DE102018209762A1 - Method for additive and / or subtractive production of a workpiece and production plant - Google Patents

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Abstract

Bei dem Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung eines Werkstücks werden während der Fertigung Fertigungsdaten mit ihren unterschiedlichen Fertigungszeitpunkten erfasst, die Fertigungsdaten und/oder daraus abgeleitete Daten aufgrund der Fertigungszeitpunkte mit einem CAD-Modell des Werkstücks verknüpft und die Fertigungsdaten und/oder abgeleiteten Daten anhand des CAD-Modells des Werkstücks abrufbar gehalten.In the method for additive and / or subtractive production of a workpiece, production data with its different production times are recorded during production, the production data and / or data derived therefrom are linked to a CAD model of the workpiece based on the production times, and the production data and / or derived data kept available on the basis of the CAD model of the workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung eines Werkstücks sowie eine Fertigungsanlage.The invention relates to a method for additive and / or subtractive production of a workpiece and a production system.

Bei der zunehmend digitalen additiven und subtraktiven Fertigung wird eine große Menge von Fertigungsdaten, d.h. von bei dem Fertigungsprozess anfallenden Prozessdaten, generiert. Diese Fertigungsdaten werden regelmäßig zur Überwachung des Fertigungsprozesses begutachtet und zur Qualitätssicherung ausgewertet. Eine solche Auswertung setzt ein erhebliches Expertenwissen voraus.With the increasingly digital additive and subtractive manufacturing, a large amount of manufacturing data, i.e. of process data generated in the manufacturing process. This manufacturing data is regularly assessed to monitor the manufacturing process and evaluated for quality assurance. Such an evaluation requires considerable expert knowledge.

Zur Aufzeichnung und Auswertung von Fertigungsdaten kommen häufig Standard-Office-Software oder aber Software in Form von auf den jeweiligen Fertigungsprozess zugeschnittenen „Manufacturing-Execution-Systemen“ (MES) zum Einsatz. Derartige Software unterstützt eine Auswertung der Daten und lässt Rückschlüsse auf die Entwicklung des Fertigungsprozesses zu. Zudem gewinnen Big-Data-Ansätze an Bedeutung, welche darauf ausgerichtet sind, durch Klassifikation aus einer Vielzahl von Daten Rückschlüsse auf Prozesszustände zu ziehen.Standard office software or software in the form of “Manufacturing Execution Systems” (MES) tailored to the respective manufacturing process are often used to record and evaluate manufacturing data. Such software supports an evaluation of the data and allows conclusions to be drawn about the development of the manufacturing process. In addition, big data approaches are gaining importance, which are aimed at drawing conclusions about process states from a large number of data.

Auch zur Qualitätsprüfung wird zunehmend Software, etwa in Gestalt von CAD-Software (CAD = (engl.) „Computer-Aided Design“) eingesetzt. Gleichwohl bleibt auch bei einer zunehmenden Software-Unterstützung der Fertigung eine Begutachtung und Auswertung von Fertigungsdaten schwierig.Software, for example in the form of CAD software (CAD = "Computer-Aided Design"), is also increasingly being used for quality inspection. Nevertheless, even with increasing software support for manufacturing, an assessment and evaluation of manufacturing data remains difficult.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung anzugeben, welches insbesondere eine Begutachtung und/oder Auswertung von Fertigungsdaten erleichtert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fertigungsanlage anzugeben, die ein solches verbessertes Verfahren auszuführen erlaubt.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for additive and / or subtractive manufacturing, which in particular facilitates an assessment and / or evaluation of manufacturing data. Furthermore, it is an object of the invention to provide an improved production system which allows such an improved method to be carried out.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Fertigungsanlage mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.This object of the invention is achieved with a method for additive and / or subtractive production with the features specified in claim 1 and with a production system with the features specified in claim 12. Preferred developments of the invention are specified in the associated subclaims, the following description and the drawing.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung eines Werkstücks. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden während der Fertigung Fertigungsdaten mit ihren unterschiedlichen Fertigungszeitpunkten erfasst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Fertigungsdaten und/oder daraus abgeleitete Daten aufgrund der Fertigungszeitpunkte mit einem CAD-Modell des Werkstücks, vorzugsweise räumlich aufgelöst, verknüpft und die Fertigungsdaten und/oder abgeleiteten Daten anhand des CAD-Modells des Werkstücks abrufbar gehalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter dem Begriff „Fertigungsdaten“ beim Fertigungsprozess anfallende „Prozessdaten“ zu verstehen. Nachträglich erhobene Daten, etwa einer Qualitätskontrolle entstammende Daten, sollen vorliegend nicht unter den Betriff „Fertigungsdaten“ fallen.The method according to the invention is a method for additive and / or subtractive production of a workpiece. In the method according to the invention, manufacturing data with its different manufacturing times are recorded during manufacture. In the method according to the invention, the manufacturing data and / or data derived therefrom are linked to a CAD model of the workpiece, preferably spatially resolved, on the basis of the manufacturing times and the manufacturing data and / or derived data are kept retrievable using the CAD model of the workpiece. In the context of the present invention, the term “production data” is to be understood as “process data” arising during the production process. Subsequent data, such as data originating from a quality control, should not fall under the term “manufacturing data” in the present case.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich bislang separat vorliegende und buchgehaltene Fertigungsdaten in einem CAD-Modell des Werkstücks zusammenführen. Vorteilhaft kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also ein sogenannter „digitaler Zwilling“ geschaffen werden, der die Fertigungsdaten anhand des CAD-Modells des Werkstücks digital repräsentiert.Using the method according to the invention, previously available and accounted manufacturing data can be combined in a CAD model of the workpiece. A so-called “digital twin” can thus advantageously be created by means of the method according to the invention, which digitally represents the manufacturing data on the basis of the CAD model of the workpiece.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zusammenführung auf der Grundlage der jeweiligen Fertigungszeit, d.h. der jeweiligen Zeitpunkte, zu welchen ein Schritt des jeweiligen Fertigungsprozesses durchgeführt wird. Die Fertigungszeit bildet somit eine gemeinsame Referenz, welche eine Zuordnung zur Geometrie des Werkstücks erlaubt.According to the invention, the merging takes place on the basis of the respective production time, i.e. the respective times at which a step of the respective manufacturing process is carried out. The manufacturing time thus forms a common reference, which allows an assignment to the geometry of the workpiece.

Die Fertigungszeit kann jeweils verteilt, etwa durch einzelne Fertigungsmittel separat, erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Fertigungszeiten miteinander mittels Synchronisationsereignisse miteinander in Beziehung gesetzt werden können. Im Falle einer verteilten Erfassung von Fertigungszeiten wird in einer bevorzugten Weiterbildung eine solche Fertigungszeit als Referenz herangezogen, welche die höchste Aufzeichnungsrate von Fertigungsdaten aufweist. Somit ist sichergestellt, dass bei einer Verknüpfung mit dem CAD-Modell alle anfallenden Fertigungsdaten berücksichtigt werden. Alternativ kann die Aufzeichnung der Fertigungszeiten auch zentral, etwa durch eine gemeinsame Steuerung, erfolgen.The production time can be recorded in a distributed manner, for example separately using individual production means, the production times recorded in each case being able to be related to one another by means of synchronization events. In the case of a distributed acquisition of production times, in a preferred development, such a production time is used as a reference, which has the highest recording rate of production data. This ensures that all production data is taken into account when linking to the CAD model. Alternatively, the production times can also be recorded centrally, for example by means of a common control.

Die Verknüpfung der Fertigungsdaten oder davon abgeleiteter Daten mit dem CAD-Modell und das Abrufbarhalten dieser Daten anhand des CAD-Modell des Werkstücks erlaubt es, während oder nach der Fertigung mögliche Einflussfaktoren von Fertigungsparametern auf die Geometrie und/oder die Beschaffenheit des tatsächlich gefertigten Werkstücks aufzufinden. Ein besonderes Expertenwissen ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, um die Fertigungsdaten zu überwachen oder zu analysieren. Aufgrund der vorteilhafterweise automatisierbaren Verknüpfung der Fertigungsdaten oder davon abgeleiteter Daten mit dem CAD-Modell des Werkstücks kann insbesondere eine Ursachenanalyse bei fehlerhaft gefertigten Werkstücken äußerst rasch und effizient erfolgen. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fertigungsdaten und/oder daraus abgeleiteten Daten ortsabhängig, d.h. räumlich aufgelöst, anhand des CAD-Modells des Werkstücks abrufbar gehalten.Linking the manufacturing data or data derived therefrom to the CAD model and keeping this data available on the basis of the CAD model of the workpiece makes it possible to find possible influencing factors of manufacturing parameters on the geometry and / or the nature of the actually manufactured workpiece during or after production , A special expert knowledge by means of the method according to the invention is not necessary in order to monitor or analyze the production data. Due to the advantageously automatable linkage of the production data or data derived therefrom to the CAD model of the workpiece, a cause analysis in the case of incorrectly manufactured workpieces can be carried out extremely quickly and efficiently. In an advantageous development of the invention The manufacturing data and / or data derived therefrom are kept retrievable on the basis of the CAD model of the workpiece depending on the location, ie spatially resolved.

Zweckmäßig werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Fertigungsdaten und/oder abgeleiteten Daten anhand einer Modelldarstellung des Werkstücks abrufbar gehalten oder ausgegeben. Die anhand einer Modelldarstellung des Werkstücks ermöglichte Verfügbarkeit der Fertigungsdaten erleichtert eine Analyse der Fertigungsdaten erheblich, da eine manuelle Zuordnung von Fertigungsdaten zur Geometrie des Werkstücks entfällt und somit eine besonders hohe Robustheit gegenüber Fehlinterpretationen erreicht wird.In the method according to the invention, the production data and / or derived data are expediently kept available or output on the basis of a model representation of the workpiece. The availability of the manufacturing data, which is made possible by means of a model representation of the workpiece, considerably simplifies an analysis of the manufacturing data, since a manual assignment of manufacturing data to the geometry of the workpiece is omitted and a particularly high level of robustness against misinterpretations is achieved.

Vorteilhaft können eventuelle Abweichungen von der Sollgeometrie des Werkstücks direkt anhand der Modelldarstellung des Werkstücks begutachtet und analysiert werden. Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigungsdaten und/oder davon abgeleitete Daten in der Art von Schichten und/oder Layern visuell an der zugehörigen Stelle im 3D-Modell abrufbar gehalten, besonders bevorzugt angezeigt.Any deviations from the target geometry of the workpiece can advantageously be assessed and analyzed directly on the basis of the model representation of the workpiece. In the method according to the invention, the production data and / or data derived therefrom in the form of layers and / or layers are preferably kept visually callable at the associated point in the 3D model, particularly preferably displayed.

Zweckmäßig werden die Fertigungsdaten und/oder davon abgeleitete Daten farbkodiert. Geeignet können etwa Änderungen von Parametern bei der Fertigung mittels Farbwechseln kenntlich gemacht sein und überlagert oder überlagerbar dargestellt werden. Zusätzlich und besonders bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzliche Informationen, etwa Ergebnissen von Big-Data-Analysen, in der Modelldarstellung des Werkstücks abrufbar gehalten und/oder ausgegeben oder angezeigt.The production data and / or data derived therefrom are expediently color-coded. Changes in parameters during production, for example, can be suitably identified by means of color changes and displayed overlaid or superimposed. In addition and particularly preferably, in the method according to the invention, additional information, such as results from big data analyzes, is kept available and / or output or displayed in the model representation of the workpiece.

Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigungsdaten in aufeinanderfolgenden Zeitabständen oder kontinuierlich erfasst.In the method according to the invention, the production data are preferably recorded in successive time intervals or continuously.

Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigungsdaten und/oder abgeleiteten Daten in aufeinanderfolgenden Zeitabständen oder kontinuierlich oder nach der Fertigung mit dem CAD-Modell verknüpft.In the method according to the invention, the production data and / or derived data are preferably linked to the CAD model at successive time intervals or continuously or after production.

Während der Laufzeit kann eine Verknüpfung der Fertigungsdaten oder abgeleiteter Daten etwa mittels einer Referenzzeit einer gemeinsamen Steuerung erfolgen. Da bei einer gemeinsam genutzten Steuerung die jeweiligen Fertigungsdaten mit Bezug zu einer Fertigungszeit als Referenzzeitbasis verfügbar sind, kann zudem leicht eine automatisierte Verknüpfung erfolgen. Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verteilte Zeiterfassung und eine Referenzierung von verteilt erfassten Zeiten aufeinander mittels Synchronisationsereignissen, etwa mittels Triggerpunkten, erfolgen.During the runtime, the production data or derived data can be linked, for example by means of a reference time of a common control. Since the respective production data with reference to a production time are available as a reference time base in the case of a shared control, an automated link can also be easily created. In the method according to the invention, distributed time recording and referencing of distributed recorded times to one another can also take place by means of synchronization events, for example by means of trigger points.

Geeignet werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Fertigungseinrichtung zur Fertigung herangezogen und Fertigungsdaten der Fertigungseinrichtung herangezogen. Regelmäßig werden Fertigungsdaten mittels Fertigungseinrichtungen zeitaufgelöst erfasst, etwa mittels einer Steuerung der Fertigungseinrichtung, sodass die ohnehin von Fertigungseinrichtungen erfassten Fertigungsdaten ohne zusätzlichen Aufwand genutzt werden können.In the method according to the invention, a manufacturing device is suitably used for manufacturing and manufacturing data of the manufacturing device are used. Manufacturing data are regularly recorded in a time-resolved manner by means of manufacturing facilities, for example by means of a control of the manufacturing facility, so that the manufacturing data already captured by manufacturing facilities can be used without additional effort.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Tool-Center-Point-Daten der Fertigungseinrichtung herangezogen. Die Tool-Center-Point-Daten sind zur Verknüpfung mit dem CAD-Modell besonders geeignet, da sowohl die Tool-Center-Point-Daten als auch das CAD-Modell räumliche Daten aufweisen, welche sich einfach aufeinander abbilden und somit in Beziehung setzen lassen. Auf diese Weise kann eine Verknüpfung besonders direkt und vorzugsweise automatisiert erfolgen. Die Tool-Center-Point-Daten sind regelmäßig zeitaufgelöst, etwa in Gestalt einer zugleich zeitlichen und räumlichen Bahninformation, etwa in der Art einer Bahnsteuerung.In a particularly advantageous development of the method according to the invention, tool center point data of the production facility are used. The tool center point data are particularly suitable for linking to the CAD model, since both the tool center point data and the CAD model have spatial data which can be easily mapped to one another and thus related , In this way, a link can be made particularly directly and preferably automatically. The tool center point data is regularly time-resolved, for example in the form of a temporal and spatial path information, for example in the form of a path control.

Folglich kann mit den Tool-Center-Point-Daten eine Verknüpfung der Fertigungszeit mit der Geometrie des Werkstücks erfolgen. Mittels der Tool-Center-Point-Daten lässt sich daher eine auf der Fertigungszeit beruhende Referenzzeitbasis direkt festlegen.As a result, the production time can be linked to the geometry of the workpiece using the tool center point data. Using the tool center point data, a reference time base based on the production time can therefore be defined directly.

Vorteilhaft werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Fertigungsprozesses herangezogen und Fertigungsdaten mittels des oder der Sensoren erfasst.In the method according to the invention, one or more sensors are advantageously used to record the production process and production data are recorded by means of the sensor or sensors.

Vorzugsweise erfolgt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Fertigung mittels Laserauftrags mittels eines Lasers und die Fertigungsdaten umfassen zumindest eine Leistung des Lasers. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigung mittels Pulverauftrags eines Pulvers und die Fertigungsdaten umfassen zumindest eine Fluss- und/oder Förderrate des Pulvers. Stattdessen oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigung mittels einer Auftragsdüse erfolgen und die Fertigungsdaten können zumindest einen Abstand der Auftragsdüse von dem mit dem Verfahren zu fertigenden Werkstück umfassen.In the method according to the invention, production is preferably carried out by means of a laser application using a laser, and the production data comprise at least one power of the laser. As an alternative or in addition and also preferably, in the method according to the invention the production takes place by means of powder application of a powder and the production data include at least one flow and / or delivery rate of the powder. Instead or in addition and also preferably, in the method according to the invention, production can take place by means of an application nozzle, and the production data can include at least a distance between the application nozzle and the workpiece to be produced with the method.

Vorzugsweise erfolgt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Fertigung mittels Fräsens mit einem Fräser und die Fertigungsdaten umfassen zumindest eine Schnittgeschwindigkeit und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers und/oder eine Drehzahl und/oder eine Andruckkraft des Fräsers. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigung mittels Bohrens erfolgen und die Fertigungsdaten können eine Drehzahl des Bohrers und/oder eine Andruckkraft des Bohrers umfassen.In the method according to the invention, production preferably takes place by means of milling with a milling cutter and includes the production data at least a cutting speed and / or a feed speed of the milling cutter and / or a speed and / or a pressing force of the milling cutter. As an alternative or in addition, in the method according to the invention, production can take place by means of drilling and the production data can include a speed of rotation of the drill and / or a pressing force of the drill.

Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Ergebnisse einer Qualitätskontrolle des Werkstücks mit dem CAD-Modell verknüpft. Gerade Ergebnisse einer Qualitätskontrolle von Werkstücken umfassen häufig räumlich aufgelöste Daten, welche direkt auf eine Geometrie des Werkstücks abbildbar sind. Folglich ist erfindungsgemäß eine Rückkopplung zwischen Fertigung und Qualitätskontrolle besonders einfach realisierbar.In the method according to the invention, results of a quality control of the workpiece are preferably linked to the CAD model. The results of a quality control of workpieces often include spatially resolved data that can be mapped directly to a geometry of the workpiece. Consequently, a feedback between production and quality control is particularly easy to implement according to the invention.

Regelmäßig fallen bei Verfahren zur additiven und subtraktiven Fertigung zusätzlich zu den Fertigungsdaten auch weitere Daten in Form von Ergebnissen aus Qualitätskontrollen für die zu fertigenden Werkstücke an, etwa mittels der Siemens PLM-Software IBS QMS erhaltene Daten. Eventuell auftretende geometrische Abweichungen des gefertigten Werkstücks vom CAD-Modell des Werkstücks lassen sich gemeinsam mit den Fertigungsdaten mit dem CAD-Modell verknüpfen. Somit können sowohl Ursachen als auch Auswirkungen von Prozessparametern miteinander verknüpft werden. Folglich lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Fertigung mit einer Qualitätskontrolle besonders einfach verzahnen.With processes for additive and subtractive manufacturing, additional data in the form of results from quality controls for the workpieces to be manufactured, such as data obtained by means of the Siemens PLM software IBS QMS, are regularly generated. Any geometric deviations of the finished workpiece from the CAD model of the workpiece can be linked with the CAD data together with the manufacturing data. In this way, both causes and effects of process parameters can be linked. Consequently, using the method according to the invention, production can be interlinked particularly easily with quality control.

Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage ist zur Ausführung eines Verfahrens wie vorstehend ausgebildet und umfasst eine Fertigungseinrichtung, welche zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung eingerichtet ist und ausgebildet ist, während der Fertigung anfallende Fertigungsdaten mit ihren unterschiedlichen Fertigungszeitpunkten zu erfassen sowie die Fertigungsdaten und/oder daraus abgeleitete Daten aufgrund der Fertigungszeitpunkte mit einem CAD-Modell des Werkstücks zu verknüpfen und die Fertigungsdaten und/oder abgeleiteten Daten anhand des CAD-Modells des Werkstücks abrufbar zu halten.The manufacturing system according to the invention is designed to carry out a method as described above and comprises a manufacturing device which is set up and designed for additive and / or subtractive manufacturing, to record manufacturing data arising during manufacturing with its different manufacturing times as well as the manufacturing data and / or data derived therefrom to link with a CAD model of the workpiece based on the manufacturing times and to keep the manufacturing data and / or derived data available on the basis of the CAD model of the workpiece.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage umfasst diese eine Ausgabeeinrichtung, welche zur Ausgabe einer visuellen Darstellung des CAD-Modells ausgebildet ist, wobei die Fertigungsdaten und/oder die abgeleiteten Daten anhand der visuellen Darstellung abrufbar gehalten werden.In an advantageous development of the manufacturing system according to the invention, it comprises an output device which is designed to output a visual representation of the CAD model, the manufacturing data and / or the derived data being kept available on the basis of the visual representation.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung schematisch in einer Prinzipskizze,
  • 2 additive Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung gem. 1 schematisch in einer Prinzipskizze sowie
  • 3 subtraktive Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung gem. 1 schematisch in einer Prinzipskizze.
The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
  • 1 1 shows a flow diagram of the manufacturing method according to the invention schematically in a schematic diagram,
  • 2 additive method steps of the inventive method for manufacturing acc. 1 schematically in a schematic diagram as well
  • 3 subtractive process steps of the inventive method for manufacturing gem. 1 schematically in a schematic diagram.

Das in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Verfahren 10 ist ein Verfahren zur Fertigung eines Werkstücks in Gestalt eines Flügelrades 20. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Werkstück ein sonstiges Werkstück.The inventive method shown in the drawing 10 is a method of manufacturing a workpiece in the form of an impeller 20 , In further, not specifically shown embodiments, the workpiece is another workpiece.

Wie in 2 dargestellt wird im gezeigten Ausführungsbeispiel das Flügelrad 20 zunächst mittels Pulverauftragsschweißens, also mittels Fertigungsschritten eines additiven Fertigungsverfahrens, gefertigt.As in 2 the impeller is shown in the exemplary embodiment shown 20 first manufactured by means of powder deposition welding, i.e. by means of manufacturing steps of an additive manufacturing process.

Dazu wird wie an sich bekannt eine Pulverauftragsschweißeinrichtung 30 herangezogen, welche eine Schweißdüse 40 zum Pulverauftragsschweißen umfasst, mittels welcher das Flügelrad in einer Abfolge mehrerer Lagen 50 3D-gedruckt wird. Dazu wird Pulver 60 durch die Schweißdüse 40 auf das Flügelrad 20 aufgetragen und mittels eines koaxial aus der Schweißdüse 40 austretenden Lichts eines Lasers (nicht explizit dargestellt) mit dem Flügelrad 20 verschweißt.As is known per se, a powder application welding device is used for this purpose 30 which is a welding nozzle 40 for powder deposition welding, by means of which the impeller in a sequence of several layers 50 3D printed. This is powder 60 through the welding nozzle 40 on the impeller 20 applied and by means of a coaxial from the welding nozzle 40 emerging light of a laser (not explicitly shown) with the impeller 20 welded.

Nach der additiven Fertigung des Flügelrades 20 wird nachfolgend die Oberfläche des Flügelrades 20 mittels eines subtraktiven Fertigungsverfahrens nachbearbeitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu eine Fräseinrichtung 70 herangezogen, welche das Flügelrad 20 mittels eines Fräsers 80 nachgefräst.After the additive manufacturing of the impeller 20 is the surface of the impeller below 20 reworked using a subtractive manufacturing process. In the illustrated embodiment, a milling device is used for this 70 used the impeller 20 by means of a milling cutter 80 re-milled.

Zur Fertigung wird ein 3D-Modell des Flügelrades 20 herangezogen, welches als CAD-Modell (CAD = (engl.) „Computer Aided Design“) 90 vorliegt. Zur Fertigung des Flügelrades 20 wird gemäß dem CAD-Modell 90 ein computerimplementiertes Modell des Fertigungsprozesses herangezogen, welches in Form eines CAM-Modells (CAM = (engl.) „Computer Aided Manufacturing“) vorliegt. Das CAM-Modell umfasst sämtliche zuvor genannten additiven und subtraktiven Fertigungsschritte als zeitaufgelöste Fertigungsdaten in Gestalt von Steuerdaten zur Steuerung der Pulverauftragsschweißeinrichtung 30 sowie der Fräseinrichtung 70. Dabei umfassen die Steuerdaten im gezeigten Ausführungsbeispiel Steuerdaten zur Festlegung der zeitlichen Position der Schweißdüse 40 sowie zur Leistung des Lasers der Pulverauftragsschweißeinrichtung 30.A 3D model of the impeller is used for production 20 which is available as a CAD model (CAD = "Computer Aided Design") 90. To manufacture the impeller 20 is made according to the CAD model 90 a computer-implemented model of the manufacturing process is used, which is available in the form of a CAM model (CAM = "Computer Aided Manufacturing"). The CAM model comprises all of the aforementioned additive and subtractive manufacturing steps as time-resolved manufacturing data in the form of control data for controlling the powder deposition welding device 30 and the milling device 70 , The control data in the exemplary embodiment shown include control data for determining the temporal position of the welding nozzle 40 as well as the power of the laser of the powder deposition welding device 30 ,

Diese Steuerdaten werden zum einen in einer Logdatei der Pulverauftragsschweißeinrichtung 30 buchgehalten. Erfindungsgemäß werden diese zeitaufgelösten Steuerdaten zusätzlich auch einer Datenbank einer Visualisierungseinrichtung 100 übermittelt, welche das CAD-Modell des Flügelrades 20 enthält. Innerhalb der Visualisierungseinrichtung 100 wird die zeitaufgelöste Position 92 der Schweißdüse 40 mit dem CAD-Modell 90 mittels des CAM-Modells verknüpft, sodass zu einer räumlichen Position des CAD-Modells 90 des Flügelrades 20 bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt die Schweißdüse 40 die mit der räumlichen Position des CAD-Modells 90 des Flügelrades 20 korrespondierende Stelle des tatsächlichen Flügelrades 20 geschweißt hat. This control data is stored in a log file of the powder build-up welding device 30 book maintained. According to the invention, this time-resolved control data is also added to a database of a visualization device 100 which transmits the CAD model of the impeller 20 contains. Within the visualization facility 100 becomes the time-resolved position 92 the welding nozzle 40 with the CAD model 90 linked by means of the CAM model, so that a spatial position of the CAD model 90 of the impeller 20 it is known at what time the welding nozzle 40 with the spatial position of the CAD model 90 of the impeller 20 corresponding point of the actual impeller 20 welded.

Diese Zeitpunkte werden als Referenz für weitere Fertigungsdaten herangezogen: So wird mittels der Logdatei der Pulverauftragsschweißeinrichtung 30 die Leistung 94 des Lasers zu den jeweiligen Zeitpunkten der Referenz bestimmt und der jeweiligen räumlichen Position des CAD-Modells 90 des Flügelrades 20 zugeordnet. Auf diese Weise kann die Visualisierungseinrichtung 100 folglich buchhalten, welche Leistung 94 des Lasers beim Pulverauftragsschweißen an einer mit einer bestimmten Position des CAD-Modells 90 korrespondierenden Stelle des Flügelrades 20 beim Fertigen des Flügelrades 20 eingestellt gewesen ist.These times are used as a reference for further manufacturing data: For example, the powder build-up welding device uses the log file 30 the performance 94 of the laser at the respective times of the reference and the respective spatial position of the CAD model 90 of the impeller 20 assigned. In this way, the visualization device 100 therefore book what performance 94 of the laser during powder deposition welding at a specific position on the CAD model 90 corresponding point of the impeller 20 when manufacturing the impeller 20 has been set.

Zusätzlich sind im dargestellten Ausführungsbeispiel optische Sensoren (nicht im Einzelnen dargestellt) vorhanden, welche interferometrisch einen Abstand 96 der Schweißdüse 40 vom jeweils fertiggestellten Teil des Flügelrades 20 bestimmen und kontinuierlich mit ihren jeweiligen Messzeitpunkten in einem internen elektronischen Speicher der optischen Sensoren als Messdaten ablegen. Die Messzeitpunkte werden mit den oben genannten Zeitpunkten synchronisiert, sodass aufgrund der zeitlichen Zuordnung für jede mit einer bestimmten Position des CAD-Modells 90 korrespondierende Stelle des Flügelrades 20 grundsätzlich bekannt ist, welchen Abstand 96 die Schweißdüse 40 bei der Fertigung dieser Stelle des Flügelrades 20 eingenommen hat. Die Messzeitpunkte der optischen Sensoren werden mit den oben genannten Zeitpunkten über gemeinsame Triggerereignisse verknüpft, welche zeitgleich sowohl die Logdateien als auch die Sensoren ansprechen, sodass die Messzeitpunkte auf die oben genannten Zeitpunkte als Referenz abgebildet, d.h. zugeordnet, werden.In addition, in the exemplary embodiment shown there are optical sensors (not shown in detail) which interferometrically distance 96 the welding nozzle 40 from the completed part of the impeller 20 determine and store them continuously with their respective measurement times in an internal electronic memory of the optical sensors as measurement data. The measurement times are synchronized with the times mentioned above, so that due to the time assignment for everyone with a specific position of the CAD model 90 corresponding point of the impeller 20 it is generally known what distance 96 the welding nozzle 40 in the manufacture of this point of the impeller 20 has taken. The measuring times of the optical sensors are linked to the above-mentioned times via common trigger events, which simultaneously address both the log files and the sensors, so that the measuring times are mapped, ie assigned, to the above-mentioned times.

Weitere, den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordnete, Fertigungsdaten umfassen beispielsweise die Zufuhrrate des Pulvers zur Schweißdüse 40 sowie die Beschaffenheit, etwa die mittels einer Kamera oder mittels einer Lichtstreumessung überwachten Partikelradien, des zugeführten Pulvers 60.Further, the spatial positions of the CAD model 90 assigned manufacturing data include, for example, the feed rate of the powder to the welding nozzle 40 as well as the condition, such as the particle radii monitored by means of a camera or by means of a light scattering measurement, of the powder supplied 60 ,

Auf analoge Weise werden für die in 2 dargestellten subtraktiven Fertigungsschritte jeweils Fertigungsdaten mit den räumlichen Positionen des CAD-Modells des Flügelrades 20 verknüpft. Dazu werden die Zeitpunkte der jeweiligen Positionen des Fräsers 80 an dem Flügelrad 20 als gemeinsame Referenzzeit herangezogen. Mittels dieser Referenzzeit werden zusätzlich die mittels Kraftsensoren des Fräsers 80 oder mittels internen Signalen, etwa mit Kräften korrelierenden Stromsignalen, der Fräseinrichtung 70 erfassten Kräfte, insbesondere die Andruckkraft, auf den Fräser 80 den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordnet. Weitere den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordnete Fertigungsdaten umfassen die mechanische Belastung und Abnutzung des Fräsers 80 sowie eine Schnittgeschwindigkeit und eine Drehzahl und eine Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers 80. In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel wird anstelle eines Fräsers 80 ein Bohrer verwendet.In an analogous manner for the in 2 shown subtractive manufacturing steps each manufacturing data with the spatial positions of the CAD model of the impeller 20 connected. For this, the times of the respective positions of the milling cutter 80 on the impeller 20 used as a common reference time. Using this reference time, the milling force sensors are also used 80 or by means of internal signals, such as current signals correlating with forces, of the milling device 70 detected forces, especially the pressure force, on the milling cutter 80 the spatial positions of the CAD model 90 assigned. Further the spatial positions of the CAD model 90 assigned manufacturing data include the mechanical load and wear of the milling cutter 80 and a cutting speed and a speed and a feed speed of the milling cutter 80 , In a further embodiment, not specifically shown, instead of a milling cutter 80 a drill used.

Zusätzlich werden mittels der Logdateien der Pulverauftragsschweißeinrichtung 30 und der Fräseinrichtung 70 als weitere Fertigungsdaten Unterbrechungen einzelner Fertigungsschritte, die Verweildauer von Schweißdüse 40 und Fräser 80 an einzelnen Positionen des Flügelrades 20 sowie ggf. bei manuellen Unterbrechungen der Fertigung elektronisch festgehaltene Kommentare den jeweiligen räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordnet.In addition, using the log files of the powder build-up welding device 30 and the milling device 70 Interruptions to individual production steps, the dwell time of the welding nozzle, as additional manufacturing data 40 and cutters 80 at individual positions of the impeller 20 and, if necessary, in the case of manual production interruptions, electronically recorded comments on the respective spatial positions of the CAD model 90 assigned.

Weitere den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordnete Daten umfassen Ergebnisse einer Qualitätsanalyse des gefertigten Flügelrades 20. Diese Ergebnisse der Qualitätsanalyse beinhalten im dargestellten Ausführungsbeispiel die Geometrie zwischenzeitlich fertiggestellter Teile des Flügelrades 20 und die Oberflächenqualität des Flügelrades 20 sowie Reparaturvorschläge für Bereiche des Flügelrades 20.Further the spatial positions of the CAD model 90 assigned data include results of a quality analysis of the manufactured impeller 20 , In the exemplary embodiment shown, these results of the quality analysis include the geometry of parts of the impeller that have been completed in the meantime 20 and the surface quality of the impeller 20 as well as repair suggestions for areas of the impeller 20 ,

Aus den oben genannten Fertigungsdaten und weiteren Daten wie vorstehend beschrieben wird ein Qualitätsmaß für die Qualität der Fertigung abgeleitet, welches den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zusätzlich zugeordnet wird.A quality measure for the quality of the production is derived from the above-mentioned production data and further data as described above, which corresponds to the spatial positions of the CAD model 90 is additionally assigned.

Diese oben genannten und den räumlichen Positionen des CAD-Modells 90 zugeordneten Daten und Fertigungsdaten sind mittels der Visualisierungseinrichtung 100 in einer perspektivischen Darstellung des CAD-Modells 90 gemeinsam darstellbar: Die Fertigungsdaten werden dazu derart mit dem CAD-Modell 90 verknüpft buchgehalten, dass etwa von einem in der Visualisierungseinrichtung 100 dargestellten Mauszeiger einer Computermaus überfahrene Bereiche des CAD-Modells 90 ein Kontextmenü öffnen, welches verschiedene Gruppen von Fertigungsdaten zugänglich macht. Weiterhin können Fertigungsdaten wie beispielsweise das Qualitätsmaß dauerhaft in der Visualisierungseinrichtung 100 dargestellt werden, etwa in einer dreidimensionalen Darstellung oder in einer überlagerten Darstellung. Ferner können einzelne Fertigungsdaten oder Gruppen von Fertigungsdaten selektiv in entsprechend bereitgestellten Darstellungsmodi gemeinsam mit dem CAD-Modell 90 darstellbar sein. Mittels des vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein digitaler Zwilling realisiert, der Fertigungsdaten anhand des CAD-Modells 90 des Werkstücks digital repräsentiert.These above and the spatial positions of the CAD model 90 assigned data and manufacturing data are by means of the visualization device 100 in a perspective view of the CAD model 90 Can be displayed together: The manufacturing data is so with the CAD model 90 linked bookkeeping that about one in the visualization facility 100 shown mouse pointer of a computer mouse over areas of the CAD model 90 open a context menu which makes different groups of manufacturing data accessible. Furthermore, manufacturing data such as the quality measure can be stored permanently in the visualization device 100 are represented, for example in a three-dimensional representation or in a superimposed representation. Furthermore, individual manufacturing data or groups of manufacturing data can be selectively provided in correspondingly provided display modes together with the CAD model 90 be representable. By means of the method according to the invention described above, a digital twin is thus realized, the manufacturing data using the CAD model 90 of the workpiece represented digitally.

Claims (13)

Verfahren zur additiven und/oder subtraktiven Fertigung eines Werkstücks (20), bei welchem während der Fertigung Fertigungsdaten (92, 94, 96) mit ihren unterschiedlichen Fertigungszeitpunkten erfasst werden, die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder daraus abgeleitete Daten aufgrund der Fertigungszeitpunkte mit einem CAD-Modell (90) des Werkstücks (20) verknüpft werden, und die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder abgeleiteten Daten anhand des CAD-Modells (90) des Werkstücks (20) abrufbar gehalten werden.Method for additive and / or subtractive production of a workpiece (20), in which production data (92, 94, 96) with its different production times are recorded during production, based on the production data (92, 94, 96) and / or data derived therefrom the manufacturing times are linked to a CAD model (90) of the workpiece (20), and the manufacturing data (92, 94, 96) and / or derived data are kept available on the basis of the CAD model (90) of the workpiece (20). Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder daraus abgeleiteten Daten ortsabhängig anhand des CAD-Modells (90) des Werkstücks (20) abrufbar gehalten werden.Method according to the preceding claim, in which the production data (92, 94, 96) and / or data derived therefrom are kept retrievable on the basis of the CAD model (90) of the workpiece (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder abgeleiteten Daten anhand einer Modelldarstellung des Werkstücks (90) abrufbar gehalten oder ausgegeben werden.Method according to one of the preceding claims, in which the production data (92, 94, 96) and / or derived data are kept available or output on the basis of a model representation of the workpiece (90). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Fertigungsdaten (92, 94, 96) in aufeinanderfolgenden Zeitabständen und/oder kontinuierlich erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, in which the production data (92, 94, 96) are recorded in successive time intervals and / or continuously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder abgeleiteten Daten in aufeinanderfolgenden Zeitabständen oder kontinuierlich mit dem CAD-Modell (90) verknüpft werden.Method according to one of the preceding claims, in which the production data (92, 94, 96) and / or derived data are linked to the CAD model (90) at successive time intervals or continuously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Fertigungseinrichtung (30, 70) zur Fertigung herangezogen wird und Fertigungsdaten (92, 94, 96) der Fertigungseinrichtung herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, in which a manufacturing device (30, 70) is used for manufacturing and manufacturing data (92, 94, 96) of the manufacturing device are used. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem Tool-Center-Point-Daten der Fertigungseinrichtung (30, 70) herangezogen werden.Method according to the preceding claim, in which tool center point data of the production device (30, 70) are used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Fertigungsprozesses herangezogen werden und Fertigungsdaten (92, 94, 96) mittels des oder der Sensoren erfasst werden.Method according to one of the preceding claims, in which one or more sensors are used for recording the manufacturing process and manufacturing data (92, 94, 96) are recorded by means of the sensor or sensors. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Fertigung mittels Laserauftrags mittels eines Lasers erfolgt und die Fertigungsdaten (92, 94, 96) zumindest eine Leistung (94) des Lasers umfassen und/oder bei welchem die Fertigung mittels Pulverauftrags eines Pulvers (60) erfolgt und die Fertigungsdaten zumindest eine Fluss- und/oder Förderrate des Pulvers umfassen und/oder bei welchem die Fertigung mittels einer Auftragsdüse (40) erfolgt und die Fertigungsdaten zumindest einen Abstand der Auftragsdüse (40) von einem mit dem Verfahren zu fertigenden Werkstück (20) umfassen.Method according to one of the preceding claims, in which the production takes place by means of laser application by means of a laser and the production data (92, 94, 96) comprise at least one power (94) of the laser and / or in which the production by means of powder application of a powder (60) and the manufacturing data comprise at least one flow and / or conveying rate of the powder and / or in which the manufacturing takes place by means of an application nozzle (40) and the manufacturing data is at least a distance of the application nozzle (40) from a workpiece (20 ) include. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Fertigung mittels Fräsens mit einem Fräser (80) erfolgt und die Fertigungsdaten zumindest eine Schnittgeschwindigkeit und/oder eine Drehzahl und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Drehzahl und/oder eine Andruckkraft des Fräsers (80) umfassen und/oder bei welchem die Fertigung mittels Bohrens mit einem Bohrer erfolgt und die Fertigungsdaten eine Drehzahl des Bohrers und/oder eine Andruckkraft des Bohrers umfassen.Method according to one of the preceding claims, in which the production takes place by means of milling with a milling cutter (80) and the manufacturing data comprises at least a cutting speed and / or a speed and / or a feed speed and / or a speed and / or a pressing force of the milling cutter (80 ) include and / or in which the production takes place by means of drilling with a drill and the production data include a speed of rotation of the drill and / or a pressing force of the drill. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem mit dem CAD-Modell (90) Ergebnisse einer Qualitätskontrolle des Werkstücks umfassen.Method according to the preceding claim, in which, with the CAD model (90), results of a quality control of the workpiece. Fertigungsanlage zur Ausführung eines Verfahrens (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Fertigungseinrichtung (30, 70) sowie eine Prozessdatenbank, welche die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder die daraus abgeleiteten Daten anhand des CAD-Modells (90) abrufbar, insbesondere visuell verknüpft, bereithält.Manufacturing system for executing a method (10) according to one of the preceding claims, comprising a manufacturing device (30, 70) and a process database which contains the manufacturing data (92, 94, 96) and / or the data derived therefrom on the basis of the CAD model (90 ) available, especially visually linked. Fertigungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend eine Ausgabeeinrichtung (100), welche zur Ausgabe einer visuellen Darstellung des CAD-Modells (90) ausgebildet ist, wobei die Fertigungsdaten (92, 94, 96) und/oder die abgeleiteten Daten anhand der visuellen Darstellung abrufbar gehalten werden.Production system according to the preceding claim, comprising an output device (100) which is designed to output a visual representation of the CAD model (90), the production data (92, 94, 96) and / or the derived data being retrievable on the basis of the visual representation being held.
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