DE102022212786A1 - Method and system for the generative production of components in generative manufacturing processes and motor vehicle, comprising at least one component produced by means of the method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3), wobei in einem generativen Fertigungsprozess (3) ein Material (20) zur Herstellung eines oder mehrerer Bauteile (1) mit zumindest einem Zusatzstoff (2) versehen und das Material (20) mit dem Zusatzstoff (2) teilweise zur generativen Herstellung (12) wenigstens eines Bauteils (1) eingesetzt wird, und wobei nach der generativen Herstellung (12) zumindest eine physikalische Größe des Zusatzstoffs (2) detektiert wird, wobei aus einer Änderung der physikalischen Größe des Zusatzstoffs (2) gegenüber einem Wert der physikalischen Größe vor der generativen Herstellung (12) zumindest eine Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft des nach Ausführung des generativen Fertigungsprozesses (3) verbliebenen Zusatzstoffes (2) und/oder Materials (20) gewonnen wird, und die Information in einem weiteren generativen Fertigungsprozess (3) zur Anpassung der Prozessparameter verwendet wird.Ferner betrifft die Erfindung ein System (5) zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein mittels des beschriebenen Verfahrens hergestelltes Bauteil (1).The invention relates to a method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3), wherein in a generative manufacturing process (3) a material (20) for producing one or more components (1) is provided with at least one additive (2) and the material (20) with the additive (2) is partially used for the generative production (12) of at least one component (1), and wherein after the generative production (12) at least one physical quantity of the additive (2) is detected, wherein from a change in the physical quantity of the additive (2) compared to a value of the physical quantity before the generative production (12) at least one piece of information regarding a change in a material property of the additive (2) and/or material (20) remaining after the generative manufacturing process (3) has been carried out is obtained, and the information is used in a further generative manufacturing process (3) to adapt the process parameters.The invention further relates to a system (5) for generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) and a motor vehicle comprising at least one component (1) produced by means of the described method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein mittels des Verfahrens hergestelltes Bauteil.The invention relates to a method and a system for the generative production of components in generative manufacturing processes and to a motor vehicle comprising at least one component produced by means of the method.

In der generativen Fertigung zum Beispiel mittels selektiven Lasersinterns wird Pulver in einem Pulverbett durch einen Laser teilweise aufgeschmolzen, sodass sich das aufgeschmolzene Pulver zu einem Bauteil verbindet. Anschließend wird das Bauteil aus dem Pulverbett entnommen und es verbleibt das nicht in das Bauteil umgesetzte Pulver. Zur optimalen Ausnutzung des Pulvers soll auch das verbleibende Pulver in weiteren generativen Fertigungsprozessen verwendet werden. Jedoch hat das verbleibende Pulver durch den vorherigen generativen Fertigungsprozess zumindest teilweise eine thermische Belastung erfahren. Infolgedessen entsprechen die Materialeigenschaften des verbliebenen Pulvers nicht mehr denen des Ausgangsmaterials vor der Fertigung des Bauteils. Wird das Pulver also in einem weiteren generativen Fertigungsprozess verwendet, sind die bisher genutzten Prozessparameter nicht mehr optimal auf die vorliegende Pulverqualität eingestellt. Hieraus resultieren geringe Bauteilqualitäten und eine hohe Ausschussquote.In generative manufacturing, for example using selective laser sintering, powder in a powder bed is partially melted by a laser so that the melted powder combines to form a component. The component is then removed from the powder bed and the powder that has not been converted into the component remains. To make optimal use of the powder, the remaining powder should also be used in further generative manufacturing processes. However, the remaining powder has at least partially experienced thermal stress from the previous generative manufacturing process. As a result, the material properties of the remaining powder no longer correspond to those of the starting material before the component was manufactured. If the powder is therefore used in another generative manufacturing process, the process parameters used up to now are no longer optimally adjusted to the existing powder quality. This results in poor component quality and a high reject rate.

Typischerweise wird das thermisch vorbelastete Pulver weiterverwendet und mit nicht thermisch vorbelastetem, frischem Pulver aufgefrischt, wobei die resultierenden Materialeigenschaften als annähernd denjenigen von frischem Pulver entsprechend angenommen werden. Hierbei sind die Prozessparameter jedoch mangels Kenntnis der tatsächlichen Materialeigenschaften weiterhin nicht optimal eingestellt. Alternativ dazu erfolgt eine Anpassung der Prozessparameter häufig nur nach vordefinierten Intervallschritten. Durch die stetige Auffrischung des Pulvers hat dies jedoch zur Folge, dass das Pulver nach einigen Fertigungsvorgängen aus einer unbekannten Zusammensetzung verschiedener Altersstufen besteht. Dies führt dazu, dass sich gegebenenfalls die Bauteileigenschaften trotz der stetigen Auffrischung mit jedem neuem Druckprozess verschlechtern, was schließlich im Ausschuss von Bauteilen resultieren kann. Das Pulver wird daher in der Regel nach einer definierten Anzahl an Zyklen entsorgt, wobei möglicherweise hochwertiges Pulver ebenfalls verlorengeht.Typically, the thermally pre-stressed powder is reused and refreshed with fresh powder that has not been thermally pre-stressed, whereby the resulting material properties are assumed to be approximately the same as those of fresh powder. However, the process parameters are still not optimally set due to a lack of knowledge of the actual material properties. Alternatively, the process parameters are often only adjusted after predefined interval steps. However, the constant refreshing of the powder means that after a few production processes the powder consists of an unknown composition of different ages. This means that the component properties may deteriorate with each new printing process despite the constant refreshing, which can ultimately result in component rejection. The powder is therefore usually disposed of after a defined number of cycles, whereby high-quality powder may also be lost.

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin aus der US20200333295A1 bekannt, in der pulverbasierten additiven Fertigung sogenannte Tracer zu verwenden, wobei in Abhängigkeit von dem bloßen Vorhandensein des Tracers optimale Bedingungen für die additive Herstellung bestimmt werden. Jedoch erlaubt eine Bestimmung der optimalen Bedingungen für die additive Herstellung basierend auf dem bloßen Vorhandensein des Tracers lediglich eine binäre Kodierung pro Tracer, wobei falls der Tracer vorliegt, dies einer ersten Bedingung für die additive Herstellung entspricht und wobei falls der Tracer nicht vorliegt, dies einer zweiten Bedingung für die additive Herstellung entspricht, was entsprechend kompliziert und unpraktisch ist. Außerdem lässt dieses Verfahren keine Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften des bei der Herstellung verwendeten Materials zu, es ist daher nicht zur prozessbegleitenden Analyse der Materialeigenschaften geeignet.The state of the art is still based on the US20200333295A1 It is known to use so-called tracers in powder-based additive manufacturing, whereby optimal conditions for additive manufacturing are determined depending on the mere presence of the tracer. However, determining the optimal conditions for additive manufacturing based on the mere presence of the tracer only allows binary coding per tracer, whereby if the tracer is present, this corresponds to a first condition for additive manufacturing and whereby if the tracer is not present, this corresponds to a second condition for additive manufacturing, which is correspondingly complicated and impractical. In addition, this method does not allow any conclusions to be drawn about the material properties of the material used in production, so it is not suitable for process-accompanying analysis of the material properties.

Darüber hinaus schlägt die US20220134435A1 vor, pulverbasierte additive Fertigungsprozesse zu optimieren, indem schichtweise Bilder des Pulvers aufgenommen und mittels einer künstlichen Intelligenz in Echtzeit auf Anomalien hin untersucht werden. Jedoch ist dieses Verfahren allenfalls dazu in der Lage, optisch detektierbare Anomalien zu identifizieren. Dabei können möglicherweise nicht optisch erkennbare Anomalien im Pulverbett übersehen werden, welche in der Folge in Bauteile mit verschlechterter Qualität umgesetzt werden. Darüber hinaus bleibt das Problem der prozessbegleitenden Anpassung der Prozessparameter durch das hier vorgeschlagene Verfahren ungelöst.In addition, the US20220134435A1 proposes to optimize powder-based additive manufacturing processes by taking layer-by-layer images of the powder and using artificial intelligence to examine them for anomalies in real time. However, this method is at best capable of identifying optically detectable anomalies. In the process, anomalies in the powder bed that are not optically detectable may be overlooked, which subsequently result in components with deteriorated quality. In addition, the problem of adjusting the process parameters during the process remains unsolved by the method proposed here.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen bereitzustellen, welche eine gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigere und prozesssicherere generative Herstellung von Bauteilen ermöglichen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches zumindest ein nach einem solchen Verfahren hergestelltes Bauteil umfasst.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a system for the generative production of components in generative manufacturing processes, which enable a more cost-effective and process-reliable generative production of components compared to the prior art. Furthermore, it is the object of the invention to provide a motor vehicle which comprises at least one component produced according to such a method.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein System zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The object is achieved according to the invention by a method for the generative production of components in generative manufacturing processes with the features of claim 1, by a system for the generative production of components in generative manufacturing processes with the features of claim 9 and by a motor vehicle with the features of claim 10.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.Advantageous embodiments of the method are specified in subclaims 2 to 8.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen, wobei in einem generativen Fertigungsprozess ein Material zur Herstellung eines oder mehrerer Bauteile mit zumindest einem Zusatzstoff versehen und das Material mit dem Zusatzstoff teilweise zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils eingesetzt wird, und wobei nach der generativen Herstellung zumindest eine physikalische Größe des Zusatzstoffs detektiert wird, wobei aus einer Änderung der physikalischen Größe des Zusatzstoffs gegenüber einem Wert der physikalischen Größe vor der generativen Herstellung zumindest eine Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft des nach Ausführung des generativen Fertigungsprozesses verbliebenen Zusatzstoffes und/oder Materials gewonnen wird, und die Information in einem weiteren generativen Fertigungsprozess zur Anpassung der Prozessparameter verwendet wird.A first aspect of the invention relates to a method for the generative production of components in generative manufacturing processes, wherein in a generative manufacturing process a material for producing one or more components is provided with at least one additive and the material with the additive is partially used for the generative production of at least one component, and wherein after the generative production at least one physical quantity of the additive is detected, wherein from a change in the physical quantity of the additive compared to a value of the physical quantity before the generative production at least one piece of information regarding a change in a material property of the additive and/or material remaining after execution of the generative manufacturing process is obtained, and the information is used in a further generative manufacturing process to adapt the process parameters.

Bei dem Material kann es sich um das Material handeln, aus welchem das in dem generativen Fertigungsprozess hergestellte Bauteil im Wesentlichen besteht.The material can be the material from which the component manufactured in the generative manufacturing process essentially consists.

Das Material kann beispielsweise in Form eines Pulvers vorliegen, welches zur Herstellung von Bauteilen derart eingesetzt wird, dass das Pulver teilweise aufgeschmolzen und so zu zumindest einem Bauteil verbunden wird.The material can, for example, be in the form of a powder which is used to manufacture components in such a way that the powder is partially melted and thus combined to form at least one component.

Der Wert der physikalischen Größe vor der generativen Herstellung kann beispielweise im Fall von erstmalig zur Herstellung von Bauteilen verwendeten, und somit frischen Materials als an sich bekannte Materialeigenschaft bekannt sein, sodass der Wert beispielsweise einer Tabelle mit bekannten Materialeigenschaften entnommen werden kann.The value of the physical quantity before generative manufacturing can, for example, be known as a known material property in the case of fresh material used for the first time to manufacture components, so that the value can be taken from a table with known material properties, for example.

Nach der generativen Herstellung des Bauteils kann dieses aus einem das Material mit dem Zusatzstoff umfassenden Reservoir entnommen werden, beispielsweise einem Pulverbett, wobei nach der Entnahme des Bauteils nicht zur Herstellung des Bauteils verwendetes Material und nicht verwendeter Zusatzstoff im Reservoir verbleibt.After the generative production of the component, it can be removed from a reservoir containing the material with the additive, for example a powder bed, whereby after the removal of the component, material not used to produce the component and unused additive remain in the reservoir.

Die generative Herstellung des Bauteils kann beispielsweise mittels zumindest eines der folgenden an sich bekannten generativen Herstellungsverfahren erfolgen: Lasersintern, selektives Lasersintern, Multi Jet Fusion, Binder Jetting, Digital Light Processing, Stereolithografie oder auch Spritzguss. Weiterhin kann es sich um pulverbasierte, filamentbasierte oder harzbasierte generative Fertigungsverfahren handeln.The generative production of the component can be carried out, for example, using at least one of the following known generative manufacturing processes: laser sintering, selective laser sintering, multi jet fusion, binder jetting, digital light processing, stereolithography or injection molding. Furthermore, it can be powder-based, filament-based or resin-based generative manufacturing processes.

Bei den Prozessparametern handelt es sich um die Parameter, die im jeweiligen generativen Herstellungsverfahren zur teilweisen Umsetzung des Materials in das Bauteil verwendet werden. Dabei kann es sich um physikalische Parameter handeln, beispielsweise um auf das Material bzw. den Zusatzstoff einwirkende thermische Energie und/oder Strahlungsenergie bzw. eine Laserenergie; um Verfahrgeschwindigkeit von Strahlungsquellen oder Laserquellen, welche zur generativen Herstellung verwendet werden; um Temperaturen der Umgebung des Materials bzw. Zusatzstoffs während der generativen Herstellung bzw. Temperaturen von Pulverbettoberfläche, Pulverausgabeeinheit und Reservoir. Auch eine vordefinierte oder vorprogrammierte Relativbewegung zwischen der Strahlungsquelle und dem Material mit dem Zusatzstoff bzw. der Belichtungspfad während des Herstellungsprozesses sowie der kleinste Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Belichtungspfads können genau wie eine Schichtdicke des Materials vor oder während der generativen Herstellung zu den Prozessparametern gehören.The process parameters are the parameters that are used in the respective generative manufacturing process to partially convert the material into the component. These can be physical parameters, for example thermal energy and/or radiation energy or laser energy acting on the material or additive; travel speed of radiation sources or laser sources that are used for generative manufacturing; temperatures of the environment of the material or additive during generative manufacturing or temperatures of the powder bed surface, powder dispensing unit and reservoir. A predefined or preprogrammed relative movement between the radiation source and the material with the additive or the exposure path during the manufacturing process as well as the smallest distance between adjacent sections of the exposure path can also be part of the process parameters, as can a layer thickness of the material before or during generative manufacturing.

Bei der Materialeigenschaft kann es sich zum Beispiel um Schmelzviskosität, Schmelzpunkt, Fließfähigkeit, Partikelgrößenverteilung, Schüttdichte und/oder Klopfdichte handeln.The material property can be, for example, melt viscosity, melting point, flowability, particle size distribution, bulk density and/or tap density.

Die aus der Änderung der physikalischen Größe gewonnene Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft kann beispielsweise gewonnen werden, indem der Wert der physikalischen Größe einem Wert einer Materialeigenschaft zugeordnet wird. Mit anderen Worten kann die Materialeigenschaft in einer funktionalen Abhängigkeit der physikalischen Größe stehen, sodass jedem Wert der physikalischen Größe eine definierte Materialeigenschaft zugeordnet ist. Die funktionale Abhängigkeit kann zum Beispiel vordefiniert sein, indem eine Kodierung entworfen wird, in der jedem Wert der physikalischen Größe eine entsprechende Materialeigenschaft zugeordnet wird. Alternativ ist denkbar, dass der Wert der physikalischen Größe des Zusatzstoffs mit dem Wert der Materialeigenschaft physikalisch korreliert, beispielsweise durch eine funktionale Abhängigkeit der beiden gemäß einer natürlichen Gesetzmäßigkeit. Die funktionale Abhängigkeit muss nicht kontinuierlich sein. Es genügt auch ein bekannter Zusammenhang von einer Gruppe von Werten der physikalischen Größe mit den Werten der Materialeigenschaft, wobei dann in dem eigentlich unbekannten Bereich zwischen den bekannten Werten interpoliert werden kann.The information obtained from the change in the physical quantity regarding a change in a material property can be obtained, for example, by assigning the value of the physical quantity to a value of a material property. In other words, the material property can be functionally dependent on the physical quantity, so that each value of the physical quantity is assigned to a defined material property. The functional dependency can be predefined, for example, by designing a coding in which each value of the physical quantity is assigned to a corresponding material property. Alternatively, it is conceivable that the value of the physical quantity of the additive is physically correlated with the value of the material property, for example through a functional dependency of the two according to a natural law. The functional dependency does not have to be continuous. A known relationship between a group of values of the physical quantity and the values of the material property is also sufficient, whereby interpolation can then be carried out in the actually unknown range between the known values.

Die Gewinnung der Information kann automatisiert ablaufen, beispielsweise indem eine Prozessoreinheit prozessbegleitend, das heißt zum Beispiel nach jeder generativen Herstellung eines Bauteils, den detektierten Wert der physikalischen Größe erhält und daraus auf die Materialeigenschaft rückschließt.The information can be obtained automatically, for example by a processor unit receiving the detected value of the physical quantity during the process, i.e., for example, after each generative production of a component, and using this to infer the material property.

Die aus der Änderung der physikalischen Größe gewonnene Information kann insofern in einem weiteren generativen Fertigungsprozess zur Anpassung der Prozessparameter verwendet werden, als die Prozessparameter in zumindest einem weiteren generativen Fertigungsprozess verändert werden. Dies kann zumindest teilautomatisiert erfolgen, wie z.B. unter Nutzung einer geeigneten Software.The information obtained from the change in the physical quantity can be used in a further generative manufacturing process to adjust the process parameters insofar as the process parameters are changed in at least one further generative manufacturing process This can be done at least partially automatically, for example by using suitable software.

Zum Beispiel kann, wenn nach einem ersten generativen Fertigungsprozess eine Verringerung der Schmelzviskosität ermittelt wurde, die Strahlungsleistung in einem nach dem ersten generativen Fertigungsprozess erfolgenden zweiten generativen Fertigungsprozess gegenüber derjenigen aus dem ersten generativen Fertigungsprozess verringert werden. Ebenfalls ist vorgesehen, dass die Anpassung der Prozessparameter dann geschieht, wenn der detektierte Wert der physikalischen Größe unter einen vordefinierten Grenzwert fällt. Dies kann automatisiert geschehen, indem eine Prozessoreinheit die detektierten Werte der physikalischen Größe prozessbegleitend, das heißt zum Beispiel nach jeder generativen Herstellung, mit dem vordefinierten Grenzwert vergleicht und im Falle von einer Unter- oder Überschreitung desselben eine vordefinierte Anpassung der Prozessparameter bewirkt. Die Prozessparameter können dahingehend verändert werden, dass deren Anpassung in einem weiteren generativen Fertigungsprozess dazu führt, dass sich der Wert der physikalischen Größe vom Grenzwert entfernt. Zum Beispiel kann, wenn eine Unterschreitung des physikalischen Werts des Zusatzstoffs ermittelt wurde, welcher eine für die generative Herstellung unvorteilhaft geringe Schmelzviskosität bedeutet, dies in einem weiteren generativen Fertigungsprozess dahingehend berücksichtigt werden, dass dort die Strahlungsleistung verringert wird. Derartige Anpassungen der Prozessparameter basierend auf bekannten Materialeigenschaften sind an sich bekannt und können beispielsweise entsprechenden Tabellen entnommen werden.For example, if a reduction in melt viscosity was determined after a first generative manufacturing process, the radiation output in a second generative manufacturing process following the first generative manufacturing process can be reduced compared to that from the first generative manufacturing process. It is also intended that the process parameters are adjusted when the detected value of the physical quantity falls below a predefined limit value. This can be done automatically by a processor unit comparing the detected values of the physical quantity with the predefined limit value during the process, i.e. for example after each generative manufacturing process, and if the limit is exceeded or not reached, causing a predefined adjustment of the process parameters. The process parameters can be changed in such a way that their adjustment in a further generative manufacturing process results in the value of the physical quantity moving away from the limit value. For example, if the physical value of the additive is found to be below the limit, which means that the melt viscosity is disadvantageous for additive manufacturing, this can be taken into account in a further additive manufacturing process by reducing the radiation output. Such adjustments to the process parameters based on known material properties are known per se and can be taken from the relevant tables, for example.

In einer Ausführungsform wird vor und nach der generativen Herstellung eine physikalische Größe des Zusatzstoffs detektiert, und aus einer Änderung des jeweils detektierten Werts der physikalischen Größe die zumindest eine Information gewonnen. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Information hinsichtlich der mit dem generativen Herstellungsprozess einhergehenden Veränderung der Materialeigenschaft des Materials und/oder des Zusatzstoffs durch die jeweilige Detektion mit erhöhter Sicherheit gewonnen wird, da kein bestimmter, eventuell mit Unsicherheiten behafteter Wert der physikalischen Größe vor der generativen Herstellung als gegeben vorausgesetzt wird. Eine Detektion vor der generativen Herstellung ist gerade dann sinnvoll, wenn die Materialeigenschaft des Materials und des Zusatzstoffs beispielsweise wegen deren Verwendung in vorherigen generativen Fertigungsprozessen mit einer Unsicherheit behaftet oder unbekannt ist. Die Information kann in der Folge vorteilhaft dazu genutzt werden, die Prozessparameter prozessbegleitend an die jeweils vorliegenden Materialeigenschaften anzupassen. Daraus resultiert letztendlich eine vorteilhaft verringerte Ausschussquote von Bauteilen.In one embodiment, a physical quantity of the additive is detected before and after the additive manufacturing process, and at least one piece of information is obtained from a change in the value of the physical quantity detected in each case. This is advantageous in that the information regarding the change in the material properties of the material and/or the additive associated with the additive manufacturing process is obtained with increased certainty through the respective detection, since no specific, possibly uncertain value of the physical quantity is assumed to be given before the additive manufacturing process. Detection before the additive manufacturing process is particularly useful when the material properties of the material and the additive are uncertain or unknown, for example because of their use in previous additive manufacturing processes. The information can then be used advantageously to adapt the process parameters to the respective material properties during the process. This ultimately results in an advantageously reduced scrap rate of components.

Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine der physikalischen Größen die Konzentration des Zusatzstoffs. Die Konzentration lässt sich vorteilhaft genau und mit geringem Aufwand bestimmen, etwa durch Massenspektrometrie, oder auch mittels optischer Methoden, in welchen das Verhältnis von Zusatzstoff zu Material durch optische Eigenschaften des Zusatzstoffs wie zum Beispiel eine gegenüber dem Material veränderte Absorption ermittelt werden kann.According to one embodiment, at least one of the physical quantities is the concentration of the additive. The concentration can advantageously be determined precisely and with little effort, for example by mass spectrometry, or also by means of optical methods in which the ratio of additive to material can be determined by optical properties of the additive, such as a change in absorption compared to the material.

Weiterhin kann es sich bei der physikalischen Größe um optische bzw. optisch detektierbare Größen handeln, spezieller beispielsweise um Absorption, Reflektion und/oder Transmission von elektromagnetischer Strahlung. Auch sind physikalische Größen aus der Elektronik denkbar, wie zum Beispiel elektrische Polarisation, elektrische Leitfähigkeit, elektrischer Widerstand und/oder physikalische Größen aus dem Magnetismus, wie zum Beispiel Magnetisierung oder Induktivität.Furthermore, the physical quantity can be optical or optically detectable quantities, more specifically, for example, absorption, reflection and/or transmission of electromagnetic radiation. Physical quantities from electronics are also conceivable, such as electrical polarization, electrical conductivity, electrical resistance and/or physical quantities from magnetism, such as magnetization or inductance.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung soll auch der pH-Wert als physikalische Größe verstanden werden.In the context of the present disclosure, the pH value should also be understood as a physical quantity.

In einer Ausführungsform umfasst der Zusatzstoff zumindest eines der folgenden: modifizierte Polymere, fluoreszierende Partikel, Farbpartikel, magnetische Partikel, metallische Partikel, silikatgekapselte DNS oder Zusatzstoffe, welche dazu ausgebildet sind, den pH-Wert des Materials zu verändern. Es können mehrere verschiedene Zusatzstoffe kombiniert werden. Die hier aufgelisteten beispielhaften Zusatzstoffe sind dahingehend von Vorteil, dass sie mit hoher Genauigkeit mit an sich bekannten Detektionsmethoden detektiert werden können. Der Zusatzstoff kann dabei im Material in einer Konzentration von 1 ppm - 1000 ppm vorliegen. Spezieller sind Konzentrationen von 1 ppm - 10 ppm, 10 ppm - 100 ppm oder 100 ppm - 1000 ppm denkbar. Das Verhältnis von Zusatzstoff zu Material bleibt demnach so gering, dass die in Bauteile umgesetzten Zusatzstoffe für die Qualität der Bauteile praktisch keine negativen Auswirkungen haben können. Darüber hinaus können die Zusatzstoffe ähnliche Materialeigenschaften wie das Material aufweisen, sodass die einwirkenden Prozessparameter ähnliche Auswirkungen auf den Zusatzstoff wie Material haben. Somit wirken sich die Zusatzstoffe nicht nachteilig auf die Qualität der generativ gefertigten Bauteile aus, sondern sorgen im Gegenteil für einen verringerten Ausschuss von Bauteilen wegen unvorteilhaft oder gar nicht angepasster Prozessparameter.In one embodiment, the additive comprises at least one of the following: modified polymers, fluorescent particles, color particles, magnetic particles, metallic particles, silicate-encapsulated DNA or additives which are designed to change the pH value of the material. Several different additives can be combined. The exemplary additives listed here are advantageous in that they can be detected with high accuracy using detection methods known per se. The additive can be present in the material in a concentration of 1 ppm - 1000 ppm. More specifically, concentrations of 1 ppm - 10 ppm, 10 ppm - 100 ppm or 100 ppm - 1000 ppm are conceivable. The ratio of additive to material therefore remains so low that the additives converted into components can have practically no negative effects on the quality of the components. In addition, the additives can have similar material properties to the material, so that the process parameters involved have similar effects on the additive as on the material. Thus, the additives do not have a detrimental effect on the quality of the generatively manufactured components, but on the contrary ensure a reduced rejection of components due to unfavorable or not adjusted process parameters.

Die Detektion der physikalischen Größe des Zusatzstoffs erfolgt in Abhängigkeit des gewählten Zusatzstoffs. Es kommen daher in Verbindung mit den oben genannten beispielhaften Zusatzstoffen beispielsweise optische oder chemische Detektion, oder auch Massenspektrometrie in Betracht.The detection of the physical size of the additive depends on the additive selected. In conjunction with the above-mentioned example additives, optical or chemical detection, or even mass spectrometry, can therefore be considered.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Stichprobe des Materials mit dem Zusatzstoff entnommen und die physikalische Größe des Zusatzstoffs anhand der Stichprobe detektiert. Dies ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn die Detektion der physikalischen Größe des Zusatzstoffs in-situ, also ohne Entnahme und externe Detektion, nicht möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Konzentration ausschließlich anhand von Massenspektrometrie erfolgen kann. Auch ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Detektion der physikalischen Größe in-situ mit nachteiligen Veränderungen der Materialeigenschaften verbunden ist, beispielsweise falls Chemikalien zur Detektion hinzugegeben werden müssen.According to one embodiment, a sample of the material with the additive is taken and the physical size of the additive is detected using the sample. This is advantageous, for example, if the detection of the physical size of the additive in-situ, i.e. without sampling and external detection, is not possible. This is the case, for example, if the concentration can only be determined using mass spectrometry. This embodiment is also advantageous if the detection of the physical size in-situ is associated with adverse changes in the material properties, for example if chemicals have to be added for detection.

In einer alternativen Ausführungsform wird die physikalische Größe des Zusatzstoffs detektiert, ohne dass zumindest teilweise Material und die zumindest eine Art von Zusatzstoff entnommen werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass eine Entnahme zur externen Detektion entfällt und somit die physikalische Größe des Zusatzstoffs in-situ und prozessbegleitend zu den generativen Fertigungsprozessen detektiert werden kann. Hierzu kommen beispielsweise die oben aufgeführten optischen Detektionsmethoden in Betracht. Da in dieser Ausführungsform keine Entnahme und externe Detektion erfolgt, wird der generative Fertigungsprozess entsprechend beschleunigt, wobei durch die prozessbegleitende Detektion die Prozessparameter laufend an die jeweils vorliegenden Materialeigenschaften angepasst werden.In an alternative embodiment, the physical size of the additive is detected without at least partial removal of material and at least one type of additive. This has the advantage that removal for external detection is not necessary and thus the physical size of the additive can be detected in-situ and during the generative manufacturing processes. For example, the optical detection methods listed above can be used for this purpose. Since no removal and external detection takes place in this embodiment, the generative manufacturing process is accelerated accordingly, with the process parameters being continuously adapted to the respective material properties through the process-accompanying detection.

In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere generative Fertigungsprozesse durchgeführt, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden generativen Fertigungsprozessen Material und/oder weiterer Zusatzstoff beigemischt wird und eine homogene Mischung erzeugt wird. Bei dem beigemischten Material und/oder dem weiteren Zusatzstoff kann es sich um frisches, das heißt bisher noch nicht in einem generativen Fertigungsprozess verwendetes Material bzw. Zusatzstoff handeln. Durch Hinzugabe von Material und/oder Zusatzstoff kann die Materialeigenschaft des in den Fertigungsprozessen verwendeten Materials und/oder Zusatzstoffs vorteilhaft angepasst werden. Beispielsweise kann, sobald eine Änderung der physikalischen Größe detektiert wurde, welche eine kritische Veränderung der Materialeigenschaft impliziert, eine mangelhafte Fließfähigkeit des Materials und/oder Zusatzstoffs, gezielt eine vordefinierte Menge frischen Materials und/oder Zusatzstoffs hinzugegeben werden, um die Materialeigenschaft, beispielsweise die Fließfähigkeit, zurück in einen unkritischen Bereich zu bewegen. Die vordefinierte Menge kann hinsichtlich einer Masse von hinzuzugebendem Material und/oder Zusatzstoff bzw. verschiedenen Zusatzstoffen gezielt ausgewählt werden, um die gewünschten Materialeigenschaften von Material und/oder Zusatzstoff zu erhalten, da die vor der Hinzugabe vorliegende Komposition von Material und Zusatzstoff bzw. deren Materialeigenschaften durch die Detektion der physikalischen Größe des Zusatzstoffs bekannt sind. Weiterhin vorteilhaft sorgt die in dieser Ausführungsform vorgeschlagene homogene Mischung aus Material und Zusatzstoff dafür, dass der Zusatzstoff im Material räumlich gleichverteilt ist. Dies erlaubt eine statistisch repräsentative Detektion der physikalischen Größe sowohl im Fall einer hierfür entnommenen Stichprobe als auch im Falle einer Detektion in-situ, sodass die Informationen hinsichtlich sich verändernder Materialeigenschaften von Material und/oder Zusatzstoff ebenfalls statistisch aussagekräftig sind.In a further embodiment, several generative manufacturing processes are carried out, whereby material and/or further additives are mixed in between two consecutive generative manufacturing processes and a homogeneous mixture is produced. The mixed material and/or the further additive can be fresh material or additive, i.e. material or additive that has not yet been used in a generative manufacturing process. By adding material and/or additives, the material properties of the material and/or additive used in the manufacturing processes can be advantageously adapted. For example, as soon as a change in the physical quantity has been detected which implies a critical change in the material property, a poor flowability of the material and/or additive, a predefined amount of fresh material and/or additive can be added in a targeted manner in order to move the material property, for example the flowability, back to a non-critical range. The predefined quantity can be specifically selected with regard to a mass of material and/or additive or various additives to be added in order to obtain the desired material properties of the material and/or additive, since the composition of material and additive prior to addition or their material properties are known through the detection of the physical size of the additive. Furthermore, the homogeneous mixture of material and additive proposed in this embodiment advantageously ensures that the additive is spatially evenly distributed in the material. This allows a statistically representative detection of the physical size both in the case of a sample taken for this purpose and in the case of in-situ detection, so that the information regarding changing material properties of the material and/or additive is also statistically meaningful.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfassen der Zusatzstoff und das Material jeweils Partikel, deren maximale Erstreckungen um weniger als 25% voneinander abweichen. Dies sorgt vorteilhaft dafür, dass sich die Materialeigenschaften wie Fließfähigkeit, Schüttdichte und Klopfdichte von Material und Zusatzstoff ähneln, was homogene Mischungen von Material und Zusatzstoff mit den obengenannten Vorteilen ermöglicht.According to one embodiment of the invention, the additive and the material each comprise particles whose maximum dimensions differ from one another by less than 25%. This advantageously ensures that the material properties such as flowability, bulk density and tap density of the material and additive are similar, which enables homogeneous mixtures of material and additive with the above-mentioned advantages.

Beispielsweise weist das Material Partikel mit maximalen Erstreckungen von 50 µm bis 120 µm auf.For example, the material has particles with maximum dimensions of 50 µm to 120 µm.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen. Das System weist eine Detektionseinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, einen Wert einer physikalischen Größe eines Zusatzstoffs in einem Material zur generativen Herstellung wenigstens eines Bauteils zu detektieren. Weiterhin umfasst das System eine Prozessoreinheit, welche dazu ausgebildet ist:

  • - aus einer Änderung der physikalischen Größe des Zusatzstoffs gegenüber einem Wert der physikalischen Größe des Zusatzstoffs zumindest eine Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft des Zusatzstoffs und/oder Materials zu gewinnen und
  • - die Information in einem weiteren generativen Fertigungsprozess zur Anpassung der Prozessparameter zu verwenden und entsprechend die Prozessparameter einzustellen.
A second aspect of the invention relates to a system for the generative production of components in generative manufacturing processes. The system has a detection unit which is designed to detect a value of a physical quantity of an additive in a material for the generative production of at least one component. The system also comprises a processor unit which is designed to:
  • - to obtain at least one piece of information regarding a change in a material property of the additive and/or material from a change in the physical size of the additive compared to a value of the physical size of the additive and
  • - to use the information in a further generative manufacturing process to adapt the process parameters and to set the process parameters accordingly.

Das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet sein.The system according to the second aspect of the invention can be used to carry out the method be designed according to the first aspect of the invention.

Die Prozessoreinheit kann von der Detektionseinheit Daten empfangen, wobei der Wert der von der Detektionseinheit detektierten physikalischen Größe an die Prozessoreinheit weitergegeben wird. Weiterhin kann die Prozessoreinheit Daten bezüglich der Materialeigenschaft des Zusatzstoffs und/oder Materials auf eine Datenbank mit an sich bekannten Materialeigenschaften zugreifen, um entsprechende Werte der physikalischen Größe im Falle von frischem Zusatzstoff und/oder Material zu beziehen.The processor unit can receive data from the detection unit, whereby the value of the physical quantity detected by the detection unit is passed on to the processor unit. Furthermore, the processor unit can access data relating to the material properties of the additive and/or material from a database with material properties known per se in order to obtain corresponding values of the physical quantity in the case of fresh additive and/or material.

Das System kann weiterhin eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe von Zusatzstoff und/oder Material aufweisen. Die Prozessoreinheit kann weiter dazu ausgebildet sein kann, anhand von vorliegenden Materialeigenschaften eine durch die Ausgabeeinheit hinzuzugebende Menge von Zusatzstoff und/oder Material zu berechnen, um eine Zielvorgabe der Materialeigenschaft von Material und/oder Zusatzstoff nach der Hinzugabe zu erreichen. Die Zielvorgabe kann ein bestimmter Wert der jeweiligen Materialeigenschaft sein, zum Beispiel eine bestimmte Schüttdichte.The system can further comprise an output unit for outputting additive and/or material. The processor unit can further be designed to calculate an amount of additive and/or material to be added by the output unit based on existing material properties in order to achieve a target material property of the material and/or additive after addition. The target can be a specific value of the respective material property, for example a specific bulk density.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein mittels des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung hergestelltes Bauteil. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder spezieller ein zumindest teilweise elektrisch antreibbarer Personenkraftwagen sein.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle comprising at least one component produced by means of the method according to the first aspect of the invention. The motor vehicle can be, for example, a passenger car or, more specifically, an at least partially electrically driven passenger car.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiment shown in the accompanying drawings.

Es zeigen

  • 1: eine schematische Übersicht eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens sowie des Systems zur generativen Herstellung von Bauteilen in generativen Fertigungsprozessen; sowie
  • 2: schematisch einen Mischprozess, welcher eine homogene Mischung aus Material und Zusatzstoff erzeugt.
Show it
  • 1 : a schematic overview of an embodiment of the method and the system for the generative production of components in generative manufacturing processes; and
  • 2 : schematically shows a mixing process which produces a homogeneous mixture of material and additive.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für das vorgeschlagene Verfahren sowie das System 5 zur generativen Herstellung 12 von Bauteilen 1 in generativen Fertigungsprozessen 3 schematisch gezeigt.In 1 an embodiment of the proposed method and the system 5 for the generative production 12 of components 1 in generative manufacturing processes 3 is shown schematically.

Als Komponenten des Systems 5 sind hierbei eine Ausgabeeinheit 8, eine Detektionseinheit 6, eine Mischeinheit 9 sowie eine Prozessoreinheit 7 dargestellt. Die Ausgabeeinheit 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, Zusatzstoff 2 sowie Material 20 in Form eines Pulvers 21 zur generativen Fertigung von Bauteilen 1 auszugeben. Die Detektionseinheit 6 ist dazu ausgebildet, zumindest eine physikalische Größe des Zusatzstoffs 2 zu detektieren. Die Prozessoreinheit 7 ist dazu ausgebildet, anhand der von der Detektionseinheit 6 detektierten physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 eine Information bezüglich einer Veränderung der Materialeigenschaft des Pulvers 21 und/oder des Zusatzstoffs 2 zu gewinnen und die Information zur Anpassung der Prozessparameter in einem weiteren Fertigungsprozess 3 zu verwenden. Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel die Prozessoreinheit 7 dazu ausgebildet, die über die Ausgabeeinheit 8 ausgegebenen Mengen von Material 20 bzw. Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 basierend auf der Information vorzugeben.An output unit 8, a detection unit 6, a mixing unit 9 and a processor unit 7 are shown as components of the system 5. In this exemplary embodiment, the output unit 8 is designed to output additive 2 and material 20 in the form of a powder 21 for the generative production of components 1. The detection unit 6 is designed to detect at least one physical quantity of the additive 2. The processor unit 7 is designed to obtain information regarding a change in the material properties of the powder 21 and/or the additive 2 based on the physical quantity of the additive 2 detected by the detection unit 6 and to use the information to adapt the process parameters in a further production process 3. In addition, in this exemplary embodiment, the processor unit 7 is designed to specify the quantities of material 20 or powder 21 and/or additive 2 output via the output unit 8 based on the information.

Hinsichtlich des Verfahrens zur generativen Herstellung 12 von Bauteilen 1 in generativen Fertigungsprozessen 3 zeigt 1 einen Kreislauf, in welchem nacheinander mehrere generative Fertigungsprozesse 3 durchgeführt werden. In jedem generativen Fertigungsprozess 3 wird dabei zumindest ein Bauteil 1 generativ hergestellt. Ausgehend von der Mischeinheit 9 soll im Folgenden zunächst von einer dort vorliegenden Komposition von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 ausgegangen werden, wobei die Materialeigenschaft des Pulvers 21 sowie die des Zusatzstoffs 2 hier als unbekannt angenommen werden. Dies kann zum Beispiel dann der Fall sein, falls das in der Mischeinheit 9 vorliegende Pulver 21 mit dem Zusatzstoff 2 zu einem ersten Bestandteil aus Pulver 21 und Zusatzstoff 2 besteht, welche in einem vorherigen generativen Fertigungsprozess 3 bereits verwendet aber nicht in ein Bauteil 1 umgesetzt wurden. Dieser erste Bestandteil wurde jedoch in dem vorherigen generativen Fertigungsprozess 3 zumindest teilweise Prozessparametern wie zum Beispiel thermischer Energie oder Strahlungsenergie ausgesetzt, sodass die Materialeigenschaften von Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 nicht mehr den bekannten Materialeigenschaften frischen Pulvers 21 und/oder Zusatzstoffs 2 entsprechen. Die Materialeigenschaften dieses ersten Bestandteils sind dann an dieser Stelle unbekannt oder mit einer Unsicherheit behaftet. Als zweiter Bestandteil kann in der Mischeinheit 9 eine über die Ausgabeeinheit 8 ausgegebene Menge von weiterem Pulver 21 sowie weiteren Zusatzstoffen 2 hinzugegeben werden. Hierbei kann es sich ebenfalls um bereits in vorherigen generativen Fertigungsprozessen 3 verwendetes Pulver 21 und/oder Zusatzstoffe 2 handeln, sodass auch der zweite Bestandteil nicht bekannte Materialeigenschaften aufweisen kann. Selbst wenn hierbei frisches Pulver 21 und frische Zusatzstoffe 2 hinzugegeben werden, bleiben der erste Bestandteil von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 und damit die Materialeigenschaften der an dieser Stelle vorliegenden Gesamtheit von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 unbekannt.With regard to the method for the generative production 12 of components 1 in generative manufacturing processes 3, 1 a cycle in which several generative manufacturing processes 3 are carried out one after the other. In each generative manufacturing process 3, at least one component 1 is generatively manufactured. Starting from the mixing unit 9, the following will initially assume a composition of powder 21 and additive 2 present there, whereby the material properties of the powder 21 and those of the additive 2 are assumed to be unknown here. This can be the case, for example, if the powder 21 present in the mixing unit 9 consists of the additive 2 to form a first component of powder 21 and additive 2, which were already used in a previous generative manufacturing process 3 but not converted into a component 1. However, this first component was at least partially exposed to process parameters such as thermal energy or radiation energy in the previous generative manufacturing process 3, so that the material properties of powder 21 and/or additive 2 no longer correspond to the known material properties of fresh powder 21 and/or additive 2. The material properties of this first component are then unknown or subject to uncertainty at this point. As a second component, a quantity of further powder 21 and further additives 2 can be added in the mixing unit 9 via the output unit 8. This can also be powder 21 and/or additives 2 that have already been used in previous generative manufacturing processes 3, so that the second component can also have unknown material properties. Even if fresh powder 21 and fresh additives 2 are added here, the first component of powder 21 and additive 2 and thus the material properties of the powder present at this point remain the same. Total of powder 21 and additive 2 unknown.

Diese Gesamtheit von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 wird in der in 1 dargestellten Mischeinheit 9 zu einer homogenen Mischung 4 vermischt, welche anschließend zur generativen Herstellung 12 von Bauteilen 1 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann es sich dabei um die Pulverbereitstellung 11 von Pulver 21 in einem Pulverbett handeln.This combination of powder 21 and additive 2 is used in the 1 The powder is mixed in the mixing unit 9 shown to form a homogeneous mixture 4, which is then provided for the generative production 12 of components 1. For example, this can involve the powder provision 11 of powder 21 in a powder bed.

Anschließend wird mittels der Detektionseinheit 6 zumindest eine physikalische Größe des homogen im Pulver 21 vorliegenden Zusatzstoffs 2 detektiert. Zum Beispiel kann dies geschehen, indem eine Stichprobe des Pulvers 21 mit dem Zusatzstoff 2 aus dem Pulverbett entnommen und extern hinsichtlich der physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 untersucht wird. Denkbar ist hierbei unter anderem eine massenspektrometrische Detektion der Konzentration des Zusatzstoffs 2 im Pulver 21 aus der Stichprobe. Alternativ kann die Detektion der physikalischen Größe auch im Pulverbett und ohne Entnahme von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 erfolgen, beispielsweise durch optische Detektion der physikalischen Größe. Anhand des detektierten Werts der physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 kann eine Information hinsichtlich einer Veränderung der Materialeigenschaft von Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 infolge von zuvor durchgeführten generativen Fertigungsprozessen 3 mittels der Prozessoreinheit 7 gewonnen werden.Subsequently, at least one physical quantity of the additive 2 present homogeneously in the powder 21 is detected by means of the detection unit 6. For example, this can be done by taking a sample of the powder 21 with the additive 2 from the powder bed and examining it externally with regard to the physical quantity of the additive 2. One conceivable option here is mass spectrometric detection of the concentration of the additive 2 in the powder 21 from the sample. Alternatively, the physical quantity can also be detected in the powder bed and without removing powder 21 and additive 2, for example by optical detection of the physical quantity. Based on the detected value of the physical quantity of the additive 2, information regarding a change in the material properties of powder 21 and/or additive 2 as a result of previously carried out generative manufacturing processes 3 can be obtained by means of the processor unit 7.

Die Prozessoreinheit 7 verwendet diese Information, indem sie basierend auf der Information die Prozessparameter an die veränderten bzw. entsprechend an dieser Stelle vorliegenden Materialeigenschaften von Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 anpasst. Dies kann zum Beispiel dahingehend erfolgen, dass die bei der anschließend durchgeführten generativen Herstellung 12 des zumindest einen Bauteils 1 verwendete, auf das Material 20 bzw. Pulver 21 mit dem Zusatzstoff 2 einwirkende Strahlungsleistung einer Strahlungsquelle gegenüber einem der in einem vorherigen generativen Fertigungsprozess 3 verwendeten Strahlungsleistung erhöht oder verringert wird. Folglich können die Prozessparameter an die unmittelbar vor der generativen Herstellung 12 vorliegenden Materialeigenschaften angepasst werden, wodurch sich der Ausschuss von Bauteilen 1 wegen nicht optimal an die Materialeigenschaften angepasster Prozessparameter erheblich verringert.The processor unit 7 uses this information by adapting the process parameters to the changed or corresponding material properties of powder 21 and/or additive 2 at this point based on the information. This can be done, for example, by increasing or reducing the radiation power of a radiation source used in the subsequent generative production 12 of the at least one component 1 and acting on the material 20 or powder 21 with the additive 2 compared to the radiation power used in a previous generative manufacturing process 3. Consequently, the process parameters can be adapted to the material properties present immediately before the generative production 12, whereby the rejection of components 1 due to process parameters not optimally adapted to the material properties is significantly reduced.

Das bei der generativen Herstellung 12 hergestellte zumindest eine Bauteil 1 kann nun dem Pulverbett entnommen werden, wobei das nicht in das zumindest eine Bauteil 1 umgesetzte Pulver 21 und der nicht in das zumindest eine Bauteil 1 umgesetzte Zusatzstoff 2 im Pulverbett verbleiben. Dieses Rezyklat 10 soll zur optimierten Ausnutzung von Pulver 20 und Zusatzstoff 2 auch in folgenden generativen Fertigungsprozessen 3 verwendet werden.The at least one component 1 produced during the generative production 12 can now be removed from the powder bed, whereby the powder 21 not converted into the at least one component 1 and the additive 2 not converted into the at least one component 1 remain in the powder bed. This recyclate 10 is also intended to be used in subsequent generative manufacturing processes 3 for optimized utilization of powder 20 and additive 2.

Zu diesem Zweck wird wie in 1 weiter erkennbar ist mittels der Detektionseinheit 6 an dieser Stelle die physikalische Größe des Zusatzstoffs 2 im Rezyklat 10 detektiert. Aus der Veränderung des Werts der hier nach der generativen Herstellung 12 detektierten physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 gegenüber deren Wert vor der generativen Herstellung 12 kann eine Information bezüglich der Veränderung der Materialeigenschaft von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 gewonnen werden. Diese Information wird dann in einem weiteren generativen Fertigungsprozess 3 zur Anpassung der Prozessparameter verwendet. Darüber hinaus kann die Information, wie in 1 dargestellt, dazu verwendet werden, die Mischungsverhältnisse von Pulver 21 und Zusatzstoff 2 durch Hinzugabe von weiterem Pulver 21 und/oder weiterem Zusatzstoff 2 anzupassen. Hierzu kann die Prozessoreinheit 7 beispielsweise ausgehend von den nun bekannten Materialeigenschaften des Rezyklats 10 die Hinzugabe einer durch die Prozessoreinheit 7 berechneten Menge von Material 20 bzw. Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 durch die Ausgabeeinheit 8 veranlassen, um eine vordefinierte oder vorprogrammierte Zielvorgabe der Materialeigenschaften nach der Hinzugabe zu erreichen. Zum Beispiel kann die Prozessoreinheit 7 ausgehend von einer im Rezyklat 10 detektierten ersten Werts der physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2, welcher einer ersten Schüttdichte des Zusatzstoffs 2 und/oder Pulvers 21 entspricht, berechnen, wie viel frisches Pulver 21 und Zusatzstoff 2 hinzugegeben werden muss, um eine Zielvorgabe für die Schüttdichte zu erreichen. Die für diese Berechnung benötigten Massen des Rezyklats 10 und des frischen Pulvers 21 bzw. Zusatzstoffs 2 sind wegen der geringen Konzentrationen des Zusatzstoffs im Bereich von beispielsweise 1 ppm - 1000 ppm im Wesentlichen durch das Pulver 21 gegeben und können abgewogen werden.For this purpose, as in 1 It can also be seen that the physical size of the additive 2 in the recyclate 10 is detected at this point by means of the detection unit 6. From the change in the value of the physical size of the additive 2 detected here after the generative production 12 compared to its value before the generative production 12, information can be obtained regarding the change in the material properties of powder 21 and additive 2. This information is then used in a further generative production process 3 to adjust the process parameters. In addition, the information can, as in 1 shown, can be used to adjust the mixing ratios of powder 21 and additive 2 by adding further powder 21 and/or further additive 2. To do this, the processor unit 7 can, for example, based on the now known material properties of the recyclate 10, cause the output unit 8 to add an amount of material 20 or powder 21 and/or additive 2 calculated by the processor unit 7 in order to achieve a predefined or preprogrammed target for the material properties after the addition. For example, based on a first value of the physical quantity of the additive 2 detected in the recyclate 10, which corresponds to a first bulk density of the additive 2 and/or powder 21, the processor unit 7 can calculate how much fresh powder 21 and additive 2 must be added in order to achieve a target for the bulk density. The masses of the recyclate 10 and the fresh powder 21 or additive 2 required for this calculation are essentially given by the powder 21 due to the low concentrations of the additive in the range of, for example, 1 ppm - 1000 ppm and can be weighed.

Der in 1 dargestellte Kreisprozess wird geschlossen, indem das Rezyklat 10 nun in der Mischeinheit 9 mit dem weiteren Pulver 21 und/oder Zusatzstoff 2 zu einer homogenen Mischung 4 vermischt wird. Anschließend kann ein weiterer generativer Fertigungsprozess 3 entsprechend der obigen Beschreibung durchgeführt werden.The 1 The cycle process shown is closed by mixing the recyclate 10 in the mixing unit 9 with the additional powder 21 and/or additive 2 to form a homogeneous mixture 4. A further generative manufacturing process 3 can then be carried out in accordance with the above description.

In 2 ist schematisch ein Mischprozess gezeigt. Hierbei wird aus einem Material 20 bzw. einem Pulver 21 einerseits und einem Zusatzstoff 2 andererseits eine homogene Mischung 4 erzeugt, welche aus dem Material 20 bzw. dem Pulver 1 und dem Zusatzstoff 2 entsteht. Diese homogene Mischung 4 kann dann für einen generativen Fertigungsprozess 3 zur generativen Herstellung 12 von Bauteilen 1 verwendet werden, wie in 1 gezeigt und zuvor beschrieben. In 2 A mixing process is shown schematically. In this process, a homogeneous mixture 4 is produced from a material 20 or a powder 21 on the one hand and an additive 2 on the other hand, which mixture is produced from the material 20 or the powder 1 and the additive 2. This homogeneous mixture 4 can then be used for a generative manufacturing process 3 for the generative production 12 of Components 1 as shown in 1 shown and described previously.

In der homogenen Mischung 4 liegt der Zusatzstoff 2 räumlich homogen, also gleichverteilt vor, sodass die Detektion der physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 auch anhand einer Entnahme einer Stichprobe von Material 20 bzw. Pulver 21 mit Zusatzstoff 2 erfolgen kann, wobei die Stichprobe statistisch repräsentativ für die Gesamtheit des vorliegenden Materials 20 bzw. Pulvers 21 mit dem Zusatzstoff 2 ist. Alternativ zur Stichprobe kann auch eine Teilmenge des Materials 20 bzw. Pulvers 21 mit dem Zusatzstoff 2 hinsichtlich der physikalischen Größe des Zusatzstoffs 2 untersucht werden, ohne dass die Teilmenge der Gesamtheit entnommen wird. Durch die Homogenität der homogenen Mischung 4 ist auch die so ermittelte physikalische Größe repräsentativ für die Gesamtheit von Material 20 bzw. Pulver 21 und Zusatzstoff 2.In the homogeneous mixture 4, the additive 2 is spatially homogeneous, i.e. evenly distributed, so that the physical size of the additive 2 can also be detected by taking a sample of material 20 or powder 21 with additive 2, whereby the sample is statistically representative of the entirety of the present material 20 or powder 21 with the additive 2. As an alternative to the sample, a subset of the material 20 or powder 21 with the additive 2 can also be examined with regard to the physical size of the additive 2 without the subset being taken from the entirety. Due to the homogeneity of the homogeneous mixture 4, the physical size determined in this way is also representative of the entirety of material 20 or powder 21 and additive 2.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BauteilComponent
22
ZusatzstoffAdditive
33
FertigungsprozessManufacturing process
44
Homogene MischungHomogeneous mixture
55
Systemsystem
66
DetektionseinheitDetection unit
77
ProzessoreinheitProcessor unit
88th
AusgabeeinheitOutput unit
99
MischeinheitMixing unit
1010
RezyklatRecycled
1111
PulverbereitstellungPowder supply
1212
Generative HerstellungGenerative manufacturing
2020
Materialmaterial
2121
Pulverpowder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20200333295 A1 [0004]US 20200333295 A1 [0004]
  • US 20220134435 A1 [0005]US 20220134435 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3), wobei in einem generativen Fertigungsprozess (3) ein Material (20) zur Herstellung eines oder mehrerer Bauteile (1) mit zumindest einem Zusatzstoff (2) versehen und das Material (20) mit dem Zusatzstoff (2) teilweise zur generativen Herstellung (12) wenigstens eines Bauteils (1) eingesetzt wird, und wobei nach der generativen Herstellung (12) zumindest eine physikalische Größe des Zusatzstoffs (2) detektiert wird, wobei aus einer Änderung der physikalischen Größe des Zusatzstoffs (2) gegenüber einem Wert der physikalischen Größe vor der generativen Herstellung (12) zumindest eine Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft des nach Ausführung des generativen Fertigungsprozesses (3) verbliebenen Zusatzstoffes (2) und/oder Materials (20) gewonnen wird, und die Information in einem weiteren generativen Fertigungsprozess (3) zur Anpassung der Prozessparameter verwendet wird.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3), wherein in a generative manufacturing process (3) a material (20) for producing one or more components (1) is provided with at least one additive (2) and the material (20) with the additive (2) is partially used for the generative production (12) of at least one component (1), and wherein after the generative production (12) at least one physical quantity of the additive (2) is detected, wherein from a change in the physical quantity of the additive (2) compared to a value of the physical quantity before the generative production (12) at least one piece of information regarding a change in a material property of the additive (2) and/or material (20) remaining after execution of the generative manufacturing process (3) is obtained, and the information is used in a further generative manufacturing process (3) to adapt the process parameters. Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach Anspruch 1, wobei eine Stichprobe des Materials (20) mit dem Zusatzstoff (2) entnommen wird und die physikalische Größe des Zusatzstoffs (2) anhand der Stichprobe detektiert wird.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to Claim 1 , wherein a sample of the material (20) with the additive (2) is taken and the physical size of the additive (2) is detected based on the sample. Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach Anspruch 1, wobei die physikalische Größe des Zusatzstoffs (2) detektiert wird, ohne dass zumindest teilweise Material (20) und die zumindest eine Art von Zusatzstoff (2) entnommen werden.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to Claim 1 , wherein the physical size of the additive (2) is detected without at least partial removal of material (20) and the at least one type of additive (2). Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor und nach der generativen Herstellung (12) eine physikalische Größe des Zusatzstoffs (2) detektiert wird, und wobei aus einer Änderung des jeweils detektierten Werts der physikalischen Größe die zumindest eine Information gewonnen wird.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to one of the preceding claims, wherein a physical quantity of the additive (2) is detected before and after the generative production (12), and wherein the at least one item of information is obtained from a change in the respectively detected value of the physical quantity. Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der physikalischen Größen die Konzentration des Zusatzstoffs (2) ist.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the physical variables is the concentration of the additive (2). Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zusatzstoff (2) zumindest eines der folgenden umfasst: modifizierte Polymere, fluoreszierende Partikel, Farbpartikel, magnetische Partikel, metallische Partikel, silikatgekapselte DNS oder Zusatzstoffe, welche dazu ausgebildet sind, den pH-Wert des Materials zu verändern.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to one of the preceding claims, wherein the additive (2) comprises at least one of the following: modified polymers, fluorescent particles, color particles, magnetic particles, metallic particles, silicate-encapsulated DNA or additives which are designed to change the pH value of the material. Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere generative Fertigungsprozesse (3) durchgeführt werden, und wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden generativen Fertigungsprozessen (3) Material (20) und/oder weiterer Zusatzstoff (2) beigemischt wird und eine homogene Mischung (4) erzeugt wird.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to one of the preceding claims, wherein several generative manufacturing processes (3) are carried out, and wherein between two successive generative manufacturing processes (3) material (20) and/or further additive (2) is added and a homogeneous mixture (4) is produced. Verfahren zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zusatzstoff (2) und das Material (20) jeweils Partikel umfassen, deren maximale Erstreckungen um weniger als 25% voneinander abweichen.Method for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3) according to one of the preceding claims, wherein the additive (2) and the material (20) each comprise particles whose maximum extensions differ from one another by less than 25%. System (5) zur generativen Herstellung (12) von Bauteilen (1) in generativen Fertigungsprozessen (3), aufweisend eine Detektionseinheit (6), welche dazu ausgebildet ist, einen Wert einer physikalischen Größe eines Zusatzstoffs (2) in einem Material (20) zur generativen Herstellung (12) wenigstens eines Bauteils (1) zu detektieren, wobei das System (5) weiterhin eine Prozessoreinheit (7) aufweist, welche dazu ausgebildet ist: • aus einer Änderung der physikalischen Größe des Zusatzstoffs (2) gegenüber einem Wert der physikalischen Größe des Zusatzstoffs (2) zumindest eine Information hinsichtlich einer Veränderung einer Materialeigenschaft des Zusatzstoffs (2) und/oder Materials (20) zu gewinnen und • die Information in einem weiteren generativen Fertigungsprozess (3) zur Anpassung der Prozessparameter zu verwenden und entsprechend die Prozessparameter einzustellen.System (5) for the generative production (12) of components (1) in generative manufacturing processes (3), comprising a detection unit (6) which is designed to detect a value of a physical quantity of an additive (2) in a material (20) for the generative production (12) of at least one component (1), wherein the system (5) further comprises a processor unit (7) which is designed to: • obtain at least one piece of information regarding a change in a material property of the additive (2) and/or material (20) from a change in the physical quantity of the additive (2) compared to a value of the physical quantity of the additive (2) and • use the information in a further generative manufacturing process (3) to adapt the process parameters and to set the process parameters accordingly. Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestelltes Bauteil (1).Motor vehicle, comprising at least one by means of the method according to one of the Claims 1 until 8th manufactured component (1).
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