DE102022118664A1 - Construction platform for additive repair of components and their use - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauplattform (1) für die additive Reparatur von Bauteilen (90) sowie deren Verwendung.Die Bauplattform (1) umfasst eine sich in einer Ebene (XY) erstreckende Plattform (2) mit Befestigungsanschlüssen (3) zur Befestigung der Plattform (2) im Bauraum (110) einer Anlage (100) zur additiven Fertigung in einer eindeutigen definierten Lage. Die Plattform (2) weist Positionier- und/oder Fixieranschlüsse (4, 5) in definierten Abständen zueinander und gegenüber den Befestigungsanschlüssen (3) auf, wobei an den Positionier- und/oder Fixieranschlüssen (4, 5) variabel wenigstens drei Positionier- und/oder Fixierelemente (10, 20) zur lagegenauen Anordnung und Befestigung von zu reparierenden Bauteilen (90) befestigt sind.Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Bauplattform (1) wird diese im Bauraum (110) einer Anlage (100) zur additiven Fertigung befestigt, sodass die Lage eines wiederum daran befestigten Bauteils (90) im Bauraum (110) eindeutig ist.The invention relates to a construction platform (1) for the additive repair of components (90) and its use. The construction platform (1) comprises a platform (2) extending in a plane (XY) with fastening connections (3) for fastening the platform ( 2) in the installation space (110) of a system (100) for additive manufacturing in a clearly defined position. The platform (2) has positioning and/or fixing connections (4, 5) at defined distances from one another and from the fastening connections (3), with at least three positioning and/or fixing connections (4, 5) being variably provided on the positioning and/or fixing connections (4, 5). /or fixing elements (10, 20) for the precise positioning and fastening of components (90) to be repaired. When using the construction platform (1) according to the invention, it is fastened in the construction space (110) of a system (100) for additive manufacturing, so that the position of a component (90) attached to it in the installation space (110) is clear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bauplattform für die additive Reparatur von Bauteilen sowie deren Verwendung.The invention relates to a construction platform for the additive repair of components and its use.

Im Stand der Technik sind Verfahren und Systeme für die additive Fertigung bekannt, bei denen sukzessive aufgebrachte Metallpulverschichten durch einen gesteuerten Laserstrahl gemäß einem vorgegebenen CAD-Modell selektiv zu einem nach Erstarrung festen Material umgeschmolzen wird („Selektives Laserschmelzen“; SLM). Nach entsprechender Bearbeitung sämtlicher Schichten kann das nicht-umgeschmolzene Pulver entfernt werden und es verbleibt ein Metallbauteil, welches nach Bedarf noch nachbearbeitet werden muss oder direkt verwendet werden kann.Methods and systems for additive manufacturing are known in the prior art, in which successively applied metal powder layers are selectively melted into a solid material after solidification by a controlled laser beam according to a predetermined CAD model (“selective laser melting”; SLM). After all layers have been processed accordingly, the non-remelted powder can be removed and a metal component remains, which still needs to be reworked as required or can be used directly.

Die Technologie des additiven Fertigungsverfahrens mit selektivem Laserschmelzen wird auch für die Additiv-Reparatur von Bauteilen eingesetzt. Dazu wird mithilfe des beschriebenen Verfahrens zusätzliches Material auf bereits bestehende Bauteile aufgetragen, um bspw. Fehl- oder Abnutzungsstellen an einem Bauteil auszugleichen.The technology of the additive manufacturing process with selective laser melting is also used for the additive repair of components. To do this, additional material is applied to existing components using the method described, for example to compensate for defects or wear on a component.

Um entsprechende Reparaturen durchführen zu können, ist die exakte Positionierung oder zumindest exakte Bestimmung der Position des zu reparierenden Bauteils auf der Bauplattform des Fertigungssystems zwingend. Nur so kann sichergestellt werden, dass auch tatsächlich direkt an das zu reparierende Bauteil anliegendes Materialpulver durch einen Laserstrahl umgeschmolzen und so mit dem zu reparierenden Bauteil fest verbunden wird.In order to be able to carry out appropriate repairs, the exact positioning or at least exact determination of the position of the component to be repaired on the construction platform of the manufacturing system is essential. This is the only way to ensure that material powder that is actually directly applied to the component to be repaired is melted by a laser beam and thus firmly connected to the component to be repaired.

Im Stand der Technik ist es hierbei bekannt, individuelle Bauplattformen für ein oder mehrere zu reparierende Bauteile vorzusehen, welche auf die individuelle Bauteilgeometrie angepasst sind, um die erforderliche exakte Positionierung sicherzustellen. Beispielsweise sind Bauplattformen bekannt, auf denen eine Mehrzahl von Triebwerksschaufeln eines Flugzeugtriebwerks bzw. einer Gasturbine montiert werden können (vgl. bspw. DE 10 2017 201 994 A1 ).It is known in the prior art to provide individual construction platforms for one or more components to be repaired, which are adapted to the individual component geometry in order to ensure the required exact positioning. For example, construction platforms are known on which a plurality of engine blades of an aircraft engine or a gas turbine can be mounted (cf. e.g. DE 10 2017 201 994 A1 ).

Nachteil an diesem Stand der Technik ist, dass für verschiedene zu reparierende Bauteile jeweils eigene Bauplattformen entwickelt und gefertigt werden müssen. Mag dies für Bauteile, wie bspw. Triebwerksschaufeln, von denen regelmäßige eine große Anzahl additiv repariert werden soll, noch sinnvoll sein, ist es das für einzelne, nur selten zu reparierende Bauteile häufig nicht, auch wenn sich für ein solches Bauteil aufgrund des Vorliegens von geeigneten 3-D-Modellen eine Reparatur mit Systemen für die additive Fertigung möglich ist und sogar bessere Ergebnisse verspricht als eine manuelle Reparatur.The disadvantage of this state of the art is that separate construction platforms have to be developed and manufactured for different components to be repaired. While this may still make sense for components such as engine blades, a large number of which are to be repaired regularly, it is often not useful for individual components that are only rarely repaired, even if such a component is suitable due to the presence of With suitable 3D models, repairs using systems for additive manufacturing are possible and even promise better results than manual repairs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, Bauteile auch ohne eine individuell dafür entwickelte Bauplattform additiv reparieren zu können.The object of the present invention is to create a way to additively repair components even without an individually developed construction platform.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bauplattform gemäß dem Hauptanspruch sowie deren Verwendung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is solved by a construction platform according to the main claim and its use according to the secondary claim. Advantageous further training is the subject of the dependent claims.

Demnach betrifft die Erfindung eine Bauplattform für die additive Reparatur von Bauteilen umfassend eine sich in einer Ebene erstreckende Plattform mit Befestigungsanschlüssen zur Befestigung der Plattform im Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung in einer eindeutigen definierten Lage, wobei die Plattform Positionier- und/oder Fixieranschlüsse in definierten Abständen zueinander und gegenüber den Befestigungsanschlüssen aufweist, wobei an den Positionier- und/oder Fixieranschlüssen variabel wenigstens drei Positionier- und/oder Fixierelemente zur lagegenauen Anordnung und Befestigung von zu reparierenden Bauteilen befestigt sind.Accordingly, the invention relates to a construction platform for the additive repair of components comprising a platform extending in a plane with fastening connections for fastening the platform in the construction space of an additive manufacturing system in a clearly defined position, the platform having positioning and/or fixing connections in defined positions Distances from each other and from the fastening connections, with at least three positioning and / or fixing elements being variably attached to the positioning and / or fixing connections for the precise positioning and fastening of components to be repaired.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Bauplattform zur additiven Reparatur von Bauteilen, mit den Schritten:

  • - Anbringen von für das zu reparierende Bauteil geeigneten Positionier- und/oder Fixierelemente an Positionier- und/oder Fixieranschlüssen der Bauplattform, sodass die Lage eines damit fixierten Bauteils gegenüber den Befestigungsanschlüssen eindeutig ist;
  • - Befestigen der Bauplattform in einer eindeutigen im Arbeitsraum einer Anlage zur additiven Fertigung mithilfe der Befestigungsanschlüsse;
  • - Fixieren eines zu reparierenden Bauteils an der Bauplattform in der durch die Positionier- und/oder Fixierelemente vorgegebenen eindeutigen Lagen; und
  • - Durchführen einer additiven Reparatur durch additiven Materialauftrag auf das zu reparierende Bauteil mithilfe der Anlage zur additiven Fertigung.
The invention further relates to the use of a construction platform according to the invention for the additive repair of components, with the steps:
  • - Attaching positioning and/or fixing elements suitable for the component to be repaired to positioning and/or fixing connections of the construction platform, so that the position of a component fixed with it relative to the fastening connections is clear;
  • - Fastening the build platform in a clear workspace of an additive manufacturing system using the fastening connections;
  • - Fixing a component to be repaired to the construction platform in the unique positions specified by the positioning and/or fixing elements; and
  • - Carrying out an additive repair by applying additive material to the component to be repaired using the additive manufacturing system.

Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.First, some terms used in connection with the invention are explained.

Bei einem „Positionieranschluss“ handelt es sich um eine Ausgestaltung oder Formgebung der Plattform, an der sich ein „Positionierelement“ wahlweise befestigen lässt. Mit einem Positionierelement kann die Lage eines zu reparierenden Bauteils auf der Plattform in wenigstens eine Richtung parallel zur Plattform festgelegt werden, bspw. indem das Bauteil an das Positionierelement in Anlage gebracht wird. Der „Positionieranschluss“ ist in der Folge so auszubilden, dass ein daran befestigtes Positionierelement zumindest in der fraglichen Richtung unbeweglich ist.A “positioning connection” is a design or shape of the platform to which a “positioning element” can optionally be attached. With a positioning element, the position of a component to be repaired on the platform can be determined in at least one direction parallel to the platform, for example by bringing the component into contact with the positioning element. The “positioning connection” is as follows to form that a positioning element attached to it is immovable at least in the direction in question.

Bei einem „Fixieranschluss“ handelt es sich um eine Ausgestaltung oder Formgebung der Plattform, an der sich ein „Fixierelement“ wahlweise befestigen lässt. Mit einem Fixierelement lässt sich das zu reparierende Bauteil in einer durch ein oder mehrere Positionierelemente vorgegebenen Position auf der Plattform sichern. Insbesondere kann die Sicherung durch Kraftschluss, bspw. unter Nutzung der Bauplattform und/oder eines oder mehrere Positionierelemente als feststehendes Gegenstück im Sinne eines Spannmittels, sichern.A “fixing connection” is a design or shape of the platform to which a “fixing element” can optionally be attached. With a fixing element, the component to be repaired can be secured on the platform in a position predetermined by one or more positioning elements. In particular, the securing can be secured by frictional connection, for example using the construction platform and/or one or more positioning elements as a fixed counterpart in the sense of a clamping device.

Es ist möglich, dass einzelne oder alle „Positionier- und Fixieranschlüsse“ als kombinierte Anschlüsse, welche die vorgenannten Anforderungen an Positionier- und Fixieranschlüsse erfüllen, ausgestaltet sind. Weiterhin ist möglich, dass wenigstens ein Teil der Positionierelemente gleichzeitig auch Fixierelemente sind, also sowohl die Festlegung der Lage in wenigstens eine Richtung parallel zur Plattform als auch die Fixierung an der Plattform gewährleisten können.It is possible for individual or all “positioning and fixing connections” to be designed as combined connections that meet the aforementioned requirements for positioning and fixing connections. Furthermore, it is possible that at least some of the positioning elements are also fixing elements at the same time, i.e. they can ensure both the determination of the position in at least one direction parallel to the platform and the fixation on the platform.

Eine Lage ist „eindeutig“, wenn sich eine Komponente oder ein Bauteil bei ordnungsgemäßer Verwendung der erfindungsgemäßen Bauplattform nur in einer definierten Lage tatsächlich befestigen lässt und nach erfolgter Befestigung die Lage - abgesehen von unvermeidbaren technischen Toleranzen - als definiert und feststehend anzusehen ist. In der Folge ist bei der Befestigung in einer eindeutigen Lage eine Verifizierung, welche Lage eine Komponente oder ein Bauteil tatsächlich einnimmt, nicht erforderlich. Vielmehr kann davon ausgegangen werden, dass die tatsächliche Lage mit der zuvor definierten Lage übereinstimmt.A position is “clear” if a component or component can only actually be attached in a defined position when the construction platform according to the invention is used properly and after attachment the position - apart from unavoidable technical tolerances - is to be viewed as defined and fixed. As a result, when fastening in a clear position, it is not necessary to verify which position a component or component actually occupies. Rather, it can be assumed that the actual position corresponds to the previously defined position.

Die Erfindung hat erkannt, dass durch eine Bauplattform, die einerseits Befestigungsanschlüsse aufweist, mit dem die Lage der Bauplattform im Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung eindeutig festgelegt werden kann (bspw. indem die Bauplattform darüber an vorgegebenen Befestigungsbereichen im Bauraum befestigt wird), als auch durch gegenüber diesen Befestigungsbereichen in definierten Abständen vorgesehenen Positionier- und/oder Fixieranschlüsse eine Positionierbarkeit von Bauteilen im Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung gegeben ist, die sowohl die für die additive Reparatur erforderliche Positionsgenauigkeit für das Bauteil bietet als auch variabel für verschiedene Bauteile verwendbar ist. An der Bauplattform lassen sich hierfür an verschiedenen, durch die Positionier- und/oder Fixieranschlüsse vorgegebene Positionen variabel Positionier- und/oder Fixierelemente anordnen, mit denen ein Bauteil in einer gegenüber der Bauplatte und deren Befestigungsanschlüssen definierten Position fixiert werden kann, womit sich - bei entsprechender Anordnung im Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung - auch eine definierte Position des Bauteils im Bauraum ergibt.The invention has recognized that through a construction platform which, on the one hand, has fastening connections with which the position of the construction platform in the construction space of an additive manufacturing system can be clearly determined (for example by attaching the construction platform above it to predetermined fastening areas in the construction space), as well Through positioning and/or fixing connections provided at defined distances from these fastening areas, components can be positioned in the installation space of an additive manufacturing system, which both offers the positioning accuracy for the component required for additive repair and can be used variably for different components. For this purpose, positioning and/or fixing elements can be variably arranged on the building platform at various positions predetermined by the positioning and/or fixing connections, with which a component can be fixed in a position defined in relation to the building board and its fastening connections, which means - at Appropriate arrangement in the installation space of an additive manufacturing system - also results in a defined position of the component in the installation space.

Eine entsprechende definierte Position ist erforderlich, damit eine additive Reparatur eines Bauteils effizient mit der Anlage zur additiven Fertigung durchgeführt werden kann. Insbesondere kann durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Bauplattform in einer Anlage zur additiven Fertigung bei entsprechender Anordnung in deren Bauraum die Position eines zu reparierenden Bauteils derart genau festgelegt sein, dass die für die gewünschte Reparatur erforderliche Ansteuerung der Anlage allein auf Basis von geeigneten 3-D-Modellen des Bauteils und der genauen Kenntnis dessen durch die Bauplattform definierten Position im Bauraum der Anlage erfolgen kann, wobei insbesondere auf einen Zwischenschritt der Positionserfassung des Bauteils im Bauraum verzichtet werden kann.A corresponding defined position is required so that an additive repair of a component can be carried out efficiently using the additive manufacturing system. In particular, by using a construction platform according to the invention in an additive manufacturing system with a corresponding arrangement in its installation space, the position of a component to be repaired can be precisely determined in such a way that the control of the system required for the desired repair can be achieved solely on the basis of suitable 3-D Models of the component and the exact knowledge of its position defined by the construction platform in the construction space of the system can be done, in particular an intermediate step of detecting the position of the component in the construction space can be dispensed with.

Um eine eindeutige Lage eines zu reparierenden Bauteils gegenüber der Bauplattform zu definieren, sind erfindungsgemäß wenigstens drei Positionier- und/oder Fixierungselemente vorgesehen. Indem wenigstens drei entsprechende Elemente vorgesehen sind, lassen sich praktisch sämtliche Bauteile in einer eindeutigen Lage an der Bauplattform befestigen, ohne dass es spezieller Positionier- und/oder Fixierungselemente bedarf. Vielmehr ist dies mit standardmäßigen Positionier- und/oder Fixierungselemente, die zur Positionierung und Fixierung beliebiger Bauteile verwendet werden können, möglich. Sollten einzelne Bauteile nicht mit drei Positionier- und/oder Fixierungselemente in einer eindeutigen Lage an der Bauplattform fixiert werden können, lassen sich selbstverständlich variabel zusätzliche Elemente vorsehen.In order to define a clear position of a component to be repaired relative to the construction platform, at least three positioning and/or fixing elements are provided according to the invention. By providing at least three corresponding elements, practically all components can be attached to the construction platform in a clear position without the need for special positioning and/or fixing elements. Rather, this is possible with standard positioning and/or fixing elements that can be used to position and fix any components. If individual components cannot be fixed in a clear position on the construction platform with three positioning and/or fixing elements, additional elements can of course be provided in a variable manner.

Mit einem Positionierelement soll die Lage des zu reparierenden Bauteils in wenigstens eine Richtung parallel zur Ebene der Plattform festgelegt sein. Damit kann es sich bei dem Positionierelement im einfachsten Fall bspw. um einen lang gestreckten Anschlag mit einer senkrecht zur Bauplattform verlaufenen ebenen Anschlagfläche handeln, welcher die Position des Bauteils in Richtung senkrecht zur Anschlagfläche definieren kann. Für ein solches Element ist es grundsätzlich ausreichend, wenn der Positionieranschluss, an dem das Positionierelement befestigt ist, dessen Lage in die genannte Richtung eindeutig festlegt - auf eine exakte Positionierung des Anschlags in der Ebene der Anschlagfläche kommt es regelmäßig hingegen nicht an.The position of the component to be repaired should be fixed in at least one direction parallel to the plane of the platform using a positioning element. In the simplest case, the positioning element can therefore be, for example, an elongated stop with a flat stop surface running perpendicular to the construction platform, which can define the position of the component in the direction perpendicular to the stop surface. For such an element, it is fundamentally sufficient if the positioning connection to which the positioning element is attached clearly determines its position in the direction mentioned - however, exact positioning of the stop in the plane of the stop surface is usually not important.

Alternativ und zumindest für einen Teil der Positionierelemente der erfindungsgemäßen Bauplattform bevorzugt ist es, wenn der Positionieranschluss zur Festlegung der Position eines daran befestigten Positionierelement in grundsätzlich zwei nicht-parallele Richtungen ausgebildet ist. Eine geeignete Ausgestaltung eines entsprechenden Positionieranschlusses ist eine senkrechte Bohrung in der Plattform, bspw. auch eine Sacklochbohrung, die zusätzlich ggf. mit einem Innengewinde versehen ist. Als Positionierelement kann bspw. ein Anschlagstab verwendet werden, welcher sich, wenn - bspw. über ein geeignetes Außengewinde - an dem Ende eines Stabs an einem Positionieranschluss befestigt, in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Plattform erstreckt. Das zu reparierende Bauteil kann dann an dem Anschlagstab anliegen, wodurch es - je nach Anordnung und Ausgestaltung der übrigen Positionier- und Fixierungselemente auch ggf. in zwei nicht-parallele Richtungen - gehalten wird.Alternatively and preferred for at least some of the positioning elements of the construction platform according to the invention, it is if the positioning element Conclusion for determining the position of a positioning element attached to it is designed in basically two non-parallel directions. A suitable embodiment of a corresponding positioning connection is a vertical hole in the platform, for example a blind hole, which may also be provided with an internal thread. A stop rod, for example, can be used as a positioning element, which, when attached to the end of a rod on a positioning connection - for example via a suitable external thread - extends in a direction perpendicular to the plane of the platform. The component to be repaired can then rest against the stop rod, whereby it is held - depending on the arrangement and design of the remaining positioning and fixing elements, possibly in two non-parallel directions.

Mit einem Fixierungselement soll das zu reparierende Bauteil in einer - wenigstens teilweise durch andere Positionier- und Fixierelement vorgegebenen - Lage auf der Bauplattform gesichert werden. Dazu lassen sich Fixierelemente regelmäßig von einem Fixierzustand und einen Loszustand und umgekehrt bringen.With a fixing element, the component to be repaired should be secured in a position on the construction platform - at least partially predetermined by other positioning and fixing elements. For this purpose, fixing elements can be regularly brought from a fixing state to a loose state and vice versa.

Als Fixierungselement können insbesondere Klemmvorrichtungen verwendet werden, mit dem das zu reparierende Bauteil zwischen einem Spannelement und einen ggf. nicht unmittelbar zum Fixierungselement gehörenden Gegenstück kraftschlüssig eingeklemmt werden kann. Als „Gegenstück“ können insbesondere die Plattform, an welcher das Fixierungselement befestigt ist, sowie andere Positionier- und/oder Fixierelemente verwendet werden. Dabei ist Ersteres - also, dass als Gegenstück die Plattform verwendet wird - bevorzugt, da dadurch das Risiko einer ungewollten Verformung oder Verschiebung der anderen Positionier- und/oder Fixierelemente und damit eine ungewollte Veränderung der Lage der zu reparierenden Bauteile bei Herstellung des Kraftschlusses durch das Fixierelement vermieden oder zumindest deutlich reduziert wird. Bei der Klemmvorrichtung kann es sich um eine federvorgespannte Klemmvorrichtung oder um eine Klemmvorrichtung mit Gewindespindeln handeln.In particular, clamping devices can be used as a fixing element, with which the component to be repaired can be clamped in a force-fitting manner between a clamping element and a counterpart that may not directly belong to the fixing element. In particular, the platform to which the fixing element is attached, as well as other positioning and/or fixing elements, can be used as a “counterpart”. The former - that is, that the platform is used as a counterpart - is preferred, as this reduces the risk of unwanted deformation or displacement of the other positioning and/or fixing elements and thus an unwanted change in the position of the components to be repaired when the frictional connection is established Fixing element is avoided or at least significantly reduced. The clamping device can be a spring-loaded clamping device or a clamping device with threaded spindles.

Auch wenn Fixierelemente grundsätzlich an Positionieranschlüssen zur Festlegung der Position eines daran befestigten Positionier- und/oder Fixierelemente in wenigstens zwei Richtungen befestigt werden können, ist eine entsprechende ortsgenaue Fixierung der Fixierelemente zumindest in zwei Richtungen regelmäßig nicht erforderlich. Um eine größere Flexibilität bei der Befestigung unterschiedlicher zu reparierender Bauteile auf der Plattform zu ermöglichen, ist es aber bevorzugt, wenigstens einen Teil der Fixieranschlüsse derart auszugestalten, dass eine wenigstens in einem vorgegebenen Freiheitsgrad und einem vorgegebenen Bereich positionsvariable Befestigung von Positionier- und/oder Fixierelemente daran möglich ist. Insbesondere können einzelne Fixieranschlüsse als T-Nuten ausgestaltet sein, entlang derer sich Positionier- und/oder Fixierelemente mithilfe von geeigneten Nutensteinen beliebig befestigen lassen.Even if fixing elements can in principle be attached to positioning connections to determine the position of a positioning and/or fixing element attached thereto in at least two directions, a corresponding location-accurate fixing of the fixing elements at least in two directions is generally not necessary. In order to enable greater flexibility when attaching different components to be repaired to the platform, it is preferred to design at least some of the fixing connections in such a way that positioning and/or fixing elements can be fastened in a variable position at least in a predetermined degree of freedom and a predetermined range is possible with it. In particular, individual fixing connections can be designed as T-slots, along which positioning and/or fixing elements can be fastened as desired using suitable sliding blocks.

Damit die Lage der Bauplattform im Bauraum einer Anlage für die additive Fertigung nach der Befestigung darin eindeutig ist, ist bevorzugt, wenn wenigstens ein Teil der Befestigungsanschlüsse Passbohrungen zur positionsgenauen Befestigung der Bauplattform im Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung sind. Mithilfe der Passbohrungen lässt sich die Bauplattform bspw. mit Bolzen in einer eindeutigen Lage an geeigneten Befestigungsbohrungen im Bauraum eine Anlage zur additiven Fertigung befestigen.So that the position of the construction platform in the installation space of a system for additive manufacturing is clear after attachment, it is preferred if at least some of the fastening connections are fitting holes for the precise positioning of the construction platform in the installation space of an additive manufacturing system. With the help of the fitting holes, the construction platform can be attached to an additive manufacturing system using bolts, for example, in a clear position at suitable fastening holes in the construction space.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verwendung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Zumindest für die konkrete Verwendung bei der additiven Reparatur von Bauteilen in Anlagen zur additiven Fertigung sind variabel verwendbare Bauplattformen, wie die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung, nicht bekannt.To explain the use according to the invention, reference is made to the above statements. At least for the specific use in the additive repair of components in additive manufacturing systems, variably usable construction platforms, such as the present device according to the invention, are not known.

Bei der Anlage zur additiven Fertigung handelt es sich vorzugsweise um Anlage zum selektiven Laserschmelzen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Mit einer entsprechenden Anlage können insbesondere metallische Bauteile werkstoffidentisch additiv repariert werden.The system for additive manufacturing is preferably a system for selective laser melting, as is known from the prior art. With an appropriate system, metallic components in particular can be additively repaired using identical materials.

Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

  • 1a-d: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauplattform für die additive Reparatur von Bauteilen in verschiedenen Stadien der Verwendung; und
  • 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauplattform für die additive Reparatur von Bauteilen.
The invention will now be described by way of example using advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1a-d : a first exemplary embodiment of a construction platform according to the invention for the additive repair of components in different stages of use; and
  • 2 : a second exemplary embodiment of a construction platform according to the invention for the additive repair of components.

In 1a bis 1c ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauplattform 1 für die additive Reparatur von Bauteilen in verschiedenen Zuständen gezeigt, wie sie auch bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Bauplattform 1 grundsätzlich auftreten. Die letztendliche Verwendung der Bauplattform 1 ist in 1d skizziert.In 1a until 1c a first exemplary embodiment of a construction platform 1 according to the invention for the additive repair of components is shown in various states, as they also fundamentally occur when using the construction platform 1 according to the invention. The final use of the building platform 1 is in 1d sketched.

Die Bauplattform 1 umfasst eine sich in einer Ebene - im dargestellten Ausführungsbeispiel in der XY-Ebene - erstreckende Plattform 2. An der Plattform sind vier Befestigungsanschlüsse 3 in Form von durchgehenden Passbohrungen vorgesehen, durch die Bolzen zur Befestigung in einer eindeutigen Position bspw. im Bauraum einer Anlage 50 zur additiven Fertigung (vgl. 1d) befestigen lässt.The construction platform 1 comprises a platform 2 which extends in one plane - in the exemplary embodiment shown in the XY plane. Four fastening connections 3 are provided on the platform in the form of continuous fitting holes, through the bolts for fastening in a clear position, for example in the installation space of a system 50 for additive manufacturing (cf. 1d ) can be attached.

Weiterhin weist die Bauplattform 1 vier Positionieranschlüsse 4 in Form von senkrechten Sachlockbohrungen mit Innengewinde auf, mit denen die Position von daran befestigten Positionier- und/oder Fixierelementen sowohl in X- als auch in Y-Richtung - mithin also in zwei Richtungen - festgelegt wird.Furthermore, the building platform 1 has four positioning connections 4 in the form of vertical Sachlock holes with internal threads, with which the position of positioning and / or fixing elements attached to it is determined in both the X and Y directions - therefore in two directions.

Darüber hinaus sind eine Vielzahl von Fixieranschlüssen 5 in Form von T-Nuten vorgesehen, entlang derer sich weitere Komponenten mithilfe von geeigneten Nutensteinen 5' (vgl. 1b) beliebig und also positionsvariabel befestigbar sind.In addition, a large number of fixing connections 5 are provided in the form of T-slots, along which further components can be located using suitable sliding blocks 5 '(cf. 1b) Can be attached arbitrarily and in variable positions.

Die Positionieranschlüsse 4 und Fixieranschlüsse 5 sind jeweils in Abständen zueinander und gegenüber den Befestigungsanschlüssen 3 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anzahl, Anordnung, Ausgestaltung und Abstände der Positionier- und Fixieranschlüsse 4, 5 derart gewählt, dass sich ein regelmäßiges geometrisches Muster ergibt.The positioning connections 4 and fixing connections 5 are each arranged at distances from one another and opposite the fastening connections 3. In the exemplary embodiment shown, the number, arrangement, design and distances of the positioning and fixing connections 4, 5 are selected such that a regular geometric pattern results.

An den Positionier- und Fixieranschlüsse 4, 5 lassen sich variabel verschiedene Positionier- und Fixierelemente 10, 20 befestigen. Die letztendliche Auswahl und Anordnung von wenigstens drei Positionier- und Fixieranschlüsse 4, 5 erfolgt dabei in Abhängigkeit des zu reparierenden und dafür durch die Bauplattform 1 zu fixierenden Bauteils 90 (vgl. 1c).Different positioning and fixing elements 10, 20 can be variably attached to the positioning and fixing connections 4, 5. The final selection and arrangement of at least three positioning and fixing connections 4, 5 takes place depending on the component 90 to be repaired and fixed by the construction platform 1 (cf. 1c ).

Im vorliegenden Verwendungsbeispiel sind drei Positionierelemente 10 und ein Fixierelement 20 vorgesehen.In the present example of use, three positioning elements 10 and one fixing element 20 are provided.

Bei zweien der Positionierelemente 10 handelt es sich um Anschlagstäbe 11, die an einem Ende ein Außengewinde aufweisen, mit denen sie fest und eindeutig in zwei der Positionieranschlüsse 4 befestigt sind. Bei dem dritten Positionierelement handelt es sich um ein Anschlagelement 12 mit einer ebenen Anschlagfläche. Das Anschlagelement 12 ist mithilfe von zwei Nutensteinen 5' (nicht sichtbar) an einem der Fixieranschlüsse 5 befestigt. Durch die Befestigung an einem der Fixieranschlüsse 5 ist die Lage des Anschlagelements 12 nur in eine Richtung - im dargestellten Ausführungsbeispiel in die X-Richtung - eindeutig, während die Lage in die andere Richtung - also in Y-Richtung bzw. entlang der T-Nut - nicht eindeutig ist. Letzteres ist aber für die eindeutige Lage des Bauteils 90 (vgl. 90) unerheblich und daher hinnehmbar.Two of the positioning elements 10 are stop rods 11, which have an external thread at one end, with which they are firmly and clearly fastened in two of the positioning connections 4. The third positioning element is a stop element 12 with a flat stop surface. The stop element 12 is attached to one of the fixing connections 5 using two sliding blocks 5 '(not visible). Due to the attachment to one of the fixing connections 5, the position of the stop element 12 is only clear in one direction - in the illustrated embodiment in the X direction - while the position in the other direction - i.e. in the Y direction or along the T-slot - is not clear. However, the latter is important for the clear position of component 90 (cf. 90 ) is irrelevant and therefore acceptable.

Als Fixierelement 20 ist ein federvorgespanntes Klemmelement 21 mithilfe eines Nutensteins 5' in einer der Fixieranschlüsse 5 befestigt. Das Klemmelement 21 umfasst ein Spannelement 22, mit dem ein Teil des Bauteils 90 - im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Flansch 91 (vgl. 1d) - zwischen Spannelement 22 und Plattform 2 eingeklemmt, also kraftschlüssig fixiert wird.As a fixing element 20, a spring-loaded clamping element 21 is fastened in one of the fixing connections 5 using a sliding block 5 '. The clamping element 21 comprises a clamping element 22, with which a part of the component 90 - in the exemplary embodiment shown, a flange 91 (cf. 1d ) - clamped between clamping element 22 and platform 2, i.e. fixed in a non-positive manner.

Zur lagegenauen Anordnung und Befestigung eines Bauteils an der gemäß 1b ausgestatteten Bauplattform 1 wird das Bauteil 90 zunächst bei gelöstem Fixierelement 20 derart auf der Plattform 2 angeordnet, dass das Bauteil 90 an allen Positionierelementen 10 eng anliegt. Anschließend wird das Bauteil mithilfe des Fixierungselements 20, welches den Flansch 91 des Bauteils 90 kraftschlüssig einklemmt, in der so definierten Lage fixiert. Die Positionier- und Fixierelemente 10, 20 sind dabei so angeordnet, dass sich das Bauteil 90 tatsächlich nur in der dargestellten Lage auf der Plattform 2 anordnen und fixieren lässt.For the precise positioning and attachment of a component to the according 1b equipped construction platform 1, the component 90 is first arranged on the platform 2 with the fixing element 20 loosened in such a way that the component 90 lies tightly against all positioning elements 10. The component is then fixed in the position defined in this way using the fixing element 20, which clamps the flange 91 of the component 90 in a non-positive manner. The positioning and fixing elements 10, 20 are arranged in such a way that the component 90 can actually only be arranged and fixed on the platform 2 in the position shown.

In 1d ist die Anordnung der Bauplattform 1 gemäß 1a bis 1c im Bauraum 110 einer Anlage 100 zur additiven Fertigung dargestellt. Dabei wir die Bauplattform 1 regelmäßig nach Befestigung der Positionier- und Fixierelemente 10, 20 daran (vgl. 1b), jedoch vor der Fixierung eines Bauteils 90 auf der Plattform (vgl. 1c) im Bauraum 110 einer entsprechenden Anlage 100 befestigt, wobei die Lage der Bauplattform 1 im Arbeitsraum durch Nutzung der Befestigungsanschlüsse 3 und geeigneter Befestigungsmöglichkeiten im Arbeitsraum 110 eindeutig ist.In 1d is the arrangement of the construction platform 1 according to 1a until 1c shown in the installation space 110 of a system 100 for additive manufacturing. We regularly clean the construction platform 1 after attaching the positioning and fixing elements 10, 20 to it (cf. 1b) , but before fixing a component 90 on the platform (cf. 1c ) in the construction space 110 of a corresponding system 100, the position of the construction platform 1 in the work space being clear by using the fastening connections 3 and suitable fastening options in the work space 110.

Bei der Anlage 100 zur additiven Fertigung handelt es sich um eine Anlage, bei der schichtweise loses Material in den Bauraum 110 eingebracht selektiv verhärtet wird, um so schichtweise ein dreidimensionales Objekt zu schaffen oder aber - wie im vorliegenden Fall - Material additiv auf ein bereits bestehendes, aber bspw. reparaturbedürftiges Bauteil aufgetragen wird.The system 100 for additive manufacturing is a system in which loose material is introduced into the construction space 110 in layers and is selectively hardened in order to create a three-dimensional object in layers or - as in the present case - material added to an already existing one , but for example a component in need of repair is applied.

Die Anlage 100 zur additiven Fertigung umfasst einen Bauraum 110 an dessen Boden die erfindungsgemäße Bauplattform 1 in einer definierten eindeutigen Lage angeordnet und befestigt ist. Oberhalb der Bauplattform 1 und des Bauraums 110 ist ein Laser-Scanner 101 angeordnet, mit dem jeder Punkt im Bauraum 110 gezielt angestrahlt werden kann. Zur Steuerung des Laser-Scanners 101 ist eine damit über eine Datenleitung 102 verbundene Steuerungsvorrichtung 103 vorgesehen.The system 100 for additive manufacturing includes a construction space 110 on the bottom of which the construction platform 1 according to the invention is arranged and fastened in a defined, unique position. A laser scanner 101 is arranged above the construction platform 1 and the construction space 110, with which every point in the construction space 110 can be illuminated in a targeted manner. To control the laser scanner 101, a control device 103 connected to it via a data line 102 is provided.

In den Bauraum 110 werden nacheinander Schichten von pulverförmigem Werkstoff (nicht dargestellt) eingebracht, die mithilfe des Laser-Scanners 101 selektiv an für die jeweilige Schicht vorgegebenen Koordinaten umgeschmolzen zu werden.Layers of powdery material (not shown) are successively introduced into the construction space 110 and are selectively remelted using the laser scanner 101 at coordinates specified for the respective layer.

Insoweit entspricht die Anlage 100 einem aus dem Stand der Technik bekannten System für additive Fertigung per selektivem Laserschmelzen. Auch ist die Verwendung entsprechender Systeme für die additive Reparatur von Bauteilen grundsätzlich ebenso bekannt, wie das Erfordernis dafür, dass die zu reparierenden Bauteile 90 in einer eindeutigen Lage im Arbeitsraum 110 angeordnet sein oder aber aufwendig vor Beginn der additiven Reparatur innerhalb des Bauraums 110 vermessen werden müssen. Nur so kann sichergestellt werden, dass von der Anlage 100 umgeschmolzenes Material an dem Bauteil 90 anschließt und somit eine additive Reparatur tatsächlich erfolgreich sein kann.In this respect, the system 100 corresponds to a system known from the prior art for additive manufacturing using selective laser melting. The use of corresponding systems for the additive repair of components is also generally known, as is the requirement for the components 90 to be repaired to be arranged in a clear position in the work space 110 or to be measured in a complex manner within the installation space 110 before the additive repair begins must. This is the only way to ensure that material remelted by the system 100 connects to the component 90 and that an additive repair can actually be successful.

Mit der erfindungsgemäßen Bauplattform 1 lassen sich bei ordnungsgemäßer Verwendung nahezu beliebige Bauteile 90 in einer vorher definierten eindeutigen Lage im Arbeitsraum 110 anordnen und fixieren, sodass weder eine aufwendige Vermessung jedes einzelnen Bauteils noch eine kostenintensive Spezialanfertigung zur Fixierung eines bestimmten Bauteils in einer eindeutigen Lage im Arbeitsraum 110 erforderlich ist.With the construction platform 1 according to the invention, when used properly, almost any components 90 can be arranged and fixed in a previously defined, unique position in the work space 110, so that neither a complex measurement of each individual component nor a cost-intensive custom-made product is required to fix a specific component in a clear position in the work space 110 is required.

In der Folge ist die Steuerungsvorrichtung 103 lediglich mit geeigneten Steuerungsdaten für die additive Reparatur zu versorgen, die sich aber durch die Recheneinheit 104 auf Basis von 3-D-Modellen des Ist- und des Sollzustandes des Bauteils 90, sowie Informationen zur eindeutigen Lage des Bauteils 90 im Arbeitsraum 110 problemlos ermitteln lassen.As a result, the control device 103 only needs to be supplied with suitable control data for the additive repair, which is provided by the computing unit 104 on the basis of 3-D models of the actual and target state of the component 90, as well as information about the clear position of the component 90 in work area 110 can be easily determined.

In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauplattform 1 für die additive Reparatur von Bauteilen dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel gleicht demjenigen aus 1a-d, weshalb nachfolgend nur auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen hingewiesen wird. Im Übrigen wird auf das Vorstehende verwiesen.In 2 an alternative embodiment of a construction platform 1 according to the invention for the additive repair of components is shown. This exemplary embodiment compensates for that 1a-d , which is why only differences between the exemplary embodiments are pointed out below. Otherwise, reference is made to the above.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind keine als senkrechte Sacklochbohrungen ausgeführte Positionieranschlüsse 4 (vgl. 1a-d) vorgesehen. In der Folge sind auch die Anschlagstäbe 11 als Positionierelemente 10 mit Nutensteinen 5' in den als T-Nuten ausgestalteten Fixieranschlüssen 5 befestigt.In the exemplary embodiment according to 2 There are no positioning connections 4 designed as vertical blind holes (cf. 1a-d ) intended. As a result, the stop rods 11 are also fastened as positioning elements 10 with sliding blocks 5 'in the fixing connections 5 designed as T-slots.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017201994 A1 [0005]DE 102017201994 A1 [0005]

Claims (11)

Bauplattform (1) für die additive Reparatur von Bauteilen (90) umfassend eine sich in einer Ebene (XY) erstreckende Plattform (2) mit Befestigungsanschlüssen (3) zur Befestigung der Plattform (2) im Bauraum (110) einer Anlage (100) zur additiven Fertigung in einer eindeutigen definierten Lage, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (2) Positionier- und/oder Fixieranschlüsse (4, 5) in definierten Abständen zueinander und gegenüber den Befestigungsanschlüssen (3) aufweist, wobei an den Positionier- und/oder Fixieranschlüssen (4, 5) variabel wenigstens drei Positionier- und/oder Fixierelemente (10, 20) zur lagegenauen Anordnung und Befestigung von zu reparierenden Bauteilen (90) befestigt sind.Construction platform (1) for the additive repair of components (90) comprising a platform (2) extending in a plane (XY) with fastening connections (3) for fastening the platform (2) in the construction space (110) of a system (100). additive manufacturing in a clearly defined position, characterized in that the platform (2) has positioning and/or fixing connections (4, 5) at defined distances from one another and from the fastening connections (3), wherein at the positioning and/or fixing connections (4, 5) at least three positioning and/or fixing elements (10, 20) are variably attached for the precise positioning and fastening of components (90) to be repaired. Bauplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionier- und/oder Fixieranschlüsse (4, 5) ein regelmäßiges geometrisches Muster bildend ausgestaltet und angeordnet sind.construction platform Claim 1 , characterized in that the positioning and/or fixing connections (4, 5) are designed and arranged to form a regular geometric pattern. Bauplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionieranschluss (4) zur Festlegung der Position eines daran befestigten Positionier- und/oder Fixierelementes (10, 20) in wenigstens zwei Richtungen ausgebildet ist.Building platform according to one of the preceding claims, characterized in that at least one positioning connection (4) is designed to determine the position of a positioning and/or fixing element (10, 20) attached thereto in at least two directions. Bauplattform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionieranschluss (4) zur Festlegung der Position eines daran befestigten Positionier- und/oder Fixierelemente (10,20) in wenigstens zwei Richtungen als senkrechte Bohrung in der Plattform (2), vorzugsweise mit Innengewinde, ausgebildet ist.construction platform Claim 3 , characterized in that at least one positioning connection (4) for determining the position of a positioning and/or fixing element (10,20) attached to it in at least two directions is designed as a vertical bore in the platform (2), preferably with an internal thread. Bauplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionierelement (10) als Anschlagstab (11) ausgebildet ist.Building platform according to one of the preceding claims, characterized in that at least one positioning element (10) is designed as a stop rod (11). Bauplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Fixieranschlüsse (5) zur positionsvariablen Befestigung von Positionier- und/oder Fixierelemente (10, 20) daran ausgebildet ist.Building platform according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the fixing connections (5) are designed for positionally variable fastening of positioning and/or fixing elements (10, 20) thereon. Bauplattform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Fixieranschlüsse (5) als T-Nuten ausgestaltet sind, entlang derer Positionier- und/oder Fixierelemente mithilfe von geeigneten Nutensteinen (5`) beliebig befestigbar sind.construction platform Claim 6 , characterized in that at least some of the fixing connections (5) are designed as T-slots, along which positioning and / or fixing elements can be fastened in any way using suitable sliding blocks (5`). Bauplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fixierelement (20) als Klemmelement (21) zum Einklemmen eines Bauteils (90) zwischen Spannelement (22) des Klemmelementes (21) und Plattform (2) ausgebildet ist.Building platform according to one of the preceding claims, characterized in that at least one fixing element (20) is designed as a clamping element (21) for clamping a component (90) between the clamping element (22) of the clamping element (21) and the platform (2). Bauplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Befestigungsanschlüsse (3) Passbohrungen zur positionsgenauen Befestigung der Bauplattform (1) im Bauraum (110) einer Anlage (100) zur additiven Fertigung sind.Building platform according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the fastening connections (3) are fitting holes for fastening the building platform (1) in a precise position in the building space (110) of a system (100) for additive manufacturing. Verwendung einer Bauplattform (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur additiven Reparatur von Bauteilen, gekennzeichnet durch die Schritte: - Anbringen von wenigstens drei für das zu reparierende Bauteil (90) geeigneten Positionier- und/oder Fixierelemente (10, 20) an Positionier- und/oder Fixieranschlüssen (4, 5) der Bauplattform (1), sodass die Lage eines damit fixierten Bauteils (90) gegenüber den Befestigungsanschlüssen (3) eindeutig ist; - Befestigen der Bauplattform (1) in einer eindeutigen Lage im Arbeitsraum (110) einer Anlage (100) zur additiven Fertigung mithilfe der Befestigungsanschlüsse (3) ; - Fixieren eines zu reparierenden Bauteils (90) an der Bauplattform (1) in der durch die Positionier- und/oder Fixierelemente (4, 5) vorgegebenen eindeutigen Lage; und - Durchführen einer additiven Reparatur durch additiven Materialauftrag auf das zu reparierende Bauteil (90) mithilfe der Anlage (100) zur additiven Fertigung.Use of a construction platform (1) according to one of the preceding claims for the additive repair of components, characterized by the steps: - attaching at least three positioning and / or fixing elements (10, 20) suitable for the component (90) to be repaired to positioning and/or fixing connections (4, 5) of the building platform (1), so that the position of a component (90) fixed therewith is clear relative to the fastening connections (3); - Fastening the construction platform (1) in a clear position in the work space (110) of a system (100) for additive manufacturing using the fastening connections (3); - Fixing a component (90) to be repaired to the construction platform (1) in the unique position specified by the positioning and/or fixing elements (4, 5); and - carrying out an additive repair by applying additive material to the component (90) to be repaired using the additive manufacturing system (100). Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) zur additiven Fertigung eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen ist.Use after Claim 10 , characterized in that the system (100) for additive manufacturing is a system for selective laser melting.
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