mittel), und wenn beide Verbrauchsmaterialien abgeschieden werden sollen, so würden sie separate Signale von separaten Stromversorgungen empfangen. Alternativ braucht es an irgend einem Punkt während einer Abscheidungsoperation lediglich erforderlich zu sein, dass ein einzelnes Verbrauchsmaterial abgeschieden wird. Somit wird nur eine einzige Stromversorgung betrieben, aber der Schalter 2050 wird geöffnet, um das andere Verbrauchsmaterial aus Sicherheitsgründen zu isolieren. Der Umschaltmechanismus 2050 kann jede beliebige Schalterstruktur sein, die in der Lage ist, die Spitzenabschnitte 2015 und 2025 zu isolieren und zu verbinden, und kann nach Bedarf in die Spitzenbaugruppe 2000 integriert oder von der Baugruppe 2000 räumlich abgesetzt sein.Furthermore, uses in the in 20C shown embodiment of each of the consumables 2010 and 2020 the same stream, as they pass through a single muzzle 2030 be guided. In such embodiments, the power may come from a single power source, and the power is shared by both consumables. However, shows 20D another exemplary embodiment. In the in 20D The illustrated embodiment includes the contact tip assembly 2000 two electrically isolatable contact tip sections 2015 and 2025 , The top sections 2015 and 2025 lead the consumables 2010 respectively. 2020 to. However, the assembly contains 2000 a switching device or a switching mechanism 2050 , the or the top sections 2015 and 2025 electrically coupled together, such that they share a current, or electrically isolate the tip portions of each other. In an exemplary embodiment, each of the tip sections 2015 and 2025 with a separate power supply (PS No. 1 and PS No. 2) coupled. When the switch 2050 is in an open position, then each respective power supply can feed a separate and independent heating current into the respective consumables. In such embodiments, the consumables may be deposited at different rates and / or may vary in size and composition. This can be controlled and used using multiple consumables as in similar embodiments described above. However, in this embodiment, the control unit 195 close the switch as needed; at this moment, the contact tip sections become 2015 and 2025 electrically coupled and can use a single current signal from one of the power supplies PS No. 1 or PS No. 2. In such embodiments, it only needs to be required to operate a single power supply for a particular operation in order to reduce power consumption and / or eliminate the need to synchronize signals. In such embodiments, the switch 2050 closed, so now each of the top sections 2015 and 2025 can be coupled with the other, so that the consumables 2010 and 2020 share the same signal from a single source. When the switch 2050 is opened, the tip portions are electrically isolated from each other (via a dielectric material or other convenient means), and if both consumables are to be deposited, they would receive separate signals from separate power supplies. Alternatively, at some point during a deposition operation, it merely needs to be required to deposit a single consumable. Thus, only a single power supply is operated, but the switch 2050 opens to isolate the other consumables for safety reasons. The switching mechanism 2050 can be any switch structure that is capable of the tip sections 2015 and 2025 to insulate and connect, and can be placed in the tip assembly as needed 2000 integrated or from the assembly 2000 be spatially separated.

Wir wenden uns nun den 21A und 21B zu, wo eine schaubildhafte Ansicht einer repräsentativen Kontaktspitzenbaugruppe 1950 gezeigt ist, die das Verbrauchsmaterial 1900 von 19B verwendet. Die 21A und 21B zeigen eine Ansicht, die am Austrittsabschnitt der Kontaktspitzenbaugruppe 1950 nach oben blickt, wobei 21A das Verbrauchsmaterial in einem nicht-komprimierten Zustand zeigt und 21B das Verbrauchsmaterial 1900 in einem komprimierten Zustand zeigt. Es ist anzumerken, dass die folgende Beschreibung der Kontaktspitzenbaugruppe 1950 beispielhaft sein soll und dass dem Fachmann einleuchtet, dass auch andere Konfigurationen und Designs verwendet werden können, um das Verbrauchsmaterial 1900 nach Bedarf zu formen, um die gewünschte Abscheidung während eines additiven Herstellungsprozesses zu erreichen.We turn now to the 21A and 21B to where is a diagrammatic view of a representative contact tip assembly 1950 shown is the consumable 1900 from 19B used. The 21A and 21B show a view at the exit portion of the contact tip assembly 1950 looks upwards, being 21A shows the consumable in a non-compressed state and 21B the consumables 1900 in a compressed state. It should be noted that the following description of the contact tip assembly 1950 by way of example, and that those skilled in the art will appreciate that other configurations and designs may be used to provide the consumable 1900 mold as needed to achieve the desired deposition during an additive manufacturing process.

Wie gezeigt, hat die Kontaktspitzenbaugruppe 1950 eine Verbrauchsmaterialöffnung 1951, durch die Verbrauchsmaterial hindurchfährt. Obgleich die Öffnung 1951 als Quadrat gezeigt ist, sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt, und es können auch andere Formen verwendet werden, solange das Verbrauchsmaterial 1900 sowohl in seinem komprimierten als auch in seinem nicht-komprimierten Zustand hindurchpasst. In der gezeigten Ausführungsform hat die Baugruppe 1950 zwei Paare Kontaktstößel 1953 und 1955. Die Stößel sind, wie gezeigt, relativ zu der Öffnung 1951 beweglich, dergestalt, dass sie sich in die Öffnung hinein erstrecken können und so eine Kompressionskraft auf das Verbrauchsmaterial 1900 ausüben. Die Kontaktstößel 1953 und 1955 sind so ausgerichtet, dass ein Paar Stößel 1953 in einer Richtung normal zur Bewegungsrichtung des anderen Satzes Stößel 1955 beweglich ist. Somit können, wie in 21B gezeigt, die Stößel 1953/1955 das Verbrauchsmaterial 1900 in eine gewünschte Richtung quetschen, um die gewünschte Form zu erhalten. Jeder Satz Stößel kann mittels bekannter Betätigungsvorrichtungen 1956, wie zum Beispiel Linearaktuatoren usw., bewegt werden und kann durch die Steuereinheit 195 (in diesen Figuren nicht gezeigt) gesteuert werden. Des Weiteren ist jeder dieser Stößel 1953/1955 dafür konfiguriert, die Erwärmungsstromwellenform an das Verbrauchsmaterial 1900 zu übermitteln, dergestalt, dass der Erwärmungsstrom dem Verbrauchsmaterial 1900 über die Stößel zugeführt wird. Es ist anzumerken, dass zwar ein einzelner Aktuator 1956 und eine einzelne Vorspannung 1957 in den Figuren gezeigt sind, dass aber beispielhafte Ausführungsformen ähnliche Komponenten für jeden der Stößel haben würden.As shown, the contact tip assembly has 1950 a consumable opening 1951 through which consumables pass. Although the opening 1951 As a square, embodiments of the present invention are not limited in this respect, and other shapes may be used as long as the consumable material 1900 in both its compressed and uncompressed state. In the embodiment shown, the assembly has 1950 two pairs of contact plungers 1953 and 1955 , The plungers are, as shown, relative to the opening 1951 movable, such that they can extend into the opening and so a compressive force on the consumables 1900 exercise. The contact plunger 1953 and 1955 are aligned so that a pair of plungers 1953 in one direction normal to the direction of movement of the other set of plungers 1955 is mobile. Thus, as in 21B shown the pestles 1953 / 1955 the consumables 1900 squeeze in a desired direction to obtain the desired shape. Each set of plungers can by known actuators 1956 , such as linear actuators, etc., can be moved and controlled by the control unit 195 (not shown in these figures). Furthermore, each of these rams 1953 / 1955 configured to apply the heating current waveform to the consumable 1900 in such a way that the heating current is consumable 1900 is fed via the plunger. It should be noted that although a single actuator 1956 and a single bias 1957 are shown in the figures, but exemplary embodiments would have similar components for each of the plungers.

Wie in 21A gezeigt, stellt während eines nicht-komprimierten Zustands jeder dieser Stößel 1953/1955 einen Kontakt mit dem Verbrauchsmaterial 1900 her, um den Erwärmungsstrom zuzuführen. Die Stößel 1953/1955 werden in einer Position relativ zu der Öffnung 1951 gehalten, um sicherzustellen, dass Verbrauchsmaterial 1900 in seinem natürlichen Zustand gehalten wird. Dann wird während der Abscheidung bestimmt (zum Beispiel durch die Steuereinheit), dass eine Breite des Verbrauchsmaterials geändert werden sollte, um eine gewünschte Abscheidungskonfiguration zu erreichen: Entweder sollte das Verbrauchsmaterial nach Bedarf breiter oder schmaler gemacht werden. Auf der Basis dieser Informationen veranlasst die Steuereinheit 195 eine Betätigung der Stößel 1955 (über Aktuatoren 1956) und ihre Einwärtsbewegung, um das Verbrauchsmaterial 1900 zusammenzudrücken, wie in 21B gezeigt. Zusätzlich werden, um die Änderung der Form des Verbrauchsmaterials 1900 aufzunehmen, die Stößel 1953 zurückgezogen, damit sich die Form des Verbrauchsmaterials ändern kann. Jedoch haben in beispielhaften Ausführungsformen die zurückgezogenen Stößel 1953 immer noch Kontakt mit dem Verbrauchsmaterial 1900, um das Verbrauchsmaterial 1900 in der richtigen Position zu halten und den Erwärmungsstrom zuzuführen.As in 21A shown during a non-compressed state, each of these plungers 1953 / 1955 a contact with the consumables 1900 to supply the heating current. The pestles 1953 / 1955 be in a position relative to the opening 1951 kept to ensure that consumables 1900 kept in its natural state. Then, during the deposition, it is determined (for example, by the controller) that a width of the consumable should be changed to achieve a desired deposition configuration: Either the consumable should be made wider or narrower as needed. On the basis of this information, the control unit initiates 195 an actuation of the plunger 1955 (via actuators 1956 ) and their inward movement to the consumables 1900 to compress, as in 21B shown. In addition, to change the shape of the consumable 1900 to pick up the pestles 1953 withdrawn so that the shape of the consumable can change. However, in exemplary embodiments, the recessed plungers have 1953 still in contact with the consumables 1900 to the consumables 1900 to hold in the correct position and to supply the heating current.

Während des Abscheidungsprozesses kann die Form des Verbrauchsmaterials 1900 durch Bewegen der Stößel dynamisch geändert werden, um die gewünschten Form zu erreichen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 195 die Stößel 1953/1955 veranlassen, sich nach Bedarf während der Abscheidung zurückzuziehen und auszufahren, um die Form des Verbrauchsmaterials 1900 zu ändern und von einer breiten Abscheidung zu einer schmalen Abscheidung und wieder zurück zu gehen, ohne den Abscheidungsprozess anzuhalten.During the deposition process, the shape of the consumable 1900 be changed dynamically by moving the plungers to achieve the desired shape. For example, the control unit 195 the pestles 1953 / 1955 cause it to retreat as needed during deposition and extend to the shape of the consumable 1900 to change from a wide deposit to a narrow deposit and back again without stopping the deposition process.

Wie oben angesprochen, kann die Bewegung oder Betätigung des Stößels 1953/1955 durch beliebige bekannte Aktuatoren oder Bewegungsvorrichtungen ausgeführt werden, um die gewünschte Bewegung herbeizuführen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen (die hier nicht gezeigt sind) kann jeder Stößel in dem jeweiligen Paar Stößel über ein mechanisches Gestänge mit dem anderen verbunden sein, dergestalt, dass ihre relativen Bewegungen gleichförmig beibehalten werden. In solchen Ausführungsformen gibt es keinen separaten Aktuator für jeden Stößel, sondern ein einzelner Aktuator kann für jedes jeweilige Paar verwendet werden, und dank eines mechanischen Gestänges bewegt sich jeder Stößel entsprechend.As mentioned above, the movement or actuation of the plunger 1953 / 1955 be performed by any known actuators or moving devices to bring about the desired movement. In some example embodiments (not shown here), each plunger in the respective pair of plungers may be connected to the other via a mechanical linkage, such that their relative movements be maintained uniform. In such embodiments, there is no separate actuator for each plunger, but a single actuator can be used for each respective pair, and thanks to a mechanical linkage, each plunger moves accordingly.

Des Weiteren kann, wie oben angedeutet, die Steuereinheit 195 die Betätigung der Stößel auf der Basis einer gewünschten zu erzeugenden Form steuern. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Baugruppe 1950 nach Bedarf während der Abscheidungsoperation gedreht werden, um eine gewünschte Form zu erreichen. Das heißt, die Baugruppe 1950 kann mit einem Rotationsmotor und/oder einem robotischen Arm (oder einer anderen ähnlichen Bewegungsvorrichtung) gekoppelt werden, und die Steuereinheit 195 (oder eine andere Systemsteuereinheit) kann die Baugruppe veranlassen, sich nach Bedarf zu drehen, und kann jeden der Stößel aktivieren lassen, um das gewünschte Verbrauchsmaterial und somit die gewünschte Abscheidungsform zu erreichen.Furthermore, as indicated above, the control unit 195 control the operation of the plunger based on a desired shape to be generated. In other exemplary embodiments, the assembly 1950 rotated as needed during the deposition operation to achieve a desired shape. That is, the assembly 1950 may be coupled to a rotary motor and / or a robotic arm (or other similar moving device), and the control unit 195 (or other system controller) may cause the assembly to rotate as needed, and may activate each of the plungers to achieve the desired consumable and thus the desired deposition shape.

22 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Verbrauchsmaterials 2000, das mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Verbrauchsmaterial 2000 enthält eine ähnliche geflochtene Struktur aus Drähten 2003 mit einem Raum 2010, wie oben beschrieben, aber enthält außerdem einen Ummantelung 2015. Die Ummantelung 2015 kann in einer ähnlichen Weise wie bekannte Ummantelungsstrukturen aufgebaut und ausgebildet sein, die für Schweiß- oder Hartlöt-Verbrauchsmaterialien verwendet werden. Wie gezeigt, umschließt in dieser Ausführungsform die Ummantelung 2015 die Drähte 2003 vollständig und hat eine Naht 2017, die eine Stumpfstoßnaht ist. Die Ummantelung 2015 kann aus jedem Material hergestellt werden, das auf dem Werkstück abgeschieden werden soll. In einigen Ausführungsformen kann die Ummantelung 2015 das gleiche Material sein wie die Drähte 2003, während in anderen Ausführungsformen die Ummantelung aus einem anderen Material bestehen oder eine andere Zusammensetzung haben kann. Die Ummantelung 2015 kann auch dabei helfen, dass das Verbrauchsmaterial 2000 seine Form behält, nachdem es durch die Stößel in der Kontaktspitzenbaugruppe der 21A und 21B umgeformt wurde. Genauer gesagt, bewirkt das Quetschen des Drahtes durch die Mündung 1951, dass sich die Ummantelung 2015 plastisch verformt, wodurch bewirkt wird, dass das Verbrauchsmaterial 2000 die gewünschte Form leichter beibehält. Das kann es erlauben, dass der Vorstand des Verbrauchsmaterials 2000 während eines Abscheidungsprozesses größer wird. 22 shows another exemplary embodiment of a consumable 2000 that can be used with exemplary embodiments of the present invention. The consumables 2000 contains a similar braided structure of wires 2003 with a room 2010 as described above, but also includes a sheath 2015 , The jacket 2015 may be constructed and configured in a similar manner to known cladding structures used for welding or brazing consumables. As shown, in this embodiment, the sheath encloses 2015 the wires 2003 completely and has a seam 2017 which is a butt joint. The jacket 2015 can be made of any material that is to be deposited on the workpiece. In some embodiments, the sheath may 2015 the same material as the wires 2003 while in other embodiments, the sheath may be made of a different material or may have a different composition. The jacket 2015 can also help with that consumable 2000 it retains its shape after being hit by the plungers in the contact tip assembly 21A and 21B was reshaped. More precisely, it causes the wire to squeeze through the mouth 1951 that is the sheath 2015 plastically deformed, which causes the consumable material 2000 maintains the desired shape more easily. That may allow the board of consumables 2000 grows larger during a deposition process.

23 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verbrauchsmaterial 2100, das mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Verbrauchsmaterial 2100 enthält eine Ummantelung 2110 und einen Kern 2120, wobei die Ummantelung 2110 eine niedrigere Schmelztemperatur hat als der Kern 2120. Aufgrund einer solchen unterschiedlichen Schmelztemperatur können Ausführungsformen des Verbrauchsmaterials 2100 eine bessere Kontrolle über die Herstellung einer Komponente bieten. In Ausführungsformen, wo das Verbrauchsmaterial gänzlich mit der allgemein gleichen Temperatur schmilzt, spielt die Dynamik der schmelzflüssigen erzeugten Pfütze eine wichtige Rolle im Abscheidungs- und Aufbauprozess. In bestimmten Fällen kann die Kontrolle der Pfütze schwierig sein, insbesondere in Hochpräzisions-Herstellungsprozessen oder wenn die Dicke des hergestellten Werkstücks sehr dünn ist. In solchen Anwendungen kann die Pfützendynamik schwer zu kontrollieren und zu berücksichtigen sein. Wenn jedoch das Verbrauchsmaterial 2100 verwendet wird, so schmilzt die Ummantelung 2110 vor dem Kern 2120. Das schmelzflüssige Ummantelungsmaterial bildet dann eine schmelzflüssige Matrix, um das Kernmaterial an dem Werkstück anzuhaften. In solchen Anwendungen nimmt die Bedeutung der Pfütze ab, und in einigen Fällen kann auf die Pfütze verzichtet werden. Des Weiteren kann in alternativen Ausführungsformen die Größe und/oder Tiefe der Pfütze reduziert werden, da die Pfütze und das schmelzflüssige Ummantelungsmaterial zusammenarbeiten, um das Kernmaterial an dem Werkstück anzuhaften. Darum kann die Dynamik der Pfütze von geringerer Bedeutung sein, wenn das Verbrauchsmaterial 2100 verwendet wird. 23 shows another exemplary consumable 2100 that can be used with embodiments of the present invention. The consumables 2100 contains a sheath 2110 and a core 2120 , where the sheath 2110 has a lower melting temperature than the core 2120 , Due to such a different melting temperature, embodiments of the consumable 2100 to provide better control over the manufacture of a component. In embodiments where the consumable melts entirely at generally the same temperature, the dynamics of the molten puddle produced plays an important role in the deposition and build process. In certain cases, the control of the puddle may be difficult, especially in high-precision manufacturing processes or when the thickness of the manufactured workpiece is very thin. In such applications, puddle dynamics can be difficult to control and account for. However, if the consumables 2100 is used, then melts the sheath 2110 in front of the core 2120 , The molten shell material then forms a molten matrix to adhere the core material to the workpiece. In such applications, the importance of the puddle decreases, and in some cases the puddle can be dispensed with. Furthermore, in alternative embodiments, the size and / or depth of the puddle may be reduced as the puddle and molten shell material cooperate to adhere the core material to the workpiece. Therefore, the dynamics of the puddle may be of less importance when the consumables 2100 is used.

In beispielhaften Ausführungsformen kann der Kern 2120 ein massiver Kern sein, während in anderen Ausführungsformen der Kern 2120 Pulver oder Partikel eines gewünschten Materials sein kann. In solchen Ausführungsformen kann das Verbrauchsmaterial 2100 geformt sein (wie oben besprochen), um eine gewünschte Abscheidung zu erreichen. Das heißt, weil der Kern 2120 Pulver oder körnig sein kann, kann das Äußere des Verbrauchsmaterials 2100 geformt und gequetscht werden, um ein gewünschtes Verbrauchsmaterialprofil zu erreichen. In weiteren Ausführungsformen kann das Verbrauchsmaterial so aufgebaut sein wie das, das mindestens in 22 gezeigt ist, wobei die Ummantelung mehrere einzelne Drähte umgibt und wobei mindestens einige (oder alle) der Drähte 2003 eine Schmelztemperatur haben, die höher als die der Ummantelung 2015 ist. In einigen solchen Ausführungsformen können sogar die Drähte 2003 verschiedene Schmelztemperaturen relativ zueinander haben. Zum Beispiel kann eine erste Anzahl der Drähte 2003 eine erste Schmelztemperatur haben (die höher als die Schmelztemperatur der Ummantelung ist), und eine zweite Anzahl der Drähte 2003 kann eine Schmelztemperatur haben, die entweder höher oder niedriger als die Schmelztemperatur der ersten Anzahl von Drähten 2003 ist. Solche Ausführungsformen können eine erhöhte Flexibilität beim Schmelz- und Aufbauprofil des Verbrauchsmaterials bereitstellen. Des Weiteren werden in einigen Ausführungsformen die Wärmequelle (zum Beispiel ein Laser) und/oder der Strom dergestalt gesteuert, dass mindestens ein Teil des Kerns 2120 ebenfalls während des Abscheidungsprozesses geschmolzen wird. Jedoch wird in anderen Ausführungsformen das Material des Kerns 2120 während des Abscheidungsprozesses nicht geschmolzen. Das heißt, die Ummantelung 2110 wird geschmolzen, und das flüssige Ummantelungsmaterial wird dafür verwendet, das ungeschmolzene Kernmaterial an dem Werkstück zu halten. In solchen Ausführungsformen wird das Werkstück in Schichten erzeugt, wobei schmelzflüssiges Ummantelungsmaterial und Kernmaterial sich abwechseln. Es ist anzumerken, dass 23 zwar das Verbrauchsmaterial 2100 mit einem kreisrunden Querschnitt zeigt, dass aber Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind. Das Verbrauchsmaterial 2100 kann nach Bedarf auch jede gewünschte Form haben, die dem Aufbau des Werkstücks nützt. Zum Beispiel kann das Verbrauchsmaterial 2100 einen quadratischen, rechteckigen, polygonalen oder elliptischen Querschnitt haben. Natürlich können auch anderen Formen verwendet werden.In exemplary embodiments, the core 2120 a solid core while in other embodiments the core 2120 Powder or particles of a desired material may be. In such embodiments, the consumable 2100 be shaped (as discussed above) to achieve a desired deposition. That is because the core 2120 Powder or grainy may be the exterior of the consumable 2100 be shaped and crushed to achieve a desired consumption profile. In further embodiments, the consumable may be constructed as that which is at least in 22 wherein the sheath surrounds a plurality of individual wires and at least some (or all) of the wires 2003 have a melting temperature higher than that of the cladding 2015 is. In some such embodiments, even the wires 2003 have different melting temperatures relative to each other. For example, a first number of wires 2003 have a first melting temperature (which is higher than the melting temperature of the jacket), and a second number of wires 2003 may have a melting temperature that is either higher or lower than the melting temperature of the first number of wires 2003 is. Such embodiments may provide increased flexibility in the melt and build profile of the consumable. Further, in some embodiments, the heat source (eg, a laser) and / or the current is controlled such that at least a portion of the core 2120 is also melted during the deposition process. However, in other embodiments, the material of the core becomes 2120 not melted during the deposition process. That is, the sheath 2110 is melted, and the liquid coating material is used to hold the unmelted core material to the workpiece. In such embodiments, the workpiece is produced in layers with molten shell material and core material alternating. It should be noted that 23 although the consumables 2100 with a circular cross-section shows, however, that embodiments of the present invention are not limited in this respect. The consumables 2100 can also have any desired shape as needed, which benefits the structure of the workpiece. For example, the consumable material 2100 have a square, rectangular, polygonal or elliptical cross-section. Of course, other shapes can also be used.

In beispielhaften Ausführungsformen werden die Materialien der Ummantelung 2110 und des Kerns 2120 dergestalt ausgewählt, dass die Ummantelung 2110 bei einer Temperatur schmilzt, die im Bereich von 5 bis 45% unter der Temperatur des Kernmaterials liegt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen liegt die Schmelztemperatur der Ummantelung 2110 im Bereich von 10 bis 35% unter der des Kernmaterials. Natürlich ist die genaue Zusammensetzung der Materialien für die Ummantelung und für den Kern auf der Basis der gewünschten Zusammensetzung und des gewünschten Aufbaus des aufgebauten Werkstücks auszuwählen.In exemplary embodiments, the materials of the sheath 2110 and the core 2120 chosen such that the sheath 2110 melts at a temperature which is in the range of 5 to 45% below the temperature of the core material. In further exemplary embodiments, the melting temperature of the sheath is 2110 in the range of 10 to 35% below that of the core material. Of course, the exact composition of the sheath and core materials must be selected based on the desired composition and construction of the assembled workpiece.

24A zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, wobei das Verbrauchsmaterial 2200 einen nicht-kreisrunden Querschnitt hat, und das Ummantelungsmaterial 2210 erstreckt sich nicht um den gesamten Umfang des Verbrauchsmaterials 2200. Das heißt, das Verbrauchsmaterial 2200 hat einen asymmetrischen Querschnitt. Zum Beispiel ist in der gezeigten Ausführungsform das Ummantelungsmaterial 2210 nur auf einer Seite des Kernmaterials 2220 des Verbrauchsmaterials positioniert. 24B zeigt eine weitere derartige beispielhafte Ausführungsform, wobei die Gesamtform des Verbrauchsmaterials ein Sechseck ist und das Ummantelungsmaterial 2210' nur 5 Seiten des sechseckigen Querschnitts des Kerns 2220' bedeckt. Natürlich können auch andere Formen und Überzüge auf der Basis der gewünschten Leistungs- und Abscheidungseigenschaften des Verbrauchsmaterials verwendet werden. 24C ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform, die ein Verbrauchsmaterial 2200'' mit einem symmetrischen Querschnitt zeigt, aber die Verteilung des Ummantelungsmaterials 2210'' und des Kernmaterials 2220'' ist nicht symmetrisch. Diese Konfiguration erlaubt es, das Verbrauchsmaterial mit Kontaktspitzen und Ausrüstung zu verwenden, die für typische symmetrische Verbrauchsmaterialien ausgelegt sind, aber das Verbrauchsmaterial selbst ist asymmetrisch. In solchen Ausführungsformen schmilzt das Ummantelungsmaterial 2210 und sorgt für die Adhäsion des Kernabschnitts 2220 des Verbrauchsmaterials, aber schmilzt nicht vom gesamten Umfang des Verbrauchsmaterials ab. In solchen Ausführungsformen kann das Verbrauchsmaterial vor der Adhäsion während des Abscheidungsprozesses nach Bedarf ausgerichtet werden. Das Ummantelungsmaterial fungiert als ein Adhäsionsmaterial, das das Kernmaterial an das Werkstück bindet oder bondet. Des Weiteren wird in solchen Ausführungsformen die Strom- oder Wärmezufuhr so gesteuert, dass das gewünschte Schmelzen des Ummantelungsmaterials ohne vollständiges Schmelzen des Kernmaterials erhalten wird. 24A shows another exemplary embodiment, wherein the consumable material 2200 has a non-circular cross-section, and the sheath material 2210 does not cover the entire circumference of the consumable 2200 , That is, the consumable 2200 has an asymmetrical cross-section. For example, in the embodiment shown, the sheath material 2210 only on one side of the core material 2220 of consumables. 24B shows another such exemplary embodiment, wherein the overall shape of the consumable is a hexagon and the sheath material 2210 ' only 5 sides of the hexagonal cross section of the core 2220 ' covered. Of course, other shapes and coatings may be used based on the desired performance and deposition characteristics of the consumable. 24C Another exemplary embodiment is a consumable 2200 '' with a symmetrical cross section, but the distribution of the cladding material 2210 '' and the core material 2220 '' is not symmetrical. This configuration allows you to use the consumables with contact tips and equipment designed for typical symmetrical consumables, but the consumables themselves are asymmetrical. In such embodiments, the sheath material melts 2210 and ensures the adhesion of the core section 2220 consumables, but does not melt away from the total amount of consumables. In such embodiments, the consumable may be aligned as needed prior to adhesion during the deposition process. The sheath material acts as an adhesive material that binds or bonds the core material to the workpiece. Furthermore, in such embodiments, the power or heat input is controlled so that the desired melting of the cladding material is achieved without complete melting of the core material.

24D ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Verbrauchsmaterials 2200''', das mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Verbrauchsmaterial 2200''' ist ähnlich den oben besprochenen, außer dass die Ummantelungsschicht 2210''' einen geschichteten Aufbau hat. In solchen Ausführungsformen kann die Ummantelungsschicht 2210'' entweder ein massives Material sein oder kann ein Flussmittel sein. Praktisch kann in jeder der oben besprochenen Ausführungsformen die Ummantelungsschicht ein Flussmittel sein und braucht keine massive metallische Ummantelung zu sein. In diesen Ausführungsformen kann es – in einigen Anwendungen – wünschenswert sein, ein Material in der Flussmittelummantelung anzuordnen, das während des Abscheidungsprozesses nicht geschmolzen werden sollte (oder dessen Schmelzen minimiert werden sollte). Um das zu erreichen, verwenden einige Ausführungsformen eine geschichtete Ummantelung oder ein geschichtetes Flussmittel 2210''', wobei die Zusammensetzung des Flussmittels direkt an der Oberfläche S des Kerns 2220''' eine andere ist als die chemische Zusammensetzung des Flussmittels am äußeren Rand des Flussmittels. Dies ist in 24D als Schichten A und B gezeigt, wobei Schicht A eine erste Zusammensetzung hat und Schicht B eine zweite Zusammensetzung hat. Für die Erzeugung dieser Schichten können bekannte Abscheidungstechniken verwendet werden, die im vorliegenden Text nicht besprochen werden müssen. Diese Art von Aufbau erlaubt es, Materialien in der Schicht B der direkten Wärme im Kern 2220''' zu entziehen, die ansonsten Komponenten in der Schicht B schmelzen würde. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, Wolframcarbid in der Pfütze abzuscheiden, das leicht schmelzen könnte, wenn es in direktem Kontakt mit dem Kern 2220''' stünde. In dieser Ausführungsform fungiert die Schicht A als ein Wärmepuffer, was es erlaubt, die Materialien von Schicht B mit allenfalls geringem Schmelzen abzuscheiden. Natürlich versteht es sich, dass die Abgrenzung zwischen den zwei Schichten A und B keine klare, präzise Linie sein muss, sondern dass ein Übergang von einer Zusammensetzung zu einer anderen stattfinden kann. Des Weiteren können die Form und die relative Querschnittsfläche der Schicht B relativ zur Schicht A auf der Basis der gewünschten Zusammensetzung der Anwendung bestimmt werden. 24D ist als eine beispielhafte Ausführungsform gezeigt, und andere Formen und Konfigurationen können verwendet werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. 24D is another exemplary embodiment of a consumable 2200 ''' that can be used with embodiments of the present invention. The consumables 2200 ''' is similar to those discussed above, except that the cladding layer 2210 ''' has a layered structure. In such embodiments, the cladding layer 2210 '' either a solid material or may be a flux. In practice, in any of the embodiments discussed above, the cladding layer may be a flux and need not be a solid metallic cladding. In these embodiments, it may be desirable, in some applications, to place a material in the flux jacket which should not be melted (or whose melting should be minimized) during the deposition process. To accomplish this, some embodiments use a layered jacket or layered flux 2210 ''' , wherein the composition of the flux directly on the surface S of the core 2220 ''' another is the chemical composition of the flux at the outer edge of the flux. This is in 24D as layers A and B, wherein layer A has a first composition and layer B has a second composition. For the production of these layers known deposition techniques can be used, which need not be discussed in the present text. This type of construction allows materials in the layer B of direct heat in the core 2220 ''' which otherwise melt components in layer B. would. For example, it may be desirable to deposit tungsten carbide in the puddle, which could easily melt when in direct contact with the core 2220 ''' would. In this embodiment, the layer A acts as a heat buffer, allowing the materials of layer B to be deposited at best with little melting. Of course, it is understood that the demarcation between the two layers A and B need not be a clear, precise line, but that a transition from one composition to another can take place. Furthermore, the shape and relative cross-sectional area of layer B relative to layer A may be determined based on the desired composition of the application. 24D is shown as an exemplary embodiment, and other shapes and configurations may be used without departing from the spirit or scope of the present invention.

Eine mit einem Computer gekoppelte Benutzerschnittstelle veranschaulicht eine mögliche Hardware-Konfiguration zum Unterstützen der im vorliegenden Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren, einschließlich der Steuereinheit 195, oder ähnlicher Systeme, die zum Steuern und/oder Betreiben der im vorliegenden Dokument beschriebenen Systeme verwendet werden. Um zusätzlichen Kontext für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, soll die folgende Besprechung eine kurze, allgemeine Beschreibung einer geeigneten Computerumgebung geben, in der die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert werden können. Der Fachmann erkennt, dass die Erfindung auch in Kombination mit anderen Programmmodulen und/oder als eine Kombination von Hardware und/oder Software implementiert werden kann. Allgemein enthalten Programmmodule Routinen, Programme, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren.A computer coupled user interface illustrates one possible hardware configuration for supporting the systems and methods described herein, including the controller 195 , or similar systems used to control and / or operate the systems described herein. To provide additional context for various aspects of the present invention, the following discussion is intended to provide a brief, general description of a suitable computing environment in which the various aspects of the present invention may be implemented. Those skilled in the art will recognize that the invention may also be implemented in combination with other program modules and / or as a combination of hardware and / or software. Generally, program modules include routines, programs, components, data structures, etc., that perform certain tasks or implement certain abstract data types.

Darüber hinaus ist dem Fachmann klar, dass die erfindungsgemäßen Verfahren auch mit anderen Computersystemkonfigurationen praktiziert werden können, einschließlich Einzelprozessor- oder Mehrprozessor-Computersystemen, Minicomputern, Großrechnern sowie Personalcomputern, handgehaltenen Computergeräten, Mikroprozessor-gestützter oder programmierbarer Konsumelektronik und dergleichen, von denen jedes mit einer oder mehreren zugehörigen Vorrichtungen wirkgekoppelt sein kann. Die veranschaulichten Aspekte der Erfindung können auch in dezentralen Computerumgebungen praktiziert werden, wo bestimmte Aufgaben durch räumlich abgesetzte Verarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander vernetzt sind. In einer dezentralen Computerumgebung können Programmmodule sowohl in lokalen als auch in räumlich abgesetzten Speichervorrichtungen angeordnet sein.Moreover, those skilled in the art will recognize that the inventive methods may be practiced with other computer system configurations, including single processor or multiprocessor computer systems, minicomputers, mainframes, and personal computers, handheld computing devices, microprocessor-based or programmable consumer electronics, and the like, each including a or several associated devices can be operatively coupled. The illustrated aspects of the invention may also be practiced in distributed computing environments where certain tasks are performed by remote processing devices that are interconnected via a communication network. In a distributed computing environment, program modules may be located in both local and remote storage devices.

Die Steuereinheit 195 kann eine beispielhafte Umgebung zum Implementieren verschiedener Aspekte der Erfindung verwenden, einschließlich eines Computers, wobei der Computer eine Verarbeitungseinheit, einen Systemspeicher und einen Systembus enthält. Der Systembus koppelt Systemkomponenten, einschließlich beispielsweise den Systemspeicher, mit der Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit kann ein beliebiger von verschiedenen handelsüblichen Prozessoren sein. Duale Mikroprozessoren und andere Mehrprozessorarchitekturen können ebenfalls als die Verarbeitungseinheit verwendet werden.The control unit 195 For example, an example environment may be used to implement various aspects of the invention, including a computer, wherein the computer includes a processing unit, a system memory, and a system bus. The system bus couples system components, including, for example, the system memory, to the processing unit. The processing unit may be any of various commercially available processors. Dual microprocessors and other multiprocessor architectures may also be used as the processing unit.

Der Systembus kann eine beliebige von verschiedenen Arten einer Busstruktur sein, einschließlich eines Speicherbusses oder Speichercontrollers, eines peripheren Busses und eines lokalen Busses, die eine Vielzahl verschiedener handelsüblicher Busarchitekturen verwenden. Der Systemspeicher kann Nurlesespeicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM) enthalten. Ein Basic Input/Output System (BIOS), das die grundlegenden Routinen enthält, die helfen, Informationen zwischen Elementen innerhalb des Computers zu übertragen, wie zum Beispiel während des Hochfahrens, wird im ROM gespeichert.The system bus may be any of various types of bus structure, including a memory bus or memory controller, a peripheral bus, and a local bus employing a variety of different commercial bus architectures. The system memory may include read only memory (ROM) and random access memory (RAM). A Basic Input / Output System (BIOS) that contains the basic routines that help transfer information between elements within the computer, such as during startup, is stored in ROM.

Die Steuereinheit 195 kann des Weiteren ein Festplattenlaufwerk, ein Magnetdisklaufwerk, zum Beispiel zum Lesen oder Beschreiben einer Wechseldisk, und ein Optisches-Disk-Laufwerk zum Beispiel zum Lesen einer CD-ROM-Disk oder zum Lesen und Beschreiben anderer optischer Medien enthalten. Der Steuereinheit 195 kann mindestens eine Form computerlesbarer Medien enthalten. Computerlesbare Medien können beliebige verfügbare Medien sein, auf die der Computer zugreifen kann. Als nicht-einschränkende Beispiele können computerlesbare Medien Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen. Computerspeichermedien enthalten flüchtige und nicht-flüchtige, Wechsel- oder Nichtwechsel-Medien, die in beliebigen Verfahren oder Technologien implementiert sind, zum Speichern von Informationen, wie zum Beispiel computerlesbaren Instruktionen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Zu Computerspeichermedien gehören beispielsweise RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder sonstige Medien, die zum Speichern der gewünschten Informationen verwendet werden können und auf die mittels einer mit der Steuereinheit 195 gekoppelten Benutzerschnittstelle zugegriffen werden kann.The control unit 195 may further include a hard disk drive, a magnetic disk drive, for example, to read or write a removable disk, and an optical disk drive, for example, to read a CD-ROM disk or to read and write other optical media. The control unit 195 can contain at least one form of computer-readable media. Computer-readable media can be any available media that the computer can access. As non-limiting examples, computer-readable media may include computer storage media and communication media. Computer storage media includes volatile and nonvolatile, removable or non-removable media implemented in any methods or technologies for storing information such as computer readable instructions, data structures, program modules, or other data. Computer storage media include, for example, RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other storage technologies, CD-ROMs, Digital Versatile Disks (DVD), or other magnetic storage devices or other media that may be used to store the desired information and which may be accessed by using the control unit 195 coupled user interface can be accessed.

Kommunikationsmedien verkörpern in der Regel computerlesbare Instruktionen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal, wie zum Beispiel eine Trägerwelle oder andere Transportmechanismen, und beinhalten jegliche Informationsübermittlungsmedien. Der Begriff „moduliertes Datensignal” meint ein Signal, bei dem eine oder mehrere seiner Eigenschaften in einer solchen Weise eingestellt oder geändert werden, dass Informationen in dem Signal codiert werden. Als nicht-einschränkende Beispiele beinhalten Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, wie zum Beispiel ein verdrahtetes Netzwerk oder eine direkt verdrahtete Verbindung, und drahtlose Medien, wie zum Beispiel akustische, HF-, Infrarot- und andere drahtlose Medien. Kombinationen des oben Genannten sind ebenfalls in den Deutungsbereich computerlesbarer Medien aufzunehmen. Communication media typically embodies computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal, such as a carrier wave or other transport mechanisms, and includes any information delivery media. The term "modulated data signal" means a signal in which one or more of its characteristics are adjusted or changed in such a way as to encode information in the signal. As non-limiting examples, communication media includes wired media, such as a wired network or a direct-wired connection, and wireless media, such as acoustic, RF, infrared, and other wireless media. Combinations of the above are also included in the scope of computer-readable media.

Eine Anzahl von Programmmodulen kann in den Laufwerken und im RAM gespeichert werden, einschließlich eines Betriebssystems, eines oder mehrerer Anwendungsprogramme, sonstiger Programmmodule und Programmdaten. Das Betriebssystem in dem Computer oder der Benutzerschnittstelle 300 kann ein beliebiges aus einer Anzahl handelsüblicher Betriebssysteme sein.A number of program modules may be stored in the drives and RAM, including an operating system, one or more application programs, other program modules, and program data. The operating system in the computer or the user interface 300 can be any of a number of commercially available operating systems.

Des Weiteren kann ein Benutzer Befehle und Informationen in den Computer mit einer Tastatur und einem Zeigegerät, wie zum Beispiel einer Maus, eingeben. Zu anderen Eingabegeräten können ein Mikrofon, eine Infrarotfernbedienung, ein Trackball, ein Stifteingabegerät, ein Joystick, ein Gamepad, ein Digitalisiertablett, eine Satellitenschüssel, ein Scanner oder dergleichen gehören. Diese und andere Eingabegeräte sind oft mit der Verarbeitungseinheit durch eine Serielle-Port-Schnittstelle verbunden, die mit dem Systembus gekoppelt ist, können aber auch durch andere Schnittstellen verbunden sein, wie zum Beispiel einen parallelen Port, einen Gameport, einen Universal Serial Bus („USB”), eine IR-Schnittstelle und/oder verschiedene Drahtlostechnologien. Ein Monitor oder eine andere Art von Anzeigevorrichtung kann ebenfalls mit dem Systembus über eine Schnittstelle, wie zum Beispiel einen Videoadapter, verbunden sein. Eine visuelle Ausgabe kann auch mit einem Fernanzeige-Netzwerkprotokoll, wie zum Beispiel einem Remote Desktop Protocol, VNC, X-Window-System usw., erreicht werden. Zusätzlich zur visuellen Ausgabe enthält ein Computer in der Regel auch andere Ausgabe-Peripheriegeräte, wie zum Beispiel Lautsprecher, Drucker usw.Furthermore, a user may enter commands and information into the computer with a keyboard and a pointing device, such as a mouse. Other input devices may include a microphone, an infrared remote control, a trackball, a pen input device, a joystick, a game pad, a digitizer tablet, a satellite dish, a scanner, or the like. These and other input devices are often connected to the processing unit through a serial port interface coupled to the system bus, but may also be connected through other interfaces, such as a parallel port, game port, universal serial bus (" USB "), an IR interface and / or various wireless technologies. A monitor or other type of display device may also be connected to the system bus via an interface, such as a video adapter. Visual output can also be achieved with a remote display network protocol, such as a Remote Desktop Protocol, VNC, X Window System, and so forth. In addition to visual output, a computer typically also includes other output peripherals, such as speakers, printers, etc.

Ein Anzeigefeld kann mit einer mit der Steuereinheit 195 gekoppelten Benutzerschnittstelle verwendet werden, um Daten zu präsentieren, die elektronisch von der Verarbeitungseinheit kommend erhalten werden. Zum Beispiel kann das Anzeigefeld ein LCD-, Plasma-, KSR- oder ein sonstiger Monitor sein, der Daten elektronisch präsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann das Anzeigefeld empfangene Daten in einem ausgedruckten Format präsentieren, wie zum Beispiel mit einem Drucker, einem Fax, einem Plotter usw. Das Anzeigefeld kann Daten in jeder Farbe präsentieren und kann Daten von einer Benutzerschnittstelle über jedes beliebige Drahtlos- oder Festverdrahtungsprotokoll und/oder jeden beliebigen Drahtlos- oder Festverdrahtungsstandard empfangen.A display panel may be one with the control unit 195 coupled user interface may be used to present data that is received electronically from the processing unit. For example, the display panel may be an LCD, plasma, KSR, or other monitor that presents data electronically. Alternatively or additionally, the display panel may present received data in a printed format, such as a printer, a fax, a plotter, etc. The display panel may present data in any color and may communicate data from a user interface via any wireless or hard-wired protocol / or receive any wireless or hardwiring standard.

Der Computer kann in einer vernetzten Umgebung unter Verwendung logischer und/oder physischer Verbindungen zu einem oder mehreren räumlich abgesetzten Computern, wie zum Beispiel einem oder mehreren räumlich abgesetzten Computern, arbeiten. Der eine oder die mehreren räumlich abgesetzten Computer können eine Workstation, ein Server-Computer, ein Router, ein Personalcomputer, ein Mikroprozessor-basiertes Unterhaltungsgerät, ein Peer-Gerät oder ein sonstiger gemeinsamer Netzknoten sein und enthalten in der Regel viele oder alle Elemente, die mit Bezug auf den Computer beschrieben sind. Die gezeigten logischen Verbindungen beinhalten ein Nahbereichsnetz (LAN) und ein Fernbereichsnetz (WAN). Solche Vernetzungsumgebungen finden sich häufig in Büros, unternehmensweiten Computernetzen, Intranets und im Internet.The computer may operate in a networked environment using logical and / or physical connections to one or more remote computers, such as one or more remote computers. The one or more remote computers may be a workstation, a server computer, a router, a personal computer, a microprocessor-based entertainment device, a peer device or other common network node, and typically include many or all of the elements that comprise with reference to the computer. The logical connections shown include a local area network (LAN) and a wide area network (WAN). Such networking environments are commonly found in offices, enterprise-wide computer networks, intranets, and the Internet.

Bei Verwendung in einer LAN-Netzwerkumgebung ist der Computer mit dem lokalen Netzwerk über eine Netzwerkschnittstelle oder einen Netzwerkadapter verbunden. Bei Verwendung in einer WAN-Netzwerkumgebung enthält der Computer in der Regel ein Modem, oder ist mit einem Kommunikationsserver in dem LAN verbunden, oder hat andere Mittel zum Herstellen einer Kommunikation über das WAN, wie zum Beispiel das Internet. In einer vernetzten Umgebung können Programmmodule, die mit Bezug auf den Computer oder Teile davon gezeigt sind, in der räumlich abgesetzten Speichervorrichtung gespeichert werden. Es versteht sich, dass die im vorliegenden Dokument beschriebenen Netzwerkverbindungen beispielhaft sind und dass auch andere Mittel zum Herstellen einer Kommunikationsstrecke zwischen den Computern verwendet werden können.When used in a LAN network environment, the computer is connected to the local area network via a network interface or adapter. When used in a WAN network environment, the computer typically includes a modem, or is connected to a communication server in the LAN, or has other means of establishing communication over the WAN, such as the Internet. In a networked environment, program modules shown with respect to the computer or portions thereof may be stored in the remote storage device. It should be understood that the network connections described herein are exemplary and that other means of establishing a communication link between the computers may be used.

Obgleich die Erfindung mit Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente substituiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from its scope. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the specific embodiments disclosed, but that the invention includes all embodiments falling within the scope of the appended claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Systemsystem
110110
Laserstrahllaser beam
115115
Werkstück oder AbscheidungsschichtWorkpiece or deposition layer
120120
Laservorrichtunglaser device
125125
Richtungdirection
130130
Stromversorgungpower supply
140140
Fülldraht oder VerbrauchsmaterialCored wire or consumable
140'140 '
Draht oder VerbrauchsmaterialWire or consumable
140''140 ''
Verbrauchsmaterialconsumables
140'''140 '' '
Verbrauchsmaterialconsumables
150150
FülldrahtzufuhrvorrichtungFülldrahtzufuhrvorrichtung
160160
Kontaktrohr oder SpitzeContact tube or tip
170170
Stromversorgungpower supply
170'170 '
Hintergrund-StromversorgungBackground Power Supply
180180
BewegungssteuereinheitMotion controller
190190
Roboterrobot
195195
Teilsystem oder SteuerungSubsystem or controller
300300
BenutzerschnittstelleUser interface
400400
Wellenformwaveform
401401
ImpulseImpulse
402402
Anstiegsabschnittrising portion
402A402A
AnstiegsrateSlew rate
402B402B
AnstiegsrateSlew rate
402C402C
AnstiegsrateSlew rate
404404
Abstiegsabschnittdescent section
405405
erster Pegelfirst level
407407
ÜbergangspunktTransition point
410410
Wellenformwaveform
411411
ImpulseImpulse
413413
Strompegelcurrent level
510510
Wellenformwaveform
511511
PunktPoint
520520
Wellenformwaveform
525525
Anstiegrise
530530
Zeitintervalltime interval
540540
Wertvalue
550550
Pegellevel
700700
Systemsystem
701701
Abschnittsection
703703
Abschnittsection
705705
Isolierungsabschnittinsulation section
707707
Spitzenbaugruppetip assembly
710710
Verknüpfungsschaltungcombining circuit
800800
Wellenformwaveform
801801
Impulspulse
803803
HintergrundabschnittBackground section
810810
Laserleistunglaser power
811811
Schrittstep
812812
Schrittstep
813813
SpitzenlaserleistungspegelPeak laser power level
814814
PunktPoint
815815
Schrittstep
816816
Schrittstep
817817
PunktPoint
820820
DrahtzufuhrgeschwindigkeitWire feed speed
821821
Schrittstep
821'821 '
Pfützepuddle
822822
SpitzendrahtzufuhrgeschwindigkeitPeak wire feed speed
823823
DrahtzufuhrgeschwindigkeitWire feed speed
824824
Drahtwire
825825
SpitzenrückzugsgeschwindigkeitTip retraction speed
826826
Schrittstep
827827
PunktPoint
830830
Erwärmungsstromheating current
831831
PunktPoint
833833
Spitzepegelpeak level
834834
oberer Punktupper point
835835
Abstiegdescent
836836
RückzündungsstrompegelRestrike current level
837837
Stromversorgungpower supply
840840
Spannungtension
841841
Drahtwire
842842
SpitzenspannungspegelPeak voltage level
843843
Abfallwaste
844844
Pegellevel
845845
Schrittstep
846846
Spitzenpegelpeak level
847847
LichtbogenunterdrückungsroutineArc suppression routine
848848
LichtbogendetektionsspannungspegelArc detection voltage level
900900
beispielhaftes Systemexemplary system
901901
leitfähiger Abschnittconductive section
903903
Isolierungsabschnittinsulation section
905905
leitfähiger Abschnittconductive section
910910
Kontaktspitzecontact tip
10001000
beispielhaftes Systemexemplary system
10101010
KontaktspitzenbaugruppeContact tip assembly
11001100
Systemsystem
11101110
Wärmesensorheat sensor
11201120
Temperatursensortemperature sensor
12001200
beispielhaftes Systemexemplary system
12101210
Stromversorgungpower supply
12201220
Benutzereingabeuser input
12211221
positiver Anschlusspositive connection
12221222
negativer Anschlussnegative connection
12231223
AbfühlanschlussdrahtAbfühlanschlussdraht
12301230
CPU/SteuereinheitCPU / controller
12401240
SpannungsdetektionskreisVoltage detection circuit
12501250
Leistungsmodulpower module
13001300
beispielhaftes Systemexemplary system
13031303
Kontaktspitzecontact tip
1303'1303 '
Kontaktspitzecontact tip
1303''1303 ''
Kontaktspitzecontact tip
1303'''1303 '' '
Kontaktspitzecontact tip
13051305
KontaktspitzenbaugruppeContact tip assembly
13101310
StromversorgungssystemPower system
13111311
StromversorgungsmodulPower supply module
13121312
StromversorgungsmodulPower supply module
13131313
StromversorgungsmodulPower supply module
13141314
StromversorgungsmodulPower supply module
13201320
Aktuatorenactuators
16001600
beispielhaftes Substratexemplary substrate
16031603
nicht-leitfähige Matrixnon-conductive matrix
16051605
leitfähige Partikelconductive particles
16101610
nicht-bondende Flächenon-bonding surface
16201620
Kontaktzonecontact zone
16251625
Erdungspunktground point
16301630
Gittergrid
16401640
Kühlkanalcooling channel
16511651
Erdungspunktground point
16521652
Erdungspunktground point
16531653
Erdungspunktground point
16601660
Verknüpfungsschaltungcombining circuit
16701670
Leiterladder
18001800
Versteifungsstrukturstiffening structure
18101810
Stützkomponentesupport component
18201820
Stützkomponentesupport component
18251825
Kontaktpunktcontact point
18301830
KontaktvorsprüngeContact projections
19001900
Verbrauchsmaterialconsumables
1900'1900 '
Verbrauchsmaterialconsumables
19031903
erster Drahttypfirst wire type
1903'1903 '
mittlerer Drahtmiddle wire
19051905
zweiter Drahttypsecond wire type
19101910
Kerncore
19501950
KontaktspitzenbaugruppeContact tip assembly
19511951
Öffnungopening
19531953
Kontaktstößelcontact plunger
19551955
Kontaktstößelcontact plunger
19561956
Betätigungsvorrichtungenactuators
19571957
Vorspannungpreload
20002000
KontaktspitzenbaugruppeContact tip assembly
20032003
Drähtewires
20102010
Verbrauchsmaterial oder RaumConsumable or space
20152015
Kontaktspitzenabschnitt oder UmmantelungContact tip section or sheath
20172017
Nahtseam
20202020
Verbrauchsmaterialconsumables
20252025
KontaktspitzenabschnittContact tip portion
20302030
Mündungmuzzle
20402040
Kontaktspitzecontact tip
20502050
Schalterswitch
21002100
beispielhaftes Verbrauchsmaterialexemplary consumable material
21102110
Ummantelungjacket
21202120
Kerncore
22002200
Verbrauchsmaterialconsumables
2200''2200 ''
Verbrauchsmaterialconsumables
2200'''2200 '' '
Verbrauchsmaterialconsumables
22102210
Ummantelungsmaterialsheathing material
2210'2210 '
Ummantelungsmaterialsheathing material
2210''2210 ''
Ummantelungsmaterialsheathing material
2210'''2210 '' '
Ummantelungsschichtcladding layer
22202220
Kernmaterialnuclear material
2220'2220 '
Kerncore
2220''2220 ''
Kernmaterialnuclear material
2220'''2220 '' '
Kerncore
AA
Pfütze oder SchichtPuddle or layer
BB
Schichtlayer
DD
Tröpfchendroplet
L Nr. 1L No. 1
erste Schichtfirst shift
L Nr. 2L No. 2
zweite Schichtsecond layer
L Nr. 3L No. 3
dritte Schichtthird layer
LMLM
vierte Schichtfourth shift
OCVOCV
OffenkreisspannungOpen circuit voltage
SS
Substrat oder FlächeSubstrate or surface
TaTa
ZeitraumPeriod
TrTr
DrahtrückzugszeitraumWire return period
XX
VorstehdistanzVorstehdistanz

Claims (15)

Additives Fertigungssystem, das Folgendes umfasst: eine Hochenergievorrichtung, die eine Oberfläche eines Werkstücks mit einer Hochenergieentladung bestrahlt, um eine erste und eine zweite schmelzflüssige Pfütze auf einer Oberfläche des Werkstücks zu bilden; eine erste Stromversorgung, die ein erstes Erwärmungssignal in einen ersten Draht einspeist, wobei das erste Erwärmungssignal mehrere erste Stromimpulse umfasst und wobei jeder der ersten Stromimpulse des ersten Erwärmungssignals ein schmelzflüssiges Tröpfchen an einem distalen Ende des ersten Drahtes erzeugt, das in die erste Pfütze abgeschieden wird; und eine zweite Stromversorgung, die ein zweites Erwärmungssignal in einen zweiten Draht einspeist, wobei das zweite Erwärmungssignal mehrere zweite Stromimpulse umfasst und wobei jeder der zweiten Stromimpulse des zweiten Erwärmungssignals ein schmelzflüssiges Tröpfchen an einem distalen Ende des zweiten Drahtes erzeugt, das in die zweite Pfütze abgeschieden wird; und wobei jeder der ersten Stromimpulse einen Spitzenstrompegel erreicht, nachdem ein distales Ende des Drahtes die erste Pfütze berührt hat, wobei das erste Erwärmungssignal keinen Strom zwischen den mehreren ersten Stromimpulsen hat; wobei das distale Ende des ersten Drahtes zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenstrompegeln der ersten Stromimpulse nicht mit der ersten Pfütze in Kontakt steht; wobei die erste Stromversorgung den ersten Erwärmungsstrom dergestalt steuert, dass zwischen dem ersten Draht und dem Werkstück während der ersten Stromimpulse kein Lichtbogen erzeugt wird; und wobei die erste und die zweite schmelzflüssige Pfütze eigenständige schmelzflüssige Pfützen sind.An additive manufacturing system comprising: a high energy device that irradiates a surface of a workpiece with a high energy discharge to form a first and a second molten puddle on a surface of the workpiece; a first power supply feeding a first heating signal into a first wire, wherein the first heating signal comprises a plurality of first current pulses and wherein each of the first current pulses of the first heating signal generates a molten droplet at a distal end of the first wire which is deposited into the first puddle ; and a second power supply feeding a second heating signal into a second wire, the second heating signal comprising a plurality of second current pulses, and wherein each of the second current pulses of the second heating signal produces a molten droplet at a distal end of the second wire which is deposited into the second puddle ; and wherein each of the first current pulses reaches a peak current level after a distal end of the wire has touched the first puddle, wherein the first heating signal has no current between the plurality of first current pulses; wherein the distal end of the first wire does not contact the first puddle between successive peak current levels of the first current pulses; wherein the first power supply controls the first heating current such that no arc is generated between the first wire and the workpiece during the first current pulses; and wherein the first and second molten puddles are distinct molten puddles. System nach Anspruch 1, wobei der erste Draht eine erste Drahtzufuhrgeschwindigkeit hat und der zweite Draht eine zweite Drahtzufuhrgeschwindigkeit hat, die von der ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit verschieden ist.The system of claim 1, wherein the first wire has a first wire feed speed and the second wire has a second wire feed speed different from the first wire feed speed. System nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren eine erste Kontaktspitze für den ersten Draht und eine zweite Kontaktspitze für den zweiten Draht umfasst, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und wobei die erste und die zweite Kontaktspitze relativ zueinander beweglich sind.The system of claim 1 or 2, further comprising a first contact tip for the first wire and a second contact tip for the second wire, the first and second contact tips feeding the first and second heating signals into the first and second wires, respectively; and wherein the first and second contact tips are movable relative to each other. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren eine erste Kontaktspitze für den ersten Draht und eine zweite Kontaktspitze für den zweiten Draht umfasst, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und wobei der erste Draht eine erste Vorstehdistanz hat, die von einer zweiten Vorstehdistanz für den zweiten Draht verschiedenen ist. The system of any one of claims 1 to 3, further comprising a first contact tip for the first wire and a second contact tip for the second wire, the first and second contact tips providing the first and second heating signals, respectively, to the first and second wires and wherein the first wire has a first protruding distance different from a second protruding distance for the second wire. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren eine erste Kontaktspitze für den ersten Draht und eine zweite Kontaktspitze für den zweiten Draht umfasst, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und eine Kontaktspitzenbaugruppe umfasst, welche die erste und die zweite Kontaktspitze miteinander koppelt, wobei die Kontaktspitzenbaugruppe relativ zu einer Vorschubrichtung des ersten und des zweiten Drahtes drehbar ist.The system of any one of claims 1 to 4, further comprising a first contact tip for the first wire and a second contact tip for the second wire, the first and second contact tips providing the first and second heating signals, respectively, to the first and second wires and a contact tip assembly that couples the first and second contact tips together, wherein the contact tip assembly is rotatable relative to a feed direction of the first and second wires. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Stromversorgung eine Spannung des ersten Erwärmungssignals überwacht, wenn der erste Draht in Kontakt mit der ersten Pfütze steht, und die Spannung mit einem Lichtbogendetektionsspannungspegel vergleicht.The system of any one of claims 1 to 5, wherein the first power supply monitors a voltage of the first heating signal when the first wire is in contact with the first puddle and compares the voltage to an arc detection voltage level. Verfahren zur additiven Fertigung, das Folgendes umfasst: Bestrahlen einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer Hochenergieentladung, um eine erste und eine zweite schmelzflüssige Pfützen auf einer Oberfläche des Werkstücks zu bilden; Einspeisen eines ersten Erwärmungssignals in einen ersten Draht, wobei das erste Erwärmungssignal mehrere erste Stromimpulse umfasst, und wobei jeder der ersten Stromimpulse des ersten Erwärmungssignals ein schmelzflüssiges Tröpfchen an einem distalen Ende des ersten Drahtes erzeugt, das in die erste Pfütze abgeschieden wird; und Einspeisen eines zweiten Erwärmungssignals in einen zweiten Draht, wobei das zweite Erwärmungssignal mehrere zweite Stromimpulse umfasst, und wobei jeder der zweiten Stromimpulse des zweiten Erwärmungssignals ein schmelzflüssiges Tröpfchen an einem distalen Ende des zweiten Drahtes erzeugt, das in die zweite Pfütze abgeschieden wird; und wobei jeder der ersten Stromimpulse einen Spitzenstrompegel erreicht, nachdem ein distales Ende des Drahtes die erste Pfütze berührt hat, wobei das erste Erwärmungssignal keinen Strom zwischen den mehreren ersten Stromimpulsen hat; wobei das distale Ende des ersten Drahtes zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenstrompegeln der ersten Stromimpulse nicht mit der ersten Pfütze in Kontakt steht; wobei der erste Erwärmungsstrom dergestalt gesteuert wird, dass zwischen dem ersten Draht und dem Werkstück während der ersten Stromimpulse kein Lichtbogen erzeugt wird; und wobei die erste und die zweite schmelzflüssige Pfütze eigenständige schmelzflüssige Pfützen sind.An additive manufacturing process comprising: Irradiating a surface of a workpiece with a high energy discharge to form a first and a second molten puddles on a surface of the workpiece; Feeding a first heating signal into a first wire, the first heating signal including a plurality of first current pulses, and wherein each of the first current pulses of the first heating signal generates a molten droplet at a distal end of the first wire deposited in the first puddle; and Feeding a second heating signal into a second wire, wherein the second heating signal comprises a plurality of second current pulses, and wherein each of the second current pulses of the second heating signal generates a molten droplet at a distal end of the second wire which is deposited in the second puddle; and wherein each of the first current pulses reaches a peak current level after a distal end of the wire has touched the first puddle, wherein the first heating signal has no current between the plurality of first current pulses; wherein the distal end of the first wire does not contact the first puddle between successive peak current levels of the first current pulses; wherein the first heating current is controlled such that no arc is generated between the first wire and the workpiece during the first current pulses; and wherein the first and second molten puddles are distinct molten puddles. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Draht mit einer ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zugeführt wird und der zweite Draht mit einer zweiten Drahtzufuhrgeschwindigkeit zugeführt wird, die von der ersten Drahtzufuhrgeschwindigkeit verschieden ist.The method of claim 7, wherein the first wire is fed at a first wire feed speed and the second wire is fed at a second wire feed speed different from the first wire feed speed. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, das des Weiteren umfasst, den ersten Draht durch eine erste Kontaktspitze hindurchzuführen und den zweiten Draht durch eine zweite Kontaktspitze hindurchzuführen, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und die erste und die zweite Kontaktspitze relativ zueinander zu bewegen.The method of claim 7 or 8, further comprising passing the first wire through a first contact tip and passing the second wire through a second contact tip, wherein the first and second contact tips apply the first and second heating signals, respectively, to the first and second contactors Feed wire, and move the first and second contact tip relative to each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das des Weiteren umfasst, den ersten Draht durch eine erste Kontaktspitze hindurchzuführen und den zweiten Draht durch eine zweite Kontaktspitze hindurchzuführen, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und wobei der erste Draht auf einer ersten Vorstehdistanz gehalten wird, die von einer zweiten Vorstehdistanz für den zweiten Draht verschiedenen ist.The method of claim 7, further comprising passing the first wire through a first contact tip and passing the second wire through a second contact tip, the first and second contact tips injecting the first and second heating signals, respectively, into the first and second contact tips feeding the second wire, and wherein the first wire is held at a first protruding distance different from a second protruding distance for the second wire. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das des Weiteren umfasst, den ersten Draht durch eine erste Kontaktspitze hindurchzuführen und den zweiten Draht durch eine zweite Kontaktspitze hindurchzuführen, wobei die erste und die zweite Kontaktspitze das erste bzw. das zweite Erwärmungssignal in den ersten und den zweiten Draht einspeisen, und die zweite Kontaktspitze relativ zu der ersten Kontaktspitze während der additiven Fertigung zu drehen.The method of claim 7, further comprising passing the first wire through a first contact tip and passing the second wire through a second contact tip, the first and second contact tips injecting the first and second heating signals, respectively, into the first and second contact tips feed the second wire and rotate the second contact tip relative to the first contact tip during additive manufacturing. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, das des Weiteren umfasst: Überwachen einer Spannung des ersten Erwärmungssignals, wenn der erste Draht in Kontakt mit der ersten Pfütze steht, und Vergleichen der Spannung mit einem Lichtbogendetektionsspannungspegel.The method of claim 7, further comprising: monitoring a voltage of the first heating signal when the first wire is in contact with the first puddle and comparing the voltage with an arc detection voltage level. Verfahren oder System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die eigenständigen schmelzflüssigen Pfützen nebeneinander auf dem Werkstück liegen.A method or system according to any one of claims 1 to 12, wherein the stand-alone molten puddles lie side by side on the workpiece. Verfahren oder System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste und der zweite Draht auf einer Linie in einer Vorschubrichtung positioniert sind, und wobei der zweite Draht dem ersten Draht nacheilt und der zweite Draht dergestalt positioniert ist, dass er auf eine Schicht abgeschieden wird, die durch den ersten Draht erzeugt wurde.The method or system of any one of claims 1 to 13, wherein the first and second wires are positioned on a line in a feed direction, and wherein the second wire is the first one Wire lags and the second wire is positioned so that it is deposited on a layer that was created by the first wire. Verfahren oder System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der erste Draht eine andere Zusammensetzung als der zweite Draht hat.The method or system of any one of claims 1 to 14, wherein the first wire has a different composition than the second wire.
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