DE102019132912A1

DE102019132912A1 - Verfahren und Anlage zur automatisierten Herstellung von dreidimensionalen Komponenten

Info

Publication number: DE102019132912A1
Application number: DE102019132912.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Jahreis
Original assignee: Erich Netzsch GmbH and Co Holding KG
Current assignee: Erich Netzsch GmbH and Co Holding KG
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren und eine Anlage zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten auf einer 3D-Druck-Einheit, wobei ein Soll-Wert für mindestens einen Parameter festgelegt wird. Anschließend wird der Parameter überwacht und so ein Ist-Wert erzeugt. Zwischen dem Soll-Wert und dem ermittelten Ist-Wert findet im Rahmen des Verfahrens weiter ein ständiger oder periodischer Abgleich statt. Erreicht der Ist-Wert den festgelegten Soll-Wert, hat das zur Folge, dass eine Anforderung vom Objekt an mindestens eine 3D-Druck-Einheit gemeldet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur automatisierten Herstellung von dreidimensionalen Komponenten auf 3D-Druckern.
Die Verbreitung von 3D-Druckern in Industrie und Handel nimmt immer mehr zu. Dieser Umstand begründet, dass der 3D-Druck eine wichtige Produktionstechnologie für Konsumgüter oder Ersatzteile wird.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, 3D-Drucker für die Herstellung von Konsumgütern oder Ersatzteilen bereit zu stellen. In der US20150052025A1 wird eine Methode vorgestellt, die einen 3D-Druckprozess für eine elektronische Handelsplattform bereitstellt. Wird über diese Plattform ein Objekt geordert, erhält ein 3D-Drucker die entsprechende Anweisung und produziert das angeforderte Objekt.
Weiter ist aus der DE102011078757A1 ein Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten, insbesondere von Ersatzteilen für Autos auf 3D-Druckern bekannt.
Der Stand der Technik offenbart dabei den Mangel, dass das Objekt manuell angefordert werden muss. Das hat zur Folge, dass der Wartungsaufwand und die Wartungszeit von Objekten, beispielsweise bei industriellen Maschinen, hoch ist, da die Bereitstellung der Ersatzteile durch den 3D-Druck sehr viel Zeit in Anspruch nimmt.
Beschreibung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bereitstellung von durch 3D-Druck hergestellten Ersatzteilen zu optimieren und einer effizienteren Gestaltung der Wartung oder Reparatur von Objekten.
Die beschriebene Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anlage nach den Ansprüchen 1 und 12 gelöst.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit, wobei ein Soll-Wert für mindestens einen Parameter des Objektes festgelegt wird. Anschließend wird der mindestens eine Parameter überwacht und so mindestens ein Ist-Wert erzeugt. Zwischen dem mindestens einem Soll-Wert und dem ermittelten Ist-Wert findet im Rahmen des Verfahrens weiter ein ständiger oder periodischer Abgleich statt. Erreicht der Ist-Wert den festgelegten Soll-Wert, entsteht ein Bedarf. Dieser Bedarf hat zur Folge, dass eine Anforderung vom Objekt an mindestens eine 3D-Druck-Einheit gemeldet wird.
Abschließend wird mittels der mindestens einen 3D-Druck-Einheit die angeforderte Komponente erstellt.
Für das Drucken im Sinne der Erfindung kann jede Herstellungstechnik herangezogen werden, die verwendet werden kann, um dreidimensionale Komponenten zu erstellen. Beispielsweise Herstellungstechniken sind selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modelling, Laserauftragschweißen, Stereolithografie/SLA Drucker, Film Transfer Imaging (FTI), Digital Light Processing (DLP), Multi (Poly) Jet-Modeling und beliebig weitere 3D-Druck-Verfahren.
Die beschriebenen dreidimensionalen Komponenten, die in einem Objekt enthalten sind, sind insbesondere Teile von Maschinen und Geräten, die während des Betreibens der Maschine oder des Gerätes verschleißen, beispielsweise Ersatzteile wie Mahlscheiben für Rührwerkskugelmühlen, Rotoren für Exzenterschneckenpumpen, Probenhalter für Thermoanalysegeräte oder Bremsen für Kraftfahrzeuge.
Voraussetzung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die dreidimensionale Komponente in einem digitalen Modell abgebildet werden kann, vergleichbar mit einem CNC-Modell. In diesem digitalen Modell sind alle nötigen Informationen enthalten, die zur Herstellung der entsprechenden Komponente relevant sind, wie beispielsweise die Maße, deren Toleranzen und das zu verwendende Material bzw. die Materialien.
Objekte im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere industrielle Maschinen und Geräte, wie beispielsweise Rührwerkskugelmühlen, Exzenterschneckenpumpen, Thermoanalysegeräte oder Kraftfahrzeuge. Denkbar sind aber alle Maschinen und Geräte in welchen Komponenten verbaut sind, die während des Betreibens der Maschine oder des Gerätes verschleißen.
Eine 3D-Druck-Einheit ist ein Gerät zur Erzeugung von dreidimensionalen Gegenständen aus CAD-, CNC-, oder anderen Modelldaten. Bei bekannten 3D-Druck-Einheiten werden Komponenten durch sukzessives Auftragen bzw. Hinzufügen von Material (z.B. Kunststoffe, Keramiken, oder Metall) hergestellt. Möglich sind auch Kombinationen von unterschiedlichen Materialien, beispielsweise ist es möglich, einen mit Kunststoff ummantelten Gegenstand mit einem Kern aus Metall mittels 3D-Druck herzustellen. Um eine handelsübliche 3D-Druck-Einheit für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auszustatten, ist es notwendig, dass die 3D-Druck-Einheit befähigt wird, die verschlüsselten Modelldateien, die von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes, die über ein Informationssystem an die 3D-Druck-Einheit übermittelt werden, dekodiert werden können. Hierfür wird die 3D-Druck-Einheit um eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit ergänzt, diese enthält die Algorithmen zur Entschlüsselung der Daten sowie alle relevante Elektronik, die zur Verarbeitung und/oder temporären Speicherung der digitalen Modelle dient. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit sicher an-, oder in der 3D-Druck-Einheit unterzubringen. Vorzugsweise befindet sich ein separates Gehäuse um die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit. Beim Versuch, dieses Gehäuse zu öffnen, wird es automatisch zerstört. Dies kann beispielsweise durch mechanische Verformung oder Verätzung der Elektronikkomponenten geschehen. Die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit der 3D-Druck-Einheit ist auch in der Lage mit einem Informationssystem zu interagieren, um beispielsweise die Fertigstellung einer Komponente entsprechend zu melden, oder um die Möglichkeit zu schaffen, noch ausstehende Anforderungen von einem Benutzer über eine Ausgabeeinheit auslesbar zu machen.
Der Benutzer kann beispielsweise der Besitzer, der Anwender, oder Benutzer des Objektes sein.
Weiter wird zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Soll-Wert für mindestens einen Parameter des Objektes festgelegt. Der Soll-Wert sollte nicht gleich dem endgültigen Verschleiß-Wertes sein, sondern in der Benutzungsphase der Komponente zeitlich vor dem Verschleiß-Wert liegen, damit das somit entstehende Delta an Zeit genutzt werden kann, um die Komponente herzustellen. Dieser Soll-Wert wird in der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes vermerkt bzw. abgespeichert. Der Verschleiß-Wert stellt dabei einen Wert oder eine Größe für eine Komponente dar, ab dieser die Komponente so weit verschlissen ist, dass der weitere Betrieb des Objektes bzw. der Maschine oder des Gerätes, in welcher die entsprechende Komponente verbaut ist, nicht mehr einwandfrei gewährleistet werden kann.
Außerdem wird zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ist-Wert für mindestens einen Parameter des Objektes erfasst. Der Ist-Wert stellt dabei einen Wert oder eine Größe für eine Komponente dar, der während des Betriebes des Objektes bzw. der Maschine oder des Gerätes erfasst wird. Dieser Ist-Wert wird in die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes übermittelt.
Zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert der mindestens einen Komponente findet in der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes ein Abgleich statt. So wird von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes erkannt, wann sich ein Ist-Wert einem entsprechenden Soll-Wert annähert oder diesen erreicht.
Erreicht ein Ist-Wert einen korrespondierenden Soll-Wert oder überspringt diesen, beispielsweise durch plötzliches Zerbrechen der Komponente, entsteht ein sogenannter Bedarf für das Objekt. Die Komponente hat demnach einen Verschleißwert erreicht, bei dem ein einwandfreier Betrieb des Objektes bzw. der Maschine oder des Gerätes nicht mehr gewährleistet werden kann. Der Bedarf wird in der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes erkannt und eine entsprechende Anforderung gemeldet. Die Anforderung kann entweder direkt an die mindestens eine 3D-Druck-Einheit übermittelt werden oder erst an ein Informationssystem geleitet werden, welches anschließend die Anforderung an mindestens eine 3D-Druck-Einheit weiterleitet. Auch denkbar ist, dass die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes die Meldung über Anforderung an die 3D-Druck-Einheit und das Informationssystem parallel sendet.
Als Sonderfall ist sicherlich zu beachten, dass ein Ist-Wert einer Komponente auch vor dem Erreichen des korrespondierenden Soll-Wertes nicht mehr verwendbar ist. Das kann beispielsweise durch unvorhergesehene Beschädigung in Folge von unsachgemäßen Gebrauchs des jeweiligen Objektes geschehen. Dann wird der Soll-Wert vom Ist-Wert nicht erreicht, sondern sofort übersprungen. In diesem Fall wird das Verfahren analog zu dem oben erläuterten Fall fortgeführt.
Die Anforderung mindestens einer Komponente von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes enthält alle relevanten Informationen über die mindestens eine Komponente. Die Anforderung enthält unter anderen Angaben, wie Zeitstempel der Meldung und genaue Informationen über das Objekt (z.B. technische Daten, Seriennummer, Standort, usw.), welches die Komponente anfordert und auch ein digitales Modell, vergleichbar mit CNC-, oder CAD-Dateien. In diesen mindestens einem Modell sind alle nötigen Informationen enthalten, die zur Herstellung der entsprechenden Komponente relevant sind, wie beispielsweise die Maße, deren Toleranzen und das zu verwendende Material bzw. die Materialien. Zusammengefasst ist die Voraussetzung für die Anforderung, dass diese ausreichend beschriebene Attribute und Eigenschaften der angeforderten Komponente enthält, damit diese mittels der 3D-Druck-Einheit hergestellt werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn die beschreibenden Attribute und Eigenschaften der angeforderten Komponente verschlüsselt auf der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes gespeichert sind, sodass ein Auslesen der Daten von unbefugten Dritten verhindert wird. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Anforderung von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes als verschlüsselte Datei an die 3D-Druck-Einheit und/oder das Informationssystem übermittelt wird.
Die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes bzw. der Maschine oder des Gerätes enthält das mindestens eine digitale Modell der in dem Objekt verbauten Komponente sowie die Algorithmen zur Entschlüsselung der Daten sowie alle relevante Elektronik, die zur Verarbeitung und/oder Speicherung der digitalen Modelle dient. Vorteilhaft ist es, wenn die beschreibenden Attribute und Eigenschaften der mindestens einen Komponente verschlüsselt auf der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes gespeichert sind, sodass ein Auslesen der Daten von unbefugten Dritten verhindert wird. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die mindestens eine Anforderung von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes als verschlüsselte Datei an die 3D-Druck-Einheit und/oder das Informationssystem übermittelt wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit sicher im Objekt unterzubringen. Vorzugsweise befindet sich ein separates Gehäuse um die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit. Beim Versuch, dieses Gehäuse zu öffnen, wird es automatisch zerstört. Dies kann beispielsweise durch mechanische Verformung der Elektronikkomponenten oder Verätzung geschehen.
Natürlich ist es auch denkbar, dass ein Objekt bzw. eine Maschine oder ein Gerät mehrere Komponenten enthält, welche Verschleiß unterliegen. In diesen Fall sind in der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes alle digitalen Modelle der entsprechenden Komponenten gespeichert. Vorteilhafter Effekt ist hierbei, dass nur digitale Modelle von Komponenten in der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes gespeichert werden, die auch zu dem entsprechenden Objekt bzw. der Maschine oder dem Gerät passen. So wird vermieden, dass falsche Komponenten bzw. Ersatzteile für die Wartung verwendet bzw. von der 3D-Druck-Einheit hergestellt werden.
Als Informationssystem kann im Sinne der vorliegenden Erfindung das Internet, ein Intranet, ein Server, eine Datenbank, das Mobilfunknetzwerk, ein anderes lokales Netzwerk, Extranet, ein virtuelles Netzwerk, ein drahtloses Netzwerk oder ein anderes solches Netzwerk oder eine Kombination davon verstanden werden. Die Aufgabe des Informationssystems ist folglich die Weitergabe und Übertragung von Daten und Dateien, insbesondere verschlüsselten Daten und Dateien wie beispielsweise die Modelldateien der Komponenten. Vorteilhaft ist es, wenn das Informationssystem die Informationen darstellen kann. Dafür wird mindestens eine Ausgabeeinheit oder mindestens ein Client-Gerät benötigt. Solche Geräte können PCs, Mobiltelefone, Handheld-Messaging-Geräte, Laptops, Personal Data Assistants, elektronische Buchleser und dergleichen sein. Mittels dieser mindestens einen Ausgabeeinheit ist es einem Benutzer beispielsweise möglich aus dem Informationssystem auszulesen, welche Komponenten gedruckt wurden und welche Anforderungen noch unbearbeitet sind. Weiter ist es möglich auf diesen Weg auszulesen, welches Objekt bzw. welche Maschine oder welches Gerät eine Komponente angefordert hat. Auf diese Weise kann der Benutzer sehr leicht und zeitsparend feststellen, in welchem Objekt welche Komponente ausgetauscht werden muss. Auch ist es denkbar, dass das Informationssystem anhand der zur Verfügung gestellten Modelldaten die Dauer des jeweiligen Druckauftrages kennt. Anhand der zu erwartenden Dauer des Druckauftrages kann eine Priorisierung der Anfragen erfolgen. Nach welchem Kriterium die Priorisierung erfolgt, kann vom Nutzer wie gewünscht eingestellt werden.
Eine weitere Funktion des Informationssystems kann die Datenübermittlung an mindestens einen Lizenzgeber sein. Der Lizenzgeber ist im Sinne des Patentes der Hersteller oder der Verkäufer des Objektes an den Anwender oder Benutzer. Diese Datenübermittlung kann dann notwendig sein, wenn mit dem Hersteller des Objektes, bzw. der Maschine oder des Gerätes vereinbart ist, bei jeder Fertigung einer Komponente bzw. eines Ersatzteiles eine Lizenz zu entrichten. Weiter ist die Anbindung des Lizenzgebers an das Informationssystem vorteilhaft, da dieser auf diesem Weg in der Lage ist, beispielsweise die Betriebsparameter des Objektes auszulesen bzw. Meldung erhält, in welchen Abständen das Objekt neue Komponenten benötigt. Art und Weise der Lizenzentrichtung kann hierbei frei gewählt werden.
Es ist denkbar, dass die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes eine Meldung über eine Anforderung an das Informationssystem sendet und diese Anforderung an den Lizenzgeber weitergeleitet wird. Beim Lizenzgeber wird automatisch eine Rechnung betreffend der entsprechenden Komponente erstellt und über das Informationssystem die Meldung an die 3D-Druck-Einheit gegeben, dass die Komponente erstellt werden kann. Auch ist es denkbar, die Freigabe zum Druck der Komponente erst nach Zahlungseingang des Lizenznehmers zu geben. Das würde allerdings den Prozess unnötig verlangsamen.
Weiter ist es auch möglich, dass die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes gleichzeitig eine Meldung an die 3D-Druck-Einheit, als auch über das Informationssystem an den Lizenzgeber sendet.
Ebenfalls besteht die Möglichkeit, dass der Lizenzgeber dem Lizenznehmer ein Kontingent an Druckfreigaben zur Verfügung stellt. Meldet die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes eine Anforderung über eine bestimmte Komponente an das Informationssystem, wird von diesem geprüft, ob für die bestimmte Komponente noch Druckfreigaben im Kontingent vorliegen. Ist das der Fall, wird die Freigabe automatisch an die 3D-Druck-Einheit gesendet. Ist das Kontingent aufgebraucht, wird eine Meldung vom Informationssystem an den Lizenznehmer als auch an den Lizenzgeber gesendet, um diese darauf aufmerksam zu machen.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren für ein Objekt angewandt, welches eine Komponente aufweist, die beim Gebrauch des Objektes verschleißt, so muss zur Erkennung des Verschleißes der Komponente eine Skalierung festgelegt werden. Auf dieser Skalierung wird der Ist-Wert in Relation zum Soll-Wert dargestellt. Beispielsweise kann eine prozentuale Darstellung gewählt werden, wobei jeweils 100,0 %, oder 0,0 % als Ausgangswert definiert werden können. 100,0 % würde also darstellen, dass die Komponente voll einsatzfähig ist, 0,0 % würde anzeigen, dass die Komponente noch keine Verschleißschäden hat. Ebenfalls kann direkt eine Maßeinheit ohne prozentuale Skala herangezogen werden, beispielsweise die Dicke, Länge, Höhe der Komponente in Meter oder eine Eigenschaft wie Leitfähigkeit, Biegefestigkeit, oder Duktilität.
Anzumerken ist, dass der Soll-Wert nicht die tatsächliche Verschleißgrenze, also den Zustand der Komponente, in dem eine weitere Benutzung nicht mehr möglich ist, darstellt. Vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist, wenn die Zeit, die benötigt wird um die angeforderte Komponente auf der 3D-Druck-Einheit herzustellen berücksichtigt wird. Daher sollte der Soll-Wert nicht zu knapp an der tatsächlichen Verschleißgrenze der Komponente eingestellt werden, damit die neue Komponente zur Verfügung gestellt werden kann, bevor die Komponente nicht mehr einsatzfähig ist.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Steuer- / Rechen- / Computereinheit in der Lage ist, anhand der Entwicklung des Verschleißes der Komponente eine Prognose zu erstellen, wann der Ist-Wert die tatsächliche Verschleißgrenze erreicht. Anhand der Prognose kann dann ein Soll-Wert von der Steuer- / Rechen- / Computereinheit empfohlen oder automatisiert festgelegt werden. Anhand dieser Prognose und der in der Modelldatei hinterlegten Information, wieviel Zeit für das Drucken der Komponente benötig wird, kann dann die neue Komponente zur Verfügung gestellt werden, bevor die Komponente nicht mehr einsatzfähig ist.
Figurenliste

1 zeigt das Prozessschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt ein weiteres Prozessschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 veranschaulicht das Zusammenwirken von Objekt, 3D-Druck-Einheit und Informationssystem.

Das Prozessschema nach 1 beschreibt die folgenden Verfahrensschritte:

PC =: Parameter Control; die Überwachung der Parameter der jeweiligen Komponente, die in einem Objekt enthalten ist. Im Rahmen dieser Überwachung werden entweder ständig oder in vom Anwender festzulegenden Abständen Messungen durchgeführt, die den Ist-Wert der Komponente ermitteln.
C =: Comparison; der Abgleich des Ist-Wertes zum Soll-Wert. Bei diesem Schritt wird der Ist-Wert mit dem vom Anwender oder der Steuer- / Rechen- / Computereinheit eingestelltem Soll-Wert verglichen.
D =: Detection; die Feststellung eines Bedarfs. Dieser Schritt beschreibt die Entstehung eines Bedarfs. Hat der Ist-Wert den Soll-Wert erreicht oder hat diesen bereits über-, oder unterschritten, besteht ein Bedarf an der überwachten Komponente.
T =: Transmission; die Übermittlung des Bedarfs bzw. die Anforderung der Komponente. In diesem Schritt wird die Übermittlung des Bedarfs dargestellt.
P =: Print; die 3D-Druck-Einheit. In diesem Prozessschritt wird die Herstellung der Komponente durch die 3D-Druck-Einheit veranschaulicht.
M =: Module; die Komponente. Hier wird das Ausgeben der Komponente dargestellt.

Das Prozessschema nach 2 beschreibt die folgenden Verfahrensschritte:

PC =: Parameter Control; die Überwachung der Parameter der jeweiligen Komponente, die in einem Objekt enthalten ist. Im Rahmen dieser Überwachung werden entweder ständig oder in vom Anwender festzulegenden Abständen Messungen durchgeführt, die den Ist-Wert der Komponente ermitteln.
C =: Comparison; der Abgleich des Ist-Wertes zum Soll-Wert. Bei diesem Schritt wird der Ist-Wert mit dem vom Anwender oder der Steuer- / Rechen- / Computereinheit eingestelltem Soll-Wert verglichen.
D =: Detection; die Feststellung eines Bedarfs. Dieser Schritt beschreibt die Entstehung eines Bedarfes. Hat der Ist-Wert den Soll-Wert erreicht, oder hat diesem bereits über-, oder unterschritten, besteht ein Bedarf an der überwachten Komponente.
T =: Transmission; die Übermittlung des Bedarfs, bzw. die Anforderung der Komponente. In diesem Schritt wird die Übermittlung des Bedarfs dargestellt. Der Bedarf wird an das Informationssystem gemeldet. Es besteht die Möglichkeit den Bedarf auch direkt an die 3D-Druck-Einheit zu übermitteln (gestichelter Pfeil).
IS: = Information System; Meldung an das Informationssystem. Das Informationssystem übermittelt die Anforderung an die 3D-Druck-Einheit und bekommt von dieser auch Rückmeldung über die Fertigstellung der angeforderten Komponente. Auf das Informationssystem kann der Anwender über entsprechende Geräte zugreifen und Informationen auslesen.
P =: Print; die 3D-Druck-Einheit. In diesem Prozessschritt wird die Herstellung der Komponente durch die 3D-Druck-Einheit veranschaulicht.
M =: Module; die Komponente. Hier wird das Ausgeben der Komponente dargestellt.

Die 3 stellt dar, wie sich die am Verfahren beteiligten Einheiten anordnen. Das Objekt (D) beinhaltet die Komponente (M). Die Komponente (M) wird von mindestens einem Sensor (S) überwacht, denkbar sind auch Fühler, Sonden oder beliebige Vorrichtungen, die für eine Messung von Verschleiß an einer Komponente (M) geeignet sind. Der mindestens eine Sensor (S) steht in Verbindung mit der Steuer- / Rechen- / Computereinheit (CPU) und übermittelt die gemessenen Ist-Werte. Diese Ist-Werte werden von der Steuer- / Rechen- / Computereinheit (CPU) mit dem mindestens einem Soll-Wert abgeglichen. Hat der Ist-Wert den Soll-Wert erreicht oder hat diesen bereits über-, oder unterschritten, besteht ein Bedarf an der überwachten Komponente (M). Dieser Bedarf wird an das Informationssystem (IS) gemeldet. Es besteht die Möglichkeit den Bedarf auch direkt an die 3D-Druck-Einheit (P) zu übermitteln (gestichelter Pfeil). Das Informationssystem (IS) übermittelt die Anforderung an die 3D-Druck-Einheit (P) und bekommt von dieser auch Rückmeldung über die Fertigstellung der angeforderten Komponente (M). Auf das Informationssystem (IS) kann der Anwender über entsprechende Geräte zugreifen und die dort enthaltenen Informationen wie beispielsweise angeforderte Komponenten (M) oder verbleibende Druckzeiten auslesen. Eine weitere Funktion des Informationssystems (IS) kann die Datenübermittlung an mindestens einen Lizenzgeber (L) sein.
Ausführungsbeispiel 1
Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Ein Fahrzeug (Objekt) ist mit Bremsen eines Herstellers (L) und insbesondere mit Bremsscheiben aus Keramik (Komponente) ausgestattet. Die Bremsscheiben unterliegen einem Verschleiß, der mittels Sensoren (S) messbar ist. Weiter verfügt das Fahrzeug über einen Boardcomputer (CPU), welcher mit dem Sensor (S) verbunden ist. Der Nutzer des Fahrzeuges ist im Besitz eines 3D-Druckers (P) sowie eines Smartphones, welches via einer App (IS) mit dem 3D-Drucker und dem Boardcomputer kommunizieren kann.
Wir gehen nun davon aus, dass die keramische Bremsscheibe im Fahrzeug ab einer Stärke von 1 cm als nicht mehr betriebssicher gilt. Das stellt den Verschleiß-Wert dar. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft, wenn der frei konfigurierbare Soll-Wert früher erreicht wird, also der wirkliche Verschleiß-Wert. In diesem Beispiel wird also der Soll-Wert auf 1,2 cm Stärke der keramischen Bremsscheibe eingestellt.
Alternativ kann vorgehsehen sein, dass der optimale Zeitpunkt der Anforderung berechnet wird. Dafür ist es notwendig, das Verschleißverhalten der Bremsscheibe zu kennen. Relevant ist hierbei, ob es sich um eine lineare Abnutzung oder um eine nicht lineare Abnutzung, bei der mit steigender Dauer der Benutzung der Bremsscheibe sich der Verschließ verlangsamt oder beschleunigt, handelt. Wird der durchschnittliche Verschleiß über die gesamte bisherige Benutzungszeit mit der noch vorhandenen Dicke der keramischen Bremsscheibe abgeglichen, kann eine Prognose über die noch zu erwartende Zeit bis zum Erreichen des eingestellten Soll-Wertes ausgegeben werden. Diese Berechnung erfolgt automatisiert im Boardcomputer des Fahrzeuges.
Erreicht die Bremsscheibe den eingestellten oder berechneten Soll-Wert, wird das vom Sensor erfasst und an den Boardcomputer gemeldet. Der Boardcomputer gibt daraufhin eine Anforderung und die nötigen digitalen Modelldateien verschlüsselt an die App des Smartphones weiter. Die App des Smartphones übermittelt die Anforderung und die digitalen Modelldateien weiter an den 3D-Drucker, der die verschlüsselten Modelldateien decodiert und beginnt die keramische Bremsscheibe zu herzustellen.
Alternativ ist es nun auch möglich, dass das Informationssystem, also die App, zeitgleich mit der Mitteilung an den 3D-Drucker eine Mitteilung an den Hersteller (L) übermittelt. So kann der Hersteller eine entsprechende Rechnung für das zur Verfügung stellen der digitalen Modelldateien stellen.
Ausführungsbeispiel 2
Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Eine Exzenterschneckenpumpe (Objekt) beinhaltet unter anderem auch einen Metallrotor und einen Stator aus Kunststoff. Der Stator (Komponente) unterliegt einem Verschleiß, der mittels Sensoren (S) messbar ist. Weiter verfügt die Pumpe über eine Computereinheit (CPU), welche mit dem Sensor (S) verbunden ist. Der Nutzer der Pumpe verwaltet die Pumpe mittels eines Steuerprogrammes (IS), welches über ein internes Netzwerk mit dem 3D-Drucker und der Computereinheit der Pumpe kommunizieren kann.
Mit anhaltender Nutzungsdauer der Pumpe kann der Kunststoff des Stators seine Eigenschaften verändern oder Material verlieren, beispielsweise durch Temperatureinflüsse oder durch abrasive Pumpmedien. Je nach Pumpengröße ist auch der kritische Verschleißpunkt für den Stator unterschiedlich ausgeprägt und kann individuell eingestellt werden. Den Verschleißpunkt kann der Pumpenbetreiber direkt an der Pumpe mittels der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit einstellen. Alternativ kann der kritische Verschleißpunkt auch über das Informationssystem eingestellt werden, welches dann die Information an die Steuer-/ Rechen-/Computereinheit übermittelt. Auf das Informationssystem kann der Betreiber der Pumpe z.B. mittels einer App eines Mobiltelefons oder über einen PC zugreifen.
Erreicht nun die Wandstärke, also der Ist-Wert des Stators den eingestellten Soll-Wert, meldet der Sensor dies der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit. Die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit meldet daraufhin den Bedarf an dieser Komponente, hier der Stator an die 3D-Druck-Einheit. Mit der Meldung des Bedarfes werden von der Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit auch alle relevanten Informationen wie beispielsweise die geometrische Beschaffenheit des Stators und das zu verwendende Material an die 3D-Druck-Einheit übermittelt. Die Übermittlung der relevanten Informationen für die Komponente, hier der Stator, kann bei Bedarf auch verschlüsselt erfolgen.
Ausführungsbeispiel 3
Nachfolgend wird das Verfahren anhand eines dritten Ausführungsbeispiels dargestellt. Eine Rührwerkskugelmühle (Objekt) beinhaltet beispielsweise Rührstäbe, welche auf einer Welle befestigt sind. Jeder einzelne Rührstab (Komponente) unterliegt einem Verschleiß, der mittels Sensoren (S) messbar ist. Weiter verfügt die Rührwerkskugelmühle über eine Computereinheit (CPU), welche mit dem Sensor (S) verbunden ist. Der Nutzer der Rührwerkskugelmühle verwaltet diese mittels eines Steuerprogrammes (IS), welches über ein internes Netzwerk mit dem 3D-Drucker und der Computereinheit der Rührwerkskugelmühle kommunizieren kann.
Während des Betriebes der Rührwerkskugelmühle verschleißen die auf der Welle montierten Rührstäbe durch das zu vermahlende Produkt und die in der Mühle vorhandenen Mahlhilfskörper. Der Soll-Wert wird vom Mühlenbetreiber über die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit der Rührwerkskugelmühle eingestellt. Alternativ kann der Soll-Wert, also der kritische Verschleißpunkt auch über das Informationssystem eingestellt werden, welches dann die Information an die Steuer- / Rechen-/Computereinheit übermittelt. Auf das Informationssystem kann der Betreiber der Rührwerkskugelmühle z.B. mittels einer App eines Mobiltelefons oder über einen PC zugreifen.
Sobald nun der Sensor, welcher einen Rührstab überwacht, feststellt, dass der Ist-Wert den eingestellten Soll-Wert erreicht, wird dies an die Steuer- / Rechen-/Computereinheit übermittelt. Die Steuer-/ Rechen-/Computereinheit meldet diese Information an das Informationssystem des Mühlenbetreibers und gleichzeitig an die 3D-Druckeinheit. So wird über das Informationssystem der Mühlenbetreiber darüber informiert, dass in Kürze ein Rührstab einen kritischen Verschleißpunkt erreicht und eine entsprechende Ersatzkomponente schon in Auftrag gegeben wurde.
Auch denkbar ist dieses Beispiel für die komplette Rührwelle einer Rührwerkskugelmühle.
Hat der Mühlenbetreiber nun mehrere Rührwerkskugelmühlen im Einsatz, Beispielsweise eine erste Rührwerkskugelmühle mit dem soeben beschriebenen Rührstäben, welche auf der Rührwelle montiert sind und eine zweite Rührwerkskugelmühle, welche eine einstückig ausgebildet Rührwelle aufweist, die ebenfalls nach dem beschriebenen System mit einem Sensor überwacht wird, kann gleichzeitig, oder in geringem Zeitabstand Bedarf an einem Rührstab und Bedarf an einer Rührwelle ans Informationssystem gemeldet werden. In diesem Szenario kann die Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit der Rührwerkskugelmühle eine Priorisierung der Aufträge vornehmen. Für dieses Beispiel ist zu erwarten, dass die Herstellung des Rührstabes weniger Zeit beansprucht als die Herstellung einer kompletten Rührwelle. Für diesen Fall kann der Betreiber der Rührwerkskugelmühlen eine Priorisierung einstellen, welche zur Folge hat, dass entweder die Rührwelle oder der Rührstab als erstes hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20150052025 A1 [0003]
DE 102011078757 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit wobei, a. ein Soll-Wert für mindestens einen Parameter des Objektes festgelegt wird. b. der mindestens eine Parameter überwacht und so mindestens ein Ist-Wert erzeugt wird. c. ein Abgleich zwischen dem mindestens einem Soll-Wert und dem mindestens einem Ist-Wert stattfindet. d. ein Bedarf entsteht, sobald der Ist-Wert den Soll-Wert erreicht. e. eine Anforderung (vom Objekt) an mindestens eine 3D-Druck-Einheit gemeldet wird. f. mittels der mindestens eine 3D-Druck-Einheit die Komponente erstellt wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 1, wobei der Soll-Wert bei Inbetriebnahme des Objektes automatisch oder manuell festgestellt wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit, nach Anspruch 1 bis 2, wobei der mindestens eine Parameter mittels mindestens eines Sensors überwacht wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit, nach Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens ein Sensor einer Komponente zugeordnet wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 1 bis 4, wobei das mindestens eine Objekt mindestens eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit aufweist, welche das mindestens eine Signal des mindestens einen Sensors verarbeitet.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 5, wobei der Abgleich zwischen Soll-Wert und Ist-Wert mittels der mindestens einen Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit durchgeführt wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 5 bis 6, wobei die mindestens eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit mit einer 3D-Druck-Einheit in Verbindung gebracht wird.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 5 bis 7, wobei die mindestens eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit alle zum 3D-Druck benötigten Informationen über die mit Sensoren verknüpften Komponenten enthält.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 5 bis 8, wobei die mindestens eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit alle zum 3D-Druck benötigten Informationen über die mindestens eine benötigte Komponente an den mindestens eine 3D-Druck-Einheit übermittelt.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 1 bis 9, wobei die 3D-Druck-Einheit eine Meldung über die mindestens eine erstellte Komponente an mindestens ein Informationssystem weiterleitet.
Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 10, wobei das Informationssystem die Meldung über die mindestens eine erstellte Komponente an mindestens einen Lizenzgeber und/oder an das Objekt, welches Bedarf an der mindestens einen Komponente hat, weiterleitet.
Anlage zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit wobei: a. das Objekt der Anlage austauschbare dreidimensionale Komponenten und eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit aufweist. b. das Objekt der Anlage mindestens einen Sensor aufweist, der einer Komponente zugeordnet ist und welcher mit einer Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit verbunden ist. c. die mindestens eine Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit mit mindestens einer 3D-Druck-Einheit verbunden ist.
Anlage zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine 3D-Druck-Einheit mit einem Informationssystem verbunden ist.
Anlage zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 13, wobei das Informationssystem mit mindestens einer Steuer-/ Rechen-/ Computereinheit des Objektes der Anlage verbunden ist.
Anlage zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten für mindestens ein Objekt auf mindestens einer 3D-Druck-Einheit nach Anspruch 13 bis 14, wobei das Informationssystem eine Verbindung mit einem Lizenzgeber aufweist.