DE102020129202A1 - Additive manufacturing facility - Google Patents

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DE102020129202A1
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Till Oeschger
Axel Boi
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Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit einem Arbeitsraum (18), einer Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, zumindest einem Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, einer Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und einem integrierten Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen. Die Offenbarung betrifft ferner ein korrespondierendes Verfahren zur additiven Fertigung.The disclosure relates to a system for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, with a working space (18), a housing (16) that delimits the working space (18), at least one application head (46) for dispensing a building material, a handling device ( 24, 324) with a receptacle (40, 340) and an integrated cleaning system (60) with at least one cleaning head (62, 100), the at least one cleaning head (62, 100) being moved by the handling device (24, 324) in the working area (18) is movable in order to clean at least the working space (18) or a component (58). The disclosure also relates to a corresponding method for additive manufacturing.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Anlage zur additiven Fertigung. Zumindest in beispielhaften Gestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Anlagen zur additiven Fertigung mittels Direct Energy Deposition (DED).The present disclosure relates to an additive manufacturing system. At least in exemplary forms, the present disclosure relates to direct energy deposition (DED) additive manufacturing systems.

Derartige Anlagen und Vorrichtungen umfassen beispielsweise eine Handhabungseinrichtung mit einem Auftragskopf, und einen Werkstückträger, wobei die Handhabungseinrichtung den Auftragskopf relativ zum Werkstückträger bewegen kann, um dort Material auf ein Werkstück bzw. ein Substrat aufzutragen.Such systems and devices include, for example, a handling device with an application head and a workpiece carrier, the handling device being able to move the application head relative to the workpiece carrier in order to apply material to a workpiece or a substrate there.

Anlagen zur additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) können für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden. Dies umfasst beispielsweise eine vollständige Herstellung von Bauteilen (vollständig mittels additiver Fertigung), eine ergänzende Herstellung von Bauteilen (additive Fertigung zusätzlich zu konventioneller Fertigung bei einem Bauteil), und/oder eine Nutzung zu Reparaturzwecken (Gebrauchtteil wird mittels additiver Fertigung ertüchtigt). Eine weitere Anwendung für Anlagen der additiven Fertigung ist die Beschichtung von Werkstücken. Auf diese Weise können Werkstücke mit gewünschten Oberflächen und Eigenschaften erzeugt werden, indem auf ein vorhandenes Halbzeug eine Schicht aufgetragen wird. Es ist vorstellbar, Außenflächen eines Werkstücks zu beschichten. Ferner ist es auch vorstellbar, Innenflächen, also nach innen gewandte Flächen, zu beschichten. Der Begriff additive Fertigung umfasst die vollständig additive Ausbildung von Bauteilen, aber auch einen additiven Auftrag auf ein schon vorhandenes Bauteil.Additive manufacturing (AM) systems can be used for various use cases. This includes, for example, complete production of components (completely using additive manufacturing), supplementary production of components (additive manufacturing in addition to conventional manufacturing for a component), and/or use for repair purposes (used part is upgraded using additive manufacturing). Another application for additive manufacturing systems is the coating of workpieces. In this way, workpieces with the desired surfaces and properties can be produced by applying a layer to an existing semi-finished product. It is conceivable to coat external surfaces of a workpiece. Furthermore, it is also conceivable to coat inner surfaces, ie surfaces facing inwards. The term additive manufacturing includes the completely additive formation of components, but also an additive order on an already existing component.

Unter dem Begriff Direct Energy Deposition (DED) lassen sich verschiedene Verfahren zur additiven Fertigung zusammenfassen, die darauf beruhen, dass mittels einer fokussierten Energiequelle, insbesondere mittels energiereicher Strahlung, Material aufgeschmolzen und aufgetragen wird. Das Baumaterial wird beispielhaft als Pulver oder Draht zugeführt.The term Direct Energy Deposition (DED) summarizes various processes for additive manufacturing, which are based on the fact that material is melted and applied using a focused energy source, in particular using high-energy radiation. The building material is supplied as powder or wire, for example.

Ein beispielhafter Vertreter von DED Technologien ist das Laserauftragsschweißen (LMD - Laser Metal Deposition). Der Energieeintrag erfolgt mit einem Laser. Auf der Bauteiloberfläche erzeugt der Laser ein Schmelzbad. Durch eine Düse wird automatisiert Metallpulver eingebracht. Das Pulver schmilzt auf und verbindet sich mit dem Grundwerkstoff. Es entstehen miteinander verschweißte Raupen, die Strukturen an bestehenden Grundkörpern oder ganze Bauteilen ergeben. Bei Bedarf können viele Schichten übereinander aufgebaut werden. Als Schutzgas wird dabei beispielsweise Argon eingesetzt. Es sind jedoch auch DED Verfahren bekannt, die statt Metallpulver Metalldrähte verarbeiten.An exemplary representative of DED technologies is laser deposition welding (LMD - Laser Metal Deposition). The energy input takes place with a laser. The laser creates a molten pool on the component surface. Metal powder is automatically introduced through a nozzle. The powder melts and combines with the base material. Beads that are welded together are created, which result in structures on existing base bodies or entire components. If necessary, many layers can be built up one on top of the other. Argon, for example, is used as the protective gas. However, DED methods are also known which process metal wires instead of metal powder.

Durch DED Verfahren lassen sich 3D-Strukturen auch auf unebenen Flächen erzeugen. Damit eignet sich das Verfahren auch für Reparaturen sowie für Geometrieänderungen. Es können verschiedene Werkstoffe verwendet werden, so dass sich auch Bauteile mit inhomogener Werkstoffstruktur erzeugen lassen. DED Verfahren haben relativ hohe Auftragsraten, im Vergleich zu anderen Verfahren zur additiven Fertigung.DED processes can also be used to create 3D structures on uneven surfaces. The process is therefore also suitable for repairs and changes in geometry. Different materials can be used so that components with an inhomogeneous material structure can also be produced. DED processes have relatively high deposition rates compared to other additive manufacturing processes.

Aus der EP 2 872 287 A2 ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bekannt, die das DED Verfahren nutzt. Die Anlage umfasst einen Auftragskopf, der über eine Handhabungseinrichtung relativ zu einem Werkzeugträger verfahrbar ist. Die Handhabungseinrichtung umfasst einen Träger für den Auftragskopf, der auch zur Aufnahme anderer Köpfe ausgebildet ist, beispielsweise Bearbeitungsköpfe zur abtragenden Bearbeitung.From the EP 2 872 287 A2 a device for additive manufacturing is known that uses the DED method. The system includes an application head that can be moved relative to a tool carrier via a handling device. The handling device includes a carrier for the application head, which is also designed to accommodate other heads, for example machining heads for machining.

Anlagen zur additiven Fertigung im industriellen Umfeld sind kostenintensiv. Dies trifft beispielsweise auf Anlagen zu, die mittels additiver Verfahren metallische Werkstücke (Bauteile) erzeugen können. Zur Erzeugung metallischer Bauteile ist es regelmäßig erforderlich, das Baumaterial zumindest partiell anzuschmelzen oder gar vollständig aufzuschmelzen, damit ein hinreichend dichter Verbund geschaffen wird.Systems for additive manufacturing in an industrial environment are expensive. This applies, for example, to systems that can produce metallic workpieces (components) using additive processes. To produce metallic components, it is regularly necessary to at least partially melt or even completely melt the building material so that a sufficiently tight bond is created.

Die additive Fertigung findet mittlerweile weite Verbreitung, gerade auch im industriellen Umfeld. Insbesondere die Verarbeitung von Metallwerkstoffen eröffnet neue Anwendungsfelder. Viele aktuelle Anlagen zur additiven Fertigung konzentrieren sich auf den eigentlichen Bauprozess. Es gibt jedoch weitere Prozessbestandteile, insbesondere die erforderliche Reinigung, die zur Erhöhung der Nebenzeiten führen.Additive manufacturing is now widespread, especially in the industrial environment. In particular, the processing of metal materials opens up new fields of application. Many current additive manufacturing systems focus on the actual construction process. However, there are other process components, in particular the required cleaning, which lead to an increase in non-productive times.

Bei der additiven Fertigung entstehen im Arbeitsraum häufig beträchtliche Verschmutzungen. Es lässt sich häufig prozessbedingt ein beträchtlicher Verschmutzungseintrag (zum Beispiel sogenanntes Overspray) nicht vermeiden. Dies wirkt sich nachteilig auf Prozesszeiten aus, da häufig aufwändige manuelle Reinigungsarbeiten nötig sind. Mit anderen Worten muss häufig der Arbeitsraum mit dem darin angeordneten Bauteil zunächst hinreichend gereinigt werden, bevor das Bauteil nach dem Bauprozess entnommen wird.In additive manufacturing, there is often considerable contamination in the work area. A considerable amount of contamination (e.g. so-called overspray) often cannot be avoided due to the process. This has a negative effect on process times, since time-consuming manual cleaning work is often necessary. In other words, the working space with the component arranged therein must first be sufficiently cleaned before the component is removed after the construction process.

Eine unmittelbare Entnahme des Bauteils ist häufig nur mit umfangreicher persönlicher Schutzausrüstung möglich, wenn der Arbeitsraum und das Bauteil nicht hinreichend gereinigt wurden. Auch dies wirkt sich nachteilig auf die Anwendung im industriellen Umfeld aus. Häufig werden mittels AM gefertigte Bauteile einer Nachbearbeitung unterzogen, so dass etwaige Verschmutzungen auch beim nachfolgenden Bearbeitungsschritten nachteilige Auswirkungen haben können.Immediate removal of the component is often only possible with extensive personal protective equipment if the work area and the component have not been cleaned sufficiently. This also has a disadvantageous effect on the application in industry all environment. Components manufactured using AM are often subjected to post-processing, so that any contamination can also have negative effects in the subsequent processing steps.

Überschüssiges Pulver aus dem Bauprozess, welches sich im Arbeitsraum ablagert, kann sogar als Rohstoff dienen, gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung. Auch bei Verwendung eines Baumaterials in Drahtform gibt es Kontaminationen im Bauraum. Allgemein können sich bei der additiven Fertigung mittels DED im Arbeitsraum Metalldämpfe, Schweißgas und Ähnliches bilden, die sich auf Oberflächen im Arbeitsraum, auf Komponenten der Anlage, aber auch auf dem Bauteil absetzen. Es ist also häufig angebracht, nicht nur das Bauteil zu reinigen, sondern auch dessen Umgebung. Es empfiehlt sich, zumindest periodisch den Arbeitsraum inklusive der dort angeordneten Kinematik zu reinigen, zumindest abschnittsweise.Excess powder from the construction process, which is deposited in the work area, can even serve as raw material, if necessary after appropriate processing. Even when using a construction material in wire form, there is contamination in the construction space. In general, metal vapors, welding gas and the like can form in the work area during additive manufacturing using DED, which settle on surfaces in the work area, on components of the system, but also on the component. It is therefore often appropriate not only to clean the component, but also its surroundings. It is advisable to clean the working space, including the kinematics arranged there, at least periodically, at least in sections.

Eine intensive Reinigung kann beispielsweise bei einem Werkstoffwechsel erforderlich sein. Dann müssen schon aus Gründen der Sortentrennung Verschmutzungen soweit wie möglich entfernt werden.Intensive cleaning may be required when changing materials, for example. Then dirt must be removed as far as possible for reasons of sorting.

Ein Vorteil der additiven Fertigung mittels DED ist die hohe Variabilität, da Material zielgerichtet aufgetragen werden kann. Häufig kann der Auftragskopf in mehreren Achsen relativ zum Werkstück im Arbeitsraum bewegt und gegebenenfalls sogar verschwenkt werden. Diese Gestaltungsfreiheit erlaubt die additive Fertigung (umfassend auch additive Bearbeitung, Beschichtung und dergleichen) einer Vielzahl verschiedener Bauteile in ein und derselben Anlage. Dies hat jedoch Auswirkungen auf das sich jeweils ergebende Verschmutzungsbild.One advantage of additive manufacturing using DED is the high degree of variability, as material can be applied in a targeted manner. The application head can often be moved in several axes relative to the workpiece in the working area and, if necessary, even pivoted. This freedom of design allows the additive manufacturing (including additive processing, coating and the like) of a large number of different components in one and the same system. However, this has an impact on the resulting pollution picture.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur additiven Fertigung anzugeben, die flexibel einsetzbar und für Anwendungen im industriellen Umfeld geeignet ist. Vorzugsweise kann bei der Bauteilentnahme nach dem Bauprozess die Anforderung an persönliche Schutzausrüstung reduziert werden. Vorzugsweise ist eine solche Anlage für die automatisierte Fertigung geeignet. Vorzugsweise erlaubt die Anlage eine Reduzierung der Nebenzeiten durch Reduzierung der für die manuelle Reinigung erforderlichen Zeit, insbesondere vor der Bauteilentnahme. Ferner soll die Anlage die Verschmutzungsexposition (Staubexposition) für einen Bediener möglichst weit reduzieren, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Nach Möglichkeit soll sich die Bedienung der Anlage insgesamt vereinfachen.Against this background, the invention is based on the object of specifying a system for additive manufacturing that can be used flexibly and is suitable for applications in the industrial environment. Preferably, the requirement for personal protective equipment can be reduced when removing components after the construction process. Such a system is preferably suitable for automated production. Preferably, the system allows a reduction in non-productive times by reducing the time required for manual cleaning, in particular before component removal. Furthermore, the system should reduce the exposure to contamination (exposure to dust) for an operator as much as possible, at least in exemplary configurations. If possible, the overall operation of the system should be simplified.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe durch eine Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, gelöst, wobei die Anlage Folgendes aufweist:

  • - einen Arbeitsraum,
  • - eine Einhausung, die den Arbeitsraum begrenzt,
  • - zumindest einen Auftragskopf zum Ausbringen eines Baumaterials,
  • - eine Handhabungseinrichtung mit einer Aufnahme, und
  • - ein integriertes Reinigungssystem mit zumindest einem Reinigungskopf,
wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung im Arbeitsraum bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen.According to a first aspect of the present disclosure, the object is achieved by a system for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, the system having the following:
  • - a workroom,
  • - an enclosure that delimits the work area,
  • - at least one application head for applying a building material,
  • - a handling device with a receptacle, and
  • - an integrated cleaning system with at least one cleaning head,
wherein the at least one cleaning head can be moved in the work space by the handling device in order to clean at least the work space or a component.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.The object of the invention is achieved in this way.

Erfindungsgemäß wird nämlich eine integrierte und automatisierte Reinigung ermöglicht, so dass etwaiger Zusatzaufwand für die Reinigung, insbesondere für manuelle Reinigung, reduziert wird. Vorzugsweise kann auf eine separate Reinigungseinrichtung zur Entfernung von Rückständen aus dem additiven Fertigungsprozess verzichtet werden.According to the invention, an integrated and automated cleaning is made possible, so that any additional effort for the cleaning, in particular for manual cleaning, is reduced. A separate cleaning device for removing residues from the additive manufacturing process can preferably be dispensed with.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ermöglicht das integrierte Reinigungssystem eine Entfernung von Verschmutzungen, Reststoffen (Pulver, Overspray,...), so dass das Bauteil (Werkstück) ohne Zusatzmaßnahmen wie erhöhten Staubschutz aus dem Arbeitsraum entnommen werden kann. Zumindest vereinfacht das integrierte Reinigungssystem etwaige nachfolgende Prozessschritte und/oder das Teilehandling.In an exemplary embodiment, the integrated cleaning system enables dirt, residues (powder, overspray,...) to be removed, so that the component (workpiece) can be removed from the work area without additional measures such as increased dust protection. At the very least, the integrated cleaning system simplifies any subsequent process steps and/or parts handling.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Anlage als selbstreinigende Anlage gestaltet. In einer beispielhaften Ausgestaltung stellt die Handhabungseinrichtung Bewegungsfreiheitsgrade bereit, die die Anlage zur Selbstreinigung befähigen, insbesondere auch zur Reinigung des Bauteils.In an exemplary embodiment, the system is designed as a self-cleaning system. In an exemplary embodiment, the handling device provides degrees of freedom of movement that enable the system to clean itself, in particular also to clean the component.

In beispielhaften Ausgestaltungen wird die Handhabungseinrichtung primär dazu verwendet, eine Relativbewegung zwischen Auftragskopf und Werkstück zu erzeugen. Ferner ist in anderen Ausgestaltungen die primäre Aufgabe der Handhabungseinrichtung eine Handling-Aufgabe, beispielsweise die automatisierte Beladung (insbesondere das Entladen) der Anlage. Das Führen des Reinigungskopfes im Arbeitsraum kann als sekundäre Aufgabe bezeichnet werden, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Mit anderen Worten werden zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen für die Reinigung, insbesondere ausschließlich, solche Achsen bzw. Bewegungsfreiheitsgrade verwendet, die ohnehin in der Anlage vorhanden sind. Die Reinigungsfunktion wird in einem solchen Fall mit bereits vorhandenen Handhabungseinrichtungen bereitgestellt.In exemplary configurations, the handling device is used primarily to generate a relative movement between the applicator head and the workpiece. Furthermore, in other configurations the primary task of the handling device is a handling task, for example the automated loading (in particular the unloading) of the system. Guiding the cleaning head in the workspace can be referred to as a secondary task, at least in exemplary embodiments. In other words, at least in exemplary embodiments for the Cleaning, in particular exclusively, uses such axes or degrees of freedom of movement that are already present in the system. In such a case, the cleaning function is provided with existing handling devices.

Die Handhabungseinrichtung stellt allgemein eine Bewegungskinematik bereit. Hierbei kann es sich um eine serielle Kinematik handeln, beispielsweise in Form eines Roboters (zum Beispiel Gelenkarmroboter), in Form einer kartesischen Kinematik (zum Beispiel Fahrständer, Portalbauweise, Gantry-Bauweise). Alternativ ist eine Parallelkinematik denkbar.The handling device generally provides movement kinematics. This can involve serial kinematics, for example in the form of a robot (for example articulated-arm robots), in the form of Cartesian kinematics (for example moving column, portal construction, gantry construction). Alternatively, parallel kinematics are conceivable.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Anlage zur additiven Fertigung zur Verarbeitung metallbasierter oder Metall enthaltender Baumaterialien ausgebildet, beispielsweise durch Erweichen oder Schmelzen. Beispielhaft ist die Anlage zur Erzeugung thermischer Energie, insbesondere in Form von Laserstrahlen, ausgebildet, wobei die thermische Energie zum Erweichen und Schmelzen des zugeführten Baumaterials genutzt wird. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht Material aufgetragen werden.In an exemplary embodiment, the system for additive manufacturing is designed to process metal-based or metal-containing building materials, for example by softening or melting. For example, the system is designed to generate thermal energy, in particular in the form of laser beams, with the thermal energy being used to soften and melt the building material supplied. In this way, material can be applied layer by layer.

Beispielhaft ist die Anlage als DED-Anlage (Direct Energy Deposition) oder LMD-Anlage (Laser Metal Deposition, Laserauftragsschweißen) ausgestaltet. Das zu verarbeitende Baumaterial wird beispielhaft als Pulver oder Draht bereitgestellt. Es ist auch vorstellbar, beide Arten der Materialzuführung in eine Anlage bereitstellen.For example, the system is designed as a DED system (Direct Energy Deposition) or LMD system (Laser Metal Deposition, laser deposition welding). The building material to be processed is provided as powder or wire, for example. It is also conceivable to provide both types of material feed in one plant.

Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen geht es daher nicht um sogenannte Pulverbett-Anlagen, bei denen - Schicht für Schicht - ein Pulver in einer Kammer schichtweise flächig ausgebracht und hiernach teilweise aufgeschmolzen wird. Stattdessen sind DED-Anlagen oder LMD-Anlagen mit einem Auftragskopf versehen, der das Baumaterial gezielt an bestimmten Positionen ausbringen und auftragen kann. Üblicherweise ist der Auftragskopf in mehreren Achsen relativ zum Bauteil verfahrbar, so dass auch komplexe Geometrien erzeugt werden können.At least in exemplary configurations, it is therefore not a matter of so-called powder bed systems in which—layer by layer—a powder is spread out in layers in a chamber and then partially melted. Instead, DED systems or LMD systems are equipped with an application head that can deliver and apply the building material at specific positions. The application head can usually be moved in several axes relative to the component, so that complex geometries can also be created.

Bei Pulverbett basierten Anlagen (zum Beispiel selektives Lasersintern, SLS) werden die Pulverschichten regelmäßig in speziellen Baukammern (beispielsweise Bauzylinder) geschichtet, um Bauteile herzustellen. Eine solche Baukammer weist regelmäßig eine Grundfläche auf, die Schicht für Schicht vollständig mit dem Pulver bedeckt wird. Auf diese Weise ist jedoch das Pulver bereits in einem definierten Volumen eingesperrt, wenn das Pulver teilweise aufgeschmolzen und verfestigt wird.In the case of powder bed-based systems (e.g. selective laser sintering, SLS), the powder layers are regularly layered in special construction chambers (e.g. construction cylinders) in order to produce components. Such a construction chamber regularly has a base area that is completely covered with the powder layer by layer. In this way, however, the powder is already locked in a defined volume when the powder is partially melted and solidified.

Bei DED-Anlagen mit Auftragskopf verbreiten sich überschüssiges Pulver, Overspray und weitere Kontaminationen freier im Arbeitsraum, so dass insgesamt eine größere Umgebung verschmutzt sein kann. Es ist daher von Vorteil, wenn der Reinigungskopf ähnlich wie der Auftragskopf im Arbeitsraum relativ zum Arbeitsraum bzw. zum Bauteil bewegt werden kann, und insbesondere in einem relativ großen Bewegungsraum durch die Handhabungseinrichtung beweglich ist. Es können sich natürlich lokale Verschmutzungskonzentrationen ergeben. Es muss jedoch damit gerechnet werden, dass große Flächen im Arbeitsraum zumindest teilweise verschmutzt sind.In DED systems with an application head, excess powder, overspray and other contamination spread more freely in the work area, so that a larger area can be contaminated overall. It is therefore advantageous if the cleaning head, like the application head, can be moved in the work space relative to the work space or to the component, and in particular can be moved in a relatively large space of movement by the handling device. Local concentrations of pollution can of course arise. However, it must be expected that large areas in the workroom will be at least partially soiled.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist das integrierte Reinigungssystem dazu ausgebildet, den Arbeitsraum und zumindest ein im Arbeitsraum angeordnetes zumindest abschnittsweise additiv erzeugtes Bauteil zu reinigen. Mit anderen Worten kann das Reinigungssystem zumindest in beispielhaften Gestaltungen sowohl das Bauteil als auch die Umgebung des Bauteils sowie insgesamt das Innere des Arbeitsraums reinigen, zumindest wesentliche Abschnitte davon.According to an exemplary embodiment, the integrated cleaning system is designed to clean the working space and at least one additively produced component that is arranged in the working space at least in sections. In other words, the cleaning system, at least in exemplary configurations, can clean both the component and the area surrounding the component as well as the interior of the working space overall, at least essential sections thereof.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ermöglicht das integrierte Reinigungssystem einen Reinigungsgrad, der die Entnahme des Bauteils ohne umfangreiche persönliche Schutzausrüstung ermöglicht. Mit anderen Worten ist das integrierte Reinigungssystem in beispielhaften Ausgestaltungen dazu befähigt, eine Entnahme der Bauteile in normaler Atmosphäre zu ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich die Herstellkosten der AMbasierten Fertigung reduzieren, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.In an exemplary embodiment, the integrated cleaning system enables a degree of cleaning that allows the component to be removed without extensive personal protective equipment. In other words, in exemplary configurations, the integrated cleaning system is able to enable the components to be removed in a normal atmosphere. In this way, the manufacturing costs of AM-based manufacturing can be reduced, at least in exemplary configurations.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung eine Aufnahme zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes auf. Dies kann eine Gestaltung umfassen, bei der die Aufnahme sowohl zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes als auch zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes gestaltet ist. Üblicherweise werden der Reinigungskopf und der Auftragskopf nicht gleichzeitig sondern nacheinander an der Aufnahme befestigt. Auf diese Weise kann die Handhabungseinrichtung (gegebenenfalls nacheinander) einen Auftragskopf und einen Reinigungskopf tragen und im Arbeitsraum bewegen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung einen Träger mit einer Schnittstelle auf, an der der Auftragskopf und der Reinigungskopf (Saugkopf) befestigbar sind. In einer beispielhaften Ausführungsform nutzen Auftragskopf und Reinigungskopf zumindest teilweise dieselben Befestigungselemente zur Befestigung an der Aufnahme der Handhabungseinrichtung.According to a further exemplary embodiment, the handling device has a receptacle for receiving the at least one cleaning head. This can include a configuration in which the receptacle is designed both to accommodate the at least one application head and to accommodate the at least one cleaning head. The cleaning head and the applicator head are usually not attached to the receptacle simultaneously but one after the other. In this way, the handling device can (possibly one after the other) carry an application head and a cleaning head and move them in the working space. According to a further exemplary embodiment, the handling device has a carrier with an interface to which the applicator head and the cleaning head (suction head) can be attached. In an exemplary embodiment, the applicator head and the cleaning head use at least partially the same fastening elements for fastening to the receptacle of the handling device.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Reinigungskopf des Reinigungssystems zu Reinigungszwecken durch die Handhabungseinrichtung bewegbar. Mit anderen Worten kann die Handhabungseinrichtung auch für Reinigungszwecke genutzt werden. Dies erlaubt Gestaltungen, bei denen für den Bauprozess erforderliche Handhabungseinrichtungen auch für die Reinigung nutzbar sind.According to a further exemplary embodiment, the at least one cleaning head of the cleaning system can be moved by the handling device for cleaning purposes. In other words, the handling device can also be used for cleaning purposes. This allows designs in which the handling devices required for the construction process can also be used for cleaning.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung zur Aufnahme und zur Bewegung des zumindest einen Auftragskopfes ausgebildet. Demgemäß ist die Reinigungseinrichtung auch für den eigentlichen Materialauftrag im Rahmen der additiven Fertigung vorgesehen. Wesentliche offenbarungsgemäße Ausgestaltungen nutzen die Handhabungseinrichtung sowohl für die Bewegung des Auftragskopfes als auch für die Bewegung des Reinigungskopfes. Auf diese Weise können bereits in der Anlage vorhandene Bewegungsachsen (Bewegungsfreiheitsgrade), die für die mehr oder weniger komplexe Bauaufgabe notwendig sind, ebenso für die Reinigung genutzt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Reinigungskopf in ähnlicher Weise und mit ähnlichen Bewegungsfreiheitsgraden wie der Auftragskopf bewegt werden kann. Dies kann zur Erhöhung der Reinigungsleistung beitragen.According to a further exemplary embodiment, the handling device is designed to receive and move the at least one application head. Accordingly, the cleaning device is also provided for the actual application of material as part of additive manufacturing. Essential embodiments according to the disclosure use the handling device both for moving the applicator head and for moving the cleaning head. In this way, axes of movement (degrees of freedom of movement) already present in the system, which are necessary for the more or less complex construction task, can also be used for cleaning. This ensures that the cleaning head can be moved in a similar manner and with similar degrees of freedom of movement as the applicator head. This can contribute to increasing the cleaning performance.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung eine Hauptkinematik der Anlage, die während der additiven Fertigung oder Bearbeitung Relativbewegungen zwischen dem Auftragskopf und dem Werkstück bzw. Werkstückträger erzeugt, so dass Baumaterial an der gewünschten Position und in der gewünschten Orientierung aufgetragen werden kann. Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist ein und dieselbe Bewegungskinematik für den Auftragskopf und den Reinigungskopf nutzbar.According to an exemplary embodiment, the handling device is a main kinematic system of the system that generates relative movements between the application head and the workpiece or workpiece carrier during additive manufacturing or processing, so that building material can be applied at the desired position and in the desired orientation. According to an exemplary embodiment, one and the same movement kinematics can be used for the application head and the cleaning head.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Bewegungskinematik in einem Kopfwechselmodus betreibbar, um einen Wechsel zwischen dem Auftragskopf und dem Reinigungskopf vorzunehmen. Auf diese Weise kann ein automatisierter Wechsel zwischen dem Auftragskopf und den Reinigungskopf erfolgen. Die Reinigung kann noch flexibler in die additive Fertigungsaufgabe eingebunden werden.According to an exemplary embodiment, the movement kinematics can be operated in a head change mode in order to make a change between the application head and the cleaning head. In this way, an automated change between the application head and the cleaning head can take place. Cleaning can be integrated even more flexibly into the additive manufacturing task.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung eine Nebenkinematik. Eine Nebenkinematik ist zusätzlich zu einer Hauptkinematik vorgesehen. Es kann sich beispielsweise um Handhabungseinrichtungen für den Werkstückwechsel, Kopfwechsel, Vermessungen oder dergleichen handeln, die auch zu Reinigungszwecken nutzbar sind.According to a further alternative embodiment, the handling device is an auxiliary kinematic system. A secondary kinematics is provided in addition to a main kinematics. For example, they can be handling devices for changing workpieces, changing heads, measurements or the like, which can also be used for cleaning purposes.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung in einem Baumodus und einem Reinigungsmodus der Anlage verwendbar. Im Baumodus trägt die Handhabungseinrichtung den zumindest einen Auftragskopf. Im Reinigungsmodus trägt die Handhabungseinrichtung den zumindest einen Reinigungskopf.According to a further exemplary embodiment, the handling device can be used in a construction mode and a cleaning mode of the system. In the construction mode, the handling device carries the at least one application head. In the cleaning mode, the handling device carries the at least one cleaning head.

Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Handhabungseinrichtung sowohl für den eigentlichen Bau als auch für die Reinigung der Anlage genutzt. Mit anderen Worten erfolgen die additive Fertigung und die Reinigung, sofern die Handhabungseinrichtung für beide Zwecke genutzt wird, sequenziell. Dies umfasst eine Reinigung des Arbeitsraums und/oder des Werkstücks nach Vollendung der additiven Fertigungsaufgabe. Es ist jedoch auch vorstellbar, die additive Fertigung abschnittsweise zu unterbrechen, um zwischendurch eine Reinigung durchzuführen.According to this embodiment, the handling device is used both for the actual construction and for cleaning the system. In other words, additive manufacturing and cleaning take place sequentially if the handling device is used for both purposes. This includes cleaning the workspace and/or the workpiece after the additive manufacturing task has been completed. However, it is also conceivable to interrupt additive manufacturing in sections in order to carry out cleaning in between.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung eine lineare Kinematik mit kartesischen Achsen auf. Eine solche Handhabungseinrichtung ist beispielsweise nach dem Fahrständer-Prinzip, Portal-Prinzip, Gantry-Prinzip oder in ähnlicher Weise gestaltet. Es versteht sich, dass es sowohl bei dem Bauprozess als auch dem Reinigungsprozess auf Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Kopf (Auftragskopf sowie Reinigungskopf) und dem Bauteil bzw. dem Arbeitsraum ankommt. Daher sind auch Gestaltungen vorstellbar, bei denen zumindest eine Bewegungsachse direkt bei dem Bauteil bzw. dessen Aufnahme vorgesehen ist. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.According to a further exemplary embodiment, the handling device has linear kinematics with Cartesian axes. Such a handling device is designed, for example, according to the traveling column principle, portal principle, gantry principle or in a similar way. It goes without saying that both the construction process and the cleaning process depend on relative movements between the respective head (application head and cleaning head) and the component or the working space. Designs are therefore also conceivable in which at least one axis of movement is provided directly on the component or its receptacle. This is not to be understood as limiting.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Handhabungseinrichtung einen Roboter, insbesondere einen Gelenkarmroboter. Im industriellen Umfeld werden derartige Roboter auch als Industrieroboter, Universalroboter oder Knickarm-Roboter bezeichnet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Roboter als Roboter mit serieller Kinematik ausgebildet. Einzelne Gelenke des Roboters sind nacheinander (in Reihe) angeordnet, gelenkig mit ihren Nachbarn verbunden und jeweils relativ zueinander beweglich, üblicherweise verschwenkbar. Auf diese Weise kann ein Endeffektor (auch bezeichnet als „Hand“) in einem durch die Kinematik definierten Bewegungsraum bewegt werden, insbesondere frei bewegt werden. Die „Hand“ des Roboters trägt beispielhaft die Aufnahme für den Auftragskopf und/oder Reinigungskopf.According to a further exemplary embodiment, the handling device comprises a robot, in particular an articulated arm robot. In the industrial environment, such robots are also referred to as industrial robots, universal robots or articulated robots. In an exemplary embodiment, the robot is designed as a robot with serial kinematics. Individual joints of the robot are arranged one after the other (in a row), are connected to their neighbors in an articulated manner and can each be moved, usually pivoted, relative to one another. In this way, an end effector (also referred to as a “hand”) can be moved, in particular freely moved, in a movement space defined by the kinematics. The “hand” of the robot carries the holder for the application head and/or cleaning head, for example.

Die Verwendung eines Roboters als Bestandteil der Handhabungseinrichtung, vorzugsweise als wesentlicher Bestandteil der Handhabungseinrichtung für den oder die Auftragsköpfe, hat den Vorteil, dass die Parkpositionen einzelner Auftragsköpfe innerhalb des gegebenen Bewegungsraums des Roboters gewählt werden können. Somit können die Parkpositionen voneinander beabstandet sein.The use of a robot as part of the handling device, preferably as an essential part of the handling device for the or the application heads, has the advantage that the parking positions of individual application heads within the given movement space of the robot can be selected. Thus, the parking positions can be spaced apart.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Roboter im Arbeitsraum angeordnet und nur innerhalb des Arbeitsraums beweglich. Auf diese Weise ist der Roboter im produktiven Einsatz durch die Einhausung des Arbeitsraums umschlossen. Auch dies reduziert einen etwaigen Verschmutzungseintrag aus der Anlage in die Umgebung. Ferner erhöht sich die Sicherheit, da der Roboter während seines produktiven Einsatzes durch die Einhausung abgeschirmt wird.In an exemplary embodiment, the robot is arranged in the work space and can only be moved within the work space. In this way, the robot is enclosed by the enclosure of the work area when it is used productively. This also reduces any contamination from the system entering the environment. Safety is also increased since the robot is shielded by the housing during its productive use.

Eine serielle Kinematik umfasst beispielhaft auch Portalroboter, horizontale Gelenkarmroboter (SCARA-Roboter), Gelenkarmroboter mit 5, 6 oder 7 Rotationsachsen und ähnlichem. Es versteht sich, dass Roboter auch eine parallele Kinematik aufweisen können, etwa als sogenannte Delta-Roboter oder Hexapod-Roboter. Mischformen sind ohne weiteres denkbar.Serial kinematics also includes, for example, portal robots, horizontal articulated-arm robots (SCARA robots), articulated-arm robots with 5, 6 or 7 rotational axes and the like. It goes without saying that robots can also have parallel kinematics, for example as so-called delta robots or hexapod robots. Mixed forms are easily conceivable.

Die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit, die der Roboter bereitstellt, genügt für Zwecke der additiven Fertigung. Mit anderen Worten kann der Roboter für die Feinpositionierung und die Vorschubbewegung des Auftragskopfes sowie des Reinigungskopfes genutzt werden.The positioning accuracy and repeatability that the robot provides is sufficient for additive manufacturing purposes. In other words, the robot can be used for the fine positioning and the feed movement of the applicator head and the cleaning head.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung dazu befähigt, den Reinigungskopf im Arbeitsraum an beliebige Positionen zu verfahren, um den Arbeitsraum und darin angeordnete Bauteile zu reinigen. Daher ist es von Vorteil, eine Handhabungseinrichtung mit großer Bewegungsfreiheit und großem Bewegungsraum zu nutzen, etwa einen Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter.According to a further exemplary embodiment, the handling device is capable of moving the cleaning head to any desired position in the workspace in order to clean the workspace and components arranged therein. It is therefore advantageous to use a handling device with great freedom of movement and a large area of movement, such as an articulated-arm robot or articulated-arm robot.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Reinigungskopf ein Saugkopf, der im Arbeitsraum verfahrbar ist. Mit anderen Worten stellt das Reinigungssystem gemäß dieser Ausgestaltung eine Absaugeinrichtung zur Absaugung von Reststoffen aus dem Arbeitsraum dar. Auf diese Weise kann ein Großteil der Verschmutzungen geordnet entfernt und gezielt aufgefangen werden.According to a further exemplary embodiment, the at least one cleaning head is a suction head that can be moved in the work area. In other words, the cleaning system according to this embodiment represents a suction device for sucking off residues from the working area. In this way, a large part of the dirt can be removed in an orderly manner and caught in a targeted manner.

Bei einer beispielhaften Anwendung zur additiven Fertigung nach dem DED-Prinzip entsteht ein sogenanntes Overspray von etwa 20-40 % des eingebrachten Baumaterials. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen. Überschüssiges Material muss entfernt werden, um das Bauteil ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen entnehmen und möglichen weiteren Bearbeitungsschritten zuführen zu können. Mit anderen Worten kann überschüssiges Pulver aufgesaugt und gezielt aufgefangen werden.In an exemplary application for additive manufacturing based on the DED principle, a so-called overspray of around 20-40% of the building material is created. This is not to be understood as limiting. Excess material must be removed in order to remove the component without additional protective measures and to be able to feed possible further processing steps. In other words, excess powder can be sucked up and collected in a targeted manner.

Ferner entstehen im Arbeitsraum regelmäßig zusätzliche Verschmutzungen, etwa Spritzer („Schweißperlen“) beim Auftragsschweißen, Schlacke, andere Verbrennungsrückstände, Fremdstoffe und weiteres. Auch diese Verschmutzungen können zu einem großen Teil durch Absaugung entfernt und aufgefangen werden.Furthermore, additional contamination regularly occurs in the work area, such as spatter ("weld beads") during build-up welding, slag, other combustion residues, foreign matter and more. This contamination can also be removed and collected to a large extent by suction.

Es versteht sich, dass auch Gestaltungen mit mehreren Reinigungsköpfen vorstellbar sind. Dies kann eine Mehrzahl von Saugköpfen betreffend, die die sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Düsengestaltung voneinander unterscheiden.It goes without saying that configurations with several cleaning heads are also conceivable. This can relate to a plurality of suction heads which differ from one another, for example with regard to their nozzle design.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist zumindest ein weiterer Reinigungskopf vorgesehen, der zur mechanischen Reinigung ausgebildet ist, insbesondere als Bürstkopf. Ein Bürstkopf ist beispielhaft mit einer Bürste versehen (Rundbürste, Flachbürste oder dergleichen). Der Bürstkopf kann mit einem Antrieb für die Bürste versehen sein, um anhaftende Verschmutzungen zu lösen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Bürstenkopf alternativ oder zusätzlich durch die Handhabungseinrichtung bewegt wird, um anhaftende Verschmutzungen zu lösen.According to a further alternative embodiment, at least one further cleaning head is provided, which is designed for mechanical cleaning, in particular as a brush head. A brush head is provided with a brush, for example (round brush, flat brush or the like). The brush head can be provided with a drive for the brush in order to loosen adhering dirt. However, it is also conceivable that the brush head is alternatively or additionally moved by the handling device in order to loosen adhering dirt.

Es versteht sich, dass grundsätzlich auch ein kombinierter Bürst- und Saugkopf vorgesehen sein kann, der einerseits anhaftendes Material löst und dieses durch die integrierte Saugfunktion absaugt.It goes without saying that, in principle, a combined brush and suction head can also be provided, which on the one hand loosens adhering material and sucks it off using the integrated suction function.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wirkt der Bürstkopf mit der Absaugung zusammen, um Reststoffe abzutragen und gerichtet aus dem Arbeitsraum heraus zu führen.According to a further exemplary embodiment, the brush head interacts with the suction device in order to remove residues and guide them out of the work area in a directed manner.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Anlage exklusiv als AM-Anlage (Anlage zur additiven Fertigung) gestaltet. Mit anderen Worten sind beispielhafte Ausgestaltungen denkbar, bei denen im Bauraum selbst keine subtraktive Nachbearbeitung erfolgt. Eine solche Nachbearbeitung kann auf nachgelagerten Maschinen erfolgen, falls notwendig. Häufig sind Zykluszeiten bei Maschinen für die subtraktive Nachbearbeitung kürzer als Zykluszeiten bei Maschinen für die additive Bearbeitung. Daher können die Gesamtdurchlaufzeit und der Fertigungsaufwand durch Kombination von AM-Anlagen mit separaten Werkzeugmaschinen für die subtraktive (spanabhebende) Bearbeitung optimiert werden, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.According to another exemplary embodiment, the system is designed exclusively as an AM system (system for additive manufacturing). In other words, exemplary configurations are conceivable in which no subtractive post-processing takes place in the installation space itself. Such post-processing can be done on downstream machines if necessary. Cycle times on machines for subtractive post-processing are often shorter than cycle times on machines for additive machining. Therefore, overall lead time and manufacturing effort can be optimized by combining AM systems with separate machine tools for subtractive (machining) machining, at least in exemplary embodiments.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind im Arbeitsraum zwei oder mehr Halter zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes und des zumindest einen Reinigungskopfes vorgesehen, die zumindest zwei Parkpositionen bereitstellen. Auf diese Weise kann die Handhabungseinrichtung zunächst einen Kopf absetzen und dann den neuen Kopf aufnehmen. Es versteht sich, dass auch kombinierte Halter mit zwei Aufnahmeplätzen vorstellbar sind. Wenn sowohl der zumindest eine Auftragskopf als auch der zumindest eine Saugkopf im Arbeitsraum angeordnet sind, wird der Übertritt von Verschmutzungen (Pulver und Ähnliches) an die Umgebung weiter reduziert.According to a further exemplary embodiment, there are two or more holders in the working area for receiving the at least one application head and the at least one cleaning head, which provide at least two parking positions. In this way, the handling device can first deposit a head and then pick up the new head. It goes without saying that combined holders with two mounting locations are also conceivable. If both the at least one application head and the at least one suction head are arranged in the working space, the transfer of dirt (powder and the like) to the environment is further reduced.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Halter mit einer Ablage für den Auftragskopf und zumindest ein Halter mit einer Ablage für den Reinigungskopf vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Auftragskopf an seinem Halter aufgenommen, wenn der Reinigungskopf an der Aufnahme der Handhabungseinheit befestigt ist. Der Reinigungskopf ist an seinem Halter aufgenommen, wenn der Auftragskopf an der Aufnahme der Handhabungseinheit befestigt ist.According to a further exemplary embodiment, at least one holder with a shelf for the applicator head and at least one holder with a shelf for the cleaning head are provided. According to this embodiment, the applicator head is held on its holder when the cleaning head is attached to the holder of the handling unit. The cleaning head is received on its holder when the applicator head is attached to the receptacle of the handling unit.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Auftragskopf mit zumindest einer Versorgungsleitung gekoppelt, wobei der zumindest eine Reinigungskopf mit zumindest einer Saugleitung gekoppelt ist, und wobei die Leitungen insbesondere auch in einer jeweiligen Parkstellung des Auftragskopfes oder des Reinigungskopfes angekoppelt bleiben. Auf diese Weise wird eine Verschmutzung der Leitungen (des Inneren der Leitungen) vermieden. Ferner erlaubt diese Gestaltung einen schnellen Wechsel zwischen Auftragsköpfen und Reinigungsköpfen, da der Aufwand für das Ankoppeln und Abkoppeln von Leitungen zumindest für einige Leitungen entfälltAccording to a further exemplary embodiment, the at least one application head is coupled to at least one supply line, the at least one cleaning head being coupled to at least one suction line, and the lines in particular also remaining coupled when the application head or the cleaning head is parked. In this way, contamination of the pipes (the inside of the pipes) is avoided. Furthermore, this design allows a quick change between application heads and cleaning heads, since the effort for the coupling and decoupling of lines is eliminated, at least for some lines

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Anlage ferner eine Steuereinheit zur Steuerung des Reinigungssystems, wobei die Steuereinheit während eines Reinigungsmodus die Handhabungseinrichtung steuert, um den Reinigungskopf relativ zum Arbeitsraum zu verfahren. Die Steuereinheit kann Bestandteil einer Steuervorrichtung der Anlage sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit auch dazu befähigt, die Handhabungseinrichtung während eines Baumodus zu steuern, um den Auftragskopf relativ zum Arbeitsraum bzw. relativ zum Bauteil zu verfahren. Die Bewegung erfolgt üblicherweise im Bauraum.According to a further exemplary embodiment, the system also includes a control unit for controlling the cleaning system, with the control unit controlling the handling device during a cleaning mode in order to move the cleaning head relative to the workspace. The control unit can be part of a control device of the system. In an exemplary embodiment, the control unit is also capable of controlling the handling device during a construction mode in order to move the application head relative to the workspace or relative to the component. The movement usually takes place in the installation space.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, im Anschluss an einen Bauprozess eine Selbstreinigung der Anlage, insbesondere des Arbeitsraums mit dem Bauteil, zu veranlassen. Auf diese Weise erfolgt nach dem additiven Auftrag eine Reinigung, die die Entnahme und das nachfolgende Handling des Bauteils vereinfachen kann.According to a further exemplary embodiment, the control unit is designed to initiate self-cleaning of the system, in particular of the working space with the component, following a construction process. In this way, after the additive application, cleaning takes place, which can simplify the removal and subsequent handling of the component.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Bauprozesses intermittierende Zwischenreinigungen des Arbeitsraums und/oder des Bauteils zu veranlassen, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Zwischenreinigung zu veranlassen, wenn der Bauprozess eine Ruhephase, insbesondere eine Abkühlphase, vorsieht. Auf diese Weise kann bereits während des Bauprozesses gereinigt werden, so dass die Gesamtkontamination reduziert wird. Bei einem additiven Bauprozess sind häufig ohnehin Abkühlzyklen vorgesehen, so dass sich in beispielhaften Ausgestaltungen trotz Zwischenreinigung die Zykluszeit nicht übermäßig erhöht. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen. Die Zwischenreinigung kann periodisch oder bedarfsweise erfolgen. Bauphasen und Reinigungsphasen können sich abwechseln.According to a further exemplary embodiment, the control unit is designed to cause intermittent intermediate cleaning of the working space and/or the component during the construction process, with the control unit preferably being designed to initiate intermediate cleaning when the construction process provides for a rest phase, in particular a cooling phase . In this way, cleaning can already take place during the construction process, so that the overall contamination is reduced. In an additive construction process, cooling cycles are often provided anyway, so that in exemplary configurations the cycle time does not increase excessively despite intermediate cleaning. This is not to be understood as limiting. The intermediate cleaning can be carried out periodically or as required. Construction phases and cleaning phases can alternate.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad eine Reinigung zu veranlassen. Beispielhaft ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, einen Reinigungsvorgang zu veranlassen, wenn bestimmte Parameter für die Bauqualität und sich ergebende Werkstückeigenschaften überschritten werden oder deren Überschreitung droht.According to a further exemplary embodiment, the control unit is designed to initiate cleaning as a function of the degree of soiling. For example, the control unit is designed to initiate a cleaning process when certain parameters for the construction quality and the resulting workpiece properties are exceeded or there is a risk of them being exceeded.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Anlage ferner eine Sensoreinheit mit zumindest einem Verschmutzungssensor auf, vorzugsweise einem optischen Verschmutzungssensor. Auf diese Weise kann der Reinigungsvorgang in Abhängigkeit vom erfassten Verschmutzungsgrad bzw. einem erfassten Bedeckungsgrad veranlasst werden.According to a further exemplary embodiment, the system also has a sensor unit with at least one contamination sensor, preferably an optical contamination sensor. In this way, the cleaning process can be initiated depending on the detected degree of contamination or a detected degree of coverage.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Verschmutzungssensor dazu ausgebildet, einen Bedeckungsgrad einer Oberfläche des Arbeitsraums optisch zu erfassen. Auf diese Weise kann sich die Effizienz der Reinigung weiter erhöhen.According to a further exemplary embodiment, the contamination sensor is designed to optically detect a degree of coverage of a surface of the working space. In this way, the efficiency of the cleaning can be further increased.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Verschmutzungssensor mit einer Lichtquelle gekoppelt. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielhaft um ein Leuchtmittel zur flächigen Beleuchtung oder um eine Laserlichtquelle handeln. Es ist vorstellbar, dass die Lichtquelle zur im Wesentlichen homogenen Beleuchtung des Arbeitsraums genutzt wird. Es ist auch vorstellbar, die Lichtquelle dazu vorzusehen, ein Muster auf Flächen im Arbeitsraum bzw. auf das Bauteil zu projizieren, um mit dem Verschmutzungssensor auf dieser Basis den Verschmutzungsgrad/Bedeckungsgrad zu erfassen.According to a further exemplary embodiment, the contamination sensor is coupled to a light source. The light source can be, for example, an illuminant for planar illumination or a laser light source. It is conceivable that the light source is used for essentially homogeneous illumination of the working space. It is also conceivable to provide the light source to project a pattern onto surfaces in the working space or onto the component in order to use the contamination sensor to detect the degree of contamination/coverage on this basis.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Lichtquelle als Blitzlichtquelle gestaltet, wobei der Bedeckungsgrad in Abhängigkeit von einem sich ergebenden Reflexionsverhalten der Oberfläche bestimmt wird.According to an exemplary embodiment, the light source is designed as a flash light source, with the degree of coverage depending on a resulting reflection behavior of the surface is determined.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist der Arbeitsraum zumindest ein Leitelement (zum Beispiel Leitblech) auf. Bei dem Leitelement kann es sich beispielhaft um eine Abdeckung oder Verkleidung handeln. Ferner können Leitelemente dazu dienen, anfallende Partikel gezielt in Bereiche zu leiten, die für das Reinigungssystem mit dem zumindest einen Reinigungskopf gut erreichbar sind. Beispielhaft sind im Bodenbereich des Arbeitsraums schräg gestellte (gegenüber der horizontalen geneigte) Leitbleche als Leitelemente vorgesehen. Auf diese Weise können ansonsten horizontal orientierte Flächen zumindest teilweise mit gegenüber der Horizontalen geneigten Flächen abgedeckt werden, so dass Partikel gezielt nach unten und insbesondere in einen Bereich abgeführt und dort konzentriert werden, der für den Reinigungskopf gut zugänglich ist. In ähnlicher Weise können auch Führungselemente für die Handhabungseinrichtung und sonstige Einbauten im Arbeitsraum zumindest teilweise mit Leitelementen verkleidet sein, um die Partikelabführung/Staubführung zu verbessern.According to a further exemplary embodiment, the working space has at least one guide element (for example guide plate). The guide element can be, for example, a cover or cladding. Furthermore, guide elements can be used to direct accumulating particles in a targeted manner to areas that are easily accessible for the cleaning system with the at least one cleaning head. For example, in the floor area of the working space, guide plates that are positioned at an angle (inclined relative to the horizontal) are provided as guide elements. In this way, otherwise horizontally oriented surfaces can be at least partially covered with surfaces inclined relative to the horizontal, so that particles are specifically discharged downwards and in particular into an area and concentrated there that is easily accessible for the cleaning head. In a similar way, guide elements for the handling device and other installations in the working area can also be at least partially covered with guide elements in order to improve the removal of particles/dust.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Leitblech zumindest eine Tasche oder Mulde zum Auffangen von Reststoffen auf. Mit anderen Worten kann eine Senke für Pulver und andere Partikel bereitgestellt werden, in der sich Verschmutzungen sammeln. Auf diese Weise vereinfacht sich die Reinigung.According to a further exemplary embodiment, the guide plate has at least one pocket or trough for catching residues. In other words, a sink for powder and other particles can be provided in which dirt collects. This simplifies cleaning.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Einhausung des Arbeitsraums zumindest staubdicht, vorzugsweise gasdicht, gestaltet. Hierunter ist gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung eine Dichtheit im Rahmen üblicher Grenzen für SchutzgasAtmosphäre zu verstehen. Demgemäß ist nicht unbedingt eine absolute Dichtheit erforderlich. Gleichwohl kann mit einer hinreichend dichten Einhausung der Übertritt von Verschmutzungen in die Umgebung der Anlage wirksam verringert werden. Auf diese Weise lässt sich die Konzentration etwaiger Partikel in der Umgebung der Anlage reduzieren. Somit kann die Anlage gegebenenfalls in normalen Fertigungsumgebungen betrieben werden, idealerweise unter Verzicht auf spezifische persönliche Schutzausrüstung (insbesondere hinsichtlich Staubbelastung) bei Bedienern in der Umgebung der Anlage.According to a further exemplary embodiment, the housing of the working area is designed to be at least dust-tight, preferably gas-tight. According to an exemplary embodiment, this means tightness within the usual limits for protective gas atmospheres. Accordingly, absolute tightness is not absolutely necessary. At the same time, with a sufficiently tight housing, the transfer of dirt into the environment of the system can be effectively reduced. In this way, the concentration of any particles in the vicinity of the plant can be reduced. This means that the system can be operated in normal production environments if necessary, ideally without specific personal protective equipment (especially with regard to dust exposure) for operators in the vicinity of the system.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Einhausung über eine Tür zugänglich, wobei eine Türsteuerung vorgesehen ist, die nach erfolgter Fertigung die Tür zum Öffnen freigibt, wenn ein gewünschter Reinigungsgrad erreicht wurde. Die Türsteuerung kann durch die Steuereinheit bewerkstelligt werden. Idealerweise gibt die Türsteuerung die Tür nur dann frei, wenn bei geöffneter Tür und etwaigen Lade- oder Rüstarbeiten nur eine geringe Menge an Partikeln aus dem Arbeitsraum an die Umgebung abgegeben werden kann.According to a further exemplary embodiment, the housing is accessible via a door, with a door control being provided which releases the door for opening after production has taken place, if a desired degree of cleaning has been achieved. The door control can be accomplished by the control unit. Ideally, the door control only releases the door if, with the door open and any loading or set-up work, only a small amount of particles can be released from the work area into the environment.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung dazu ausgebildet, mit dem aufgenommenen Reinigungskopf eine Eigenreinigung durchzuführen. Mit anderen Worten kann sich beispielsweise ein Roboter als Bestandteil der Handhabungseinrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest in wesentlichen Bereichen, selbst reinigen. Die Selbstreinigung der Handhabungseinrichtung wird erleichtert, wenn die Handhabungseinrichtung mehrere Bewegungsfreiheitsgrade und entsprechende Bewegungsachsen mit hinreichend großem Bewegungsbereich aufweist.According to a further exemplary embodiment, the handling device is designed to carry out self-cleaning with the cleaning head that is accommodated. In other words, for example a robot as part of the handling device can clean itself at least in sections, in particular at least in essential areas. The self-cleaning of the handling device is facilitated if the handling device has several degrees of freedom of movement and corresponding movement axes with a sufficiently large range of movement.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Anlage ferner eine Rückgewinnungseinheit zur Rückgewinnung wiederverwendbaren Baumaterials aus einem abgesaugten Gas-Partikel-Gemisch auf. Das integrierte Reinigungssystem erlaubt eine gezielte und hinreichend sortenreine Aufnahme überschüssigen Pulvers oder anderen Baumaterials. Auf diese Weise kann der Aufwand für die Wiederaufbereitung sinken, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Ferner erlaubt das integrierte Reinigungssystem insgesamt die direkte Aufnahme und Aufbereitung größerer Mengen, wenn eine hohe Reinigungsgüte bereits im Arbeitsraum erzielt wird.According to a further exemplary embodiment, the system also has a recovery unit for recovering reusable building material from a gas-particle mixture that has been extracted. The integrated cleaning system allows excess powder or other building material to be picked up in a targeted and sufficiently homogeneous manner. In this way, the outlay for reprocessing can be reduced, at least in exemplary configurations. Furthermore, the integrated cleaning system allows the direct intake and processing of larger quantities if a high cleaning quality is already achieved in the work area.

Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit den folgenden Schritten:

  • - Bereitstellung einer Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere einer Anlage nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Anlage Folgendes aufweist:
    • - einen Arbeitsraum,
    • - eine Einhausung, die den Arbeitsraum begrenzt,
    • - zumindest einen Auftragskopf zum Ausbringen eines Baumaterials,
    • - eine Handhabungseinrichtung mit einer Aufnahme, und
    • - ein integriertes Reinigungssystem mit zumindest einem Reinigungskopf, wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung im Arbeitsraum bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen,
  • - Betreiben der Anlage in einem Baumodus, wobei der zumindest eine Auftragskopf durch die Handhabungseinrichtung verfahren wird, zur Erzeugung eines additiven Auftrags auf ein Bauteil, und
  • - Betreiben der Anlage in einem Reinigungsmodus, wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung verfahren wird, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen.
According to a further aspect, the present disclosure relates to a method for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, with the following steps:
  • - Provision of a system for additive manufacturing, in particular a system according to one of the configurations described herein, the system having the following:
    • - a workroom,
    • - an enclosure that delimits the work area,
    • - at least one application head for applying a building material,
    • - a handling device with a receptacle, and
    • - an integrated cleaning system with at least one cleaning head, wherein the at least one cleaning head can be moved in the work space by the handling device in order to clean at least the work space or a component,
  • - Operating the system in a construction mode, with the at least one application head being moved by the handling device in order to generate an additive order on a component, and
  • - Operating the system in a cleaning mode, wherein the at least one cleaning head is moved by the handling device in order to clean at least the workspace or a component.

Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Offenbarung vollständig gelöst. Es versteht sich, dass das offenbarungsgemäße Verfahren analog zu der offenbarungsgemäßen Anlage weitergebildet sein kann. Dies betrifft beispielsweise die verschiedenen Funktionen der Steuereinheit.In this way, too, the object of the disclosure is completely solved. It goes without saying that the method according to the disclosure can be developed analogously to the system according to the disclosure. This applies, for example, to the various functions of the control unit.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present disclosure.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung mehrerer beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem, in einem Baumodus;
  • 2: eine weitere Ansicht einer gegenüber der Gestaltung gemäß 1 abgewandelten Anlage, in einem Reinigungsmodus;
  • 3: eine weitere schematische Ansicht auf Basis der anhand der 1 und 2 veranschaulichten Anlagen zur Veranschaulichung der Funktionalität einer weiteren Ausgestaltung eines integrierten Reinigungssystems;
  • 4: eine weitere Ansicht auf Basis von 3, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
  • 5: eine weitere Ansicht auf Basis der 3 und 4, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
  • 6: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
  • 7: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
  • 8: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken; und
  • 9: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken.
Further features and advantages of the invention result from the following description and explanation of several exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • 1 1: a schematic view of an embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system, in a construction mode;
  • 2 : another view of an opposite design according to 1 modified plant, in a cleaning mode;
  • 3 : another schematic view based on the 1 and 2 illustrated systems to illustrate the functionality of a further embodiment of an integrated cleaning system;
  • 4 : another view based on 3 , with changed position of handling device;
  • 5 : another view based on the 3 and 4 , with changed position of handling device;
  • 6 1: a further schematic view of an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system;
  • 7 1: a further schematic view of an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system;
  • 8th : a flowchart to illustrate an embodiment of a method for the additive manufacturing of workpieces; and
  • 9 : a flowchart to illustrate a further embodiment of a method for the additive manufacturing of workpieces.

1 veranschaulicht anhand einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer Anlage zur additiven Fertigung, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die 2-7 veranschaulichen weitere Zustände und beispielhafte Ausgestaltungen solcher Anlagen. In den 1-7 werden gleiche (zumindest funktional gleiche) Elemente und Einheiten mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Einzelne Aspekte und Gestaltungen der in den 1-7 veranschaulichten Ausführungsformen können in andere Gestaltungen übernommen bzw. mit diesen kombiniert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere im Zusammenhang mit den 2-7 vorrangig auf Unterschiede, Modifikationen und/oder Ergänzungen gegenüber den zuvor genannten Ausführungsformen eingegangen. 1 10 illustrates an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing, which is denoted overall by 10, on the basis of a greatly simplified schematic representation. the 2-7 illustrate other states and exemplary configurations of such systems. In the 1-7 Identical (at least functionally identical) elements and units are denoted by identical reference symbols. Individual aspects and configurations of the 1-7 Illustrated embodiments may be incorporated into or combined with other configurations. To avoid repetition, in particular in connection with the 2-7 differences, modifications and/or additions compared to the above-mentioned embodiments are primarily discussed.

Die Anlage 10 gemäß 1 ist insbesondere als DED-Anlage gestaltet. Beispielhaft ist die Anlage 10 gemäß 1 zur additiven Fertigung mittels Laserauftragsschweißen (auch bezeichnet als LMD) ausgebildet. Insbesondere ist die Anlage 10 zur additiven Fertigung (umfassend auch die Reparatur, Beschichtung und ähnliche additive Prozesse) von Bauteilen mit Metallwerkstoffen ausgebildet. Bei dem DED-Prozess bzw. dem LMD-Prozess wird das Baumaterial üblicherweise pulverförmig oder drahtförmig zugeführt.Appendix 10 according to 1 is designed in particular as a DED system. Annex 10 according to is an example 1 trained for additive manufacturing using laser deposition welding (also referred to as LMD). In particular, the system 10 is designed for additive manufacturing (also including the repair, coating and similar additive processes) of components with metal materials. In the DED process or the LMD process, the building material is usually supplied in powder or wire form.

Die Anlage 10 weist im Ausführungsbeispiel ein Gestell 12 auf, das eine Basis 14 aufweist. Die Basis 14 kann beispielhaft auch durch den Boden einer Werkhalle gebildet sein. Ferner umfasst die Anlage 10 eine Einhausung 16, welche beispielhaft seitliche Wände ausbildet. Die Einhausung 16 kann auch eine obere Wand (Decke) und gegebenenfalls auch eine untere Wand (Boden) umfassen. Das Gestell 12 und insbesondere die Einhausung 16 definieren einen Arbeitsraum 18. Vorzugsweise ist der Arbeitsraum 18 hinreichend gegenüber der Umgebung abgedichtet, vorzugsweise hinreichend staubdicht gestaltet.In the exemplary embodiment, the system 10 has a frame 12 which has a base 14 . The base 14 can, for example, also be formed by the floor of a workshop. Furthermore, the system 10 includes a housing 16 which, for example, forms lateral walls. The enclosure 16 may also include an upper wall (ceiling) and optionally also a lower wall (floor). The frame 12 and in particular the housing 16 define a working space 18. The working space 18 is preferably sufficiently sealed off from the environment, preferably designed to be sufficiently dust-tight.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist ferner in der Einhausung 16 eine Tür 20 ausgebildet, durch die der Arbeitsraum 18 zugänglich ist. Die Tür 20 lässt sich beispielsweise für Ladeprozesse, Handhabungsprozesse und Ähnliches öffnen und schließen. Es versteht sich, dass die Tür 20 im geschlossenen Zustand den Arbeitsraum 18 ebenso hinreichend abdichtet, insbesondere den Arbeitsraum 18 staubdicht abschließen kann.In the embodiment according to 1 a door 20 is also formed in the housing 16, through which the working space 18 is accessible. The door 20 can be opened and closed, for example, for loading processes, handling processes and the like eat. It goes without saying that the door 20 also adequately seals the working space 18 in the closed state, and in particular can seal the working space 18 in a dust-tight manner.

Im Arbeitsraum 18 ist eine Handhabungseinrichtung 24 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel einen Roboter 26 umfasst, der als Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter gestaltet ist. Der Roboter 26 umfasst beispielhaft einen Sockel 30, der auf der Basis 14 angeordnet ist. Ausgehend vom Sockel 30 schließen sich Elemente 32, 34, 36 an, die auch als Glieder der kinematischen Kette des Roboters 26 bezeichnet werden können. Im Ausführungsbeispiel weist der Roboter 26 eine serielle Kinematik auf. Die Elemente 32, 34, 36 sind jeweils über Gelenke mit ihren Nachbarn verbunden und relativ zueinander beweglich. Auf diese Weise ergibt sich für den Roboter 26 ein Bewegungsraum, der für einen Endeffektor des Roboters 26 erreichbar ist. Der Roboter 26 weist eine hohe Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden auf.A handling device 24 is arranged in the working area 18 and, in the exemplary embodiment, comprises a robot 26 which is designed as an articulated-arm robot or articulated-arm robot. By way of example, the robot 26 includes a pedestal 30 disposed on the base 14 . Starting from the base 30, elements 32, 34, 36 connect, which can also be referred to as links in the kinematic chain of the robot 26. In the exemplary embodiment, the robot 26 has serial kinematics. The elements 32, 34, 36 are each connected to their neighbors via joints and are movable relative to one another. In this way, the robot 26 has a range of motion that can be reached by an end effector of the robot 26 . The robot 26 has a large number of degrees of freedom of movement.

An das Element 36 des Roboters 26 schließt sich im Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Aufnahme 40 an, die einen Auftragskopf 46 für die additive Fertigung trägt. Beispielhaft ist an den Auftragskopf 46 eine Versorgungsleitung 48 angekoppelt, die in 1 lediglich schematisch angedeutet und unterbrochen ist. Über die Versorgungsleitung 48 kann der Auftragskopf 46 mit dem Baumaterial (Pulver oder Draht), Prozessfluid (zum Beispiel Schutzgas), Energie und/oder Steuersignalen versorgt werden. Die Versorgungsleitung 48 kann auch dazu dienen, energiereiche Strahlung (zum Beispiel Laserstrahlung) bereitzustellen.In the exemplary embodiment according to FIG 1 a recording 40 which carries an application head 46 for additive manufacturing. For example, a supply line 48 is coupled to the application head 46, which in 1 is only indicated schematically and interrupted. The application head 46 can be supplied with the building material (powder or wire), process fluid (for example protective gas), energy and/or control signals via the supply line 48 . The supply line 48 can also be used to provide high-energy radiation (for example laser radiation).

Im Arbeitsraum 18 ist auf der Basis 14 ferner eine Werkstückaufnahme in Form eines Werkstücktisches 56 angeordnet. Der Werkstückträger oder Werkstücktisch 56 trägt ein Bauteil 58, das mit der Anlage 10 additiv gefertigt, zumindest additiv bearbeitet/beschichtet wird. Die Handhabungseinrichtung 24 kann den Auftragskopf 46 in einer gewünschten Weise verfahren, um gezielt Baumaterial auszubringen und zu verfestigen. Auf diese Weise kann das Bauteil 58 additiv hergestellt, beschichtet und/oder repariert werden.A workpiece holder in the form of a workpiece table 56 is also arranged on the base 14 in the working space 18 . The workpiece carrier or workpiece table 56 carries a component 58 which is additively manufactured with the system 10, at least additively processed/coated. The handling device 24 can move the applicator head 46 in a desired manner in order to apply and solidify building material in a targeted manner. In this way, the component 58 can be additively manufactured, coated and/or repaired.

Die Anlage 10 weist ferner ein integriertes Reinigungssystem 60 auf. Das Reinigungssystem 60 umfasst zumindest einen Reinigungskopf 62. Der Reinigungskopf 62 ist beispielhaft als Saugkopf gestaltet und mit zumindest einer Düse 64 versehen. Der Reinigungskopf 62 ist mit einer Leitung 66 verbunden, insbesondere einer Saugleitung. Im Arbeitsraum 18 ist beispielhaft eine Leitungsführung 68 vorgesehen, die in 1 lediglich schematisch angedeutet ist. Die Leitung 66 ist im Ausführungsbeispiel mit einer Rückgewinnungseinheit 70 verbunden, die einen Filter 72 zur Rückgewinnung des Baumaterials umfasst. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.The system 10 also has an integrated cleaning system 60 . The cleaning system 60 comprises at least one cleaning head 62. The cleaning head 62 is designed as a suction head, for example, and is provided with at least one nozzle 64. The cleaning head 62 is connected to a line 66, in particular a suction line. In working space 18, a line guide 68 is provided, for example, which 1 is only indicated schematically. In the exemplary embodiment, the line 66 is connected to a recovery unit 70 which includes a filter 72 for recovering the building material. This is not to be understood as limiting.

Die Handhabungseinrichtung 24 ist dazu ausgebildet, sowohl den Auftragskopf 46 als auch den Reinigungskopf 62 tragen und im Arbeitsraum 18 verfahren zu können. Mit anderen Worten kann die Handhabungseinrichtung 24 einerseits das Bauteil 58 additiv fertigen und andererseits den Arbeitsraum 18 und das Bauteil 58 reinigen. Zu diesem Zweck ist die Aufnahme 40 der Handhabungseinrichtung 24 dazu ausgebildet, bedarfsweise den Reinigungskopf 62 oder den Auftragskopf 46 zu tragen. Auf diese Weise ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel keine zusätzliche Handhabungseinrichtung 24 für die Reinigung mit dem Reinigungskopf 62 erforderlich.The handling device 24 is designed to carry both the application head 46 and the cleaning head 62 and to be able to move in the working space 18 . In other words, the handling device 24 can on the one hand additively manufacture the component 58 and on the other hand can clean the working space 18 and the component 58 . For this purpose, the receptacle 40 of the handling device 24 is designed to carry the cleaning head 62 or the application head 46 as required. This way is in the in 1 shown embodiment no additional handling device 24 for cleaning with the cleaning head 62 is required.

In 1 ist ferner mit 76 eine Sensoreinheit bezeichnet. Die Sensoreinheit 76 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Verschmutzungssensor 80, der insbesondere als optischer Sensor 82 ausgebildet ist. In der in 1 gezeigten Gestaltung ist der Sensoreinheit 76 ferner eine Lichtquelle 84 zugeordnet. Die Sensoreinheit 76 ist dazu ausgebildet, einen Verschmutzungsgrad oder Bedeckungsgrad des Arbeitsraums 18 bzw. des Bauteils 58 zu ermitteln. Die Lichtquelle 84 kann dazu beitragen, für die Bestimmung des Verschmutzungsgrades günstige Beleuchtungsverhältnisse zu schaffen. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Lichtquelle 84 dazu zu nutzen, bestimmte Muster auf Oberflächen im Arbeitsraum bzw. beim Bauteil 58 zu projizieren. Dies kann die Bestimmung des Verschmutzungsgrades vereinfachen. Alternativ ist die Lichtquelle 84 als Blitzlichtquelle gestaltet. Auch auf diese Weise kann eine Pulverkonzentration bzw. Staubkonzentration ermittelt werden.In 1 is also denoted by 76 a sensor unit. In the exemplary embodiment, the sensor unit 76 comprises a contamination sensor 80 which is designed in particular as an optical sensor 82 . in the in 1 A light source 84 is also assigned to the sensor unit 76 shown in the embodiment shown. The sensor unit 76 is designed to determine a degree of contamination or a degree of coverage of the working space 18 or of the component 58 . The light source 84 can contribute to creating favorable lighting conditions for determining the degree of soiling. However, it is also conceivable to use the light source 84 to project certain patterns onto surfaces in the working space or on the component 58 . This can simplify the determination of the degree of contamination. Alternatively, the light source 84 is designed as a flash light source. A powder concentration or dust concentration can also be determined in this way.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit 76 dazu ausgebildet, eine Partikelkonzentration in der Atmosphäre im Arbeitsraum 18 zu ermitteln, beispielsweise mittels photometrischer Staubmessung. Es ist auch vorstellbar, die Sensoreinheit 76 sowohl zur Erfassung eines Bedeckungsgrades (von Oberflächen) als auch zur Erfassung einer Partikelkonzentration/Staubkonzentration im Arbeitsraum 18 zu ertüchtigen.In an exemplary embodiment, the sensor unit 76 is designed to determine a particle concentration in the atmosphere in the working space 18, for example by means of photometric dust measurement. It is also conceivable to upgrade the sensor unit 76 both to detect a degree of coverage (of surfaces) and to detect a particle concentration/dust concentration in the working space 18 .

Die Anlage 10 weist ferner eine in 1 lediglich symbolhaft dargestellte Steuereinheit 90 auf. Die Steuereinheit 90 kann als Bestandteil einer übergeordneten Steuervorrichtung oder als diskrete Einheit gestaltet sein. Die Steuereinheit 90 ist dazu ausgebildet, die Anlage 10 in einem Baumodus und bedarfsweise in einem Reinigungsmodus zu betreiben. Im Baumodus trägt die Handhabungseinrichtung 24 den Auftragskopf 46. Im Reinigungsmodus trägt die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62. Auf diese Weise kann ein und dieselbe Handhabungseinrichtung 24, insbesondere ein und derselbe Roboter 26, wahlweise für den Bauprozess oder für die Reinigung genutzt werden.The system 10 also has a 1 control unit 90 shown only symbolically. The control unit 90 can be designed as part of a higher-level control device or as a discrete unit. The control unit 90 is designed to operate the system 10 in a construction mode and, if necessary, in a cleaning mode. In the construction mode, the handling device 24 carries the applicator head 46. In the cleaning mode, the handling device 24 carries the cleaning head 62. In this way, one and the the same handling device 24, in particular one and the same robot 26, can be used either for the construction process or for cleaning.

Die Handhabungseinrichtung 24 mit ihrer endseitigen Aufnahme 40 ist dazu ausgebildet, wahlweise zumindest einem Reinigungskopf 62 oder zumindest einen Auftragskopf 46 zu greifen und zu tragen. Mit anderen Worten gibt es sowohl für den Reinigungskopf 62 als auch für den Auftragskopf 46 einen aktiven und einen inaktiven Zustand. Der inaktive Zustand kann auch als Parkposition bezeichnet werden. Die Anlage 10 weist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen Halter 94 und einen Halter 96 auf. Der Halter 94 ist beispielhaft als Aufnahme für den Reinigungskopf 62 gestaltet. Der Halter 96 ist beispielhaft als Aufnahme für den Auftragskopf 46 gestaltet, vergleiche auch 2. Es versteht sich, dass die Halter 94, 96 sowohl zur Aufnahme eines Auftragskopfes 46 als auch zur Aufnahme eines Reinigungskopfes 62 ausgebildet sein können, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.The handling device 24 with its receptacle 40 at the end is designed to selectively grip and carry at least one cleaning head 62 or at least one application head 46 . In other words, there is an active and an inactive state for both the cleaning head 62 and the application head 46 . The inactive state can also be referred to as a parking position. The system 10 has in the embodiment according to 1 a holder 94 and a holder 96 on. The holder 94 is designed as a receptacle for the cleaning head 62, for example. The holder 96 is designed, for example, as a receptacle for the application head 46, see also 2 . It goes without saying that the holders 94, 96 can be designed both to accommodate an application head 46 and to accommodate a cleaning head 62, at least in exemplary configurations.

In 1 befindet sich die Anlage 10 im Baumodus. In 2 befindet sich die dortige Anlage 110 im Reinigungsmodus. Der Wechsel vom Baumodus in den Reinigungsmodus umfasst beispielhaft eine Abgabe des Auftragskopfes 46 an den Halter 96 und eine Aufnahme des Reinigungskopfes 62 vom Halter 94. Der Wechsel vom Reinigungsmodus in den Baumodus umfasst beispielhaft eine Abgabe des Reinigungskopfes 62 an den Halter 94 und eine Aufnahme des Auftragskopfes 46 vom Halter 96.In 1 Plant 10 is in construction mode. In 2 the system 110 there is in cleaning mode. The change from construction mode to cleaning mode includes, for example, a delivery of the application head 46 to the holder 96 and a pickup of the cleaning head 62 from the holder 94. The change from cleaning mode to the construction mode includes, for example, a delivery of the cleaning head 62 to the holder 94 and a pickup of the application head 46 from holder 96.

In einer beispielhaften Ausgestaltung bleibt die Leitung 66 des Reinigungskopfes 62 auch dann mit dem Reinigungskopf 62 verbunden, wenn sich die Anlage 10 im Baumodus befindet. In einer beispielhaften Ausgestaltung bleibt die Leitung 48 des Auftragskopfes 46 auch dann mit dem Auftragskopf 46 verbunden, wenn sich die Anlage 10 im Reinigungsmodus befindet. Auf diese Weise vereinfacht sich der Wechsel zwischen dem Baumodus und den Reinigungsmodus weiter. Die Anzahl der zu betätigenden Schnittstellen verringert sich.In an exemplary embodiment, line 66 of cleaning head 62 remains connected to cleaning head 62 even when system 10 is in build mode. In an exemplary embodiment, the line 48 of the application head 46 also remains connected to the application head 46 when the system 10 is in the cleaning mode. This further simplifies the switch between building mode and cleaning mode. The number of interfaces to be operated is reduced.

Eine Reinigung des Arbeitsraums 18 bzw. des Bauteils 58 kann von der Steuereinheit 90 in Abhängigkeit von einem Verschmutzungssignal veranlasst werden, das die Sensoreinheit 76 bereitstellt. Es ist vorstellbar, die Anlage 10 derart zu betreiben, dass die Steuereinheit 90 eine Reinigung bedarfsweise veranlasst, also bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Anlage 10 derart zu betreiben, dass die Steuereinheit 90 intervallweise eine Reinigung veranlasst. Für eine solche periodische Reinigung können beispielsweise Abkühlpausen und ähnliche prozessbedingte Unterbrechungen des Bauprozesses genutzt werden. Es versteht sich, dass auch eine Kombination aus periodischer und bedarfsweiser Reinigung nutzbar ist. Es ist grundsätzlich auch vorstellbar, den Bauprozess abzuschließen und im Anschluss daran vor der Entnahme des Bauteils 58 den Arbeitsraum 18 und das Bauteil 58 zu reinigen.Cleaning of the working space 18 or of the component 58 can be initiated by the control unit 90 as a function of a contamination signal which the sensor unit 76 provides. It is conceivable to operate the system 10 in such a way that the control unit 90 initiates cleaning as required, ie when there is a certain degree of soiling. However, it is also conceivable to operate the system 10 in such a way that the control unit 90 initiates cleaning at intervals. For example, cooling breaks and similar process-related interruptions in the construction process can be used for such periodic cleaning. It goes without saying that a combination of periodic and need-based cleaning can also be used. In principle, it is also conceivable to complete the construction process and then to clean the working space 18 and the component 58 before removing the component 58 .

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit 90 dazu ausgebildet, einen Kompromiss aus möglichst geringer Zykluszeit und hoher Bauteilqualität (einhergehend mit geringer Verschmutzung) zu verfolgen. In einer beispielhaften Ausgestaltung erfolgt die Reinigung mit dem integrierten Reinigungssystem 60 derart, dass das Bauteil 58 ohne besondere Schutzkleidung für staubbelastete Umgebung entnommen, transferiert und gegebenenfalls weitere verarbeitet werden kann. Es ist von Vorteil, wenn das Bauteil 58 in einem zumindest hinreichend gereinigten Zustand entnommen werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Anlage 10 einfach in bestehende Fertigungsumgebungen integrieren.In an exemplary embodiment, the control unit 90 is designed to pursue a compromise between the shortest possible cycle time and high component quality (as well as less contamination). In an exemplary embodiment, the cleaning with the integrated cleaning system 60 takes place in such a way that the component 58 can be removed, transferred and, if necessary, further processed without special protective clothing for dusty environments. It is advantageous if the component 58 can be removed in an at least sufficiently cleaned state. In this way, the system 10 can be easily integrated into existing production environments.

Die Steuereinheit 90 kann auch eine Türsteuerung umfassen. Beispielhaft ist die Steuereinheit 90 dazu ausgebildet, die Tür 20 erst dann freizugeben, wenn das integrierte Reinigungssystem 60 einen gewünschten Reinigungsgrad erreicht hat. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn der Arbeitsraum 18 hinreichend gereinigt wurde, so dass eine Entnahme des Bauteils 58 ohne gesonderte Schutzmaßnahmen ermöglicht ist.The control unit 90 can also include a door controller. For example, the control unit 90 is designed to release the door 20 only when the integrated cleaning system 60 has reached a desired degree of cleaning. This can be the case, for example, when the working space 18 has been sufficiently cleaned so that the component 58 can be removed without special protective measures.

2 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer mit 110 bezeichneten Anlage, die der Anlage 10 gemäß 1 ähnlich gestaltet ist. Die Anlage 110 in 2 befindet sich im Reinigungsmodus, hingegen befindet sich die Anlage 10 gemäß 1 im Baumodus. In 1 befindet sich der Reinigungskopf 62 in einer Parkposition beim Halter 94. In 2 befindet sich der Auftragskopf 46 in einer Parkposition beim Halter 96. 2 Figure 10 illustrates an embodiment of a system, designated 110, which is the system 10 in accordance with 1 is designed similarly. The plant 110 in 2 is in the cleaning mode, whereas the system 10 is in accordance with FIG 1 in build mode. In 1 the cleaning head 62 is in a parking position at the holder 94. In 2 the application head 46 is in a parking position at the holder 96.

Die Handhabungseinrichtung 24 trägt im Reinigungsmodus den Reinigungskopf 62, um Pulverreste, Staub und dergleichen vom Bauteil 58 bzw. aus dem Arbeitsraum 18 zu entfernen. Zu diesem Zweck nutzt die Handhabungseinrichtung 24 die ohnehin für den Bauprozess vorgesehenen Bewegungsfreiheitsgrade. Auf diese Weise kann der Reinigungskopf 62 mit großer Bewegungsfreiheit im Arbeitsraum 18 verfahren werden, um diesen zumindest abschnittsweise zu reinigen.In the cleaning mode, the handling device 24 carries the cleaning head 62 in order to remove powder residues, dust and the like from the component 58 or from the working space 18 . For this purpose, the handling device 24 uses the degrees of freedom of movement provided anyway for the construction process. In this way, the cleaning head 62 can be moved with great freedom of movement in the working space 18 in order to clean it at least in sections.

2 veranschaulicht ferner, dass die Anlage 110 weitere Reinigungsköpfe aufweisen kann. Beispielhaft ist neben dem als Saugkopf ausgebildeten Reinigungskopf 62 ein weiterer Reinigungskopf 100 vorgesehen, der als Bürstkopf gestaltet ist. Der Reinigungskopf 100 weist eine Bürste 102 auf. Die Bürste kann mit einem eigenen Antrieb versehen sein. Die Bürste 102 dient zur mechanischen Reinigung bzw. zum Lösen von Ablagerungen. Auch der Reinigungskopf 100 kann optional mit einer Leitung 104 versehen sein. Die Leitung 104 kann als Saugleitung gestaltet sein. Auf diese Weise kann der Reinigungskopf 100 sowohl bürsten als auch gleichzeitig saugen, um gelöste Ablagerungen zu entfernen. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. 2 further illustrates that the system 110 may include additional cleaning heads. For example, in addition to the cleaning head 62 designed as a suction head, a further cleaning head 100 is provided, which is designed as a brush head. The cleaning head 100 has a brush 102 . The brush can be ver with its own drive be seen The brush 102 is used for mechanical cleaning or for loosening deposits. The cleaning head 100 can also optionally be provided with a line 104 . The line 104 can be designed as a suction line. In this way, the cleaning head 100 can both brush and vacuum simultaneously to remove loosened debris. However, this is not to be understood as limiting.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit 90 derart gestaltet, dass im Reinigungsmodus lose Partikel zunächst mit dem als Saugkopf gestalteten Reinigungskopf 62 abgesagt werden, und dass anschließend der als Bürstkopf gestaltete Reinigungskopf 100 genutzt wird, um noch anhaftende Ablagerungen zu lösen. Diese können dann abgesaugt werden. Andere Reinigungsmodi sind denkbar. Die in den 1-7 veranschaulichten Anlagen können grundsätzlich auch mit mehreren Auftragsköpfen 46 ausgerüstet sein, die bedarfsweise von der Handhabungseinrichtung 24 gehalten und im Baumodus verwendet werden.In an exemplary embodiment, the control unit 90 is designed such that in the cleaning mode, loose particles are first removed with the cleaning head 62 designed as a suction head, and then the cleaning head 100 designed as a brush head is used to loosen any deposits that are still adhering. These can then be vacuumed off. Other cleaning modes are conceivable. The in the 1-7 The systems illustrated can in principle also be equipped with a plurality of application heads 46, which are held by the handling device 24 as required and used in construction mode.

Die 3-5 veranschaulichen eine weitere Ausgestaltung einer mit 210 bezeichneten Anlage, die den Anlagen 10, 110 gemäß den 1 und 2 grundsätzlich ähnlich gestaltet ist. Im jeweiligen Arbeitsraum 18 sind Leitelemente 220, 222 angeordnet, die bestimmte Abschnitte des Arbeitsraums 18 bedecken. Bei den Leitelementen 220, 222 handelt es sich beispielhaft um Leitbleche, Verkleidungen und Ähnliches. In den 3-5 sind die Leitelemente 220, 222 gegenüber der Horizontalen geneigt. Auf diese Weise kann eine gezielte Pulverführung (durch Schwerkraft unterstützt) bewirkt werden. Im Ausführungsbeispiel münden die Leitelemente 220, 222 in eine Senke 224, in der sich Pulver und sonstige Verschmutzungen ansammeln. Es versteht sich, dass weitere/andere Leitelemente vorgesehen sein können, um schlecht zugängliche Bereiche im Arbeitsraum 18 zu verkleiden. Auf diese Weise vereinfacht sich die Reinigung mit dem integrierten Reinigungssystem 60.the 3-5 illustrate a further embodiment of a designated 210 system, the systems 10, 110 according to the 1 and 2 is basically similar. Guide elements 220 , 222 are arranged in the respective working space 18 and cover certain sections of the working space 18 . The guide elements 220, 222 are, for example, guide plates, panels and the like. In the 3-5 the guide elements 220, 222 are inclined relative to the horizontal. In this way, a targeted powder guidance (supported by gravity) can be effected. In the exemplary embodiment, the guide elements 220, 222 open into a depression 224 in which powder and other dirt collect. It goes without saying that further/other guide elements can be provided in order to cover poorly accessible areas in the working space 18 . This simplifies cleaning with the integrated cleaning system 60.

3 veranschaulicht, dass die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62 mit der Düse 64 derart positionieren und ausrichten kann, dass Pulver und sonstige Verschmutzungen aus der Senke 224 abgesaugt oder anderweitig entfernt werden können. 4 veranschaulicht, dass die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62 mit der Düse 64 derart positionieren und ausrichten kann, dass Pulver und sonstige Verschmutzungen vom Bauteil 58 bzw. aus der Umgebung des Bauteils 58 von Wänden und anderen Oberflächen des Arbeitsraums 18 abgesaugt oder anderweitig entfernt werden können, beispielsweise im Umfeld der Tür 20. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Bewegungsraum der Handhabungseinrichtung 24 derart an die Abmessungen des Arbeitsraums 18 angepasst, dass Innenflächen der Einhausung 16 zumindest abschnittsweise gereinigt werden können. 3 12 illustrates that the handler 24 can position and orient the cleaning head 62 with the nozzle 64 such that powder and other debris can be vacuumed or otherwise removed from the sink 224 . 4 illustrates that the handling device 24 can position and align the cleaning head 62 with the nozzle 64 in such a way that powder and other dirt can be sucked off from the component 58 or from the area surrounding the component 58 from walls and other surfaces of the workspace 18 or can be removed in some other way, for example in the vicinity of the door 20. In an exemplary embodiment, the movement space of the handling device 24 is adapted to the dimensions of the working space 18 in such a way that the inner surfaces of the housing 16 can be cleaned at least in sections.

5 veranschaulicht, dass gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Reinigungssystems 60 eine Selbstreinigung oder Eigenreinigung der Handhabungseinrichtung 24 ermöglicht ist. Beispielsweise kann der Roboter 26 (vergleiche 1) der Handhabungseinrichtung 24 derart betrieben werden, dass wesentliche Abschnitte der Kinematik des Roboters 26 mit dem am Halter 40 aufgenommenen Reinigungskopf 62 gereinigt werden können. 5 illustrates that, according to an exemplary embodiment of the cleaning system 60 , self-cleaning or self-cleaning of the handling device 24 is made possible. For example, the robot 26 (cf 1 ) of the handling device 24 are operated in such a way that essential sections of the kinematics of the robot 26 can be cleaned with the cleaning head 62 accommodated on the holder 40 .

6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer mit 310 bezeichneten Anlage zur additiven Fertigung. Die Anlage 310 ist gegenüber den Anlagen 10, 110, 210 insoweit modifiziert, als dass dort separate Handhabungseinrichtungen 24, 324 für den Auftragskopf 46 und den Reinigungskopf 62 vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Handhabungseinrichtungen 24, 324 vorgesehen, die beispielhaft jeweils als robotische Handhabungseinrichtungen 24, 324 gestaltet sind. 6 FIG. 12 illustrates another exemplary embodiment of an additive manufacturing system, designated 310 . The system 310 is modified compared to the systems 10, 110, 210 in that separate handling devices 24, 324 for the application head 46 and the cleaning head 62 are provided there. In the exemplary embodiment, two handling devices 24, 324 are provided, each of which is designed as a robotic handling device 24, 324, for example.

Die - insoweit zuvor schon beschriebene - Handhabungseinrichtung 24 dient als Hauptkinematik 328. Die Handhabungseinrichtung 24 trägt den Auftragskopf 46. Hingegen dient die Handhabungseinrichtung 324 als Nebenkinematik 330 und trägt den Reinigungskopf 62. Die Handhabungseinrichtung 324 ist beispielhaft als Roboter 326 gestaltet. Der Roboter 326 umfasst einen Sockel 340 sowie Elemente 342, 344, 346, die als Glieder der kinematischen Kette des Roboters 326 dienen. Ähnlich wie der Roboter 26 (1) ist auch der Roboter 326 als Knickarmroboter oder Schwenkarmroboter gestaltet. Der Roboter 326 trägt an seinem effekttorseitigen Ende eine Aufnahme 340 zur Aufnahme des Reinigungskopfes 62.The handling device 24--as previously described--serves as the main kinematics 328. The handling device 24 carries the application head 46. The handling device 324, on the other hand, serves as the secondary kinematics 330 and carries the cleaning head 62. The handling device 324 is designed as a robot 326, for example. The robot 326 comprises a base 340 and elements 342, 344, 346 which serve as links in the kinematic chain of the robot 326. Similar to the robot 26 ( 1 ) the robot 326 is also designed as an articulated arm robot or swivel arm robot. At its end on the effector side, the robot 326 has a receptacle 340 for receiving the cleaning head 62.

6 veranschaulicht ferner einen Werkstückgreifer 348, der an einem Halter 350 im Arbeitsraum 18 angeordnet ist. Der Werkstückgreifer 348 ist beispielsweise als pneumatischer Greifer mit entsprechender Versorgungsleitung ausgebildet. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die als Nebenkinematik 330 dienende Handhabungseinrichtung 324 dazu ausgebildet, wechselweise den Werkstückgreifer 348 oder den Reinigungskopf 62 zu tragen und im Arbeitsraum 18 zu verfahren. Der Halter 350 ist im Ausführungsbeispiel dem Halter 94 bzw. dem Halter 96 (vergleiche auch 2) vergleichbar gestaltet, dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Auch die Nebenkinematik 330 kann somit in mehreren Modi verwendet werden, in einem Lademodus mit dem Werkstückgreifer 348 sowie beispielsweise in einem Reinigungsmodus mit dem Reinigungskopf 62. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Reinigungsmodus keine zusätzlichen Handhabungseinrichtung erforderlich. 6 further illustrates a workpiece gripper 348 which is arranged on a holder 350 in the work space 18 . The workpiece gripper 348 is designed, for example, as a pneumatic gripper with a corresponding supply line. In an exemplary embodiment, the handling device 324 serving as the secondary kinematics 330 is designed to carry the workpiece gripper 348 or the cleaning head 62 alternately and to move it in the working space 18 . In the exemplary embodiment, the holder 350 is the holder 94 or the holder 96 (also compare 2 ) designed to be comparable, but this is not to be understood as limiting. The secondary kinematics 330 can thus also be used in several modes, in a loading mode with the workpiece gripper 348 and, for example, in a cleaning mode with the cleaning head 62. Also in this embodiment no additional handling equipment is required in cleaning mode.

Auch bei der in 6 veranschaulichten Gestaltung der Anlage 310 können Baumodus und Reinigungsmodus sequenziell aufeinander folgen und sich mehrmals wiederholen. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Steuereinheit 90 derart zu gestalten, dass sich der Baumodus und Reinigungsmodus zumindest zeitweise überlappen. Auf diese Weise lässt sich die Zykluszeit weiter verringern.Also at the in 6 In the illustrated configuration of the system 310, the construction mode and the cleaning mode can follow one another sequentially and can be repeated several times. However, it is also conceivable to design the control unit 90 in such a way that the construction mode and cleaning mode overlap at least temporarily. In this way, the cycle time can be further reduced.

7 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer mit 410 bezeichneten Anlage zur additiven Fertigung. Die Anlage 410 unterscheidet sich insoweit von den zuvor in Zusammenhang mit den 1-6 veranschaulichten Anlagen 10, 110, 210, 310, als dass die Handhabungseinheit 24 keinen Roboter, sondern eine lineare Kinematik 430 aufweist, die beispielsweise als kartesische Kinematik gestaltet ist. Mit anderen Worten ist die Kinematik 430 beispielhaft als X-Y-Z Kinematik gestaltet, also mit drei senkrecht aufeinander stehenden Bewegungsachsen. 7 FIG. 12 illustrates another exemplary embodiment of an additive manufacturing system, designated 410 . Annex 410 differs in this respect from the previous ones in connection with the 1-6 Illustrated plants 10, 110, 210, 310 than that the handling unit 24 has no robot, but a linear kinematics 430, which is designed, for example, as Cartesian kinematics. In other words, the kinematics 430 are designed as XYZ kinematics, ie with three movement axes perpendicular to one another.

7 veranschaulicht zwei senkrecht aufeinander stehenden Bewegungsachsen. Eine erste Achse mit horizontaler Orientierung wird durch eine Horizontalführung 432 und einen darauf gelagerten Schlitten 434 definiert. Eine zweite Achse mit vertikaler Orientierung wird durch eine Vertikalführung 436 und einen Schlitten 438 definiert. Im Ausführungsbeispiel sitzt die Vertikalführung 436 auf dem Schlitten 434 und wird gemeinsam mit diesem entlang der Horizontalführung 432 bewegt. Die Kinematik 430 ist beispielhaft als Fahrständer-Kinematik gestaltet. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Es versteht sich, dass noch eine dritte Achse mit entsprechender Führung und Schlitten vorgesehen sein können, die sich beispielhaft bei der in 7 gewählten Orientierung senkrecht zur Ansichtsebene erstreckt. Ferner können Schwenkachsen, Rotationsachsen und Ähnliches vorgesehen sein, die parallel zu den zuvor genannten Achsen sind. 7 illustrates two mutually perpendicular movement axes. A first axis with a horizontal orientation is defined by a horizontal guide 432 and a carriage 434 mounted thereon. A second axis of vertical orientation is defined by a vertical guide 436 and a carriage 438 . In the exemplary embodiment, the vertical guide 436 sits on the carriage 434 and is moved along the horizontal guide 432 together with it. The kinematics 430 is designed as a traveling column kinematics, for example. However, this is not to be understood as limiting. It goes without saying that a third axis with a corresponding guide and carriage can also be provided, which is exemplified in the in 7 selected orientation perpendicular to the view plane. Furthermore, pivot axes, rotation axes and the like can be provided which are parallel to the aforementioned axes.

Auch mit einer mit einer kartesischen Kinematik 430 versehenen Handhabungseinrichtung 24 kann wahlweise in einem Baumodus der Auftragskopf 46 und in einem Reinigungsmodus der Reinigungskopf 62 gehalten und relativ zum Arbeitsraum 18 bzw. zum Bauteil 58 verfahren werden.With a handling device 24 provided with Cartesian kinematics 430 , the application head 46 can be held in a construction mode and the cleaning head 62 can be held in a cleaning mode and moved relative to the working space 18 or to the component 58 .

8 veranschaulicht anhand eines schematischen Flussdiagramms eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung, insbesondere mittels DED. Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, der die Bereitstellung einer Anlage beinhaltet, insbesondere einer Anlage gemäß zumindest einer hierin beschriebenen Ausgestaltung. In einem nachgelagerten Schritt S12 wird die Anlage in einem Baumodus betrieben, um ein Bauteil additiv zu fertigen, zu beschichten und/oder zu reparieren. Vorzugsweise umfasst die additive Fertigung das Ausbringen und Verfestigen eines metallbasierten oder Metall enthaltenden Baumaterials. Dies umfasst beispielsweise Stahlwerkstoffe, Aluminiumwerkstoffe, Titanwerkstoffe, Werkstoffe auf Ni-Basis und diese enthaltende Legierungen. 8th uses a schematic flowchart to illustrate an exemplary embodiment of a method for additive manufacturing, in particular using DED. The method includes a step S10, which includes the provision of a system, in particular a system according to at least one embodiment described herein. In a subsequent step S12, the system is operated in a construction mode in order to additively manufacture, coat and/or repair a component. The additive manufacturing preferably includes the application and solidification of a metal-based or metal-containing building material. This includes, for example, steel materials, aluminum materials, titanium materials, Ni-based materials and alloys containing them.

In einem weiteren Schritt S14 wird die Anlage in einem Reinigungsmodus betrieben, insbesondere einem integrierten Reinigungsmodus. Vorzugsweise wird sowohl im Reinigungsmodus als auch in Baumodus ein und dieselbe Handhabungseinrichtung verwendet, um einerseits einen Auftragskopf und andererseits einen Reinigungskopf zu halten und in einem Arbeitsraum der Anlage zu verfahren. Beispielhaft erfolgt die Reinigung bis zu einem Grad, der in einem weiteren Schritt S16 eine Entnahme und weitere Bearbeitung des Bauteils ohne besondere persönliche Schutzausrüstung erlaubt.In a further step S14, the system is operated in a cleaning mode, in particular an integrated cleaning mode. One and the same handling device is preferably used both in the cleaning mode and in the construction mode, in order to hold an application head on the one hand and a cleaning head on the other hand and to move them in a working space of the system. For example, the cleaning takes place to a degree that, in a further step S16, allows the component to be removed and processed further without special personal protective equipment.

9 veranschaulicht anhand eines schematischen Flussdiagramms eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung, insbesondere mittels DED. Das Verfahren umfasst einen Schritt S20, der die Bereitstellung einer Anlage beinhaltet, insbesondere einer Anlage gemäß zumindest einer hierin beschriebenen Ausgestaltung. 9 uses a schematic flow chart to illustrate a further exemplary embodiment of a method for additive manufacturing, in particular by means of DED. The method includes a step S20, which includes the provision of a system, in particular a system according to at least one embodiment described herein.

Es schließt sich ein Schritt S22 an, der einen kombinierten Bauprozess umfasst. Der Schritt S22 umfasst Teilschritte S24, S26, die einmalig oder mehrmals nacheinander durchlaufen werden. Der Teilschritt S24 betrifft einen Baumodus. Der Teilschritt S26 betrifft einen Reinigungsmodus. Die Teilschritte S24, S26 können abwechselnd durchlaufen werden, so dass während des Bauprozesses eine intermittierende Reinigung erfolgt.A step S22 follows, which includes a combined construction process. Step S22 includes sub-steps S24, S26, which are run through once or several times in succession. The sub-step S24 relates to a build mode. The sub-step S26 relates to a cleaning mode. The partial steps S24, S26 can be run through alternately, so that cleaning occurs intermittently during the construction process.

In einer beispielhaften Ausgestaltung werden für die zwischengelagerten Reinigungsschritte S26 Abkühlpausen und ähnliche prozessbedingte Pausen im Bauprozess genutzt. Nach dem Abschluss des Bauprozesses S22 und einer hinreichenden Reinigung kann das Bauteil in einem folgenden Schritt S28 entnommen werden, vorzugsweise ohne dass umfangreiche persönliche Schutzausrüstung erforderlich ist. Vorzugweise kann das Bauteil ohne spezifische, zweckgebundene Schutzausrüstung, die entsprechenden Aufwand bei der Nutzung sowie Kostenaufwand mit sich bringt, entnommen und weiteren Fertigungsschritten zugeführt werden.In an exemplary embodiment, cooling pauses and similar process-related pauses in the construction process are used for the intermediate cleaning steps S26. After completion of the construction process S22 and sufficient cleaning, the component can be removed in a subsequent step S28, preferably without the need for extensive personal protective equipment. The component can preferably be removed and fed to further production steps without specific, earmarked protective equipment, which entails the corresponding effort during use and costs.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2872287 A2 [0007]EP 2872287 A2 [0007]

Claims (20)

Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, die Folgendes aufweist: - einen Arbeitsraum (18), - eine Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, - zumindest einen Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, - eine Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und - ein integriertes Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen.System for additive manufacturing, in particular by means of Direct Energy Deposition, which has the following: - a workroom (18), - a housing (16) which delimits the working space (18), - at least one applicator head (46) for applying a building material, - A handling device (24, 324) with a receptacle (40, 340), and - an integrated cleaning system (60) with at least one cleaning head (62, 100), wherein the at least one cleaning head (62, 100) can be moved in the working space (18) by the handling device (24, 324) in order to clean at least the working space (18) or to clean a component (58). Anlage nach Anspruch 1, wobei das integrierte Reinigungssystem (60) dazu ausgebildet ist, den Arbeitsraum (18) und zumindest ein im Arbeitsraum (18) angeordnetes zumindest abschnittsweise additiv erzeugtes Bauteil (58) zu reinigen.plant after claim 1 , wherein the integrated cleaning system (60) is designed to clean the working space (18) and at least one additively produced component (58) arranged at least in sections in the working space (18). Anlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine Aufnahme (40, 340) zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes (62, 100) und vorzugsweise des zumindest einen Auftragskopfes (46) aufweist.plant after claim 1 or 2 , wherein the handling device (24, 324) has a receptacle (40, 340) for receiving the at least one cleaning head (62, 100) and preferably the at least one application head (46). Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine Nebenkinematik (330) ist.Plant after one of Claims 1 - 3 , wherein the handling device (24, 324) is a secondary kinematic system (330). Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) in einem Baumodus und einem Reinigungsmodus der Anlage verwendbar ist.Plant after one of Claims 1 - 4 , wherein the handling device (24, 324) can be used in a construction mode and a cleaning mode of the system. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine lineare Kinematik (430) mit kartesischen Achsen aufweist.Plant after one of Claims 1 - 5 , wherein the handling device (24, 324) has a linear kinematics (430) with Cartesian axes. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) einen Roboter (26, 326) umfasst, insbesondere einen Gelenkarmroboter.Plant after one of Claims 1 - 5 , wherein the handling device (24, 324) comprises a robot (26, 326), in particular an articulated arm robot. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) ein Saugkopf ist, der im Arbeitsraum (18) verfahrbar ist.Plant after one of Claims 1 - 7 , wherein the at least one cleaning head (62, 100) is a suction head which can be moved in the working space (18). Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, wobei zumindest ein weiterer Reinigungskopf (62, 100) vorgesehen ist, der zur mechanischen Reinigung ausgebildet ist, insbesondere als Bürstkopf.Plant after one of Claims 1 - 8th , wherein at least one further cleaning head (62, 100) is provided, which is designed for mechanical cleaning, in particular as a brush head. Anlage nach einem der Ansprüche 1-9, wobei im Arbeitsraum (18) zwei oder mehr Halter (94, 96, 106) zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes (46) und des zumindest einen Reinigungskopfes (62, 100) vorgesehen sind, die zumindest zwei Parkpositionen bereitstellen.Plant after one of Claims 1 - 9 , wherein two or more holders (94, 96, 106) for receiving the at least one application head (46) and the at least one cleaning head (62, 100) are provided in the working space (18), which provide at least two parking positions. Anlage nach einem der Ansprüche 1-10, wobei der zumindest eine Auftragskopf (46) mit zumindest einer Versorgungsleitung (48) gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) mit zumindest einer Saugleitung (66, 104) gekoppelt ist, und wobei die Leitungen (48, 66, 104) insbesondere auch in einer jeweiligen Parkstellung des Auftragskopfes (46) oder des Reinigungskopfes (62, 100) angekoppelt bleiben.Plant after one of Claims 1 - 10 , wherein the at least one application head (46) is coupled to at least one supply line (48), wherein the at least one cleaning head (62, 100) is coupled to at least one suction line (66, 104), and wherein the lines (48, 66, 104) in particular also remain coupled in a respective parking position of the application head (46) or the cleaning head (62, 100). Anlage nach einem der Ansprüche 1-11, ferner aufweisend eine Steuereinheit (90) zur Steuerung des Reinigungssystems (60), wobei die Steuereinheit (90) während eines Reinigungsmodus die Handhabungseinrichtung (24, 324) steuert, um den Reinigungskopf (62, 100) relativ zum Arbeitsraum (18) zu verfahren.Plant after one of Claims 1 - 11 , further comprising a control unit (90) for controlling the cleaning system (60), wherein the control unit (90) controls the handling device (24, 324) during a cleaning mode in order to move the cleaning head (62, 100) relative to the workspace (18). . Anlage nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, im Anschluss an einen Bauprozess eine Selbstreinigung der Anlage, insbesondere des Arbeitsraums (18) mit dem Bauteil (58), zu veranlassen.plant after claim 12 , wherein the control unit (90) is designed to initiate a self-cleaning of the system, in particular of the working space (18) with the component (58), following a construction process. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, während des Bauprozesses intermittierende Zwischenreinigungen des Arbeitsraums (18) und/oder des Bauteils (58) zu veranlassen, und wobei die Steuereinheit (90) vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Zwischenreinigung zu veranlassen, wenn der Bauprozess eine Ruhephase, insbesondere eine Abkühlphase, vorsieht.plant after claim 12 or 13 , wherein the control unit (90) is designed to cause intermittent intermediate cleaning of the working space (18) and/or the component (58) during the construction process, and wherein the control unit (90) is preferably designed to initiate intermediate cleaning if the construction process provides for a rest phase, in particular a cooling-off phase. Anlage nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad eine Reinigung zu veranlassen.Plant after one of Claims 12 - 14 , wherein the control unit (90) is designed to initiate cleaning depending on the degree of contamination. Anlage nach einem der Ansprüche 1-15, ferner aufweisend eine Sensoreinheit (76) mit zumindest einem Verschmutzungssensor (80), vorzugsweise einem optischen Verschmutzungssensor (82).Plant after one of Claims 1 - 15 , further comprising a sensor unit (76) with at least one contamination sensor (80), preferably an optical contamination sensor (82). Anlage nach Anspruch 16, wobei der Verschmutzungssensor (80) dazu ausgebildet ist, einen Bedeckungsgrad einer Oberfläche des Arbeitsraums (18) optisch zu erfassen.plant after Claim 16 , wherein the contamination sensor (80) is designed to optically detect a degree of coverage of a surface of the working space (18). Anlage nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Verschmutzungssensor (80) mit einer Lichtquelle (84) gekoppelt ist.plant after Claim 16 or 17 , wherein the contamination sensor (80) is coupled to a light source (84). Anlage nach einem der Ansprüche 1-18, ferner aufweisend eine Rückgewinnungseinheit (70) zur Rückgewinnung wiederverwendbaren Baumaterials aus einem abgesaugten Gas-Partikel-Gemisch.Plant after one of Claims 1 - 18 , further comprising a recovery unit (70) for the recovery of reusable building material from an extracted gas-particle mixture. Verfahren zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellung einer Anlage (10, 110, 210, 310, 410) zur additiven Fertigung, insbesondere einer Anlage (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage (10, 110, 210, 310, 410) Folgendes aufweist: - einen Arbeitsraum (18), - eine Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, - zumindest einen Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, - eine Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und - ein integriertes Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen, - Betreiben der Anlage (10, 110, 210, 310, 410) in einem Baumodus, wobei der zumindest eine Auftragskopf (46) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) verfahren wird, zur Erzeugung eines additiven Auftrags auf ein Bauteil (58), und - Betreiben der Anlage (10, 110, 210, 310, 410) in einem Reinigungsmodus, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) verfahren wird, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen.Process for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, with the following steps: - Provision of a system (10, 110, 210, 310, 410) for additive manufacturing, in particular a system (10, 110, 210, 310, 410) according to one of the preceding claims, wherein the system (10, 110, 210, 310 , 410) has: - a workroom (18), - a housing (16) which delimits the working space (18), - at least one applicator head (46) for applying a building material, - A handling device (24, 324) with a receptacle (40, 340), and - an integrated cleaning system (60) with at least one cleaning head (62, 100), wherein the at least one cleaning head (62, 100) can be moved in the working space (18) by the handling device (24, 324) in order to clean at least the working space (18) or to clean a component (58), - Operating the system (10, 110, 210, 310, 410) in a construction mode, wherein the at least one application head (46) is moved by the handling device (24, 324) to generate an additive order on a component (58), and - Operating the system (10, 110, 210, 310, 410) in a cleaning mode, with the at least one cleaning head (62, 100) being moved by the handling device (24, 324) around at least the workspace (18) or a component (58) to clean.
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