DE102021200473A1 - Method and device for the additive manufacturing of at least one component from a shapeless material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils.Verfahren zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils (5) aus einem formlosen Material, bei dem zwecks bereichsweiser Verfestigung von formlosem Material zumindest an der Oberfläche des ausgebrachten formlosen Materials ein Verfestigungsmittel auf formloses Material aufgebracht wird und/oder thermische Energie zum bereichsweisen Aufschmelzen formlosen Materials zwecks anschließender Erstarrung aufgeschmolzenen Materials in das formlose Material eingebracht wird, wobei bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierte Schallereignisse (6) verglichen werden mit Referenz-Schallereignissen (8), und aus Abweichungen dazwischen wenigstens ein Rückschluss gezogen wird über wenigstens einen physikalischen Parameter zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils (5) und/ oder die Umsetzung von wenigstens einem Fertigungsparameter, wobei die Referenz-Schallereignisse (8) aus Konstruktions- und/ oder Fertigungsdaten des Bauteils (5) generierte virtuelle Schallereignisse sind.The invention relates to a method and a device for the generative production of at least one component.Method for the generative production of at least one component (5) from a shapeless material, in which, for the purpose of regionally solidifying amorphous material, at least on the surface of the discharged amorphous material, a solidification agent is applied to amorphous Material is applied and/or thermal energy is introduced into the amorphous material for area-wise melting of amorphous material for the purpose of subsequent solidification of melted material, with sound events (6) generated during the implementation of the generative method being compared with reference sound events (8), and from deviations in between at least one conclusion is drawn about at least one physical parameter of at least one section of a respective component (5) produced in the additive process and/or the implementation of at least one production sparameter, wherein the reference sound events (8) from design and / or manufacturing data of the component (5) are generated virtual sound events.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils.The invention relates to a method and a device for the additive manufacturing of at least one component.
Ein generatives oder auch additives Verfahren ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau üblicherweise computergesteuert, aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen, nach vorgegebenen Maßen und Formen. In einer jeweiligen Schicht wird zwecks Verfestigung bereichsweise Bindemittel oder thermische Energie eingebracht. Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt.A generative or additive process is a manufacturing process in which material is applied layer by layer to create three-dimensional objects. The layered structure is usually computer-controlled, from one or more liquid or solid materials, according to specified dimensions and shapes. In each layer, binder or thermal energy is introduced in certain areas for the purpose of solidification. During construction, physical or chemical hardening or melting processes take place.
Relevante additive Fertigungsverfahren sind z.B. „Selective Laser Melting“ (SLM), „Electron Beam Melting“ (EBM), „Selective Laser Sintering“ (SLS) und „Multi-Jet Fusion“ (MJF), bei denen die Verbindung der Materialien durch Verschmelzen erfolgt, oder das sogenannte „Binder Jetting“ (BJ), bei dem die Verbindung der Materialien durch Verkleben erfolgt.Relevant additive manufacturing processes are, for example, "Selective Laser Melting" (SLM), "Electron Beam Melting" (EBM), "Selective Laser Sintering" (SLS) and "Multi-Jet Fusion" (MJF), in which the connection of the materials is achieved by fusing or so-called “binder jetting” (BJ), in which the materials are connected by gluing.
Bei dem FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) wird das Filament in einem Extruder aufgeschmolzen und schichtweise aufgetragen, wobei es aushärtet.In the FDM process (Fused Deposition Modeling), the filament is melted in an extruder and applied in layers, during which it hardens.
Die Schichten werden durch eine geeignete Einrichtung, wie zum Beispiel durch eine Rolle bzw. Walze aufgetragen, die gleichzeitig rotiert und eine translatorische Bewegung durchführt, um Pulver über die gesamte Bauplattform aufzutragen. Danach trägt ein Druckkopf einen Binder auf bzw. richtet einen Laserstrahl auf das Pulverbett.The layers are applied by any suitable means, such as a roller, which simultaneously rotates and translates to apply powder across the entire build platform. A print head then applies a binder or directs a laser beam onto the powder bed.
Eine automatisierte Echtzeit-Prozessüberwachung bei generativen und insbesondere additiven Fertigungsprozessen wie z.B. dem 3D-Druck ist bislang nur bedingt möglich, da die bestehenden Verfahren nur einzelne Prozessparameter prüfen. Auswertungen liefern daher oft keine Rückschlüsse auf Fehler in der Bauteilherstellung bzw. auf eindeutige Fehlerursachen. Infolgedessen ist häufig eine aufwendige Nachkontrolle der gefertigten Bauteile, z.B. anhand eines Spannungs-Dehnungs-Versuchs notwendig. Aber auch hierbei können identifizierte Fehler jedoch nicht immer zweifelsfrei ihren Ursachen zugeordnet werden. Außerdem ist eine Nachkontrolle, speziell im Serieneinsatz, nur begrenzt zu gewährleisten.Automated real-time process monitoring in generative and especially additive manufacturing processes such as 3D printing has so far only been possible to a limited extent, since the existing processes only check individual process parameters. Evaluations therefore often do not provide any conclusions about errors in component manufacture or clear causes of errors. As a result, a complex follow-up inspection of the manufactured components, e.g. using a stress-strain test, is often necessary. However, even here, identified errors cannot always be unequivocally assigned to their causes. In addition, a follow-up check, especially in series production, can only be guaranteed to a limited extent.
Zur Prozessüberwachung in generativen Herstellungsverfahren sind verschiedene Ansätze bekannt. So existiert die visuelle Prozessüberwachung, bei der mittels einer oder mehrerer Kameras das Druckbett entweder gefilmt oder in regelmäßigen Intervallen fotografiert wird und mit einem Referenzbild abgeglichen wird.Various approaches are known for process monitoring in additive manufacturing processes. For example, there is visual process monitoring, in which the print bed is either filmed or photographed at regular intervals using one or more cameras and compared with a reference image.
Da allerdings der Bauraum und das Druckbett je nach generativem Herstellungsverfahren und dafür genutzter Anlage nicht zu jeder Zeit vollständig einsehbar sind, ist eine unterbrechungsfreie Überwachung meist nicht oder nur durch Eingriff in den laufenden Prozess möglich. Darüber hinaus können mittels visueller Prozessüberwachung nur optisch erkennbare Fehlstellen identifiziert werden, nicht aber Prozess- oder Materialparameter, wie z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. Zudem entstehen durch den Einsatz spezieller Kameras gegebenenfalls hohe Kosten.However, since the construction space and the print bed are not completely visible at all times, depending on the additive manufacturing process and the system used for this purpose, uninterrupted monitoring is usually not possible or only possible by intervening in the ongoing process. In addition, visual process monitoring can only be used to identify visually recognizable defects, but not process or material parameters such as temperature, humidity, etc. In addition, the use of special cameras may result in high costs.
Weiterhin ist es bekannt, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren einzeln oder auch in Kombination einzusetzen, um einzelne Prozessparameter zu überprüfen, z.B. zur Überwachung der 3D-Druck-Kammertemperatur.It is also known to use temperature and humidity sensors individually or in combination to check individual process parameters, e.g. to monitor the 3D printing chamber temperature.
Derartige Sensoren erfassen allerdings jeweils nur einen Kennwert, sie können den Fertigungsprozess aber nicht ganzheitlich überwachen. Auch eine Kombination verschiedener Sensoren ist nur bedingt zur Prozessüberwachung geeignet, da die Vergleichbarkeit bei unterschiedlichen Anlagen und daher auch unterschiedlichen Geometrien und verfahrenstechnischen Eigenheiten schwierig ist.However, such sensors only record one characteristic value in each case, but they cannot monitor the production process as a whole. A combination of different sensors is also only suitable for process monitoring to a limited extent, since it is difficult to compare them with different systems and therefore also different geometries and process engineering peculiarities.
Bei einer manuellen Qualitätssicherung nach Fertigstellung des Drucks wird das Bauteil durch Vermessung mit einem Referenzbauteil verglichen. Häufig werden parallel zur eigentlichen Bauteilherstellung auch Zugstäbe gedruckt, um mittels mechanischer Versuche an diesen Zugstäben Bauteil- bzw. Materialparameter zu überprüfen.In the case of manual quality assurance after the print has been completed, the component is measured and compared with a reference component. Tension rods are often printed in parallel with the actual component production in order to check component or material parameters by means of mechanical tests on these tension rods.
Eine derartige manuelle Qualitätssicherung ist aufgrund des hohen Aufwands, insbesondere bei der Serienfertigung von Bauteilen, kaum realisierbar. Außerdem kann eine Prüfung in der Regel erst nach Beendigung des Fertigungsprozesses erfolgen. Eine frühzeitige Fehlererkennung und der vorzeitige Abbruch des Druckprozesses sind daher ausgeschlossen.Such a manual quality assurance is hardly realizable due to the high effort, especially in the series production of components. In addition, a test can usually only be carried out after the end of the manufacturing process. Early error detection and premature termination of the printing process are therefore impossible.
In vielen Fertigungsverfahren wird auch eine akustische Prozessüberwachung angewendet, wie beispielsweise in der Instandhaltung, um die Abnutzung von Anlagen zu prüfen. Die akustische Prozessüberwachung wird auch zur Lösung des oben genannten Problems in generativen Fertigungsprozessen angewandt. Ein Großteil aller relevanten Prozessparameter, bspw. Temperatur, Feuchtigkeit und Zusammensetzung der beteiligten Medien, insbesondere auch der Atmosphäre im Bauraum, Bewegungsparameter beteiligter Maschinenelemente, Laser-Parameter, hat Einfluss auf die Prozessakustik. Dies ermöglicht erfahrenen Maschinenbedienern allein durch akustische Wahrnehmung Anomalien im Druckprozess zu identifizieren.Acoustic process monitoring is also used in many manufacturing processes, such as in maintenance, to check the wear and tear of equipment. Acoustic process monitoring is also used to solve the above problem in additive manufacturing processes. A large part of all relevant process parameters, e.g. temperature, humidity and composition of the media involved, in particular the atmosphere in the installation space, mov tion parameters of the machine elements involved, laser parameters, has an influence on the process acoustics. This enables experienced machine operators to identify anomalies in the printing process solely through acoustic perception.
Die
Die
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur generativen Herstellung mindestens eines Bauteils aus einem formlosen Material zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher und zuverlässiger sowie computergestützter Weise der Fertigungsprozess überwacht werden kann.The object of the invention is to provide a method and a device for the additive manufacturing of at least one component from a shapeless material, with which the manufacturing process can be monitored in a simple, reliable and computer-aided manner.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils nach Anspruch 1 sowie durch die erfindungsgemäße Einrichtung zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the method according to the invention for the generative production of at least one component according to
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-9 angegeben.Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims 2-9.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils aus einem formlosen Material, bei dem zwecks bereichsweiser Verfestigung von formlosem Material zumindest an der Oberfläche des ausgebrachten formlosen Materials ein Verfestigungsmittel auf formloses Material aufgebracht wird und/oder thermische Energie zum bereichsweisen Aufschmelzen formlosen Materials zwecks anschließender Erstarrung aufgeschmolzenen Materials in das formlose Material eingebracht wird. Dabei werden bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierte Schallereignisse mit Referenz-Schallereignissen verglichen, und aus Abweichungen dazwischen wird wenigstens ein Rückschluss gezogen über wenigstens einen physikalischen Parameter zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils und/ oder die Umsetzung von wenigstens einem Fertigungsparameter. Die Referenz-Schallereignisse sind aus Konstruktions- und/ oder Fertigungsdaten des Bauteils generierte virtuelle Schallereignisse.A first aspect of the invention is a method for the generative production of at least one component from a shapeless material, in which, for the purpose of regionally solidifying shapeless material, at least on the surface of the discharged shapeless material, a solidification agent is applied to shapeless material and/or thermal energy for region-wise melting amorphous material is introduced into the amorphous material for the purpose of subsequent solidification of melted material. Sound events generated during the implementation of the generative method are compared with reference sound events, and at least one conclusion is drawn from deviations between them about at least one physical parameter of at least one section of a respective component manufactured using the generative method and/or the implementation of at least one manufacturing parameter. The reference sound events are virtual sound events generated from design and/or manufacturing data of the component.
In vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Referenz-Geräusche computergestützt generiert werden.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the reference noises are generated with the aid of a computer.
Auf Basis der detektierten Abweichungen bzw. der daraus gezogenen Rückschlüsse können Änderungen im laufenden und/ oder in späteren gleichartigen oder zumindest ähnlichen Fertigungsprozessen durchgeführt werden.On the basis of the detected deviations or the conclusions drawn from them, changes can be made during the current and/or later similar or at least similar manufacturing processes.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils ist insbesondere ein auf künstlicher Intelligenz (Kl) basierendes Verfahren zur Überwachung und Analyse additiver Fertigungsprozesse wie z.B. dem 3D-Druck, auf Basis akustischer Prozessparameter.The method according to the invention for the generative production of at least one component is in particular a method based on artificial intelligence (AI) for monitoring and analyzing additive manufacturing processes such as 3D printing, on the basis of acoustic process parameters.
Die künstliche Intelligenz wird hier insbesondere bei der Erstellung der virtuellen Schallereignisse genutzt.Artificial intelligence is used here in particular when creating the virtual sound events.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die akustische Prozessüberwachung eine äußerst detailgenaue Identifikation und Interpretation von Soll/Ist-Abweichungen im Druckprozess.Due to the acoustic process monitoring, the method according to the invention enables an extremely detailed identification and interpretation of target/actual deviations in the printing process.
Daraus ergeben sich mehrere Anwendungsszenarien:
- - Soll/Ist-Abgleich bei der Serienfertigung von Bauteilen
- - Soll/Ist-Abgleich bei Anlauf/Inbetriebnahme neuer Anlagen
- - Soll/Ist-Abgleich bei Variation von Material- und/ oder und Prozessparametern, wie bspw. der Temperatur und Luftfeuchtigkeit beteiligter Medien.
- - Identifikation fertigungstechnisch kritischer Bauteilprofile und Ableitung von Geometrie-Optimierungen, sowie eine Ähnlichkeitsanalyse verschiedener Bau- bzw. Druckjobs.
- - Target/actual comparison in the series production of components
- - Target/actual comparison when starting up/commissioning new systems
- - Target/actual comparison when material and/or process parameters vary, such as the temperature and humidity of the media involved.
- - Identification of component profiles that are critical in terms of production technology and derivation of geometry optimizations, as well as a similarity analysis of various construction or printing jobs.
Vorteilhafterweise kann eine eingesetzte künstliche Intelligenz zur Identifikation und Interpretation von Soll/Ist Abweichungen zum Einsatz kommen.Advantageously, artificial intelligence can be used to identify and interpret target/actual deviations.
Es lassen sich derart Rückschlüsse ziehen über
- i) die Qualität zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils,
- ii) das bei der generativen Herstellung zur Ausbildung zumindest eines Abschnitts des jeweiligen Bauteils eingesetzte Material,
- iii) das Material zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils,
- iv) die Form zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils,
- v) die Größe zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils,
- vi) wenigstens einen realisierten Fertigungsparameter der betreffenden generativen Fertigungsstufe,
- vii) die betreffende Sequenz von Fertigungsstufen im generativen Herstellungsverfahren, und/oder
- viii) den Betrieb einer ausgewählten Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur generativen Herstellung.
- i) the quality of at least one section of a respective component manufactured using the generative process,
- ii) the material used in the additive manufacturing to form at least one section of the respective component,
- iii) the material of at least one section of a respective component produced using the additive process,
- iv) the shape of at least one section of a respective component produced using the additive process,
- v) the size of at least one section of a respective component manufactured using the additive process,
- vi) at least one realized manufacturing parameter of the relevant generative manufacturing stage,
- vii) the relevant sequence of manufacturing stages in the additive manufacturing process, and/or
- viii) the operation of a selected facility for carrying out the additive manufacturing process.
Ein Rückschluss hinsichtlich der Qualität kann Aussagen z.B. hinsichtlich der Maßhaltigkeit, der Oberflächenbeschaffenheit, der Dichte und dergleichen des hergestellten Bauteils ermöglichen.A conclusion regarding the quality can enable statements, e.g. regarding the dimensional accuracy, the surface quality, the density and the like of the manufactured component.
Ein Rückschluss über das Material zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils kann Aussagen hinsichtlich der jeweiligen verdruckten Materialkombination ermöglichen.A conclusion about the material of at least one section of a respective component produced in the generative process can enable statements regarding the respective printed material combination.
Ein Rückschluss über die Form zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils kann Aussagen hinsichtlich der Art bzw. des Typs des jeweils hergestellten Bauteils ermöglichen.A conclusion about the shape of at least one section of a respective component produced in the generative process can enable statements regarding the type or the type of the component produced in each case.
Ein Rückschluss über den Betrieb einer ausgewählten Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ermöglicht eine Aussage darüber, welche von mehreren Einrichtungen zur Durchführung des generativen Herstellungsverfahrens überhaupt betrieben wird.A conclusion about the operation of a selected device for carrying out the method enables a statement to be made as to which of several devices for carrying out the generative manufacturing method is actually being operated.
Insbesondere können Referenz-Schallereignisse aus Instruktionen einer Programmiersprache zur Steuerung einer Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils aus einem formlosen Material genutzt werden.In particular, reference sound events from instructions in a programming language can be used to control a device for carrying out the method for the additive manufacturing of at least one component from a shapeless material.
Das bedeutet z.B., dass der sogenannte Maschinencode zur Erstellung der virtuellen Schallereignisse genutzt werden kann.This means, for example, that the so-called machine code can be used to create the virtual sound events.
Des Weiteren können alternativ oder zusätzlich Daten aus der Einstellung der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur generativen Herstellung zur Erstellung virtueller Schallereignisse genutzt werden, und/ oder Einrichtungs-eigene Parameter, wie z.B. die Eigenfrequenz.Furthermore, alternatively or additionally, data from the setting of the device for executing the method for additive manufacturing can be used to create virtual sound events, and/or parameters specific to the device, such as the natural frequency.
Zudem können alternativ oder zusätzlich Daten des im generativen Herstellungsprozess verwendeten Materials zur Erstellung der virtuellen Schallereignisse verwendet werden.In addition, alternatively or additionally, data of the material used in the generative manufacturing process can be used to create the virtual sound events.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass lediglich Parameter von bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierten Schallereignissen verglichen werden mit Parametern von Referenz-Schallereignissen. Hier erfolgt entsprechend im Wesentlichen ein punktueller Vergleich.In one embodiment of the method according to the invention, it is provided that only parameters of sound events generated when carrying out the generative method are compared with parameters of reference sound events. Accordingly, a selective comparison is essentially made here.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Referenz-Schallereignisse zu einer Referenz-Schallsequenz verbunden werden. Diese Referenz-Schallsequenz entspricht bei Auftreten der Geräusche in Tonform einer Tonspur.A further embodiment provides that the reference sound events are connected to form a reference sound sequence. This reference sound sequence corresponds to a sound track when the noises occur in sound form.
Die Referenz-Schallsequenz kann mit einer Sequenz von bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierter Schallereignisse verglichen werden, ähnlich wie der Vergleich einer aufgenommenen Tonspur mit einer vorab computergestützt erzeugten Tonspur. Die beiden Tonspuren können zum Vergleich übereinandergelegt werden und daraus die Abweichungen identifiziert werden.The reference sound sequence can be compared with a sequence of sound events generated when the generative method is carried out, similar to the comparison of a recorded sound track with a sound track previously generated with the aid of a computer. The two soundtracks can be superimposed for comparison and the deviations can be identified from this.
Bei einer Auswertung auftretender Abweichungen kann aus einer diskreten Abweichung wenigstens ein Rückschluss über die Beschaffenheit zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils gezogen werden, insbesondere über eine Fehlstelle am herzustellenden Bauteil oder Bauteilabschnitt. Aus einer kontinuierlichen Abweichung kann wenigstens ein Rückschluss über die Umsetzung von wenigstens einem Fertigungsparameter gezogen werden.When evaluating deviations that occur, at least one conclusion can be drawn from a discrete deviation about the nature of at least one section of a respective component produced in the generative process, in particular about a defect in the component or component section to be produced. At least one conclusion about the implementation of at least one production parameter can be drawn from a continuous deviation.
Das heißt, dass bei einem Druckvorgang und einer diskreten Abweichung eine Aussage darüber generiert wird, ob ein dem abgewichenen Schallereignis zuzuordnender Druckvorgangsabschnitt derart durchgeführt wurde, dass der beabsichtigte Bauteilbereich hergestellt wurde oder nicht.This means that in the case of a printing process and a discrete deviation, a statement is generated as to whether a printing process section to be assigned to the deviated sound event was carried out in such a way that the intended component area was produced or not.
Bei einer kontinuierlichen Abweichung wird eine Aussage darüber generiert, ob wenigstens ein Soll-Fertigungsparameter umgesetzt wurde.If there is a continuous deviation, a statement is generated as to whether at least one target production parameter has been implemented.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann je nach Größe der kontinuierlichen Abweichung eine Aussage darüber generiert werden, wie groß die Abweichung von wenigstens einem Soll-Fertigungsparameter ist.In an advantageous embodiment, depending on the magnitude of the continuous deviation, a statement can be generated as to how large the deviation from at least one target production parameter is.
In weiterer vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest einer festgestellten Abweichung ein Zeitpunkt in dem Verfahren zur generativen Herstellung zugeordnet wird, und aus dem Zeitpunkt wiederum ein Rückschluss auf die betreffende Fertigungsstufe im Verfahren zur generativen Herstellung gezogen wird.In a further advantageous embodiment of the method, it is provided that at least one detected deviation is assigned a point in time in the method for additive manufacturing, and from the point in time in turn a conclusion about the relevant manufacturing stage in the method for additive manufacturing is drawn.
Das bedeutet, dass auch nach Abschluss des Fertigungsprozesses Rückschlüsse gezogen werden zu Zeitpunkten, die den identifizierten Abweichungen zuordenbar sind, insbesondere durch in den Tonspuren dem jeweiligen Segment im Maschinencode zugeordnete Zeitstempel. Daraus lassen sich wiederum Rückschlüsse ziehen auf einzustellende Fertigungsparameter und/ oder auf vorteilhafterweise am Bauteil vorzunehmende Geometrie-Optimierungen.This means that even after completion of the production process, conclusions can be drawn about times that can be assigned to the identified deviations, in particular through time stamps assigned to the respective segment in the machine code in the sound tracks. From this, in turn, conclusions can be drawn regarding production parameters to be set and/or geometry optimizations to be advantageously carried out on the component.
Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet sein, dass aus der Beschaffenheit zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten oder herzustellenden Bauteils und/ oder der Umsetzung von wenigstens einem umgesetzten oder umzusetzenden Fertigungsparameter wenigstens eine Information gezogen wird, zur Verwendung in der Generierung virtueller Schallereignisse.In addition, the method according to the invention can be designed in such a way that at least one piece of information is drawn from the nature of at least one section of a respective component produced or to be produced in the generative process and/or the implementation of at least one production parameter which has been implemented or is to be implemented, for use in the generation of virtual sound events .
Das bedeutet, dass aus Untersuchungen des Bauteils und/ oder auch von Verfahrensparametern Rückschlüsse gezogen werden auf die Soll-Anwesenheit definierter virtueller Schallereignisse.This means that from examinations of the component and/or process parameters, conclusions can be drawn about the target presence of defined virtual sound events.
Alternativ oder zusätzlich können auch Konstruktionsdaten des herzustellenden Bauteils wie z.B. CAD-Daten und/ oder Materialkennwerte bzw. einzustellende Verfahrensparameter, wie z. B. der Maschinencode oder auch wenigstens ein Bestandteil davon, eingesetzt werden, um die virtuellen Schallereignisse zu generieren.Alternatively or additionally, design data of the component to be manufactured, such as CAD data and/or material characteristics or process parameters to be set, such as e.g. B. the machine code or at least a part thereof can be used to generate the virtual sound events.
Entsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Ausgestaltung dazu eingerichtet, selbsttätig die sogenannte Tonspur zu verbessern. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Information computergestützt, gegebenenfalls unter Einsatz künstlicher Intelligenz, gewonnen wird.Accordingly, the method according to the invention is set up in this embodiment to automatically improve the so-called sound track. In particular, it is provided that the information is obtained with the aid of a computer, possibly using artificial intelligence.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren derart ausgestaltet sein, dass zumindest ein bei der Durchführung des generativen Verfahrens generiertes Schallereignis zumindest einem physikalischen Parameter zumindest eines Abschnitts des hergestellten Bauteils und/ oder zumindest einem bei einem Abschnitt des hergestellten Bauteils eingestellten Fertigungsparameter zugeordnet wird, und aus einer Abweichung zwischen einem Soll-Parameter und einem Ist-Parameter eine Information hinsichtlich der Einstellung des betreffenden Soll-Parameters generiert wird.Alternatively or additionally, the method can be designed in such a way that at least one sound event generated during the implementation of the generative method is assigned to at least one physical parameter of at least one section of the manufactured component and/or at least one manufacturing parameter set for a section of the manufactured component, and from a Deviation between a target parameter and an actual parameter information regarding the setting of the target parameter in question is generated.
Das heißt, dass hier von bei der Durchführung des Verfahrens realisierte Geräusche ausgehend Konstruktions- und/ oder Fertigungsdaten erstellt werden.This means that design and/or production data are created here based on noises realized during the implementation of the method.
Insbesondere sind dies Fertigungsdaten, die den Anfang und/ oder das Ende eines Druckauftrags steuern.In particular, this is production data that controls the start and/or end of a print job.
Die erfindungsgemäß vorgesehene akustische Überwachung ermöglicht ganzheitliche Analyse, da alle wesentlichen Einfluss- und Prozessparameter wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Materialkennwerte sowie Bauteilgeometrie, maschineller Fahrweg und Parameter weiterer Prozesse wie z.B. des Belichtungsvorgangs mit Laser oder Parameter einer Extrusion aus akustischen Signalen abgeleitet werden können.The acoustic monitoring provided according to the invention enables a holistic analysis, since all essential influencing and process parameters such as temperature, humidity, material characteristics and component geometry, machine travel path and parameters of other processes such as the exposure process with a laser or parameters of an extrusion can be derived from acoustic signals.
Dadurch ist auch eine Vergleichbarkeit von Druckjobs auf verschiedenen 3D-Druck-Anlagen gegeben, da die akustischen Signale extrahiert und normalisiert analysiert werden können, im Sinne eines Abgleichs von Soundprofilen gleicher Bau- bzw. Druckjobs auf unterschiedlichen Herstellungsanlagen.This also makes it possible to compare print jobs on different 3D printing systems, since the acoustic signals can be extracted and analyzed in a normalized manner, in the sense of a comparison of sound profiles for the same construction or print jobs on different production systems.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils aus einem formlosen Material, bei der zwecks bereichsweiser Verfestigung von formlosem Material zumindest an der Oberfläche des ausgebrachten formlosen Materials ein Verfestigungsmittel auf formloses Material aufgebracht wird und/oder thermische Energie zum bereichsweisen Aufschmelzen formlosen Materials zwecks anschließender Erstarrung aufgeschmolzenen Materials in das formlose Material eingebracht wird. Diese Einrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierter Schallereignisse, eine Einrichtung zur Generierung virtueller Referenz-Schallereignisse aus Konstruktions- und/ oder Fertigungsdaten des herzustellenden Bauteils, sowie eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen von bei der Durchführung des generativen Verfahrens generierter Schallereignisse mit virtuellen Referenz-Schallereignissen und zur Ermittlung von wenigstens einem Rückschluss über wenigstens einen physikalischen Parameter zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils und/ oder die Umsetzung von wenigstens einem Fertigungsparameter.A further aspect of the present invention is a device for the generative production of at least one component from a shapeless material, in which, for the purpose of regionally solidifying shapeless material, at least on the surface of the discharged shapeless material, a solidification agent is applied to shapeless material and/or thermal energy is applied to region-wise Melting amorphous material is introduced into the amorphous material for the purpose of subsequent solidification of melted material. This device comprises a recording device for recording sound events generated when the generative method is carried out, a device for generating virtual reference sound events from design and/or manufacturing data of the component to be produced, and a comparison device for comparing sound events generated when the generative method is carried out with virtual reference sound events and for determining at least one conclusion about at least one physical parameter of at least one section of a respective generative process manufactured component and / or the implementation of at least one manufacturing parameter.
Zur Erfassung der akustischen Prozessparameter können die im Fertigungsprozess erzeugten Schallwellen über ein oder mehrere Mikrofone als Sensoren in elektrische Signale umgewandelt und im Zeitverlauf als Tonspur aufgezeichnet werden. Eine Positionierung der Mikrofone ist in Abhängigkeit des gewählten 3D-Druck Verfahrens sowohl innerhalb als auch außerhalb des Herstellungsraums der erfindungsgemäßen Einrichtung zur generativen Herstellung möglich.To record the acoustic process parameters, the sound waves generated during the manufacturing process can be converted into electrical signals using one or more microphones as sensors and recorded over time as a sound track. Depending on the selected 3D printing method, the microphones can be positioned both inside and outside the manufacturing space of the device according to the invention for additive manufacturing.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiment shown in the attached drawing.
Es zeigt
-
1 : in schematischer Ansicht einzelne Bestandteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung wenigstens eines Bauteils.
-
1 : a schematic view of individual components of the method according to the invention in the production of at least one component.
Hier ist anhand eines beispielhaften 3-D-Druckprozesses dargestellt, dass in einem Druckprozess zur Herstellung eines Bauteils 5 ein Druckkopf 4 Binder-Material zur Herstellung des Bauteils 5 aufbringt, einen Laserstrahl zur Aufschmelzung von Material zur Herstellung des Bauteils 5 ausbringt, oder aber in dem sogenannten FDM Verfahren das aufgeschmolzene Filament aufträgt.Here, using an example 3D printing process, it is shown that in a printing process to produce a
Dabei generierte Schallereignisse 6 werden mittels Mikrofonen 3, die räumlich um den Druck-Bereich verteilt sind, aufgenommen. Aus den aufgenommenen generierten Schallereignissen 6 wird eine sogenannte Tonspur 7 der generierten Schallereignisse 6 erzeugt.
Diese Tonspur 7 der generierten Schallereignisse 6 wird mit Referenz-Schallereignissen 8 bzw. mit einer daraus ermittelte Referenz-Tonspur 9 von Referenz-Schallereignissen 8 verglichen.This
Die Referenz-Schallereignisse 8 bzw. Referenz-Tonspur 9 von Referenz-Schallereignissen 8 wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch Konstruktionsdaten des herzustellenden Bauteils 5 aus einer Konstruktionsdatei 1, die hier als CAD-Datei vorliegt, sowie aus einem Auszug aus einer Programmiersprache 2, hier ein Maschinencode zur Steuerung der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, computergestützt erstellt.The reference sound events 8 or reference sound track 9 of reference sound events 8 is in the embodiment shown here by design data of the
Das bedeutet, dass die Referenz-Tonspur 9 der Referenz-Schallereignisse 8 aus virtuellen Schallereignissen erstellt wird, auf Basis der vorhandenen Konstruktionsdaten und Fertigungsdaten.This means that the reference sound track 9 of the reference sound events 8 is created from virtual sound events based on the existing design data and production data.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass zur Erstellung der virtuellen Schallereignisse noch weitere Daten verwendet werden, wie zum Beispiel Material-Angaben eines Binders, eines verwendeten Pulverbetts und/ oder eines aufzuschmelzenden Materials. Des Weiteren können auch Angaben hinsichtlich physikalischer Umgebungsparameter, wie zum Beispiel Druck oder Temperatur, in die Erstellung der virtuellen Schallereignisse bzw. der Referenz-Tonspur 9 von Referenz-Schallereignissen 8 einfließen.It cannot be ruled out that further data will be used to create the virtual sound events, such as material specifications for a binder, a powder bed used and/or a material to be melted. Furthermore, information regarding physical environmental parameters, such as pressure or temperature, can also be incorporated into the creation of the virtual sound events or the reference sound track 9 of reference sound events 8 .
Dadurch lässt sich eine Referenz-Tonspur 9 erstellen, die mit der Tonspur 7 der generierten Schallereignisse 6 verglichen werden kann.This allows a reference soundtrack 9 to be created, which can be compared with the
Aus Abweichungen der beiden Tonspuren 7, 9 lassen sich Rückschlüsse ziehen hinsichtlich wenigstens einen physikalischen Parameter zumindest eines Abschnitts eines jeweiligen im generativen Verfahren hergestellten Bauteils und/ oder der Umsetzung von wenigstens einem Fertigungsparameter.From discrepancies in the two
Entsprechend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bereits während der Durchführung des generativen Herstellungsprozesses bei detektierter unzulässiger Abweichung in den Tonspuren 7, 9 eine sofortige Korrektur und/oder bei Wiederholung des gleichen Herstellungsprozesses eine Variation der verwendeten Parameter, zur Optimierung des Herstellungsergebnisses.Accordingly, the method according to the invention enables an immediate correction and/or a variation of the parameters used when repeating the same manufacturing process, to optimize the manufacturing result, even while the generative manufacturing process is being carried out if an impermissible deviation is detected in the
Entsprechend lassen sich die gewonnenen Informationen einsetzen, um wiederum eine Änderung und damit Optimierung der Konstruktionsdatei 1 und/oder der Programmiersprache 2 bzw. des damit übermittelten Maschinencodes umzusetzen.Accordingly, the information obtained can be used to implement a change and thus optimization of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Konstruktionsdateiconstruction file
- 22
- Auszug aus ProgrammierspracheExtract from programming language
- 33
- Mikrofonmicrophone
- 44
- Druckkopfprinthead
- 55
- Bauteilcomponent
- 66
- generierte Schallereignissegenerated sound events
- 77
- Tonspur der generierten SchallereignisseAudio track of the generated sound events
- 88th
- Referenz-Schallereignisreference sound event
- 99
- Tonspur von Referenz-SchallereignissenAudio track of reference sound events
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 3309544 [0014]EP 3309544 [0014]
- US 2018/0162066 A1 [0015]US 2018/0162066 A1 [0015]
- EP 3590631 A1 [0016]EP 3590631 A1 [0016]
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-
2021
- 2021-01-20 DE DE102021200473.3A patent/DE102021200473A1/en active Pending
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