EP3697557A1 - Tool changing in generative production - Google Patents

Tool changing in generative production

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Publication number
EP3697557A1
EP3697557A1 EP18785608.3A EP18785608A EP3697557A1 EP 3697557 A1 EP3697557 A1 EP 3697557A1 EP 18785608 A EP18785608 A EP 18785608A EP 3697557 A1 EP3697557 A1 EP 3697557A1
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EP
European Patent Office
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tool
tool holder
unit
holder
movement
Prior art date
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Pending
Application number
EP18785608.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Pieger
Felix Linder
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Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device for in particular laser-based additive manufacturing. Furthermore, it relates to the provision of tools that are used in particular for the preparation of correspondingly leveled powder surfaces for a subsequent manufacturing process.
  • the laser-based additive manufacturing of - in particular metallic or ceramic - workpieces is based on a solidification of a present on a building platform in powder form starting material by the irradiation with laser light.
  • This concept also known as selective laser melting (SLM), powder bed fusion and laser metal fusion (LMF) - is used in machines for (metallic) 3D printing, so-called additive manufacturing systems.
  • SLM selective laser melting
  • LMF laser metal fusion
  • An exemplary machine for the additive production of three-dimensional components by means of SLM is disclosed in the European Patent Application EP 2 732 890 A2 of Sisma SpA.
  • the advantages of generative manufacturing are generally a simple production of complex and customizable parts. In this case, in particular defined structures in the interior and / or power flow optimized structures can be realized.
  • the process of laser-based additive manufacturing takes place in a construction chamber on a work surface in a production room.
  • a coater tool (often in the form of a slider, wiper, squeegee, or brush) is hereafter generally referred to as a job tool.
  • the coater tool (often in the form of a slider, wiper, squeegee, or brush) is hereafter generally referred to as a job tool.
  • a job tool is hereafter generally referred to as a job tool.
  • DE 4 325 573 C2 discloses wiper blades for applying the powder layers, which are exchanged depending on the application situation.
  • DE 10 2006 056422 B3 discloses the use of rotatably held wiper blades.
  • a manual replacement of the coater tool is disadvantageous for the production, since due to high temperatures in the production space (eg, greater than 350 ° C), for example, the risk of injury to the operator due to burns or by interrupting the manufacturing process, a component delay can occur. Accordingly, automated and semi-automated change mechanisms are known, but some require complex replacement procedures, as disclosed by way of example in EP 3,168,033 AI. Furthermore, mechanisms are known which relate to the process of powder application. DE 20 2009 016 400 Ul, for example, discloses a liftable powder smoothing bar. Furthermore, EP 2 732 889 A1 discloses a production machine in which a powder slide can be moved back around an axis into an initial position without influencing the powder bed.
  • DE 10 2015 222 207 AI discloses a machine tool system, the one for subtractive machining operations with z. Cutting or milling tools, which can be moniterted in a spindle, and is designed for additive machining operations in combination with a belt-based conveying system of powder.
  • US 2016/0095959 AI discloses a modular manufacturing system.
  • One aspect of this disclosure is based on the task of integrating an autonomous change of job tools into a generative manufacturing plant. Another object is to provide an associated change system that can be provided in the production space of a previously described generative manufacturing plant.
  • At least one of these objects is achieved by a method for receiving a tool unit according to claim 1, a method for depositing a tool unit according to claim 8 and by a device for additive manufacturing according to claim 12. Further developments are specified in the subclaims.
  • a method for receiving a tool unit of a device for additive manufacturing in a tool holder comprises the following steps.
  • the device for generative production has a linear drive with a base body and the tool holder is fastened rotatably on the base body about a rotation axis.
  • the tool holder is further movable with the main body along a movement axis of the linear drive in a production space of the device for additive manufacturing.
  • the device for additive manufacturing further has a tool storage in the production space, which provides a plurality of tool places for tool units, wherein the tool unit to be accommodated is provided on one of the tool places.
  • the tool holder has a clamping device, which has a relaxed operating state for receiving and removing the tool unit and a tensioned operating state for fixing the recorded tool unit.
  • the tool holder with the main body can be movable along a movement axis of the linear drive via a working surface which is arranged in a production space of the device for generative production, wherein the working surface has a platform area and a lower limit of a tool unit accommodated in a tool holder substantially can be moved over the platform area at the height of the work surface.
  • the steps include: activating the relaxed operating state of the tool holder; moving the tool holder to the tool place with the provided tool unit by performing a linear movement along the movement axis and a pivoting movement about the rotation axis; activating the cocked operating state of the tool holder and lifting the provided tool unit out of the tool space.
  • the tool holder rotates as a pivoting arm with a linear motion and pivotal movement over the moving movement about the rotation axis of the tool unit zoom in until it touches a stop surface of the tool holder.
  • the tool place is approached from below (eg when the tool unit is placed on pins at the tool place).
  • activating the tensioned operating state via a linear actuator of the tool holder can cause a positive and / or non-positive fixation of the tool unit.
  • clamping wedges of the tool holder can be spring-loaded by releasing a pneumatic system.
  • an exact position of the tool unit in the tool holder can be achieved by a force and form fit of the clamping wedges and / or a frictional connection of at least one blade against a stop surface of the tool holder.
  • lifting out by continuing the pivoting movement may cause the tool unit to become detached from pins of the tooling station.
  • the tool holder with the tool unit clamped can be moved out of the tool storage into the manufacturing space.
  • a method for depositing a tool unit of a generative manufacturing apparatus as described above into a tool storage includes the steps of moving the tool holder with the clamped tool unit to the tool station by linear movement along the movement axis and pivotal movement about the tool Rotation axis are performed; activating the relaxed operating state of the tool holder and moving out the tool holder without tool unit from the tool storage.
  • the tool holder as a pivoting arm with a linear movement
  • Activation of the relaxed operating state can be achieved via (at least) one linear actuator of the tool holder by releasing a positive and / or non-positive fixation of the tool unit.
  • an apparatus for additive manufacturing comprises: a housing which provides a production space for the additive manufacturing, a linear drive arranged in the production space with a base body which is movable along a movement axis of the linear drive in the production space, and a tool holder for carrying a tool unit.
  • the tool holder is rotatably mounted on the base body about a rotation axis and is moved along with the base body along the axis of movement of the linear drive.
  • the tool holder further includes a jig that has a relaxed operating condition for receiving and removing the tool unit and a cocked operating condition for fixing the received tool unit.
  • the apparatus further includes a tool storage disposed in the manufacturing space and providing a plurality of tool unit tool locations, wherein at least one of the tool locations is linearly moved along the axis of movement and pivotal about the axis of rotation from the tool holder for receiving or is approachable for storing a tool unit.
  • the tool holder with the base body along the axis of movement of the linear drive can be moved over the work surface, so that a lower boundary of a recorded in a tool holder tool unit with the linear drive (essentially at the height of the working surface over the platform area is movable, in particular to define a level of the surface of the powder layer.
  • the apparatus may further include a controller configured to perform one of the methods described above.
  • At least one of the tool units may include a tool holder and a powder handling application tool clamped in the tool holder. Furthermore, at least one of the tool units may comprise a special tool with a pneumatically or electrically operated rotational and / or linear drive axle.
  • the clamping device of the tool holder for example, have an electric and / or pneumatic actuator and at least one compression spring for adjusting the operating conditions.
  • At least one of the tool places may have pins for engaging in recesses in the tool unit.
  • a tool change can be carried out autonomously by the use of an existing machine axis. Compared to manual tool changes, an automated changeover can ensure that the tool change can take place in a timely and fast manner so that there is no component distortion due to the interruption of the construction process.
  • an opening of the production space is not necessary and the concepts disclosed here can be used at high building platform temperatures.
  • the concepts disclosed here can be implemented with a cost-effective and space-saving design of mechanics and sensor technology.
  • the concepts disclosed herein require no additional space below the build platform, do not unnecessarily restrict the space and thus avoid construction costs.
  • concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exemplary generative manufacturing apparatus
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus of FIG. 1 parallel to the XY plane through the production space
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1, parallel to the XZ plane through the production space, as indicated in FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are side views of an exemplary tool holder with a job tool partially in section and
  • FIG. 5 shows schematic illustrations a) to j) for illustrating a tool replacement process.
  • aspects described herein are based, in part, on the recognition that an existing rotary axis can be used in a tool replacement operation in which a tool unit is unloaded with a job tool in a magazine and a new tool unit is received.
  • tool changer proposed herein may substitute a variety of different tooling units.
  • Exemplary tool units include
  • Order tools with z. B. carbon fiber brush or X-shaped lip and special tools such.
  • FIGS. 4A, 4B and 5 show an exemplary generative manufacturing apparatus 1 for the additive production of a three-dimensional component 3 of a powdery material (generally powder 5) in a perspective view and in schematic sectional views.
  • a powdery material generally powder 5
  • the manufacturing device 1 comprises a housing 7, which provides a production space 9. Through a door 11 A in a front wall 11, there is access to the production room 9.
  • the housing 7 further includes a Schutzgasabsaugsystem with z.
  • An irradiation system 15, for example, mounted above the housing is designed to generate, for example, laser light which melts the powder 5 into material layers of a 3D component 3.
  • the manufacturing process takes place on a work surface 27, which forms the bottom of the production space 9 and has a platform area 17A, a storage area 25A and optionally a powder collection area 29A.
  • the manufacturing process takes place on a building platform 17, which in the platform area 17A z.
  • the construction platform 17 rests on a carrier 19 which can be moved in a height in a construction cylinder 21 (in the ⁇ Z direction in FIG. 3).
  • the storage area 25A serves to provide fresh powder 5A, which is transferred to the building platform area 23A with an application tool 23 in order to produce the 3D component 3 in layers.
  • FIGS. 4A and 4B On the construction platform 17, a powder bed filled with, for example, metallic or ceramic powder for irradiation with the laser light is prepared from above.
  • the application tool 23 serves to distribute the powder 5 in the X direction during the manufacturing process.
  • a lower region of the application tool 23 passes over the working surface 27, takes powder with it and thereby fills areas which are e.g. B. respect.
  • the work surface are lowered.
  • the lower portion of the application tool 23 defines the level of the powder surface.
  • brushes, steel or ceramic blades, and elastomer elastic lips are used as the dispensing tool for dispensing the powder. That is, the lower region of the application tool 23 can, for example, be formed as a blade, carbon fiber brush, X-shaped rubber lip or as Spalt Schillbürste.
  • the level of the powder surface in particular within the construction cylinder 21, corresponds to the surface of the powder bed in the production process and the layer last applied during the production process.
  • the level is defined by the lower limit of the application tool 23 and is usually substantially at the level of the work surface 27th
  • fresh powder 5 A which is provided in a storage cylinder 25 provided in the storage area 25 A, is displaced via the working surface 27 into the platform area 17 A with the applicator tool 23, where it is distributed in the area of the lowered building platform 17 and accordingly forms a new surface layer.
  • Unnecessary powder is, for example, pushed into a collecting cylinder 29 provided in the powder collecting area 29A.
  • a decoating can also be carried out.
  • the application tool 23 can remove a layer of powder from the previously lifted building platform by brushing over and analogously form a fresh surface.
  • the storage area 25A, the platform area 17A and the powder collecting area 29A are arranged next to one another in the X direction and the application tool 23 can be linearly displaced in the X direction.
  • the production device 1 For a linear displacement of the application tool 23 in the X direction, the production device 1 comprises a linear drive 31 in the rear part of the housing 7.
  • the linear drive 31 is based, for example, on a recirculating ball guide or a belt drive for a linear reciprocation of a main body 31 A, on which a tool holder 33 via a rotatably mounted hollow shaft (not explicitly shown) is mounted.
  • a tool holder 33 via a rotatably mounted hollow shaft (not explicitly shown) is mounted.
  • the application tool 23 is attached.
  • an axis of rotation Rl of the hollow shaft is exemplified.
  • the hollow shaft / rotation axis Rl protrudes into the production space 9 and is used in the tool change concept described here by way of example.
  • the production device 1 has a tool storage 37 and optionally a camera (not shown).
  • the tool store 37 provides tool units for tool exchange.
  • the camera is aligned with the platform area 17A and can provide image data of the surface of the powder bed for evaluating the quality of the powder surface.
  • the manufacturing process comprises repeatedly lowering the build platform 17 in the build cylinder 21, building up a fresh powder layer on the build platform 17, and fusing the powder layer in the area in which the 3D part 3 is to be created.
  • Fig. 3 shows the partially completed 3D component 3, which is embedded in unfused powder 5.
  • fabrication takes place at elevated temperatures, which may be in the range of 300 ° C and more through a heating system for heating the powder and through the welding process.
  • a defined surface of the powder bed is desired (for example a horizontal, precisely aligned, plane alignment of a powder surface). This is achieved with the appropriately aligned application tool 23.
  • the construction platform of the building chamber is lowered by one layer thickness (so-called Z-increment), so that the application tool 23 can be moved back over the previously coated powder layer to fresh powder 5 A from the supply for a new powder layer on the build platform 17 to distribute.
  • the previously coated surface can be lowered slightly, so that the powder layer is not damaged.
  • the construction platform 17 is then moved back to the starting position.
  • the application tool 23 can be pivoted about a higher pivot point so that it is lifted off the powder bed on the way back to the powder supply. This is done by way of example with the hollow shaft via a pivoting of the application tool 23 about the rotation axis Rl. Accordingly, the build platform 17 does not have to be lowered before the return of the application unit, which improves the life of the piston seals and accelerates the overall process.
  • the rotation axis Rl runs along the upper end of the tool holder 33, so that the application tool 23 is rotatably mounted.
  • a servo geared motor 32 with electromagnetic shear brake can be provided on the main body 31A.
  • the rotatably mounted shaft is connected at its rear end via a gear pair with the servo geared motor 32.
  • the tool holder 33 is attached.
  • the servo geared motor 32 can effect a controllably feasible pivoting movement of the application tool 23 about the rotation axis Rl. In particular, it permits a rotation of the application tool 23 about the rotation axis R 1 within an angular range or even a free positioning by 360 °.
  • the rotation axis R1 lies on the linear movement axis L of the recirculating ball guide (or, for example, the belt guide).
  • damage to the application tool 23, in particular the tool edge interacting with the powder can occur during the production process. This happens z. B. due to inadvertent growing during production interference contours, sharp metal splash or the like.
  • This tool wear can be detected via a dark field illumination and image processing, for example with the camera. The need for a tool change can thus be signaled to an operator, and the tool unit can be replaced before a faulty coating occurs, so that in general the rejects of unusually generated components is reduced. Furthermore, replacement may be routinely made at predetermined time intervals.
  • the tool change is preferably carried out directly after detecting a wear of the application tool 23.
  • a manual replacement can cause unplanned delays, which, in conjunction with an axis stop triggered on the machine side, pose the risk of thermal distortion of the already produced part of the workpiece.
  • a concept for quickly changing a machining tool such.
  • B. a job tool for forming the surface layer disclosed.
  • This makes it possible to automatically clamp special tools in addition to application tools, which are provided in the tool storage 37 within the production space 9.
  • the tool change is controlled by a control unit 39.
  • the control unit 39 may be part of the control system of the manufacturing apparatus 1 or may be provided as an independent unit specific to the tool change.
  • the control unit 39 is indicated schematically by dashed lines and connected via data links 41 with the tool holder 33 and the tool storage unit 37.
  • the underlying system for the tool change is designed such that the exchange can be made with closed production room 9. It is based on the combination of a rotational movement of a tool unit about the rotation axis Rl and a linear movement by means of the linear drive 31 along the movement axis L.
  • the already mentioned arrangement of the application tool 23 is used, in which the application tool 23 is rotatably mounted, for example, near or on the linear movement axis L of the linear drive 31 via the tool holder 33 acting as a swivel arm.
  • Figures 4A and 4B show the tool holder 33 with a tool holder 43, in which a job tool 23 is clamped.
  • the tool holder 43 and the application tool 23 represent a replaceable tool unit 45 (also referred to as a tool).
  • a replaceable tool unit 45 also referred to as a tool.
  • Fig. 4A a partially shown in section support member 46 with an axle receiving portion 46A for receiving the hollow shaft and a pivot portion 46B, on which the tool unit 45 is attached.
  • the rotation axis Rl in the axle receiving portion 46A is indicated.
  • the tool holder 33 further comprises one or more, for example, two, linear actuators 47 which are secured to the pivot member portion 46B with screws 48. In conjunction with a clamping device allows the linear actuator 47 / the linear actuators z. B.
  • the clamping wedges 49 are arranged side by side at the distal end of the pivot member portion 46 B and screwed to guide shafts 51.
  • the guide shafts 51 extend through sliding bearings 53 in the pivot member 46B and can be displaced by the linear actuator 47 / the linear actuators (double arrow 55).
  • On each clamping wedge 49 acts a clamping force on, for example, two symmetrically arranged next to the respective clamping wedge compression springs 57.
  • the clamping force of the compression springs 57 acts of the pneumatically or electric motor driven Linear Actuator 47 / the linear actuators.
  • the linear actuator (s) 47 are designed in such a way that the tool holder 33 can receive a tool unit 45 from the tool storage 37 in a positive-locking and non-positive manner.
  • the tool unit 45 shown in FIGS. 4A and 4B is a passive tool unit, which has by way of example a blade or brush as an application tool 23 for applying and distributing powder.
  • active tool units such as. B. a milling tool or a grinding shaft, are received by the tool holder 33.
  • rotating tool units can be used to eliminate the aforementioned interference contours-such as sharp-edged metal spatters-that can inadvertently grow up in the manufacturing process.
  • the tool holder 33 z. B. have an interface for transmitting a low voltage up to 40V, for example.
  • an electric drive can be arranged for example in the hollow shaft of the rotating tool.
  • the respective tool units preferably have tool receivers 43 which provide features for the correct orientation of the tool, in particular of the application tool 23, in the tool holder 33.
  • each tool holder 43 is equipped with, for example, two or more hard blades 59 which, in conjunction with one (or one) hard stop surface 61 of the tool holder 33, effect a positionally correct indexing (essentially a desired orientation) of the tool unit 45 with respect to the tool holder 33 ,
  • a blade tensioning mechanism 59A which allows a corresponding precise adjustment, in particular lateral force-free clamping, of the blades 59, is indicated in FIG. 4B.
  • the hard blades 59 index the receiving unit frictionally on the stop surface as a reference surface of the tool holder 43.
  • the hard blades serve as an end stop in the Z direction.
  • Under the hard counter surface may be one or more thin exchangeable precision sheets that can be added or removed when adjusting the alignment / straightness.
  • the blade can be executed as a sharp and hard wedge or it can be selected a similar geometry with the smallest possible facial area.
  • the tool holder 43 is preferably constructed with two shells.
  • two jaws 63 A, 63 B form a C-shaped frame with a recess 65 into which the Clamping wedges 49 intervene. This allows a non-positive fixation of the tool holder 43, and thus of the application tool 23, to the tool holder 33.
  • the tool holder 43 has a negative form of the application tool 23, for example a negative mold of a wedge.
  • the application tool 23 is clamped in the tool holder 43 via a positive and positive fit.
  • the jaws 63 A, 63 B are screwed, for example. It is important that a reference position of the application tool 23 is ensured in the manufacturing apparatus 1 by a correspondingly correct assembly of the application tool 23, as will be explained by way of example below.
  • the tool holder 43 can be inserted and clamped in a device which is functionally similar to the tool holder 33 is formed.
  • the device has indexing features (for example the wedges described) for engaging in the tool holder and corresponding actuators for the positive and non-positive holding of the tool holder 43.
  • the device also has clamping wedges and a clamping device. These index the receiving unit frictionally on an end face of the device and positively against the reference surface of the device.
  • the positive connection is z. B. between the two sharp, hardened blades 59 and a hardened face.
  • the application tool 23 has been inserted into the open tool holder 43, here the accessible negative mold. It is aligned flush with a reference plane of the device and applied for example against the lower leg of the C-shaped frame. It follows the non-positive connection of the application tool 23, z. B. via screws 62, in the tool holder, where it is kept pressed. The fixation in the device can now be solved and the tool unit 45 are removed with aligned application tool.
  • the tool lower edge of the application tool 23 is aligned exactly parallel to the surface at the upper end of the tool holder 43, which is formed by the cutting edges of the two blades.
  • This procedure is repeated with all tool units that are to be prepared in the tool memory 37.
  • the underlying device can for example be associated with the manufacturing device 1 or used as a separate resource.
  • the procedure described guarantees that the tool edges of all tools equipped have the same reference relative to the stop surface of the tool holder. A replacement of a new job tool 23 can be done so safely with respect to a specified reference level.
  • the tool store 37 can be provided on an inner wall of the production space 9 in the region of the powder collecting area 29A.
  • the tool storage 37 is exemplified in the figures of FIG. 5 in the form of a half-shell, the z. B. extends around a center R2. On this half shell 69 z.
  • the half shell may be rotatable about the center R2.
  • a rotatable half-shell in particular, is not necessary if a sufficiently wide angular movement of the axis of rotation of the tool holder 33 is provided, which allows to approach each of the tool seats 69 without it z. B. requires a further rotational movement of the half shell.
  • the available space is enough z. B. for the setup of several tool units 45.
  • six tool units 45 are shown.
  • Each tool station 69 has a support surface and two (indexing) pins that can engage in associated receptacles 71 (see FIG. 4B) in the jaws 63 A, 63 B to define the position of the tool unit 45 in space. If one of the six tool units 45 has been mounted, there are thus five further exchange tool places and an empty space in the tool holder 33 for depositing the already-indexed tool unit.
  • the half-shell-shaped arrangement of the tool storage could alternatively be used a chain storage configuration (paternoster system-like) or a storage on a vertical linear slide, for example.
  • the moving operation by a combined movement along the feed axis (movement axis L) of the application unit and about the pivot axis (rotation axis R1).
  • the movements along the feed axis and about the pivot axis are controlled by a superimposed NC control.
  • the movement is carried out partially simultaneously, so that there can be no collision between the tool holder 33 and tool unit 45 or tool holder 23.
  • Tool holder 33 touched ( Figures b) to e)). Subsequently, via the linear actuator 47 / the linear actuators of the tool holder 33, a positive and non-positive fixing of the tool unit 45B by the clamping wedges of the indexing are spring-loaded by releasing the pneumatic ( Figure e)). The exact position of the tool unit in the tool holder 33 is due to the positive and positive fit of the clamping wedges 49 and the
  • Frictional connection of the two blades 59 is achieved against the reference surface of the tool holder 33.
  • the indexed tool unit is released from the tool storage 37 ( Figures f) and g)) and driven by a superimposed movement from the tool storage 37 into the production space 9 ( Figures h) and i)). There, it can be adjusted, for example, about the axis of rotation Rl such that the lower edge of the tooling 23 is just above the working surface 27 ( Figure j)).
  • a placement of a tool unit is done in the example described with a clockwise rotation, the recording of a new tool unit is carried out as described with a left-hand rotation of the tool holder 33. In the above-mentioned use of a z. B.
  • the linear drive 31, and thus the tool holder 33 additionally be changed in height with respect to the work surface 27, so that the movement to the starting position of the application tool on the storage cylinder 25, for example, in a raised position of the linear actuator 31 can take place.

Abstract

The invention relates to a device for generative production, which device comprises a housing (7) that provides a production chamber (9) for generative production, a linear drive (31), arranged in the production chamber (9), having a main body (31A) that can be moved along a movement axis (L) of the linear drive (31) in the production chamber (9), and a tool holder (33) for carrying a tool unit (43). The tool holder (33) is fastened to the main body (31A) so as to be rotatable about a rotational axis (R1) and is moved together with the main body (31A) along the movement axis (L) of the linear drive (31). The tool holder (33) also comprises a clamping device which has an unclamped operating state for receiving and removing the tool unit (45B) and a clamped operating state for fixing the received tool unit (45B). Furthermore, the device for generative production comprises a tool store (37) which is arranged in the production chamber (9) and provides a plurality of tool spaces (69) for tool units (45).

Description

WERKZEUGWECHSEL BEI DER GENERATIVEN FERTIGUNG  TOOL CHANGE IN GENERATIVE MANUFACTURING
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur insbesondere laserbasierten generativen Fertigung. Ferner betrifft sie die Bereitstellung von Werkzeugen, die insbesondere für eine Vorbereitung von entsprechend nivellierten Pulverflächen für einen nachfolgenden Fertigungsvorgang eingesetzt werden. The present invention relates to a device for in particular laser-based additive manufacturing. Furthermore, it relates to the provision of tools that are used in particular for the preparation of correspondingly leveled powder surfaces for a subsequent manufacturing process.
Die laserbasierte generative Fertigung von - insbesondere metallischen oder keramischen - Werkstücken basiert auf einem Verfestigen eines auf einer Bauplattform in Pulverform vorlie- genden Ausgangsmaterials durch die Bestrahlung mit Laserlicht. Dieses Konzept - auch als selektives Laserschmelzen (SLM: selective laser melting), Pulverbettfusion sowie Laser Metall Fusion (LMF) bekannt - wird in Maschinen für den (metallischen) 3D-Druck, sogenannten Additive-Manufacturing- Anlagen, eingesetzt. Eine beispielhafte Maschine zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen mittels SLM ist in der europäischen Patentanmel- dung EP 2 732 890 A2 der Sisma S.p.A. offenbart. Die Vorteile der generativen Fertigung sind allgemein eine einfache Herstellung von komplexen und individuell erstellbaren Teilen. Dabei können insbesondere definierte Strukturen im Innenraum und/oder kraftflussoptimierte Strukturen realisiert werden. Der Vorgang der laserbasierten generativen Fertigung findet in einer Baukammer auf einer Arbeitsfläche in einem Fertigungsraum statt. Auf eine Bauplattform wird frisches Pulver zur lagenweisen Herstellung eines 3D-Bauteils mit einem Beschichterwerkzeug aufgetragen. Das Beschichterwerkzeug (oft in Form eines Schiebers, Wischers, Rakels oder einer Bürste) wird nachfolgend allgemein als Auftragswerkzeug bezeichnet. Während des Fertigungsvorgangs kann es notwendig werden, das Beschichterwerkzeug auszutauschen. Beispielsweise offenbart DE 4 325 573 C2 Wischerblätter zum Auftragen der Pulverschichten, die je nach Einsatzsituation ausgetauscht werden. Ferner offenbart DE 10 2006 056422 B3 die Verwendung von drehbar gehaltenen Wischerblättern. Ein manueller Austausch des Beschichterwerkzeugs ist nachteilig für die Fertigung, da aufgrund von hohen Temperaturen im Fertigungsraum (z. B. größer 350 °C) beispielsweise die Gefahr einer Verletzung des Bedieners durch Verbrennungen besteht oder durch die Unterbrechung des Fertigungsprozesses ein Bauteilverzug eintreten kann. Entsprechend sind automatisierte und teilautomatisierte Wechselmechanismen bekannt, die jedoch zum Teil komplexe Austauschverfahren benötigen, wie sie beispielhaft in der EP 3 168 033 AI offenbart sind. Ferner sind Mechanismen bekannt, die den Vorgang des Pulverauftrags betreffen. DE 20 2009 016 400 Ul offenbart beispielsweise eine anhebbare Pulverglättungsleiste. Ferner ist aus der EP 2 732 889 AI eine Fertigungsmaschine bekannt, bei der ein Pulverschieber um eine Achse gedreht in eine Ausgangsposition zurückgefahren werden kann, ohne das Pulverbett zu beeinflussen. Ferner offenbart DE 10 2015 222 207 AI ein Werkzeugmaschinenen-System, das zum einenfür subtraktive Bearbeitungsvorgänge mit z. B. Schneid oder Fräswerkzeugen erlaubt, die in einer Spindel monitert werden können, und zum anderen für additive Bearbeitungsvorgänge in Kombination mit einem Band-basierten Beförderungssystem von Pulver ausgebildet ist. Des Weiteren offenbart US 2016/0095959 AI ein modulares Fertigungssystem. The laser-based additive manufacturing of - in particular metallic or ceramic - workpieces is based on a solidification of a present on a building platform in powder form starting material by the irradiation with laser light. This concept - also known as selective laser melting (SLM), powder bed fusion and laser metal fusion (LMF) - is used in machines for (metallic) 3D printing, so-called additive manufacturing systems. An exemplary machine for the additive production of three-dimensional components by means of SLM is disclosed in the European Patent Application EP 2 732 890 A2 of Sisma SpA. The advantages of generative manufacturing are generally a simple production of complex and customizable parts. In this case, in particular defined structures in the interior and / or power flow optimized structures can be realized. The process of laser-based additive manufacturing takes place in a construction chamber on a work surface in a production room. On a building platform fresh powder for the layer-wise production of a 3D component with a coater tool is applied. The coater tool (often in the form of a slider, wiper, squeegee, or brush) is hereafter generally referred to as a job tool. During the manufacturing process, it may be necessary to replace the coater tool. For example, DE 4 325 573 C2 discloses wiper blades for applying the powder layers, which are exchanged depending on the application situation. Furthermore, DE 10 2006 056422 B3 discloses the use of rotatably held wiper blades. A manual replacement of the coater tool is disadvantageous for the production, since due to high temperatures in the production space (eg, greater than 350 ° C), for example, the risk of injury to the operator due to burns or by interrupting the manufacturing process, a component delay can occur. Accordingly, automated and semi-automated change mechanisms are known, but some require complex replacement procedures, as disclosed by way of example in EP 3,168,033 AI. Furthermore, mechanisms are known which relate to the process of powder application. DE 20 2009 016 400 Ul, for example, discloses a liftable powder smoothing bar. Furthermore, EP 2 732 889 A1 discloses a production machine in which a powder slide can be moved back around an axis into an initial position without influencing the powder bed. Furthermore, DE 10 2015 222 207 AI discloses a machine tool system, the one for subtractive machining operations with z. Cutting or milling tools, which can be moniterted in a spindle, and is designed for additive machining operations in combination with a belt-based conveying system of powder. Furthermore, US 2016/0095959 AI discloses a modular manufacturing system.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, einen autonomen Wechsel von Auftragswerkzeugen in eine generative Fertigungsanlage zu integrieren. Eine weitere Aufgabe liegt darin ein zugehöriges Wechselsystem anzugeben, das im Fertigungsraum einer zuvor beschriebenen generativen Fertigungsanlage vorgesehen werden kann. One aspect of this disclosure is based on the task of integrating an autonomous change of job tools into a generative manufacturing plant. Another object is to provide an associated change system that can be provided in the production space of a previously described generative manufacturing plant.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufnehmen einer Werkzeugeinheit nach Anspruch 1 , ein Verfahren zum Ablegen einer Werkzeugeinheit nach Anspruch 8 und durch eine Vorrichtung zur generativen Fertigung nach Anspruch 12. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. At least one of these objects is achieved by a method for receiving a tool unit according to claim 1, a method for depositing a tool unit according to claim 8 and by a device for additive manufacturing according to claim 12. Further developments are specified in the subclaims.
In einem Aspekt weist ein Verfahren zum Aufnehmen einer Werkzeugeinheit einer Vorrichtung zur generativen Fertigung in einem Werkzeughalter die nachfolgenden Schritte auf. Da- bei weist die Vorrichtung zur generativen Fertigung einen Linearantrieb mit einem Grundkörper auf und der Werkzeughalter ist an dem Grundkörper um eine Rotationsachse rotierbar befestigt. Der Werkzeughalter ist ferner mit dem Grundkörper entlang einer Bewegungsachse des Linearantriebs in einem Fertigungsraum der Vorrichtung zur generativen Fertigung bewegbar. Die Vorrichtung zur generativen Fertigung weist ferner einen Werkzeugspeicher im Fertigungsraum auf, der mehrere Werkzeugplätze für Werkzeugeinheiten bereitstellt, wobei auf einem der Werkzeugplätze die aufzunehmende Werkzeugeinheit bereitgestellt ist. Dabei weist der Werkzeughalter eine Einspannvorrichtung auf, die einen entspannten Betriebszustand zum Aufnehmen und Herausnehmen der Werkzeugeinheit und einen gespannten Betriebszustand zum Fixieren der aufgenommenen Werkzeugeinheit aufweist. Insbesondere kann der Werkzeughalter mit dem Grundkörper entlang einer Bewegungsachse des Linearantriebs über eine Arbeitsfläche, die in einem Fertigungsraum der Vorrichtung zur generativen Fertigung angeordnet ist, bewegbar sein, wobei die Arbeitsfläche einen Plattformbereich aufweist und eine untere Begrenzung einer in einem Werkzeughalter aufgenommenen Werk- zeugeinheit im Wesentlichen auf der Höhe der Arbeitsfläche über den Plattformbereich verfahrbar ist. In one aspect, a method for receiving a tool unit of a device for additive manufacturing in a tool holder comprises the following steps. In this case, the device for generative production has a linear drive with a base body and the tool holder is fastened rotatably on the base body about a rotation axis. The tool holder is further movable with the main body along a movement axis of the linear drive in a production space of the device for additive manufacturing. The device for additive manufacturing further has a tool storage in the production space, which provides a plurality of tool places for tool units, wherein the tool unit to be accommodated is provided on one of the tool places. In this case, the tool holder has a clamping device, which has a relaxed operating state for receiving and removing the tool unit and a tensioned operating state for fixing the recorded tool unit. In particular For example, the tool holder with the main body can be movable along a movement axis of the linear drive via a working surface which is arranged in a production space of the device for generative production, wherein the working surface has a platform area and a lower limit of a tool unit accommodated in a tool holder substantially can be moved over the platform area at the height of the work surface.
Die Schritte umfassen: ein Aktivieren des entspannten Betriebszustands des Werkzeughalters; ein Bewegen des Werkzeughalters zu dem Werkzeugplatz mit der bereitgestellten Werkzeug- einheit, indem eine Linearbewegung entlang der Bewegungsachse und eine Schwenkbewegung um die Rotationsachse durchgeführt werden; ein Aktivieren des gespannten Betriebszustands des Werkzeughalters und ein Herausheben der bereitgestellten Werkzeugeinheit aus dem Werkzeugplatz. In einigen Ausführungsformen fährt der Werkzeughalter als Schwenkarm mit einer die Linearbewegung und Schwenkbewegung überlagernden Bewegung drehend um die Rotationsachse an die Werkzeugeinheit heran, bis diese eine Anschlagfläche des Werkzeughalters berührt. Dabei wird insbesondere der Werkzeugplatz von unten angefahren (z. B. wenn die Werkzeugeinheit auf Stiften am Werkzeugplatz abgelegt ist). The steps include: activating the relaxed operating state of the tool holder; moving the tool holder to the tool place with the provided tool unit by performing a linear movement along the movement axis and a pivoting movement about the rotation axis; activating the cocked operating state of the tool holder and lifting the provided tool unit out of the tool space. In some embodiments, the tool holder rotates as a pivoting arm with a linear motion and pivotal movement over the moving movement about the rotation axis of the tool unit zoom in until it touches a stop surface of the tool holder. In particular, the tool place is approached from below (eg when the tool unit is placed on pins at the tool place).
In einigen Ausführungsformen kann ein Aktivieren des gespannten Betriebszustands über einen Linearaktor des Werkzeughalters eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Fixierung der Werkzeugeinheit bewirken. Dabei können zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Fixierung Spannkeile der Werkzeughalterung durch Lösen einer Pneumatik federge- spannt werden. In some embodiments, activating the tensioned operating state via a linear actuator of the tool holder can cause a positive and / or non-positive fixation of the tool unit. For a positive and / or non-positive fixing, clamping wedges of the tool holder can be spring-loaded by releasing a pneumatic system.
In einigen Ausführungsformen kann eine exakte Lage der Werkzeugeinheit im Werkzeughalter durch einen Kraft- und Formschluss der Spannkeile und/oder einen Kraftschluss von mindestens einer Klinge gegen eine Anschlagfläche des Werkzeughalters erreicht werden. In some embodiments, an exact position of the tool unit in the tool holder can be achieved by a force and form fit of the clamping wedges and / or a frictional connection of at least one blade against a stop surface of the tool holder.
In einigen Ausführungsformen kann das Herausheben durch eine Fortsetzung der Schwenkbewegung ein Lösen der Werkzeugeinheit von Stiften des Werkzeugplatzes bewirken. In einigen Ausführungsformen kann der Werkzeughalter mit eingespannter Werkzeugeinheit aus dem Werkzeugspeicher in den Fertigungsraum bewegt werden. In some embodiments, lifting out by continuing the pivoting movement may cause the tool unit to become detached from pins of the tooling station. In some embodiments, the tool holder with the tool unit clamped can be moved out of the tool storage into the manufacturing space.
In einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Ablegen einer Werkzeugeinheit einer wie zuvor beschriebenen Vorrichtung zur generativen Fertigung in einen Werkzeugspeicher die folgenden Schritte auf: ein Bewegen des Werkzeughalters mit der eingespannten Werkzeugeinheit zu dem Werkzeugplatz, indem eine Linearbewegung entlang der Bewegungsachse und eine Schwenkbewegung um die Rotationsachse durchgeführt werden; ein Aktivieren des entspannten Betriebszustands des Werkzeughalters und ein Herausbewegen des Werkzeughalters ohne Werkzeugeinheit aus dem Werkzeugspeicher. In a further aspect, a method for depositing a tool unit of a generative manufacturing apparatus as described above into a tool storage includes the steps of moving the tool holder with the clamped tool unit to the tool station by linear movement along the movement axis and pivotal movement about the tool Rotation axis are performed; activating the relaxed operating state of the tool holder and moving out the tool holder without tool unit from the tool storage.
Dabei kann der Werkzeughalter als Schwenkarm mit einer die Linearbewegung und In this case, the tool holder as a pivoting arm with a linear movement and
Schwenkbewegung überlagernden Bewegung drehend um die Rotationsachse an den unbesetzten Werkzeugplatz heranfahren, bevorzugt bis die Werkzeugeinheit in Stifte des Werk- zeugplatzes eingreift. Dabei kann der Werkzeugplatz insbesondere von oben angefahren werden. Rotational movement overlying the pivoting movement about the rotation axis to the unoccupied tool position, preferably until the tool unit engages in pins of the tool station. In this case, the tool space can be approached in particular from above.
Ein Aktivieren des entspannten Betriebszustands kann über (mindestens) einen Linearaktor des Werkzeughalters eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Fixierung der Werkzeug- einheit lösen. Activation of the relaxed operating state can be achieved via (at least) one linear actuator of the tool holder by releasing a positive and / or non-positive fixation of the tool unit.
In einem weiteren Aspekt weist eine Vorrichtung zur generativen Fertigung auf: ein Gehäuse, das einen Fertigungsraum für die generative Fertigung bereitstellt, einen im Fertigungsraum angeordneten Linearantrieb mit einem Grundkörper, der entlang einer Bewegungsachse des Linearantriebs im Fertigungsraum bewegbar ist, und einen Werkzeughalter zum Tragen einer Werkzeugeinheit. Der Werkzeughalter ist an dem Grundkörper um eine Rotationsachse rotierbar befestigt und wird mit dem Grundkörper entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs mitbewegt. Der Werkzeughalter weist ferner eine Einspannvorrichtung auf, die einen entspannten Betriebszustand zum Aufnehmen und Herausnehmen der Werkzeugeinheit und einen gespannten Betriebszustand zum Fixieren der aufgenommenen Werkzeugeinheit aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Werkzeugspeicher, der im Fertigungsraum angeordnet ist und mehrere Werkzeugplätze für Werkzeugeinheiten bereitstellt, wobei mindestens einer der Werkzeugplätze unter Verwendung einer Linearbewegung entlang der Bewegungsachse und einer Schwenkbewegung um die Rotationsachse vom Werkzeughalter zum Aufnehmen oder zum Ablegen einer Werkzeugeinheit anfahrbar ist. Insbesondere kann dabei der Werkzeughalter mit dem Grundkörper entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs über die Arbeitsfläche mitbewegt werden, sodass eine untere Begrenzung einer in einem Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeugeinheit mit dem Linearantrieb (im Wesentlichen auf der Höhe der Ar- beitsfläche über den Plattformbereich verfahrbar ist, um insbesondere ein Niveau der Oberfläche der Pulverschicht zu definieren. In a further aspect, an apparatus for additive manufacturing comprises: a housing which provides a production space for the additive manufacturing, a linear drive arranged in the production space with a base body which is movable along a movement axis of the linear drive in the production space, and a tool holder for carrying a tool unit. The tool holder is rotatably mounted on the base body about a rotation axis and is moved along with the base body along the axis of movement of the linear drive. The tool holder further includes a jig that has a relaxed operating condition for receiving and removing the tool unit and a cocked operating condition for fixing the received tool unit. The apparatus further includes a tool storage disposed in the manufacturing space and providing a plurality of tool unit tool locations, wherein at least one of the tool locations is linearly moved along the axis of movement and pivotal about the axis of rotation from the tool holder for receiving or is approachable for storing a tool unit. In particular, the tool holder with the base body along the axis of movement of the linear drive can be moved over the work surface, so that a lower boundary of a recorded in a tool holder tool unit with the linear drive (essentially at the height of the working surface over the platform area is movable, in particular to define a level of the surface of the powder layer.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Steuerungseinheit aufweisen, die zum Ausführen eines der zuvor beschriebenen Verfahren ausgebildet ist. In some embodiments, the apparatus may further include a controller configured to perform one of the methods described above.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens eine der Werkzeugeinheiten eine Werkzeugaufnahme und ein in der Werkzeugaufnahme eingespanntes Auftragswerkzeug zur Pulverhandhabung umfassen. Ferner kann mindestens eine der Werkzeugeinheiten ein Spezialwerk- zeug mit einer pneumatisch oder elektrisch betriebenen Rotations- und/oder Linear- Antriebsachse umfassen. So kann die Einspannvorrichtung des Werkzeughalters beispielsweise einen elektrischen und/oder pneumatischen Aktor und mindestens eine Druckfeder zur Einstellung der Betriebszustände aufweisen. In some embodiments, at least one of the tool units may include a tool holder and a powder handling application tool clamped in the tool holder. Furthermore, at least one of the tool units may comprise a special tool with a pneumatically or electrically operated rotational and / or linear drive axle. Thus, the clamping device of the tool holder, for example, have an electric and / or pneumatic actuator and at least one compression spring for adjusting the operating conditions.
Ferner kann mindestens einer der Werkzeugplätze Stifte zum Eingreifen in Aussparungen in der Werkzeugeinheit aufweisen. Furthermore, at least one of the tool places may have pins for engaging in recesses in the tool unit.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen können u. a. folgende Vorteile aufweisen: Ein Werkzeugwechsel kann durch die Mitverwendung einer vorhandenen Maschinenachse autonom durchgeführt werden. Im Vergleich zu manuell durchgeführten Werkzeugwechseln kann ein automatisierter Wechsel sicherstellen, dass der Werkzeugwechsel so zeitnah und schnell stattfinden kann, dass es zu keinem Bauteilverzug durch die Unterbrechung des Bauprozesses kommt. Insbesondere ist ein Öffnen des Fertigungsraums nicht notwendig und die hier offenbarten Konzepte sind bei hohen Bauplattformtemperaturen einsetzbar. Allgemein sind die hier offenbarten Konzepte mit einer kostengünstigen und bauraumsparenden Ausführung von Me- chanik und Sensorik umsetzbar. So benötigen die hierin offenbarten Konzepte keinen zusätzlichen Bauraum unterhalb der Bauplattform, schränken den Bauraum nicht unnötig ein und vermeiden damit Baukosten. Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: The embodiments disclosed herein may have the following advantages: A tool change can be carried out autonomously by the use of an existing machine axis. Compared to manual tool changes, an automated changeover can ensure that the tool change can take place in a timely and fast manner so that there is no component distortion due to the interruption of the construction process. In particular, an opening of the production space is not necessary and the concepts disclosed here can be used at high building platform temperatures. In general, the concepts disclosed here can be implemented with a cost-effective and space-saving design of mechanics and sensor technology. Thus, the concepts disclosed herein require no additional space below the build platform, do not unnecessarily restrict the space and thus avoid construction costs. Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:
Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung einer beispielhaften generativen Fertigungsvorrichtung, 1 is a schematic perspective view of an exemplary generative manufacturing apparatus,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur XY-Ebene durch den Fertigungsraum,  FIG. 2 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus of FIG. 1 parallel to the XY plane through the production space, FIG.
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der generativen Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 parallel zur XZ-Ebene durch den Fertigungsraum wie in Fig. 2 angedeutet, FIG. 3 shows a schematic sectional view of the generative production apparatus from FIG. 1, parallel to the XZ plane through the production space, as indicated in FIG. 2, FIG.
Fig. 4A und Fig. 4B Seitenansichten eines beispielhaften Werkzeughalters mit einem Auftragswerkzeug teilweise in Schnittdarstellung und 4A and FIG. 4B are side views of an exemplary tool holder with a job tool partially in section and
Fig. 5 schematische Abbildungen a) bis j) zur Verdeutlichung eines Werkzeugaustauschvor- gangs. 5 shows schematic illustrations a) to j) for illustrating a tool replacement process.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine ohnehin vorhandene Drehachse in einem Werkzeugaustauschvorgang eingesetzt werden kann, bei dem eine Werkzeugeinheit mit einem Auftragswerkzeug in einem Magazin abgeladen und eine neue Werkzeugeinheit aufgenommen wird. Aspects described herein are based, in part, on the recognition that an existing rotary axis can be used in a tool replacement operation in which a tool unit is unloaded with a job tool in a magazine and a new tool unit is received.
Dabei wurde ferner erkannt, dass mit dem hierin vorgeschlagenen Werkzeugwechselkonzept neben reinen Auftragswerkzeugeinheiten Spezialwerkzeugeinheiten eingewechselt werden können. Allgemein kann der hierin vorgeschlagene Werkzeugwechsler eine Vielzahl unter- schiedlicher Werkzeugeinheiten einwechseln. Beispielhafte Werkzeugeinheiten umfassenIn this case, it was further recognized that special tool units can be changed in with the tool change concept proposed here, in addition to pure job tool units. Generally, the tool changer proposed herein may substitute a variety of different tooling units. Exemplary tool units include
Auftragswerkzeuge mit z. B. Kohlefaserbürste oder X- förmiger Lippe und Spezialwerkzeuge wie z. B. Reinigungswerkzeuge mit Bürste für eine Endreinigung der Prozesskammergrundfläche, Werkzeuge zum Auffüllen eines Spalts zwischen Arbeitskolben und Arbeitszylinder mit Metallpulver und Reparaturwerkzeuge zum Entfernen von Schweißspritzern (z. B. ein Werkzeug mit Schleifwelle). Order tools with z. B. carbon fiber brush or X-shaped lip and special tools such. B. cleaning tools with a brush for a final cleaning of the process chamber base area, tools for filling a gap between the working piston and cylinder with metal powder and repair tools for removing weld spatter (eg a tool with grinding shaft).
In Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 wird allgemein eine generative Fertigungsvorrichtung beschrieben. Anschließend werden in Zusammenhang mit den Figuren 4A, 4B und 5 eine beispielhafte Werkzeughalterung und ein Werkzeugaustauschvorgang beschrieben. Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine beispielhafte generative Fertigungsvorrichtung 1 zur additiven Erzeugung eines dreidimensionalen Bauteils 3 aus einem pulverförmigen Material (allgemein Pulver 5) in einer perspektivischen Ansicht sowie in schematischen Schnittansichten. Zum Fertigungsvorgang wird auf die eingangs erwähnte EP 2 732 890 A2 verwiesen. In connection with the figures 1 to 3 a generative manufacturing device is described in general. Subsequently, an exemplary tool holder and tool exchange operation will be described in conjunction with FIGS. 4A, 4B and 5. Figures 1 to 3 show an exemplary generative manufacturing apparatus 1 for the additive production of a three-dimensional component 3 of a powdery material (generally powder 5) in a perspective view and in schematic sectional views. For the manufacturing process, reference is made to the above-mentioned EP 2 732 890 A2.
Die Fertigungsvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 7, das einen Fertigungsraum 9 bereitstellt. Über eine Tür 11 A in einer Vorderwand 11 besteht Zugang zum Fertigungsraum 9. Das Gehäuse 7 umfasst ferner ein Schutzgasabsaugsystem mit z. B. Auslassöffnungen 13A zum Flu- ten des Fertigungsraums 9 mit inertem Gas, sowie Absaugöffnungen 13B. Ein beispielsweise oberhalb des Gehäuses angebrachtes Bestrahlungssystem 15 ist zur Erzeugung von beispielsweise Laserlicht, welches das Pulver 5 zu Materialschichten eines 3D-Bauteils 3 verschmilzt, ausgebildet. Der Fertigungsvorgang findet auf einer Arbeitsfläche 27 statt, die den Boden des Fertigungsraums 9 bildet und einen Plattformbereich 17A, einen Vorratsbereich 25 A und optional einen Pulversammelbereich 29A aufweist. Der Fertigungsvorgang erfolgt auf einer Bauplattform 17, die im Plattformbereich 17A z. B. zentral vor der Tür 11A angeordnet ist. Die Bauplattform 17 liegt auf einem Träger 19 auf, der in einem Bauzylinder 21 in der Höhe (in Fig. 3 in ±Z- Richtung) verfahren werden kann. Der Vorratsbereich 25A dient der Bereitstellung von frischem Pulver 5A, das zur lagenweisen Herstellung des 3D-Bauteils 3 in den Bauplattformbereich 23A mit einem Auftragswerkzeug 23 übertragen wird. Bezüglich einer beispielhaften Ausbildung eines Auftragswerkzeugs wird auf die Figuren 4A und 4B verwiesen. Auf der Bauplattform 17 wird ein mit beispielsweise metallischem oder keramischem Pulver gefülltes Pulverbett zur Bestrahlung mit dem Laserlicht von oben vorbereitet. Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, dient das Auftragswerkzeug 23 zum Verteilen des Pulvers 5 in X- Richtung während des Herstellungsprozesses. Während des Beschichtens streicht ein unterer Bereich des Auftragswerkzeugs 23 über die Arbeitsfläche 27, nimmt Pulver mit und befüllt dadurch Bereiche, die z. B. bzgl. der Arbeitsfläche abgesenkt sind. In diesen Bereichen definiert der untere Bereich des Auftragswerkzeugs 23 das Niveau der Pulveroberfläche. Bei der beschriebenen Auftragsmethode werden als Auftragswerkzeugs zum Verteilen des Pulvers beispielsweise Bürsten, Klingen aus Stahl oder Keramik sowie elastische Lippen aus Elastomeren verwendet. Das heißt, der untere Bereich des Auftragswerkzeugs 23 kann beispielswei- se als Klinge, Kohlefaserbürste, X-förmige Gummilippe oder auch als Spaltfüllbürste ausgebildet sein. Das Niveau der Pulveroberfläche insbesondere innerhalb des Bauzylinders 21 entspricht der Oberfläche des Pulverbettes im Fertigungsprozess und der zuletzt aufgetragenen Schicht während des Fertigungsvorgangs. Das Niveau wird durch die untere Begrenzung des Auftragswerkzeugs 23 definiert und liegt üblicherweise im Wesentlichen auf der Höhe der Arbeitsfläche 27. The manufacturing device 1 comprises a housing 7, which provides a production space 9. Through a door 11 A in a front wall 11, there is access to the production room 9. The housing 7 further includes a Schutzgasabsaugsystem with z. For example, outlet openings 13A for the flow of the production space 9 with inert gas, as well as suction 13B. An irradiation system 15, for example, mounted above the housing is designed to generate, for example, laser light which melts the powder 5 into material layers of a 3D component 3. The manufacturing process takes place on a work surface 27, which forms the bottom of the production space 9 and has a platform area 17A, a storage area 25A and optionally a powder collection area 29A. The manufacturing process takes place on a building platform 17, which in the platform area 17A z. B. is located centrally in front of the door 11A. The construction platform 17 rests on a carrier 19 which can be moved in a height in a construction cylinder 21 (in the ± Z direction in FIG. 3). The storage area 25A serves to provide fresh powder 5A, which is transferred to the building platform area 23A with an application tool 23 in order to produce the 3D component 3 in layers. With regard to an exemplary embodiment of a job tool, reference is made to FIGS. 4A and 4B. On the construction platform 17, a powder bed filled with, for example, metallic or ceramic powder for irradiation with the laser light is prepared from above. As shown in FIGS. 1 to 3, the application tool 23 serves to distribute the powder 5 in the X direction during the manufacturing process. During coating, a lower region of the application tool 23 passes over the working surface 27, takes powder with it and thereby fills areas which are e.g. B. respect. The work surface are lowered. In these areas, the lower portion of the application tool 23 defines the level of the powder surface. In the application method described, for example, brushes, steel or ceramic blades, and elastomer elastic lips are used as the dispensing tool for dispensing the powder. That is, the lower region of the application tool 23 can, for example, be formed as a blade, carbon fiber brush, X-shaped rubber lip or as Spaltfüllbürste. The level of the powder surface, in particular within the construction cylinder 21, corresponds to the surface of the powder bed in the production process and the layer last applied during the production process. The level is defined by the lower limit of the application tool 23 and is usually substantially at the level of the work surface 27th
Zusammenfassend wird im Beschichtungsvorgang frisches Pulver 5 A, das in einem im Vorratsbereich 25 A vorgesehenen Vorratszylinder 25 bereitgestellt wird, mit dem Auftragswerk- zeug 23 über die Arbeitsfläche 27 in den Plattformbereich 17A verschoben, wo es im Bereich der abgesenkten Bauplattform 17 verteilt wird und entsprechend eine neue Oberflächenschicht ausbildet. Nicht benötigtes Pulver wird beispielsweise in einen Sammelzylinder 29 geschoben, der im Pulversammelbereich 29A vorgesehenen ist. In einigen Beschichtungs verfahren und Zwischenschritten kann ferner ein Entschichten vorgenommen werden. Beim Entschichten kann das Auftragswerkzeug 23 eine Schicht Pulver von der zuvor angehobenen Bauplattform durch Darüberstreichen entfernen und analog eine frische Oberfläche ausbilden. In summary, in the coating process, fresh powder 5 A, which is provided in a storage cylinder 25 provided in the storage area 25 A, is displaced via the working surface 27 into the platform area 17 A with the applicator tool 23, where it is distributed in the area of the lowered building platform 17 and accordingly forms a new surface layer. Unnecessary powder is, for example, pushed into a collecting cylinder 29 provided in the powder collecting area 29A. In some coating methods and intermediate steps, a decoating can also be carried out. During stripping, the application tool 23 can remove a layer of powder from the previously lifted building platform by brushing over and analogously form a fresh surface.
Wie in den Figuren 1 bis 3 beispielhaft gezeigt wird, sind der Vorratsbereich 25 A, der Plattformbereich 17A und der Pulversammelbereich 29A nebeneinander in X-Richtung versetzt angeordnet und das Auftragswerkzeug 23 ist entsprechend in X-Richtung linear verschiebbar. As shown by way of example in FIGS. 1 to 3, the storage area 25A, the platform area 17A and the powder collecting area 29A are arranged next to one another in the X direction and the application tool 23 can be linearly displaced in the X direction.
Für eine lineare Verschiebung des Auftragswerkzeugs 23 in X-Richtung umfasst die Fertigungsvorrichtung 1 einen Linearantrieb 31 im hinteren Teil des Gehäuses 7. Der Linearantrieb 31 basiert beispielsweise auf einer Kugelumlaufführung oder einem Riementrieb für eine line- are Hin- und Herbewegung eines Grundkörpers 31 A, an dem ein Werkzeughalter 33 über eine drehbar gelagerte Hohlwelle (nicht explizit gezeigt) angebracht ist. An einem unteren Ende des Werkzeughalters 33 ist das Auftragswerkzeug 23 befestigt. In den Figuren 1 bis 3 ist beispielhaft eine Rotationsachse Rl der Hohlwelle angedeutet. Die Hohlwelle/Rotationsachse Rl ragt in den Fertigungsraum 9 und wird in dem hierin beispielhaft beschriebenen Werkzeug- wechselkonzept eingesetzt. Der hintere Teil des Gehäuses mit dem Linearantrieb 31 und der Fertigungsraum 9 sind voneinander getrennt, wobei ein schmaler Schlitz von einem beweglich gelagerten Metall- oder Textilband 35 abgedeckt wird, das in Fig. 3 schematisch angedeutet ist. Ferner weist die Fertigungsvorrichtung 1 einen Werkzeugspeicher 37 sowie optional eine Kamera (nicht gezeigt) auf. Der Werkzeugspeicher 37 stellt Werkzeugeinheiten für den Werkzeugaustausch bereit. Die Kamera ist insbesondere auf den Plattformbereich 17A ausgerichtet und kann Bilddaten der Oberfläche des Pulverbetts zur Auswertung der Qualität der Pulveroberfiäche bereitstellen. For a linear displacement of the application tool 23 in the X direction, the production device 1 comprises a linear drive 31 in the rear part of the housing 7. The linear drive 31 is based, for example, on a recirculating ball guide or a belt drive for a linear reciprocation of a main body 31 A, on which a tool holder 33 via a rotatably mounted hollow shaft (not explicitly shown) is mounted. At a lower end of the tool holder 33, the application tool 23 is attached. In the figures 1 to 3, an axis of rotation Rl of the hollow shaft is exemplified. The hollow shaft / rotation axis Rl protrudes into the production space 9 and is used in the tool change concept described here by way of example. The rear part of the housing with the linear drive 31 and the production space 9 are separated from each other, wherein a narrow slot is covered by a movably mounted metal or textile belt 35, which is indicated schematically in Fig. 3. Furthermore, the production device 1 has a tool storage 37 and optionally a camera (not shown). The tool store 37 provides tool units for tool exchange. In particular, the camera is aligned with the platform area 17A and can provide image data of the surface of the powder bed for evaluating the quality of the powder surface.
Zusammenfassend umfasst der Fertigungsvorgang ein wiederholtes Absenken der Bauplattform 17 im Bauzylinder 21, ein Aufbauen einer frischen Pulverschicht auf der Bauplattform 17 und ein Verschmelzen der Pulverschicht in dem Bereich, in dem das 3D-Bauteil 3 entste- hen soll. Fig. 3 zeigt das teilweise fertiggestellte 3D-Bauteil 3, das in nicht verschmolzenem Pulver 5 eingebettet ist. Üblicherweise findet die Fertigung bei erhöhten Temperaturen statt, die durch ein Heizsystem zum Erwärmen des Pulvers und durch den Verschweißprozess im Bereich von 300 °C und mehr liegen können. Wie eingangs erwähnt wurde, ist eine definierte Oberfläche des Pulverbetts gewünscht (beispielsweise eine horizontale, präzise ausgerichtete, plane Ausrichtung einer Pulveroberfiäche). Dies wird mit dem entsprechend ausgerichteten Auftragswerkzeug 23 erreicht. Üblicherweise wird vor dem Auftragen der neuen Pulverschicht die Bauplattform der Baukammer um eine Schichtdicke (sogenanntes Z-Inkrement) abgesenkt, so dass das Auftragswerkzeug 23 über die zuvor beschichtete Pulverschicht zurückbewegt werden kann, um erneut frisches Pulver 5 A aus dem Vorrat für eine neue Pulverschicht auf der Bauplattform 17 zu verteilen. Hierbei kann die zuvor beschichtete Fläche etwas abgesenkt werden, damit die Pulverschicht nicht verletzt wird. Für die Bearbeitung wird die Bauplattform 17 dann wieder auf die Ausgangslage zurückbewegt. In summary, the manufacturing process comprises repeatedly lowering the build platform 17 in the build cylinder 21, building up a fresh powder layer on the build platform 17, and fusing the powder layer in the area in which the 3D part 3 is to be created. Fig. 3 shows the partially completed 3D component 3, which is embedded in unfused powder 5. Typically, fabrication takes place at elevated temperatures, which may be in the range of 300 ° C and more through a heating system for heating the powder and through the welding process. As mentioned in the beginning, a defined surface of the powder bed is desired (for example a horizontal, precisely aligned, plane alignment of a powder surface). This is achieved with the appropriately aligned application tool 23. Usually before the application of the new powder layer, the construction platform of the building chamber is lowered by one layer thickness (so-called Z-increment), so that the application tool 23 can be moved back over the previously coated powder layer to fresh powder 5 A from the supply for a new powder layer on the build platform 17 to distribute. Here, the previously coated surface can be lowered slightly, so that the powder layer is not damaged. For processing, the construction platform 17 is then moved back to the starting position.
Alternativ kann statt des Absenkens der Bauplattform 17 das Auftragswerkzeug 23 um einen höher liegenden Drehpunkt verschwenkt werden, sodass es auf der Rückfahrt zum Pulvervorrat vom Pulverbett abgehoben ist. Dies erfolgt beispielhaft mit der Hohlwelle über ein Hochschwenken des Auftragswerkzeugs 23 um die Rotationsachse Rl . Entsprechend muss die Bauplattform 17 vor der Rückfahrt der Auftragseinheit nicht abgesenkt werden, was die Lebensdauer der Kolbendichtungen verbessert und den Gesamtablauf beschleunigt. Alternatively, instead of lowering the construction platform 17, the application tool 23 can be pivoted about a higher pivot point so that it is lifted off the powder bed on the way back to the powder supply. This is done by way of example with the hollow shaft via a pivoting of the application tool 23 about the rotation axis Rl. Accordingly, the build platform 17 does not have to be lowered before the return of the application unit, which improves the life of the piston seals and accelerates the overall process.
Die Rotationsachse Rl verläuft entlang des oberen Endes des Werkzeughalters 33, sodass das Auftragswerkzeug 23 drehbar gelagert ist. Ein Servo-Getriebemotor 32 mit elektromagneti- scher Bremse kann am Grundkörper 31A vorgesehen werden. Die drehbar gelagerte Welle ist an ihrem hinteren Ende über ein Zahnradpaar mit dem Servo-Getriebemotor 32 verbunden. Am vorderen Ende der Welle ist der Werkzeughalter 33 befestigt. Der Servo-Getriebemotor 32 kann eine kontrolliert durchführbare Schwenkbewegung des Auftragswerkzeugs 23 um die Rotationsachse Rl bewirken. Er erlaubt insbesondere eine Drehung des Auftragswerkzeugs 23 um die Rotationsachse Rl innerhalb eines Winkelbereichs oder sogar eine freie Positionierung um 360°. Beispielsweise liegt die Rotationsachse Rl auf der linearen Bewegungsachse L der Kugelumlaufführung (oder z. B. der Riemenführung). Jedoch kann während des Fertigungsvorgangs eine Beschädigung des Auftragswerkzeugs 23, insbesondere der mit dem Pulver wechselwirkenden Werkzeugkante, erfolgen. Dies passiert z. B. aufgrund von während der Fertigung unbeabsichtigt aufwachsenden Störkonturen, scharfen Metallspritzern oder ähnlichem. Dieser Werkzeugverschleiß kann über eine Dunkelfeldbe- leuchtung und eine Bildverarbeitung beispielsweise mit der Kamera detektiert werden. Die Notwendigkeit eines Werkzeugwechsels kann so einem Bediener signalisiert werden und die Werkzeugeinheit kann ausgetauscht werden, bevor eine fehlerhafte Beschichtung eintritt, sodass allgemein der Ausschuss von unbrauchbar erzeugten Bauteilen reduziert wird. Ferner kann routinemäßig ein Austausch nach vorbestimmten Zeitintervallen vorgenommen werden. Um die Qualität des Bauteils nicht zu gefährden, wird der Werkzeugwechsel bevorzugt direkt nach dem Erkennen eines Verschleißes des Auftragswerkzeugs 23 durchgeführt. Wie eingangs erwähnt wurde, kann ein manueller Austausch ungeplant Verzögerungen bewirken, die in Verbindung mit einem maschinenseitig ausgelösten Achs-Stopp die Gefahr eines thermischen Verzugs des bereits hergestellten Teils des Werkstücks bergen. Es kann eine sichtbare Fehl- stelle in der Lage im Werkstück entstehen, die der Bearbeitungspause beim Werkzeugwechsel entspricht. Kritisch ist dies besonders bei einem beheizten Fertigungsraum, da hier meist der Abkühlgradient stärker als bei einem nicht beheizten Fertigungsraum ist. The rotation axis Rl runs along the upper end of the tool holder 33, so that the application tool 23 is rotatably mounted. A servo geared motor 32 with electromagnetic shear brake can be provided on the main body 31A. The rotatably mounted shaft is connected at its rear end via a gear pair with the servo geared motor 32. At the front end of the shaft, the tool holder 33 is attached. The servo geared motor 32 can effect a controllably feasible pivoting movement of the application tool 23 about the rotation axis Rl. In particular, it permits a rotation of the application tool 23 about the rotation axis R 1 within an angular range or even a free positioning by 360 °. For example, the rotation axis R1 lies on the linear movement axis L of the recirculating ball guide (or, for example, the belt guide). However, damage to the application tool 23, in particular the tool edge interacting with the powder, can occur during the production process. This happens z. B. due to inadvertent growing during production interference contours, sharp metal splash or the like. This tool wear can be detected via a dark field illumination and image processing, for example with the camera. The need for a tool change can thus be signaled to an operator, and the tool unit can be replaced before a faulty coating occurs, so that in general the rejects of unusually generated components is reduced. Furthermore, replacement may be routinely made at predetermined time intervals. In order not to endanger the quality of the component, the tool change is preferably carried out directly after detecting a wear of the application tool 23. As mentioned in the beginning, a manual replacement can cause unplanned delays, which, in conjunction with an axis stop triggered on the machine side, pose the risk of thermal distortion of the already produced part of the workpiece. There may be a visible defect in the position in the workpiece, which corresponds to the processing break during tool change. This is particularly critical for a heated production room, as here usually the cooling gradient is stronger than in a non-heated production room.
Nachfolgend wird in Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 6 ein Konzept zum schnellen Wechsel eines Bearbeitungswerkzeugs wie z. B. eines Auftragswerkzeugs zur Ausbildung der Oberflächenschicht offenbart. Dieses erlaubt es, neben Auftragswerkzeugen auch Spezial- werkzeuge automatisiert aufzuspannen, die im Werkzeugspeicher 37 innerhalb des Fertigungsraums 9 bereitgestellt werden. Der Werkzeugwechsel wird von einer Steuerungseinheit 39 angesteuert. Die Steuerungseinheit 39 kann Teil des Steuerungssystems der Fertigungsvorrichtung 1 sein oder als unabhängige Einheit spezifisch für den Werkzeugwechsel vorgesehen werden. In Fig. 3 ist die Steuerungseinheit 39 schematisch gestrichelt angedeutet und über Datenverbindungen 41 mit dem Werkzeughalter 33 und der Werkzeugspeichereinheit 37 verbunden. Hereinafter, in connection with the figures 4 to 6, a concept for quickly changing a machining tool such. B. a job tool for forming the surface layer disclosed. This makes it possible to automatically clamp special tools in addition to application tools, which are provided in the tool storage 37 within the production space 9. The tool change is controlled by a control unit 39. The control unit 39 may be part of the control system of the manufacturing apparatus 1 or may be provided as an independent unit specific to the tool change. In Fig. 3, the control unit 39 is indicated schematically by dashed lines and connected via data links 41 with the tool holder 33 and the tool storage unit 37.
Das zugrundeliegende System für den Werkzeugwechsel ist dabei derart ausgebildet, dass der Austausch bei geschlossenem Fertigungsraum 9 vorgenommen werden kann. Es basiert auf der Kombination einer Rotationsbewegung einer Werkzeugeinheit um die Rotationsachse Rl und einer Linearbewegung mit Hilfe des Linearantriebs 31 entlang der Bewegungsachse L. The underlying system for the tool change is designed such that the exchange can be made with closed production room 9. It is based on the combination of a rotational movement of a tool unit about the rotation axis Rl and a linear movement by means of the linear drive 31 along the movement axis L.
Für den nachfolgend erläuterten automatisierten Werkzeugwechsel wird die bereits angesprochene Anordnung des Auftragswerkzeugs 23 genutzt, bei der das Auftragswerkzeug 23 über den als Schwenkarm wirkenden Werkzeughalter 33 beispielsweise nahe der oder an der linea- ren Bewegungsachse L des Linearantriebs 31 drehbar gelagert ist. For the automated tool change explained below, the already mentioned arrangement of the application tool 23 is used, in which the application tool 23 is rotatably mounted, for example, near or on the linear movement axis L of the linear drive 31 via the tool holder 33 acting as a swivel arm.
Die Figuren 4A und 4B zeigen den Werkzeughalter 33 mit einer Werkzeugaufnahme 43, in die ein Auftragswerkzeug 23 eingespannt ist. Die Werkzeugaufnahme 43 und das Auftragswerkzeug 23 stellen eine austauschbare Werkzeugeinheit 45 (auch als Werkzeug bezeichnet) dar. Man erkennt in Fig. 4A ein teilweise im Schnitt gezeigtes Trägerelement 46 mit einem Achsaufnahmeabschnitt 46A zum Aufnehmen der Hohlwelle und einem Schwenkabschnitt 46B, an dem die Werkzeugeinheit 45 befestigt ist. In Fig. 4A ist die Rotationsachse Rl im Achsaufnahmeabschnitt 46A angedeutet. Der Werkzeughalter 33 weist ferner einen oder mehrere, beispielsweise zwei, Linearaktoren 47 auf, die am Schwenkelementabschnitt 46B mit Schrauben 48 befestigt sind. In Zusammenspiel mit einer Spannvorrichtung erlaubt es der Linearaktor 47/die Linearaktoren z. B. zwei verschiebbare Spannkeile 49 der Spannvorrichtung zu fixieren oder zu lösen. Die Spannkeile 49 sind nebeneinander am entfernten Ende des Schwenkelementabschnitts 46B angeordnet und an Führungswellen 51 angeschraubt. Die Führungswellen 51 erstrecken sich durch Gleitlager 53 im Schwenkelement 46B und können von dem Linearaktor 47/den Linearaktoren verschoben werden (Doppelpfeil 55). Auf jeden Spannkeil 49 wirkt eine Spannkraft über beispielsweise zwei symmetrisch neben dem jeweiligen Spannkeil angeordnete Druckfedern 57. Der Spannkraft der Druckfedern 57 wirkt der pneumatisch oder elektromotorisch angesteuerte Linearaktor 47/die Linearaktoren entgegen. Der oder die Linearaktoren 47 sind entsprechend dazu ausgebildet, dass der Werkzeughalter 33 eine Werkzeugeinheit 45 aus dem Werkzeugspeicher 37 formschlüssig sowie kraftschlüssig aufnehmen kann. Die in den Figuren 4A und 4B gezeigte Werkzeugeinheit 45 ist eine passive Werkzeugeinheit, die beispielhaft eine Klinge oder Bürste als Auftragswerkzeug 23 zum Auftragen und Verteilen von Pulver aufweist. In weiteren Ausführungsformen können aktive Werkzeugeinheiten, wie z. B. ein Fräswerkzeug oder eine Schleifwelle, von der Werkzeughalterung 33 aufgenommen werden. Beispielsweise können rotierende Werkzeugeinheiten zur Beseitigung der zuvor genannten Störkonturen - wie scharfkantige Metallspritzer - genutzt werden, die im Fer- tigungsprozess unbeabsichtigt aufwachsen können. Zum Betreiben von aktiven Werkzeugeinheiten kann der Werkzeughalter 33 z. B. eine Schnittstelle zur Übertragung einer Kleinspannung bis beispielsweise 40V aufweisen. Ferner kann ein elektrischer Antrieb beispielsweise in der Hohlwelle des rotierenden Werkzeugs angeordnet werden. Figures 4A and 4B show the tool holder 33 with a tool holder 43, in which a job tool 23 is clamped. The tool holder 43 and the application tool 23 represent a replaceable tool unit 45 (also referred to as a tool). It can be seen in Fig. 4A, a partially shown in section support member 46 with an axle receiving portion 46A for receiving the hollow shaft and a pivot portion 46B, on which the tool unit 45 is attached. In Fig. 4A, the rotation axis Rl in the axle receiving portion 46A is indicated. The tool holder 33 further comprises one or more, for example, two, linear actuators 47 which are secured to the pivot member portion 46B with screws 48. In conjunction with a clamping device allows the linear actuator 47 / the linear actuators z. B. two displaceable clamping wedges 49 of the clamping device to fix or to solve. The clamping wedges 49 are arranged side by side at the distal end of the pivot member portion 46 B and screwed to guide shafts 51. The guide shafts 51 extend through sliding bearings 53 in the pivot member 46B and can be displaced by the linear actuator 47 / the linear actuators (double arrow 55). On each clamping wedge 49 acts a clamping force on, for example, two symmetrically arranged next to the respective clamping wedge compression springs 57. The clamping force of the compression springs 57 acts of the pneumatically or electric motor driven Linear Actuator 47 / the linear actuators. The linear actuator (s) 47 are designed in such a way that the tool holder 33 can receive a tool unit 45 from the tool storage 37 in a positive-locking and non-positive manner. The tool unit 45 shown in FIGS. 4A and 4B is a passive tool unit, which has by way of example a blade or brush as an application tool 23 for applying and distributing powder. In further embodiments, active tool units, such as. B. a milling tool or a grinding shaft, are received by the tool holder 33. For example, rotating tool units can be used to eliminate the aforementioned interference contours-such as sharp-edged metal spatters-that can inadvertently grow up in the manufacturing process. For operating active tool units, the tool holder 33 z. B. have an interface for transmitting a low voltage up to 40V, for example. Furthermore, an electric drive can be arranged for example in the hollow shaft of the rotating tool.
Bevorzugt weisen die jeweiligen Werkzeugeinheiten Werkzeugaufnahmen 43 auf, die Merkmale zur lagerichtigen Orientierung des Werkzeugs, insbesondere des Auftragswerkzeugs 23, im Werkzeughalter 33 bereitstellen. The respective tool units preferably have tool receivers 43 which provide features for the correct orientation of the tool, in particular of the application tool 23, in the tool holder 33.
Dazu ist jede Werkzeugaufnahme 43 mit beispielsweise zwei oder mehr harten Klingen 59 ausgestattet, die im Zusammenspiel mit einer (oder jeweils einer) harten Anschlagfläche 61 des Werkzeughalters 33 eine lagerichtige Indexierung (im Wesentlichen eine gewünschte Ausrichtung) der Werkzeugeinheit 45 bzgl. des Werkzeughalters 33 bewirken. Ein Klingenspannmechanismus 59A, der eine entsprechende präzise Justage, insbesondere querkraftfreie Klemmung, der Klingen 59 ermöglicht, ist in Fig. 4B angedeutet. Dabei indexieren die harten Klingen 59 die Aufnahmeeinheit kraftschlüssig an der Anschlagfläche als Bezugsfläche der Werkzeugaufnahme 43. Beispielsweise dienen die harten Klingen als Endanschlag in Z- Richtung. Unter der harten Gegenfläche können sich ein oder mehrere dünne austauschbare Präzisionsbleche befinden, die beim Einjustieren der Ausrichtung/Geradheit ergänzt bzw. entfernt werden können. Die Klinge kann dabei als scharfer und harter Keil ausgeführt werden oder es kann eine ähnliche Geometrie mit möglichst geringer Gesichtsfläche gewählt werden. For this purpose, each tool holder 43 is equipped with, for example, two or more hard blades 59 which, in conjunction with one (or one) hard stop surface 61 of the tool holder 33, effect a positionally correct indexing (essentially a desired orientation) of the tool unit 45 with respect to the tool holder 33 , A blade tensioning mechanism 59A, which allows a corresponding precise adjustment, in particular lateral force-free clamping, of the blades 59, is indicated in FIG. 4B. The hard blades 59 index the receiving unit frictionally on the stop surface as a reference surface of the tool holder 43. For example, the hard blades serve as an end stop in the Z direction. Under the hard counter surface may be one or more thin exchangeable precision sheets that can be added or removed when adjusting the alignment / straightness. The blade can be executed as a sharp and hard wedge or it can be selected a similar geometry with the smallest possible facial area.
Die Werkzeugaufnahme 43 ist bevorzugt zweischalig aufgebaut. Beispielhaft bilden zwei Klemmbacken 63 A, 63B einen C-förmigen Rahmen mit einer Aussparung 65, in die die Spannkeile 49 eingreifen. Dies lässt eine kraftschlüssige Fixierung der Werkzeugaufnahme 43, und damit des Auftragswerkzeugs 23, an der Werkzeughalterung 33 zu. b The tool holder 43 is preferably constructed with two shells. By way of example, two jaws 63 A, 63 B form a C-shaped frame with a recess 65 into which the Clamping wedges 49 intervene. This allows a non-positive fixation of the tool holder 43, and thus of the application tool 23, to the tool holder 33. b
Zur Befestigung des Auftragswerkzeugs 23 weist die Werkzeugaufnahme 43 eine Negativ- form des Auftragswerkzeugs 23, beispielsweise eine Negativform eines Keils, auf. Das Auftragswerkzeug 23 wird über einen Kraft- und Formschluss in die Werkzeugaufnahme 43 geklemmt. In Fig. 4A werden die Klemmbacken 63 A, 63B beispielsweise verschraubt. Dabei ist es wichtig, dass eine Bezugslage des Auftragswerkzeugs 23 in der Fertigungsvorrichtung 1 durch eine entsprechend korrekte Montage des Auftragswerkzeugs 23 sichergestellt wird, wie sie beispielhaft nachfolgend erläutert wird. For fastening the application tool 23, the tool holder 43 has a negative form of the application tool 23, for example a negative mold of a wedge. The application tool 23 is clamped in the tool holder 43 via a positive and positive fit. In Fig. 4A, the jaws 63 A, 63 B are screwed, for example. It is important that a reference position of the application tool 23 is ensured in the manufacturing apparatus 1 by a correspondingly correct assembly of the application tool 23, as will be explained by way of example below.
So kann die Werkzeugaufnahme 43 in eine Vorrichtung eingelegt und aufgespannt werden, die funktional ähnlich dem Werkzeughalter 33 ausgebildet ist. Beispielsweise weist die Vorrichtung Indexierungsmerkmale (z. B. die beschriebenen Keile) zum Eingreifen in die Werk- zeugaufnahme und entsprechende Aktoren zum formschlüssigen sowie kraftschlüssigen Halten der Werkzeugaufnahme 43 auf. Die Vorrichtung verfügt ebenfalls über Klemmkeile und eine Spannvorrichtung. Dabei indexieren diese die Aufnahmeeinheit kraftschlüssig an einer Stirnfläche der Vorrichtung und formschlüssig gegen die Bezugsfläche der Vorrichtung. Der formschlüssige Bezug wird z. B. zwischen den beiden scharfen, gehärteten Klingen 59 sowie einer gehärteten Stirnfläche hergestellt. Thus, the tool holder 43 can be inserted and clamped in a device which is functionally similar to the tool holder 33 is formed. By way of example, the device has indexing features (for example the wedges described) for engaging in the tool holder and corresponding actuators for the positive and non-positive holding of the tool holder 43. The device also has clamping wedges and a clamping device. These index the receiving unit frictionally on an end face of the device and positively against the reference surface of the device. The positive connection is z. B. between the two sharp, hardened blades 59 and a hardened face.
Bei der beispielhaft gezeigten Werkzeugaufnahme 43 wurde das Auftragswerkzeug 23 in die offene Werkzeugaufnahme 43, hier die zugängliche Negativform, eingelegt. Dabei wird es bündig auf eine Bezugsebene der Vorrichtung ausgerichtet und beispielsweise gegen den unte- ren Schenkel des C-förmigen Rahmens angelegt. Es folgt das kraftschlüssige Verbinden des Auftragswerkzeugs 23, z. B. über Schrauben 62, in der Werkzeugaufnahme, wo es eingepresst gehalten wird. Die Fixierung in der Vorrichtung kann nun gelöst und die Werkzeugeinheit 45 mit ausgerichtetem Auftragswerkzeug entnommen werden. Dabei ist beispielsweise die Werkzeugunterkante des Auftragswerkzeugs 23 exakt parallel zu der Fläche am oberen Ende der Werkzeugaufnahme 43, die durch die Schneiden der beiden Klingen gebildet wird, ausgerichtet. Dieses Vorgehen wird mit allen Werkzeugeinheiten wiederholt, die im Werkzeugspeicher 37 gerüstet werden sollen. Die zugrundeliegende Vorrichtung kann beispielsweise der Fertigungsvorrichtung 1 zugeordnet oder als separates Betriebsmittel genutzt werden. Das beschriebene Vorgehen garantiert, dass die Werkzeugkanten aller gerüsteten Werkzeuge denselben Bezug relativ zu der Anschlagfläche des Werkzeughalters haben. Ein Einwechseln eines neuen Auftragswerkzeugs 23 kann so sicher bezüglich einer festgelegten Referenzebene erfolgen. In the case of the tool holder 43 shown by way of example, the application tool 23 has been inserted into the open tool holder 43, here the accessible negative mold. It is aligned flush with a reference plane of the device and applied for example against the lower leg of the C-shaped frame. It follows the non-positive connection of the application tool 23, z. B. via screws 62, in the tool holder, where it is kept pressed. The fixation in the device can now be solved and the tool unit 45 are removed with aligned application tool. In this case, for example, the tool lower edge of the application tool 23 is aligned exactly parallel to the surface at the upper end of the tool holder 43, which is formed by the cutting edges of the two blades. This procedure is repeated with all tool units that are to be prepared in the tool memory 37. The underlying device can for example be associated with the manufacturing device 1 or used as a separate resource. The procedure described guarantees that the tool edges of all tools equipped have the same reference relative to the stop surface of the tool holder. A replacement of a new job tool 23 can be done so safely with respect to a specified reference level.
Für den Werkzeugaustausch kann, wie beispielhaft in Figuren 2 und 5 gezeigt wird, der Werkzeugspeicher 37 an einer Innenwand des Fertigungsraums 9 im Bereich des Pulversammelbereichs 29 A vorgesehen werden. Der Werkzeugspeicher 37 ist in den Abbildungen der Fig. 5 beispielhaft in Form einer Halbschale ausgeführt, die sich z. B. um einen Mittelpunkt R2 erstreckt. Auf dieser Halbschale werden an mehreren Werkzeugplätzen 69 z. B. weitere Wechselwerkzeugeinheiten 45 mit Auftragswerkzeugen 23 oder Spezialwerkzeugen gerüstet, wie die bereits erwähnten Spezialwerkzeuge zum Reinigen der Prozesskammer, zum erstmaligen Füllen von Spalten zwischen Bauplattform 17 und Bauzylinder 21 (mit Pulver) sowie zum Beseitigen der im Prozess unbeabsichtigt aufwachsenden Störkonturen sowie scharfen Me- tallspritzern. In einigen Ausführungsformen kann die Halbschale um den Mittelpunkt R2 drehbar ausgeführt werden. Jedoch ist eine drehbare Halbschale insbesondere dann nicht notwendig, wenn eine ausreichend weite Winkelbewegung der Drehachse des Werkzeughalters 33 bereitgestellt wird, die es erlaubt, jeden der Werkzeugplätze 69 anzufahren, ohne dass es z. B. einer weiteren Rotationsbewegung der Halbschale bedarf. For tool exchange, as shown by way of example in FIGS. 2 and 5, the tool store 37 can be provided on an inner wall of the production space 9 in the region of the powder collecting area 29A. The tool storage 37 is exemplified in the figures of FIG. 5 in the form of a half-shell, the z. B. extends around a center R2. On this half shell 69 z. As further interchangeable tool units 45 equipped with job tools 23 or special tools, such as the aforementioned special tools for cleaning the process chamber, for the first time filling gaps between platform 17 and cylinder 21 (with powder) and to eliminate the inadvertently growing in the process interference contours and sharp Me- tallspritzern. In some embodiments, the half shell may be rotatable about the center R2. However, a rotatable half-shell, in particular, is not necessary if a sufficiently wide angular movement of the axis of rotation of the tool holder 33 is provided, which allows to approach each of the tool seats 69 without it z. B. requires a further rotational movement of the half shell.
Der zur Verfügung stehende Platz reicht dabei z. B. für das Rüsten von mehreren Werkzeugeinheiten 45 aus. In Fig. 5 sind beispielhaft sechs Werkzeugeinheiten 45 gezeigt. Jeder Werkzeugplatz 69 verfügt über eine Auflagefläche sowie über zwei (Indexier-)Stifte, die in zugehörige Aufnahmen 71 (siehe Fig. 4B) in den Klemmbacken 63 A, 63B eingreifen können, um die Lage der gerüsteten Werkzeugeinheit 45 im Raum zu definieren. Wurde eine der sechs Werkzeugeinheiten 45 montiert, stehen im Werkzeughalter 33 somit fünf weitere Wechselwerkzeugplätze und ein Leerplatz zum Ablegen der bereits indexierten Werkzeugeinheit zur Verfügung. Statt der halbschalenförmigen Anordnung des Werkzeugspeichers könnte alternativ eine Kettenspeicher-Konfiguration (Paternoster-System-artig) oder eine Bevorratung auf einem beispielsweise vertikalen Linearschlitten genutzt werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Wechselvorgang durch eine kombinierte Bewegung entlang der Vorschubachse (Bewegungsachse L) der Auftragseinheit sowie um die Schwenkachse (Rotationsachse Rl) durchzuführen. Beispielsweise werden die Bewegungen entlang der Vorschubachse und um die Schwenkachse durch eine überlagerte NC- Ansteuerung angesteuert. Die Bewegung wird dabei teilweise simultan ausgeführt, sodass es zu keiner Kollision zwischen Werkzeughalter 33 und Werkzeugeinheit 45 bzw. Werkzeugaufnahme 23 kommen kann. The available space is enough z. B. for the setup of several tool units 45. In FIG. 5, by way of example, six tool units 45 are shown. Each tool station 69 has a support surface and two (indexing) pins that can engage in associated receptacles 71 (see FIG. 4B) in the jaws 63 A, 63 B to define the position of the tool unit 45 in space. If one of the six tool units 45 has been mounted, there are thus five further exchange tool places and an empty space in the tool holder 33 for depositing the already-indexed tool unit. Instead of the half-shell-shaped arrangement of the tool storage could alternatively be used a chain storage configuration (paternoster system-like) or a storage on a vertical linear slide, for example. According to the invention, it is proposed to carry out the changing operation by a combined movement along the feed axis (movement axis L) of the application unit and about the pivot axis (rotation axis R1). For example, the movements along the feed axis and about the pivot axis are controlled by a superimposed NC control. The movement is carried out partially simultaneously, so that there can be no collision between the tool holder 33 and tool unit 45 or tool holder 23.
Das Aufnehmen eines Werkzeuges wird nachfolgend mit Bezug zu den Abbildungen a) bis j) der Fig. 5 beschrieben, wobei der Werkzeughalter 33 frei sein muss. Entsprechend ging dem Aufnehmen z. B. voraus, dass zuvor ein freier Werkzeugplatz im Werkzeugspeicher 37 angefahren und dort eine nicht mehr benötigte bzw. verschlissene Werkzeugeinheit 45 A abgelegt worden war (nicht gezeigt). Ein derartiger Ablagevorgang entspricht im Wesentlichen dem umgekehrten Aufnahmevorgang, wie er nachfolgend beschrieben wird. The picking up of a tool will be described below with reference to the figures a) to j) of Fig. 5, wherein the tool holder 33 must be free. Accordingly, the recording was z. B. advance that previously a free tool space in the tool memory 37 approached and there was a no longer needed or worn tool unit 45 A was deposited (not shown). Such a deposition process substantially corresponds to the reverse recording process, as will be described below.
Für das Aufnehmen einer (frischen) Werkzeugeinheit 45B werden zunächst die Indexier- Spannkeile 49 z. B. pneumatisch entspannt (Abbildung A)). Zum Aufnehmen der Werkzeugeinheit 45B wird diese von unten angefahren und aus der Ruheposition herausgehoben. Der Werkzeughalter 33 fährt dazu als Schwenkarm mit einer überlagerten Bewegung linksdrehend um die Rotationsachse Rl an die Werkzeugeinheit 45B heran, bis diese die Stirnfläche desFor receiving a (fresh) tool unit 45B, first the indexing clamping wedges 49 z. B. pneumatically relaxed (Figure A)). To pick up the tool unit 45B, it is approached from below and lifted out of the rest position. The tool holder 33 moves as a pivoting arm with a superimposed movement counterclockwise about the rotation axis Rl to the tool unit 45B zoom up to this, the end face of the
Werkzeughalters 33 berührt (Abbildungen b) bis e)). Anschließend erfolgt über den Linearaktor 47/die Linearaktoren des Werkzeughalters 33 eine formschlüssige sowie kraftschlüssige Fixierung der Werkzeugeinheit 45B, indem die Spannkeile der Indexierung durch Lösen der Pneumatik federgespannt werden (Abbildung e)). Die exakte Lage der Werkzeugeinheit im Werkzeughalter 33 wird durch den Kraft- und Formschluss der Spannkeile 49 sowie denTool holder 33 touched (Figures b) to e)). Subsequently, via the linear actuator 47 / the linear actuators of the tool holder 33, a positive and non-positive fixing of the tool unit 45B by the clamping wedges of the indexing are spring-loaded by releasing the pneumatic (Figure e)). The exact position of the tool unit in the tool holder 33 is due to the positive and positive fit of the clamping wedges 49 and the
Kraftschluss der beiden Klingen 59 gegen die Bezugsfläche des Werkzeughalters 33 erreicht. Durch eine weitere Linksdrehung wird die indexierte Werkzeugeinheit aus dem Werkzeugspeicher 37 freigedreht (Abbildungen f) und g)) und durch eine überlagerte Bewegung aus dem Werkzeugspeicher 37 in den Fertigungsraum 9 gefahren (Abbildungen h) und i)). Dort kann sie beispielsweise um die Rotationsachse Rl derart eingestellt werden, dass die Werkzeugunterkante des Auftragswerkzeugs 23 knapp oberhalb der Arbeitsfläche 27 liegt (Abbildung j)). Ein Ablegen einer Werkzeugeinheit erfolgt im beschriebenen Beispiel mit einer Rechtsdrehung, das Aufnehmen einer neuen Werkzeugeinheit erfolgt wie beschrieben mit einer Linksdrehung der Werkzeughalterung 33. In der angesprochenen Verwendung eines z. B. vertikalen Linearschlittens zur Bereitstellung von Werkzeugplätzen kann die Ausrichtung des Werkzeughalters 33 über die Rotationsachse Rl in die Horizontale erfolgen, wobei dann der Linearschlitten von oben an einen Werkzeugplatz heranfährt, aus dem eine Werkzeugeinheit 45 entnommen und auf dem Werkzeughalter 33 abgelegt oder in den eine Werkzeugeinheit 45 abgelegt wird. Frictional connection of the two blades 59 is achieved against the reference surface of the tool holder 33. By a further turn to the left, the indexed tool unit is released from the tool storage 37 (Figures f) and g)) and driven by a superimposed movement from the tool storage 37 into the production space 9 (Figures h) and i)). There, it can be adjusted, for example, about the axis of rotation Rl such that the lower edge of the tooling 23 is just above the working surface 27 (Figure j)). A placement of a tool unit is done in the example described with a clockwise rotation, the recording of a new tool unit is carried out as described with a left-hand rotation of the tool holder 33. In the above-mentioned use of a z. B. vertical linear slide for the provision of tool locations, the alignment of the tool holder 33 via the rotation axis Rl in the horizontal, in which case the linear slide drove from above to a tool place, taken from a tool unit 45 and stored on the tool holder 33 or in the one Tool unit 45 is stored.
In einigen Ausführungsformen kann der Linearantrieb 31, und damit der Werkzeughalter 33, zusätzlich in seiner Höhe bezüglich der Arbeitsfläche 27 verändert werden, so dass die Bewegung zur Ausgangslage des Auftragswerkzeugs über dem Vorratszylinder 25 beispielsweise in einer angehobenen Stellung des Linearantriebs 31 erfolgen kann. In some embodiments, the linear drive 31, and thus the tool holder 33, additionally be changed in height with respect to the work surface 27, so that the movement to the starting position of the application tool on the storage cylinder 25, for example, in a raised position of the linear actuator 31 can take place.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or every possible subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Aufnehmen einer Werkzeugeinheit (45B) einer Vorrichtung zur generativen Fertigung in einem Werkzeughalter (33), 1. A method for receiving a tool unit (45B) of a device for additive production in a tool holder (33),
wobei die Vorrichtung zur generativen Fertigung einen Linearantrieb (31) mit einem wherein the device for generative manufacturing a linear drive (31) with a
Grundkörper (31A) aufweist, der Werkzeughalter (33) an dem Grundkörper (31A) um eine Rotationsachse (Rl) rotierbar befestigt ist und der Werkzeughalter (33) mit dem Grundkörper (31A) entlang einer Bewegungsachse (L) des Linearantriebs (31) über eine Arbeitsfläche (27), die in einem Fertigungsraum (9) der Vorrichtung zur generativen Fertigung angeordnet ist, bewegbar ist, wobei die Arbeitsfläche (27) einen Plattformbereich (17A) aufweist und eine untere Begrenzung einer in einem Werkzeughalter (33) aufgenommenen Werkzeugeinheit im Wesentlichen auf der Höhe der Arbeitsfläche (27) über den Plattformbereich (17A) verfahrbar ist, Base body (31A), the tool holder (33) on the base body (31A) rotatably mounted about a rotation axis (Rl) and the tool holder (33) with the base body (31A) along a movement axis (L) of the linear drive (31) via a working surface (27) arranged in a production space (9) of the device for generative production, wherein the working surface (27) has a platform area (17A) and a lower limit of a tool unit accommodated in a tool holder (33) Essentially on the height of the work surface (27) over the platform area (17A) is movable,
wobei die Vorrichtung zur generativen Fertigung ferner einen Werkzeugspeicher (37) im Fertigungsraum (9) aufweist, der mehrere Werkzeugplätze (69) für Werkzeugeinheiten wherein the device for generative manufacturing further comprises a tool storage (37) in the production space (9), the plurality of tool places (69) for tool units
(45) bereitstellt, wobei auf einem der Werkzeugplätze (69) die Werkzeugeinheit (45B) bereitgestellt ist, und (45), wherein on one of the tool stations (69) the tool unit (45 B) is provided, and
wobei der Werkzeughalter (33) eine Einspannvorrichtung aufweist, die einen entspannten Betriebszustand zum Aufnehmen und Herausnehmen der Werkzeugeinheit (45B) und einen gespannten Betriebszustand zum Fixieren der aufgenommenen Werkzeugeinheit (45B) aufweist, wobei im gespannten Betriebszustand eine Anschlagfläche (61) des Werkzeughalters (33) zur lagerichtigen Indexierung von der Werkzeugeinheit (45B) berührt wird, mit den Schritten:  wherein the tool holder (33) has a clamping device, which has a relaxed operating state for receiving and removing the tool unit (45B) and a tensioned operating state for fixing the received tool unit (45B), wherein in the tensioned operating state a stop surface (61) of the tool holder (33 ) is contacted by the tool unit (45B) for positional indexing, comprising the steps of:
Aktivieren des entspannten Betriebszustands des Werkzeughalters (33),  Activating the relaxed operating state of the tool holder (33),
Bewegen des Werkzeughalters (33) zu dem Werkzeugplatz (69) mit der bereitgestellten Werkzeugeinheit (45B), indem eine Linearbewegung entlang der Bewegungsachse (L) und eine Schwenkbewegung um die Rotationsachse (Rl) durchgeführt werden,  Moving the tool holder (33) to the tool station (69) with the provided tool unit (45B) by performing a linear movement along the movement axis (L) and a pivoting movement about the rotation axis (Rl),
Aktivieren des gespannten Betriebszustands des Werkzeughalters (33), sodass die Anschlagfläche (61) des Werkzeughalters (33) von der Werkzeugeinheit (45B) berührt wird, und Herausheben der bereitgestellten Werkzeugeinheit (45B) aus dem Werkzeugplatz (69).  Activating the cocked operating state of the tool holder (33) so that the abutment surface (61) of the tool holder (33) is contacted by the tool unit (45B), and lifting the provided tool unit (45B) out of the tool place (69).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Werkzeughalter (33) als Schwenkarm mit einer die Linearbewegung und Schwenkbewegung überlagernden Bewegung drehend um die Rotationsachse (Rl) an die Werkzeugeinheit (45B) heranfährt, bis diese eine Anschlagfläche (61) des Werkzeughalters (33) berührt, und insbesondere der Werkzeugplatz (69) von unten angefahren wird. 2. The method of claim 1, wherein the tool holder (33) as a pivoting arm with a linear movement and pivotal movement superimposed movement around the axis of rotation (Rl) to the tool unit (45 B) drove until it has a stop surface (61) the tool holder (33) touched, and in particular the tool space (69) is approached from below.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Aktivieren des gespannten Betriebszu- Stands über einen Linearaktor (47) des Werkzeughalters (33) eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Fixierung der Werkzeugeinheit (45B) bewirkt. 3. The method of claim 1 or 2, wherein activating the tensioned Betriebszu- state via a linear actuator (47) of the tool holder (33) causes a positive and / or non-positive fixation of the tool unit (45B).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Fixierung Spannkeile (49) der Werkzeughalterung (33) durch Lösen einer Pneumatik federge- spannt werden. 4. The method of claim 3, wherein for the positive and / or non-positive fixing clamping wedges (49) of the tool holder (33) are spring-biased by releasing a pneumatic.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine exakte Lage der Werkzeugeinheit (45) im Werkzeughalter (33) durch einen Kraft- und Formschluss der Spannkeile (49) und/oder einen Kraftschluss von mindestens einer Klinge (59) gegen eine Anschlagfläche (61) des Werkzeughalters (33) erreicht wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein an exact position of the tool unit (45) in the tool holder (33) by a positive and positive fit of the clamping wedges (49) and / or a frictional connection of at least one blade (59) against a stop surface ( 61) of the tool holder (33) is achieved.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Herausheben durch eine Fortsetzung der Schwenkbewegung ein Lösen der Werkzeugeinheit (45) von Stiften des Werkzeugplatzes (69) bewirkt. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the lifting by a continuation of the pivoting movement causes a loosening of the tool unit (45) of pins of the tool place (69).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 7. The method according to any one of the preceding claims, further comprising
Bewegen der Werkzeughalterung (33) mit eingespannter Werkzeugeinheit (45) aus dem Werkzeugspeicher (37) in den Fertigungsraum (9). 8. Verfahren zum Ablegen einer Werkzeugeinheit (45B) einer Vorrichtung zur generativen Fertigung in einen Werkzeugspeicher (37),  Moving the tool holder (33) with a clamped tool unit (45) from the tool storage (37) in the production space (9). 8. A method for depositing a tool unit (45B) of a device for additive production in a tool store (37),
wobei die Vorrichtung zur generativen Fertigung einen Linearantrieb (31) mit einem Grundkörper (31A) aufweist, der Werkzeughalter (33) an dem Grundkörper (31A) um eine Rotationsachse (Rl) rotierbar befestigt ist und der Werkzeughalter (33) mit dem Grundkörper (31 A) entlang einer Bewegungsachse (L) des Linearantriebs (31) über eine Arbeitsfläche (27), die in einem Fertigungsraum (9) der Vorrichtung zur generativen Fertigung bewegbar ist, wobei die Arbeitsfläche (27) einen Plattformbereich (17A) aufweist und eine untere Begrenzung einer in einem Werkzeughalter (33) aufgenommenen Werkzeugeinheit im Wesentlichen auf der Höhe der Arbeitsfläche (27) über den Plattformbereich (17A) verfahrbar ist, wobei der Werkzeugspeicher (37) im Fertigungsraum (9) angeordnet ist und mehrere Werkzeugplätze (69) für Werkzeugeinheiten (45) bereitstellt, wobei einer der Werkzeugplätze (69) unbesetzt ist, und wherein the device for generative production has a linear drive (31) with a base body (31A), the tool holder (33) is rotatably mounted on the base body (31A) about a rotation axis (Rl) and the tool holder (33) is attached to the base body (31 A) along a movement axis (L) of the linear drive (31) via a working surface (27) which is movable in a production space (9) of the device for generative production, wherein the working surface (27) has a platform portion (17A) and a lower Limitation of a tool unit accommodated in a tool holder (33) can be moved over the platform area (17A) substantially at the level of the work surface (27), wherein the tool storage (37) is arranged in the production space (9) and provides a plurality of tool places (69) for tool units (45), one of the tool places (69) being unoccupied, and
wobei der Werkzeughalter (33) eine Einspannvorrichtung aufweist, die einen ent- spannten Betriebszustand zum Aufnehmen und Herausnehmen der Werkzeugeinheit (45B) und einen gespannten Betriebszustand zum Fixieren der aufgenommenen Werkzeugeinheit (45B) aufweist, mit den Schritten:  wherein the tool holder (33) comprises a jig having a relaxed operating state for picking up and removing the tool unit (45B) and a cocked operating state for fixing the picked tool unit (45B), comprising the steps of:
Bewegen des Werkzeughalters (33) mit der eingespannten Werkzeugeinheit (45B) zu dem Werkzeugplatz (69), indem eine Linearbewegung entlang der Bewegungsachse (L) und eine Schwenkbewegung um die Rotationsachse (Rl) durchgeführt werden,  Moving the tool holder (33) with the clamped tool unit (45B) to the tool place (69) by performing a linear movement along the movement axis (L) and a pivoting movement about the rotation axis (Rl),
Aktivieren des entspannten Betriebszustands des Werkzeughalters (33), wodurch die Werkzeugeinheit (45B) auf dem unbesetzten Werkzeugplatz der Werkzeugplätze (69) abgelegt wird, und  Activating the relaxed operating state of the tool holder (33), whereby the tool unit (45B) is placed on the empty tool space of the tool stations (69), and
Herausbewegen des Werkzeughalters (33) ohne Werkzeugeinheit (45B) aus dem Werkzeugspeicher (37) .  Moving out of the tool holder (33) without tool unit (45 B) from the tool storage (37).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Werkzeughalter (33) als Schwenkarm mit einer die Linearbewegung und Schwenkbewegung überlagernden Bewegung drehend um die Rotationsachse (Rl) an den unbesetzten Werkzeugplatz (69) heranfährt, bevorzugt bis die Werk- zeugeinheit (45B) in Stifte des Werkzeugplatzes (69) eingreift, und wobei insbesondere der Werkzeugplatz (69) von oben angefahren wird. 9. The method of claim 8, wherein the tool holder (33) as a pivoting arm with a linear movement and pivotal movement superimposed movement around the axis of rotation (Rl) to the unoccupied tool space (69) moves up, preferably until the tool- ing unit (45 B) in pins of the tool place (69) engages, and wherein in particular the tool place (69) is approached from above.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei ein Aktivieren des entspannten Betriebszustands über einen Linearaktor (47) des Werkzeughalters (33) eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Fixierung der Werkzeugeinheit (45B) löst. 10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein activating the relaxed operating state via a linear actuator (47) of the tool holder (33) solves a positive and / or non-positive fixation of the tool unit (45B).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner mit 11. The method according to any one of claims 8 to 10, further comprising
Aufnehmen einer Werkzeugeinheit (45B) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.  Receiving a tool unit (45B) according to a method according to one of claims 1 to 7.
12. Vorrichtung zur generativen Fertigung mit 12. Device for generative production with
einem Gehäuse (7), das einen Fertigungsraum (9) für die generative Fertigung bereitstellt, wobei der Fertigungsraum (9) eine Arbeitsfläche (27) mit einem Plattformbereich (17A) aufweist, in dem eine in der Höhe verfahrbare Bauplattform (17) zum Bereitstellen einer Pulverschicht für einen generativen Fertigungsvorgang angeordnet ist, a housing (7) which provides a manufacturing space (9) for the additive manufacturing, wherein the production space (9) has a working surface (27) with a platform area (17A) in which a height-movable construction platform (17) for providing a powder layer for a generative manufacturing process is arranged,
einem im Fertigungsraum (9) angeordneten Linearantrieb (31) mit einem Grundkörper (31A), der entlang einer Bewegungsachse (L) des Linearantriebs (31) im Fertigungsraum (9) bewegbar ist,  a linear drive (31) arranged in the production space (9) with a main body (31A) which is movable along a movement axis (L) of the linear drive (31) in the production space (9),
einem Werkzeughalter (33) zum Tragen einer Werkzeugeinheit (43), wobei der Werkzeughalter (33) an dem Grundkörper (31A) um eine Rotationsachse (Rl) rotierbar befestigt ist und mit dem Grundkörper (31A) entlang der Bewegungsachse (L) des Linearantriebs (31) über die Arbeitsfläche (27) mitbewegt wird, sodass eine untere Begrenzung einer in einem Werkzeughalter (33) aufgenommenen Werkzeugeinheit mit dem Linearantrieb (31) im Wesentlichen auf der Höhe der Arbeitsfläche (27) über den Plattformbereich (17A) verfahrbar ist, um insbesondere ein Niveau der Oberfläche der Pulverschicht zu definieren, und wobei der Werkzeughalter (33) eine Einspannvorrichtung aufweist, die einen entspannten Betriebszustand zum Aufnehmen und Herausnehmen der Werkzeugeinheit (45B) und einen gespannten Betriebszustand zum Fixieren der aufgenommenen Werkzeugeinheit (45B) aufweist, und einem Werkzeugspeicher (37), der im Fertigungsraum (9) angeordnet ist und mehrere Werkzeugplätze (69) für Werkzeugeinheiten (45) bereitstellt, wobei mindestens einer der Werkzeugplätze (69) unter Verwendung einer Linearbewegung entlang der Bewegungsachse (L) und einer Schwenkbewegung um die Rotationsachse (Rl) vom Werkzeughalter (33) zum Aufnehmen oder zum Ablegen einer Werkzeugeinheit (45, 45B) anfahrbar ist.  a tool holder (33) for carrying a tool unit (43), wherein the tool holder (33) is rotatably mounted on the base body (31A) about a rotation axis (R1) and with the base body (31A) along the movement axis (L) of the linear drive ( 31) is moved over the work surface (27) so that a lower boundary of a tool holder (33) accommodated tool unit with the linear drive (31) substantially at the height of the working surface (27) on the platform portion (17A) is movable to Specifically, to define a level of the surface of the powder layer, and wherein the tool holder (33) has a jig having a relaxed operating state for receiving and removing the tool unit (45B) and a cocked operating state for fixing the received tool unit (45B), and a Tool storage (37), which is arranged in the production space (9) and a plurality of tool places (69) for tool units (45), wherein at least one of the tool stations (69) can be approached using a linear movement along the movement axis (L) and a pivoting movement about the rotation axis (Rl) from the tool holder (33) for receiving or depositing a tool unit (45, 45B) is.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit 13. The apparatus of claim 12, further comprising
einer Steuerungseinheit (39), die zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.  a control unit (39) adapted to carry out a method according to any one of claims 1 to 11.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei mindestens eine der Werkzeugeinheiten (45) eine Werkzeugaufhahme (43) und ein in der Werkzeugaufnahme (43) eingespanntes Auftragswerkzeug (23) zur Pulverhandhabung umfasst und/oder wobei mindestens eine der Werkzeugeinheiten (45) ein Spezialwerkzeug mit einer pneumatisch oder elektrisch betriebenen Rotations- und/oder Linear- Antriebsachse umfasst. 14. Device according to one of claims 12 or 13, wherein at least one of the tool units (45) comprises a tool holder (43) and in the tool holder (43) clamped application tool (23) for powder handling and / or at least one of the tool units (45 ) comprises a special tool with a pneumatically or electrically operated rotational and / or linear drive axle.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Einspannvorrichtung des Werkzeughalters (33) einen elektrischen und/oder pneumatischen Aktor und mindestens eine Druckfeder (57) zur Einstellung der Betriebszustände aufweist. 15. Device according to one of claims 12 to 14, wherein the clamping device of the tool holder (33) has an electric and / or pneumatic actuator and at least one compression spring (57) for adjusting the operating conditions.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei mindestens einer der Werkzeugplätze (69) Stifte zum Eingreifen in Aussparungen (65) in der Werkzeugeinheit (45) aufweist. 16. Device according to one of claims 12 to 15, wherein at least one of the tool places (69) pins for engaging in recesses (65) in the tool unit (45).
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