EP4633852A1 - Verfahren und vorrichtung zur nacharbeitsfreien produktion hybrider strukturen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur nacharbeitsfreien produktion hybrider strukturen

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EP4633852A1
EP4633852A1 EP23836345.1A EP23836345A EP4633852A1 EP 4633852 A1 EP4633852 A1 EP 4633852A1 EP 23836345 A EP23836345 A EP 23836345A EP 4633852 A1 EP4633852 A1 EP 4633852A1
Authority
EP
European Patent Office
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processing module
cold gas
spray head
gas spray
module
Prior art date
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Pending
Application number
EP23836345.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lucas Kiefer
Georg SCHLICK
Ismail Ünsal
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Premium Aerotec GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Premium Aerotec GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Premium Aerotec GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Premium Aerotec GmbH
Publication of EP4633852A1 publication Critical patent/EP4633852A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state
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    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]

Definitions

  • the present disclosure relates to an apparatus for manufacturing a hybrid structure and to a corresponding manufacturing method.
  • Cold gas spraying is a modern process in the field of thermal spraying. Compared to conventional processes, cold gas spraying offers particular advantages because the spray material is neither melted nor fused during the process. This minimizes the thermal influence on the layer and carrier material.
  • Cold gas spraying involves heating a carrier gas (e.g. nitrogen) under pressure, which enables a higher gas velocity. Particles of a material to be applied are then fed in and accelerated by the gas, which results in the particles having a high kinetic energy. The particles accelerated in this way are guided through a cooled convergent-divergent nozzle (DeLaval nozzle). After the particles hit the surface, they deform plastically and combine with the substrate to form a (highly) strong bond. According to the current state of science, the particles do not melt.
  • a carrier gas e.g. nitrogen
  • a device for manufacturing hybrid structures comprises a cold gas spray head, a processing module, and a controller.
  • the cold gas spray head and the processing module are arranged in a common unit.
  • the controller is configured to control the operation of the cold gas spray head and the processing module such that a first work step is carried out by the cold gas spray head and a second work step is carried out by the processing module, wherein the first work step and the second work step are initiated sequentially or simultaneously.
  • Hybrid structures can be understood as structures that are made up of different composite materials, e.g. in the form of different material layers.
  • these can be circuit boards with applied conductor tracks, a battery arrangement with a battery layer with a thin metal layer and an insulator on top, or any other similarly constructed structure.
  • the different layers do not necessarily have to be identical. However, the above list is only an example.
  • Such hybrid structures can be manufactured, for example, by spraying a layer (or a partial layer) onto a base material/carrier material.
  • the end product is manufactured using an additive process.
  • cold gas spraying processes are particularly suitable because they prevent the spray material from melting or melting. advantageous.
  • pre-processing of the carrier material (or of a previously applied layer before a further layer is applied) or post-processing of the applied layers is necessary.
  • it may be necessary to post-process an applied layer of material for example by applying a sealant.
  • first work step and the second work step are initiated consecutively or simultaneously means that these two work steps are initiated at different (consecutive) times or both at (at least in Essentially) the same time.
  • first work step can be started first and the second work step can be started after a certain period of time has elapsed.
  • first work step and the second work step can also be initiated at the same time.
  • the second work step can also be started, for example, while the first work step is still being carried out or after the first work step has been completed.
  • the cold gas spray head and the processing module are arranged in such a way that the first work step and the second work step can be carried out at least partially at the same time, but at different positions on the manufactured hybrid structure.
  • the common unit is defined by a common housing in which the cold gas spray head and the processing module are arranged in close spatial proximity to one another, so that the cold gas spray head and the processing module follow a common path/trajectory by moving or guiding the common unit.
  • the cold gas spray head comprises a heater in a housing between a gas supply and a cooled nozzle (e.g. a DeLaval nozzle).
  • a highly compressed gas e.g. nitrogen
  • a material powder can be introduced into the gas flow and is accelerated by the highly compressed gas. When the accelerated particles of the material powder exit the nozzle and hit a surface, the particles deform plastically and form the corresponding material layer on the carrier material.
  • the processing module may be any suitable module that carries out a corresponding step in the manufacture of the hybrid structure, as described below. If the processing module is to carry out a pre-processing step before spraying with the cold gas spray head, the processing module is arranged in front of the cold gas spray head with respect to the movement path of the common unit, so that the movement module passes over the carrier material first and the The corresponding work step on the carrier material (or on a previously applied layer on the carrier material) is thus carried out before cold gas spraying.
  • the processing module is to carry out a post-processing step after spraying with the cold gas spray head
  • the processing module is arranged behind the cold gas spray head in relation to the movement path of the common unit, so that the movement module sweeps over the carrier material after the cold gas spray head and the corresponding work step is carried out after cold gas spraying.
  • processing module any number of processing modules may be present in the device in the common unit in an appropriate arrangement in order to carry out a plurality of work steps in immediate succession or partially simultaneously.
  • the controller is configured to control all aspects of the operation of the cold spray head and the processing module(s). In particular, the controller may also control the movement of the common unit over the substrate.
  • the controller may be, for example, a commercially available general-purpose computer with a CPU and appropriate memory components, an FPGA, an ASIC, or any other suitable control unit.
  • the second work step can take place before the first work step if the processing module carries out pre-processing, and the second work step can take place after the first work step if the processing module carries out post-processing.
  • further work steps e.g. a third work step, a fourth work step, etc.
  • the work steps can be carried out in any order according to the intended manufacturing process. order.
  • the processing module is an applying module for carrying out an applying work step, or an removing module for carrying out an removing work step. It can also be a module for changing the material properties (e.g. UV exposure or local heat treatment).
  • An application processing module can, for example, be a processing module that applies a sealant or other material layer.
  • An abrasive processing module is a processing module that removes material from the carrier material or a previously applied layer (for example by grinding or similar processes).
  • the processing module can also be a module which, for example by introducing energy, influences/changes the properties of the material applied with the cold gas spray head, such as a laser, which can be useful in the implementation of laser sintering processes, or a heating module or the like.
  • a module which, for example by introducing energy, influences/changes the properties of the material applied with the cold gas spray head, such as a laser, which can be useful in the implementation of laser sintering processes, or a heating module or the like.
  • this list is only an example and other processing modules are also conceivable.
  • the processing module is one of a sealing module for applying a seal, a laser module, a grinding module, a milling module and a honing module.
  • a sealing module or a laser module can serve as post-processing modules. Grinding, milling or honing modules can serve as both pre-processing modules and post-processing modules.
  • the processing module is a second cold gas spray head.
  • a second cold gas spray head for example, a second layer of material can be applied over the first immediately after the first material has been applied.
  • the material of the second material layer may be the same material as the first material layer or may be a different material.
  • the first layer of material does not have to be applied completely first, but several layers of material can be applied essentially simultaneously. This is made possible in particular by the fact that with cold gas spraying the applied material does not have to harden first, as is the case with conventional spraying processes. This shortens the process time when producing multi-layer hybrid structures.
  • cold gas spray heads can be present in the common unit.
  • several cold gas spray heads can be used together with one or more processing modules, depending on the intended manufacturing process, i.e. the intended manufacturing steps in producing the hybrid structure.
  • the device further comprises a suction device which is arranged in the common unit and which is configured to suck out excess working material from at least one working step.
  • the processing module is modularly replaceable and comprises an identifier tag for identifying a type of the processing module by the controller.
  • each processing module (and also each cold gas spray head) can include a corresponding interface for mechanically coupling additional processing modules and/or cold gas spray heads to the processing module and for electronically coupling the additional processing modules and/or cold gas spray heads to the control system, so that the control system can also control the operation of the coupled processing modules and/or cold gas spray heads.
  • a manufacturing process is understood to mean the execution of certain manufacturing steps by certain sub-modules and their chronological sequence.
  • Different processing modules for different functions are, for example, structurally identical (in terms of shape, size, design, mechanical and electrical specifications, etc.) in order to be optionally inserted into the same slot or the same interface of the device.
  • the cold gas spray head and the other processing module can also be structurally identical, as described above, so that these two can swap positions in the device. This means that when the device moves in a certain direction, it is possible for the cold gas spray head to be positioned either in front of or behind the processing module in the direction of movement.
  • the identifier tag can, for example, be an RFID tag that can be read by the controller (for example by a corresponding reader attached to the common unit) and provides identification of the corresponding processing module and its type. The controller can thus determine which sub-module is attached at which location.
  • the controller is configured to carry out a manufacturing process depending on the type of processing module.
  • a corresponding manufacturing process can be carried out without manual input being necessary.
  • Corresponding manufacturing processes can be stored in the controller's memory, for example in a lookup table, for different configurations of sub-modules and can be called up and executed by the controller when the corresponding configuration is recognized.
  • the device further comprises a monitoring module for monitoring the quality of the manufactured hybrid structure.
  • the monitoring module can be any suitable module for monitoring the quality of the manufactured structure.
  • it can be a module that monitors a layer thickness of the applied material, for example by means of appropriate sensors or probes.
  • Another possibility is, for example, a camera module or any other suitable module.
  • the monitoring module like the cold gas spray head(s) and the processing module(s), can be a modular module that can be attached to the device. Different monitoring modules can also be used.
  • the or one of the monitoring modules can include continuous monitoring of the contact with the base structure as well as the discharge quantities, so that the monitoring module can also be integrated into one of the other sub-modules (cold gas spray heads/processing modules) or, for example, into the control system.
  • the device further comprises a robot arm, wherein the common unit is an end effector of the robot arm.
  • the device can comprise a robot arm or can be the robot arm itself and the common unit is the end effector on the robot arm, to which various tools (in the form of cold gas spray nozzles and processing modules)
  • the robot arm then travels the corresponding path over the carrier material during production and carries out the corresponding production steps.
  • the control can be part of the robot arm itself or can be installed externally in a larger device or production system that includes the robot arm.
  • a method for manufacturing a hybrid structure using a device as described above.
  • the method comprises, in a first step, loading a machining program into the device.
  • the method comprises positioning the common unit in an initial position.
  • the method comprises applying a first layer to a carrier material with the cold gas spray head.
  • the method comprises pre-machining, before starting the third step, a component on which the hybrid structure is formed, or applying a second layer or post-machining the first layer after completion of the third step with the machining module.
  • the device may be designed according to any of the embodiments described above.
  • the machining program comprises the manufacturing process or the steps of the manufacturing process and can, for example (in the first step), in corresponding embodiments, be automatically loaded from a memory of the controller when corresponding identifier tags are detected, as described above.
  • the machining program can also be loaded manually by an operator or automatically by a manufacturing system that includes the device.
  • the common unit which comprises at least one cold gas spray head and a processing module, is brought into an initial position above the carrier material, for example above a circuit board on which conductor tracks are to be applied.
  • the first layer is applied to the carrier material (for example, the circuit board) using the cold gas spray head.
  • the cold gas spray head can, for example, apply an electrically conductive material in the form of conductor tracks to the carrier material.
  • the common unit is guided along a predefined path over the carrier material. However, closed layers can also be applied over the entire surface, for example by the common unit spraying adjacent tracks one after the other.
  • the fourth step although referred to as the fourth step here, does not necessarily take place after the third step. Rather, the fourth step is carried out essentially simultaneously, or immediately before or immediately after the third step, and concerns a work step with the processing module.
  • the terms "immediately before” or “immediately after” are always to be seen in relation to a specific point on the carrier material or in relation to the processing of this point with the corresponding module.
  • the cold gas spray head or heads and the processing module(s) are operated simultaneously at least part of the time, but cover a specific point on the carrier material one after the other, so that the sub-module further forward in relation to the predefined path processes a corresponding point on the carrier material before a sub-module further back in relation to the path.
  • the processing module When the processing module carries out a pre-processing step, the processing module is generally mounted in the common unit in relation to the predefined path in front of the cold gas spray head and can thus process each point on the predefined path first (when operating simultaneously with the cold gas spray head).
  • the machining module performs a post-processing step, the machining module is generally mounted behind the cold gas spray head in the common unit with respect to the predefined path and thus machines each point on the predefined path (while operating simultaneously with the cold gas spray head) after the cold gas spray head.
  • the pre-processing module can, for example, be a grinding unit for the preliminary smoothing of the carrier unit.
  • the cold gas spray head then applies a desired material and the post-processing module can, for example, apply an electrically insulating seal.
  • this is only an example and other modules and sequences are also possible.
  • the invention provides a device and a method for producing hybrid structures that enable a rapid, simultaneous execution of several process steps on a carrier material. In particular, this is made possible by the non-existent or at least greatly reduced thermal input into the carrier material through the use of a cold gas spray nozzle.
  • the device and the method are also modular and can be easily adapted to changing requirements and enable a significant reduction in process times, since the carrier material does not have to be desynchronized after the application of a first layer and transferred to another device for the subsequent steps.
  • Fig- 1 A schematic representation of a cold gas spray head
  • Fig- 2 A schematic representation of a device for manufacturing hybrid structures in a configuration as a robot arm with an end effector as a common unit.
  • Fig- 3 A flow chart of a process for manufacturing a hybrid structure.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cold gas spray head 11 according to the prior art.
  • the cold gas spray head 11 comprises a heater 11a (here in the form of a heating coil) in a housing 11b between a gas feed 11c and a cooled nozzle 11d (e.g. a DeLaval nozzle).
  • a highly compressed gas e.g. nitrogen
  • a material powder can be introduced into the nozzle 11d via a powder feed 11e and is accelerated by the highly compressed gas.
  • the particles When the accelerated particles of the material powder emerge from the nozzle 11d and impact on a surface of a carrier material 18, the particles deform plastically and form a corresponding first layer 20 (applied material 19) on the carrier material 18.
  • the cold gas spray head is guided laterally over the carrier material 18 along a direction of movement 21. If a closed first layer is to be formed, the cold gas spray head can apply parallel paths of applied material 19 in the same way.
  • the applied material 19 can be, for example, an electrically conductive material and the carrier material 18 can be, for example, a circuit board on which conductor paths are to be applied.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a device 10 for producing hybrid structures according to the disclosure.
  • the device 10 is designed here as a robot arm 17 and has a common unit 13 or an end effector 13 with a cold gas spray head 11 and a processing module 12.
  • a controller 14, such as a general-purpose computer with a CPU and memory components, is functionally connected to the robot arm 17 and controls its operation and, via this, also the operation of the end effector 13 or the cold gas spray head 11 and the processing module 12.
  • the cold gas spray head 11 and the processing module 12 together form the
  • the cold gas spray head 11 comprises a heater 11a, a housing 11b, a gas supply 11c, a cooled nozzle 1 Id and a powder feed I le, as described above with reference to Fig. 1.
  • a suction 22 is mounted around the exit area of the nozzle 1 Id to suck off excess material.
  • the processing module 12 is designed as a post-processing module, in particular as a sealing unit for applying a seal.
  • the processing module 12 can also be, for example, a pre-processing module (for example a grinding unit, a milling unit, a honing unit) or a laser module (both for pre-processing the carrier material and for post-processing the applied material, for example in laser sintering processes or similar processes).
  • further processing modules 12 or further cold gas spray heads 11 can also be part of the end effector 13 in order to carry out further pre-processing or post-processing steps or to apply further layers, for example made of other materials.
  • the processing module can carry out both applying and removing work steps. For example, the processing module can also grind a previously applied layer smooth before a next layer is applied.
  • the robot arm 17 operates the end effector 13 and guides it along the direction of movement 21 over the carrier material 18, with the cold gas spray head 11 and the processing module 12 operating simultaneously.
  • the cold gas spray head 11 can thus, for example, apply a metallic, electrically conductive material in the form of conductor tracks to the carrier material 18, which is then immediately overmolded with a seal in one go by the processing module 12.
  • the device 10 can also be used for other applications, e.g. for building a layered structure such as a sandwich structure or for forming battery layers with a thin metal layer with an overlying insulator layer.
  • the device can be configured for an AFP process (Automated Fiber Placement) to produce two layers simultaneously.
  • AFP process Automated Fiber Placement
  • the end effector 13 In addition, for example, they can be guided in parallel paths over the carrier material 18.
  • Fig. 3 shows a flow chart of an exemplary method 100 for manufacturing a hybrid structure using a device 10 disclosed herein, for example the device 10 from Fig. 2.
  • a processing program is loaded into the device 10. This can be done, for example, by manual user input into the controller 14 or automatically, for example by recognition of a configuration of the common unit 13 by the controller 14, for example due to RFID tags, as described above.
  • step 120 the common unit 13, which has at least one cold gas spray head
  • the steps 125, 130, 136 and 137 can take place essentially simultaneously, since, as described above, they can be carried out in one go by the movement of the common unit 13 with the corresponding equipment of cold gas spray heads 11 and processing modules
  • step 125 the carrier material 18 or, if another layer was previously applied onto which a further layer is now applied, the previous layer, is pre-processed.
  • the pre-processing 125 can, for example, consist of grinding by an appropriate processing module.
  • a first layer is applied, or in step 135 a second layer (if a first layer was previously applied, for example by another cold gas spray head 11 in the common unit 13) is applied, and in step 136 the first layer is post-processed.
  • the post-processing can, for example, take the form of applying a seal or changing the material properties of the material applied by the cold gas spray head 11, for example by using a heat or laser unit or any other suitable unit.
  • Steps 125, 130, 136 and 135 are carried out simultaneously, but at slightly offset points on the carrier material 18.
  • the term "simultaneous" does not refer to a simultaneous execution of the respective steps at a single point on the carrier material, but to the simultaneous execution in relation to the entire component.
  • the temporal sequence of the steps at each point on the movement path 21 is slightly offset and is defined by the arrangement of the individual sub-modules 11, 12 in the common unit 13, as described above.
  • residual material can be sucked away by suction devices 22 (Fig. 2) attached to the corresponding sub-modules.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Fertigen hybrider Strukturen bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Kaltgasspritzkopf, ein Bearbeitungsmodul, und eine Steuerung. Der Kaltgasspritzkopf und das Bearbeitungsmodul sind in einer gemeinsamen Einheit angeordnet. Die Steuerung ist konfiguriert, die Operation des Kaltgasspritzkopfs und des Bearbeitungsmoduls so zu steuern, dass ein erster Arbeitsschritt durch den Kaltgasspritzkopf und ein zweiter Arbeitsschritt durch das Bearbeitungsmodul ausgeführt wird, wobei der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeitsschritt aufeinanderfolgend oder gleichzeitig initiiert werden. Ferner wird ein Verfahren zum Fertigen einer hybriden Struktur unter Verwendung der Vorrichtung bereitgestellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur nacharbeitsfreien Produktion hybrider Strukturen
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fertigen einer hybriden Struktur sowie auf ein entsprechendes Fertigungsverfahren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Kaltgasspritzen ist ein modernes Verfahren im Bereich des thermischen Spritzens. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren bietet das Kaltgasspritzen besondere Vorteile, da der Spritzwerkstoff beim Prozess weder an- noch aufgeschmolzen wird. Damit wird der thermische Einfluss auf Schicht und Trägermaterial minimiert. Beim Kaltgasspritzen erfolgt dabei ein Erhitzen von einem Trägergas (bspw. Stickstoff) unter Druck, wodurch eine höhere Gasgeschwindigkeit ermöglicht wird. Anschließend werden Partikel eines aufzubringenden Werkstoffs zugeführt und durch das Gas beschleunigt, wodurch eine hohe kinetische Energie der Partikel erreicht wird. Die so beschleunigten Partikel werden durch eine gekühlte konvergent-divergente Düse (DeLaval-Düse) geleiten. Nach dem Auftreffen der Partikel auf der Oberfläche verformen diese sich plastisch und verbinden sich zu einem (hoch-)festen Verbund mit dem Substrat. Ein Aufschmelzen der Partikel findet nach aktuellem Stand der Wissenschaft nicht statt.
In additiven Verfahren sind oftmals verschiedene Vor- oder Nachbearbeitungsschritte, wie beispielsweise ein vorheriges Schleifen einer Oberfläche, auf welcher der Werkstoff aufgespritzt werden soll, oder das anschließende Versiegeln oder Bestrahlen des aufgespritzten Werkstoffs, notwendig. In herkömmlichen additiven Verfahren (welche kein Kaltgasspritzen verwenden) ist die Zusammenfassung des additiven Prozesses mit derartigen Vor- und Nacharbeitsprozessen auf Grund des thermischen Eintrags des additiven Verfahrens (beispielsweise durch herkömmliche Spritzverfahren, in welchen der Spritzwerkstoff erhitzt/geschmolzen wird oder durch Auftragsschweißen) nicht bzw. nur eingeschränkt möglich. Die Emissionen (z.B. Laserstrahlung) bisheriger Verfahren erlauben deshalb eine Kombination im selben Endeffektor nicht oder nur sehr beschränkt. i BESCHREIBUNG
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine modulare Vorrichtung und ein Verfahren mit verkürzter Prozesszeit, integrierter Referenzierung und verbessertem additiven Aufbau zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Fertigen hybrider Strukturen bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Kaltgasspritzkopf, ein Bearbeitungsmodul, und eine Steuerung. Der Kaltgasspritzkopf und das Bearbeitungsmodul sind in einer gemeinsamen Einheit angeordnet. Die Steuerung ist konfiguriert, die Operation des Kaltgasspritzkopf und des Bearbeitungsmoduls so zu steuern, dass ein erster Arbeitsschritt durch den Kaltgasspritzkopf und ein zweiter Arbeitsschritt durch das Bearbeitungsmodul ausgeführt wird, wobei der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeits schritt aufeinanderfolgend oder gleichzeitig initiiert werden.
Unter hybriden Strukturen können Strukturen verstanden werden, die aus verschiedenen zusammengesetzten Materialien, z.B. in Form von unterschiedlichen Materialschichten, aufgebaut sind. Beispielsweise kann es sich dabei um Leiterplatten mit aufgebrachten Leiterbahnen, um eine Batterieanordnung mit einem Batterielayer mit einer dünnen Metallschicht und einem Isolator darüber, oder um jede andere ähnlich aufgebaute Struktur handeln. Die unterschiedlichen Schichten müssen dabei nicht zwangsläufig deckungsgleich sein. Die vorstehende Aufzählung ist jedoch nur beispielhaft.
Derartige hybride Strukturen können beispielsweise durch Aufspritzen einer Schicht (oder einer Teilschicht) auf ein Basismaterial/Trägermaterial gefertigt werden. Das Endprodukt wird dabei in einem additiven Verfahren gefertigt. Um den thermischen Einfluss des Spritzvorgangs auf das Trägermaterial gering zu halten, sind Kaltgasspritzverfahren aufgrund der Vermeidung des An- oder Aufschmelzens des Spritzwerkstoffs besonders vorteilhalft. In verschiedenen Anwendungen ist jedoch ein Vorbearbeiten des Trägermaterials (oder einer zuvor aufgebrachten Schicht, bevor eine weitere Schicht aufgebracht wird) oder ein Nachbearbeiten der aufgebrachten Schichten notwendig. Beispielsweise kann es notwendig sein, eine Oberfläche durch Fräsen, Schleifen, Honen oder andere Verfahren vorzubereiten, bevor eine Materi al schicht aufgespritzt wird, beispielsweise um die Oberflächenqualität zu verbessern oder um eine Anpassung auf ein Endmaß zu ermöglichen. Ferner kann es notwendig sein, eine aufgebrachte Materialschicht, beispielsweise durch Aufbringen einer Versiegelung, nachzubearbeiten.
Die Durchführung derartiger Vor- und/oder Nachbearbeitungs-Arbeitsschritte mit dem Aufspritz-Arbeitsschritt ist dabei bei bestehenden additiven Verfahren, wie beispielsweise bei Spritzgussverfahren, in welchen der Spritzwerkstoff erhitzt wird, aufgrund des thermischen Eintrags in das Trägermaterial nicht oder nur sehr beschränkt zusammen in einer gemeinsamen Einheit möglich.
Vorliegend wird vorgeschlagen, Kaltgas spritzverfahren aufgrund des nicht vorhandenen oder zumindest stark reduzierten thermischen Eintrags mit der Durchführung verschiedener und beliebiger Vor- und/oder Nachbearbeitungsschritte zu kombinieren, so dass unterschiedliche Arbeitsschritte aufeinanderfolgend oder teilweise zeitgleich durch eine einzige Vorrichtung ausgeführt werden, indem entsprechende Bearbeitungsmodule in einer gemeinsamen Einheit angeordnet werden. Dadurch wird eine deutliche Reduzierung der Prozesszeit erreicht, da das Werkstück zur Durchführung der Vor- und/oder Nachbearbeitungsprozesse nicht ausgetaktet und in eine andere Vorrichtung verbracht werden muss. Zudem wird dadurch eine automatische integrierte Referenzierung zur Verfügung gestellt, da der Kaltgas spritzkopf und das oder die entsprechenden Bearbeitungsmodul(e) in einer festen räumlichen Relation zueinander in der gemeinsamen Einheit angeordnet sind. Es wird somit eine präzise aufeinanderfolgende Ausführung verschiedener Arbeitsschritte in einem Zug ermöglicht.
Dass der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeits schritt aufeinanderfolgend oder gleichzeitig initiiert werden, bedeutet, dass diese beiden Arbeitsschritte zu unterschiedlichen (aufeinanderfolgenden) Zeitpunkten oder beide zum (zumindest im Wesentlichen) gleichen Zeitpunkt gestartet werden. So kann z.B. zunächst der erste Arbeitsschritt gestartet und nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne der zweite Arbeitsschritt gestartet werden. Der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeitsschritt können jedoch auch bei zur gleichen Zeit initiiert werden. Zudem kann der zweite Arbeitsschritt beispielsweise auch bereits gestartet werden, während der erste Arbeitsschritt noch ausgeführt wird oder nachdem der erste Arbeitsschritt beendet wurde. Der Kaltgasspritzkopf und das Bearbeitungsmodul sind beispielsweise so angeordnet, dass der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeitsschritt zumindest teilweise zur gleichen Zeit, jedoch an unterschiedlichen Positionen der gefertigten hybriden Struktur, ausgeführt werden können.
Die gemeinsame Einheit ist dabei durch ein gemeinsames Gehäuse definiert, in welchem der Kaltgasspritzkopf und das Bearbeitungsmodul in räumlich unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind, so dass der Kaltgas spritzkopf und das Bearbeitungsmodul durch Verschieben oder Führen der gemeinsamen Einheit zusammen einem gemeinsamen Pfad / einer gemeinsamen Bewegungsbahn folgen.
Der Kaltgasspritzkopf umfasst eine Heizung in einem Gehäuse zwischen einer Gaszuführung und einer gekühlten Düse (z.B. einer DeLaval-Düse). Ein hochverdichtetes Gas (z.B. Stickstoff), welches durch die Gaszuführung eintritt, wird durch die Heizung erhitzt und dadurch in Richtung der Düse beschleunigt. Ein Werkstoffpulver kann in den Gasstrom eingebracht werden und wird durch das hochverdichtete Gas beschleunigt. Wenn die beschleunigten Partikel des Werkstoffpulvers aus der Düse austreten und auf einer Oberfläche auftreffen, verformen die Partikel sich plastisch und bilden die entsprechende Materialschicht auf dem Trägermaterial.
Das Bearbeitungsmodul kann jedes geeignete Modul sein, das einen entsprechenden Arbeitsschritt bei der Fertigung der hybriden Struktur ausführt, wie weiter unten beschrieben. Wenn das Bearbeitungsmodul einen Vorbearbeitungsschritt vor dem Aufspritzen mit dem Kaltgasspritzkopf durchführen soll, ist das Bearbeitungsmodul in Bezug auf die Bewegungsbahn der gemeinsamen Einheit vor dem Kaltgasspritzkopf angeordnet, so dass das Bewegungsmodul das Trägermaterial zuerst überstreicht und der entsprechende Arbeits schritt auf dem Trägermaterial (oder auf einer zuvor aufgebrachten Schicht auf dem Trägermaterial) somit vor dem Kaltgasspritzen durchgeführt wird. Wenn das Bearbeitungsmodul einen Nachbearbeitungsschritt nach dem Aufspritzen mit dem Kaltgas spritzkopf durchführen soll, ist das Bearbeitungsmodul in Bezug auf die Bewegungsbahn der gemeinsamen Einheit hinter dem Kaltgasspritzkopf angeordnet, so dass das Bewegungsmodul das Trägermaterial nach dem Kaltgas spritzkopf überstreicht und der entsprechende Arbeitsschritt nach dem Kaltgasspritzen durchgeführt wird.
Ferner sollte beachtet werden, dass, obwohl hierin nur ein Bearbeitungsmodul beschrieben wird, eine beliebige Anzahl von Bearbeitungsmodulen in der Vorrichtung in der gemeinsamen Einheit in entsprechender Anordnung vorhanden sein kann, um eine Vielzahl von Arbeits schritten unmittelbar aufeinanderfolgend oder teilweise zeitgleich durchzuführen.
Die Steuerung ist konfiguriert, alle Aspekte der Operation des Kaltgasspritzkopfs und des/der Bearbeitungsmoduls/Bearbeitungsmodule zu steuern. Insbesondere kann die Steuerung auch die Bewegung der gemeinsamen Einheit über das Trägermaterial steuern. Die Steuerung kann beispielsweise ein handelsüblicher Allzweckcomputer mit einer CPU und entsprechenden Speicherkomponenten, ein FPGA, ein ASIC, oder jede andere geeignete Steuereinheit sein.
Bezüglich des ersten Arbeitsschritts und des zweiten Arbeitsschritts sollte erkannt werden, dass dadurch keine Reihenfolge der Arbeitsschritte festgelegt wird. Vielmehr ergibt sich die Reihenfolge der Arbeitsschritte aus dem beabsichtigten Fertigungsprozess bzw. aus der Funktion des Bearbeitungsmoduls. So kann der zweite Arbeits schritt vor dem ersten Arbeitsschritt stattfinden, wenn das Bearbeitungsmodul eine Vorbearbeitung ausführt, und der zweite Arbeits schritt kann nach dem ersten Arbeitsschritt erfolgen, wenn das Bearbeitungsmodul eine Nachbearbeitung ausführt. Ferner sollte erkannt werden, dass zusätzlich zu dem ersten Arbeits schritt und dem zweiten Arbeits schritt weitere Arbeitsschritte (z.B. ein dritter Arbeits schritt, ein vierter Arbeits schritt, etc.) vorhanden sein können, insbesondere wenn mehr als ein Bearbeitungsmodul vorhanden ist, und die Arbeitsschritte können entsprechend dem beabsichtigten Fertigungsprozess in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bearbeitungsmodul ein auftragendes Modul zum Durchführen eines auftragenden Arbeitsschritts, oder ein abtragendes Modul zum Durchführen eines abtragenden Arbeitsschritts. Ebenso kann es sich um ein Modul zur Änderung der Stoffeigenschaften (bspw. UV-Belichtung oder lokale Wärmbehandlung) handeln.
Ein auftragenden Bearbeitungsmodul kann beispielsweise ein Bearbeitungsmodul sein, das eine Versiegelung oder eine andere Materialschicht aufbringt. Ein abtragendes Bearbeitungsmodul ist ein Bearbeitungsmodul, das Material von dem Trägermaterial oder einer zuvor aufgebrachten Schicht (beispielsweise durch Schleifen oder ähnliche Prozesse) abträgt.
Das Bearbeitungsmodul kann ferner auch ein Modul sein, welches, beispielsweise durch Energieeintrag, die Eigenschaft des mit dem Kaltgasspritzkopf aufgebrachten Materials beeinflusst/verändert, wie beispielsweise ein Laser, welcher bei der Implementierung von Lasersinterverfahren nützlich sein kann, oder ein Heizmodul oder Ähnliches. Diese Aufzählung ist jedoch lediglich beispielhaft und andere Bearbeitungsmodule sind ebenfalls denkbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bearbeitungsmodul eines aus einem Versiegelungsmodul zum Aufträgen einer Versiegelung, einem Lasermodul, einem Schleifmodul, einem Fräsmodul und einem Hohnmodul ist.
Ein Versiegelungsmodul oder ein Lasermodul können beispielsweise als Nachbearbeitungsmodule dienen. Schleif-, Fräs- oder Hohnmodule können sowohl als Vorbearbeitungsmodul als auch als Nachbearbeitungsmodul dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bearbeitungsmodul ein zweiter Kaltgasspritzkopf. Mit einem solchen zweiten Kaltgas spritzkopf kann beispielsweise unmittelbar nach dem Aufbringen eines ersten Materials eine zweite Materi al schicht über der ersten
Materi al schicht aufgebracht werden. Das Material der zweiten Materialschicht kann das gleiche Material wie das der ersten Materialschicht sein oder kann ein anderes Material sein.
Durch das Vorsehen eines zweiten Kaltgas spritzkopfs muss nicht zunächst die erste Materialschicht vollständig aufgebracht werden, sondern mehrere Materialschichten können im Wesentlichen gleichzeitig aufgebracht werden. Dies wird insbesondere auch dadurch ermöglicht, dass beim Kaltgasspritzen das aufgebrachte Material nicht zunächst aushärten muss, wie bei herkömmlichen Spritzverfahren. Dadurch wird die Prozesszeit beim Fertigen von mehrschichtigen hybriden Strukturen verkürzt.
Es sollte beachtet werden, dass beliebige weitere Kaltgasspritzköpfe in der gemeinsamen Einheit vorhanden sein können. Ebenso können auch mehrere Kaltgasspritzköpfe zusammen mit einem oder mehreren Bearbeitungsmodulen verwendet werden, abhängig vom beabsichtigen Fertigungsverfahren, d.h. von den beabsichtigten Fertigungsschritten beim Herstellen der hybriden Struktur.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Absaugung, welche in der gemeinsamen Einheit angeordnet ist, und die konfiguriert ist, überschüssiges Arbeitsmaterial aus zumindest einem Arbeitsschritt abzusaugen.
Durch eine solche Absaugung kann überschüssiges Material vor dem nächsten Arbeitsschritt von der gefertigten Struktur entfernt werden, um Verunreinigungen in den nachfolgenden Fertigungsschritten zu vermeiden. Es können auch mehrere Absaugungen vorgesehen sein, z.B. an einzelnen, an einigen, oder an jedem Teilmodul der gemeinsamen Einheit, d.h. beispielsweise an jedem Kaltgasspritzkopf und an jedem Bearbeitungsmodul. Die entsprechenden Absaugungen können dabei auch so ausgeführt sein, dass das abgesaugte Material von den einzelnen Teilmodulen voneinander getrennt wird, um wiederverwendet zu werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bearbeitungsmodul modular auswechselbar und umfasst ein Identifikator-Tag zum Identifizieren eines Typs des Bearbeitungsmoduls durch die Steuerung.
Beispielsweise kann jedes Bearbeitungsmodul (und auch jeder Kaltgasspritzkopf) eine entsprechende Schnittstelle zum mechanischen Ankoppeln von weiteren Bearbeitungsmodulen und/oder Kaltgasspritzköpfen and das Bearbeitungsmodul und zum elektronischen Ankoppeln der weiteren Bearbeitungsmodule und/oder Kaltgasspritzköpfe and die Steuerung umfassen, so dass die Steuerung auch die Operation der angekoppelten Bearbeitungsmodule und/oder Kaltgasspritzköpfe steuern kann. Dadurch wird ein flexibles modulares System geschaffen, dass einfach an andere Anforderungen/Fertigungsverfahren angepasst werden kann. Unter einem Fertigungsverfahren ist dabei die Ausführung bestimmter Fertigungsschritte durch bestimmte Teilmodule sowie deren zeitliche Abfolge zu verstehen. Verschiedene Bearbeitungsmodule für verschiedene Funktionen sind beispielsweise strukturell (hinsichtlich Form, Größe, Gestalt, mechanische und elektrische Spezifikation, etc.) gleich gestaltet, um in den gleichen Steckplatz bzw. die gleiche Schnittstelle der Vorrichtung wahlweise eingebracht zu werden.
Der Kaltgasspritzkopf und das weitere Bearbeitungsmodul können ebenfalls strukturell gleich gestaltet sein, wie oben beschrieben, damit diese beiden in der Vorrichtung ihre Position tauschen können. Somit kann bei einer Bewegung der Vorrichtung in eine bestimmte Richtung ermöglicht werden, dass der Kaltgas spritzkopf in Bewegungsrichtung wahlweise vor oder hinter dem Bearbeitungsmodul angeordnet ist.
Das Identifikator-Tag kann beispielsweise ein RFID-Tag sein, welches durch die Steuerung (beispielsweise durch ein entsprechendes an der gemeinsamen Einheit angebrachtes Lesegerät) ausgelesen werden kann und eine Identifikation des entsprechenden Bearbeitungsmoduls und dessen Typs bereitstellt. Die Steuerung kann so ermitteln, welches Teilmodul an welcher Stelle angebracht ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung konfiguriert, abhängig vom Typ des Bearbeitungsmoduls ein Fertigungsverfahren durchzuführen. Bei einer erkannten bestimmten Konfiguration von Teilmodulen kann so ein entsprechendes Fertigungsverfahren ausgeführt werden, ohne dass manuelle Eingaben nötig sind. Entsprechende Fertigungsverfahren können dabei beispielsweise für verschiedene Konfigurationen von Teilmodulen im Speicher der Steuerung, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle, gespeichert sein und beim Erkennen der entsprechenden Konfiguration durch die Steuerung abgerufen und ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner ein Überwachungsmodul zum Überwachen der Qualität der gefertigten hybriden Struktur.
Das Überwachungsmodul kann jedes geeignete Modul zur Überwachung der Qualität der gefertigten Struktur sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Modul handeln, das eine Schichtdicke des aufgebrachten Materials, beispielsweise durch entsprechende Taster oder Fühler, überwacht. Eine weitere Möglichkeit ist beispielsweise ein Kameramodul oder jedes andere geeignete Modul. Das Überwachungsmodul kann, ebenso wie der Kaltgasspritzkopf oder die Kaltgasspritzköpfe und das/die Bearbeitungsmodul(e) ein modulares Modul sein, welches an der Vorrichtung angebracht werden kann. Es können auch verschiedene Überwachungsmodule verwendet werden.
Ferner kann das oder eines der Überwachungsmodule eine ständige Überwachung des Kontakts zur Basisstruktur sowie der Austrittsmengen umfassen, so dass das Überwachungsmodul auch in eines der anderen Teilmodule (Kaltgasspritzköpfe/Bearbeitungsmodule) oder beispielsweise auch in die Steuerung integriert sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner einen Roboterarm, wobei die gemeinsame Einheit ein Endeffektor des Roboterarms ist.
Die Vorrichtung kann dabei einen Roboterarm umfassen oder auch selbst der Roboterarm sein und die gemeinsame Einheit ist der Endeffektor am Roboterarm, an welchen verschiedene Werkzeuge (in Form der Kaltgasspritzdüsen und der Bearbeitungsmodule) angebracht werden können. Der Roboterarm fährt dann während der Fertigung die entsprechende Bahn über dem Trägermaterial ab und führt die entsprechenden Fertigungsschritte aus. Die Steuerung kann Teil des Roboterarms selbst sein oder kann extern in einer größeren Vorrichtung oder einem größeren Fertigungssystem angebracht sein, welches den Roboterarm umfasst.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Fertigen einer hybriden Struktur unter Verwendung einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Laden eines Bearbeitungsprogramms in die Vorrichtung. In einem zweiten Schritt umfasst das Verfahren das Positionieren der gemeinsamen Einheit in einer Anfangsposition. In einem dritten Schritt umfasst das Verfahren das Aufträgen einer ersten Schicht auf ein Trägermaterial mit dem Kaltgasspritzkopf. In einem vierten Schritt umfasst das Verfahren das Vorbearbeiten, vor Beginn des dritten Schrittes, einer Komponente, auf welcher die hybride Struktur gebildet wird, oder das Aufträgen einer zweiten Schicht oder das Nachbearbeiten der ersten Schicht, nach Abschluss des dritten Schrittes, mit dem Bearbeitungsmodul.
Die Vorrichtung kann gemäß irgendeiner der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
Das Bearbeitungsprogramm umfasst das Fertigungsverfahren bzw. die Schritte des Fertigungsverfahrens und kann beispielsweise (im ersten Schritt), in entsprechenden Ausführungsformen, automatisch aus einem Speicher der Steuerung geladen werden, wenn entsprechende Identifikator-Tags erkannt werden, wie weiter oben beschrieben. Das Bearbeitungsprogramm kann jedoch in anderen Ausführungsformen auch manuell durch einen Bediener oder automatisiert von einem Fertigungssystem, welches die Vorrichtung umfasst, geladen werden.
Im zweiten Schritt wird die gemeinsame Einheit, welche zumindest einen Kaltgas spritzkopf und ein Bearbeitungsmodul umfasst, in eine Anfangsposition über dem Trägermaterial, beispielsweise über einer Platine, auf welcher Leiterbahnen aufgebracht werden sollen, gebracht. Daraufhin beginnt im dritten Schritt das Aufträgen der ersten Schicht auf das Trägermaterial (beispielsweise die Platine) mit dem Kaltgasspritzkopf. Der Kaltgas spritzkopf kann dabei beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material in Form von Leiterbahnen auf das Trägermaterial aufbringen. Die gemeinsame Einheit wird dafür entlang einer vordefinierten Bahn über das Trägermaterial geführt. Es können jedoch auch ganzflächige geschlossene Schichten aufgebracht werden, indem die gemeinsame Einheit beispielsweise nacheinander nebeneinanderliegende Bahnen aufspritzt.
Der vierte Schritt, obwohl hier als vierter Schritt bezeichnet, findet nicht zwangsläufig nach dem dritten Schritt statt. Vielmehr wird der vierte Schritt im Wesentlichen gleichzeitig, bzw. unmittelbar bevor oder unmittelbar nach dem dritten Schritt durchgeführt und betrifft einen Arbeits schritt mit dem Bearbeitungsmodul. Die Begriffe „unmittelbar bevor“ oder „unmittelbar nach“ sind dabei zeitlich stets in Bezug auf einen bestimmten Punkt auf dem Trägermaterial bzw. in Bezug auf die Bearbeitung dieses Punkts mit dem entsprechenden Modul zu sehen. Der Kaltgasspritzkopf oder die Kaltgasspritzköpfe und das/die Bearbeitungsmodul(e) werden mindestens zeitweise gleichzeitig betrieben, überstreichen einen bestimmten Punkt auf dem Trägermaterial aber nacheinander, so dass das in Bezug auf die vordefinierte Bahn weiter vorne liegende Teilmodul einen entsprechenden Punkt auf dem Trägermaterial vor einem in Bezug auf die Bahn weiter hinten liegenden Teilmodul bearbeitet. Wenn das Bearbeitungsmodul eine Vorbearbeitungsschritt durchführt, ist das Bearbeitungsmodul im Allgemeinen in Bezug auf die vordefinierte Bahn vor dem Kaltgasspritzkopf in der gemeinsamen Einheit angebracht und kann so jeden Punkt auf der vordefinierten Bahn (bei gleichzeitigem Betrieb mit dem Kaltgasspritzkopf) als erstes bearbeiten. Wenn das Bearbeitungsmodul eine Nachbearbeitungsschritt durchführt, ist das Bearbeitungsmodul im Allgemeinen in Bezug auf die vordefinierte Bahn hinter dem Kaltgas spritzkopf in der gemeinsamen Einheit angebracht und bearbeitet so jeden Punkt auf der vordefinierten Bahn (bei gleichzeitigem Betrieb mit dem Kaltgasspritzkopf) nach dem Kaltgasspritzkopf.
Wenn beispielsweise zwei Bearbeitungsmodule, eines zur Vorbearbeitung und eines zur Nachbearbeitung, in der Vorrichtung vorhanden sind, können das Vorbearbeitungsmodul, der Kaltgasspritzkopf und das Nachbearbeitungsmodul in einer Linie in der gemeinsamen Einheit angeordnet sein. Das Vorbearbeitungsmodul kann beispielsweise eine Schleifeinheit zur vorherigen Glättung der Trägereinheit sein. Der Kaltgasspritzkopf trägt dann ein gewünschtes Material auf und das Nachbearbeitungsmodul kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Versiegelung auftragen. Dies ist allerdings lediglich ein Beispiel und andere Module und Abfolgen sind ebenso möglich.
Zusammenfassend wird durch die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fertigen hybrider Strukturen zur Verfügung gestellt, die eine schnelle gleichzeitige Ausführung mehrerer Prozessschritte auf einem Trägermaterial gleichzeitig ermöglichen. Insbesondere wird dies durch den nicht vorhandenen oder zumindest stark abgeschwächten thermischen Eintrag in das Trägermaterial durch die Verwendung einer Kaltgasspritzdüse ermöglicht. Die Vorrichtung und das Verfahren sind zudem modular einfach an sich ändernde Anforderungen anpassbar und ermöglicht eine deutliche Verkürzung der Prozesszeiten, da das Trägermaterial nach dem Aufbringen einer ersten Schicht nicht ausgetaktet und in eine andere Vorrichtung für die nachfolgenden Schritte verbracht werden muss.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
Fig- 1 Eine schematische Darstellung eines Kaltgasspritzkopfs
Fig- 2 Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Fertigen hybrider Strukturen in einer Konfiguration als Roboterarm mit einem Endeffektor als gemeinsame Einheit.
Fig- 3 Ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen einer hybriden Struktur. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine schematisch Darstellung eines Kaltgasspritzkopfs 11 nach dem Stand der Technik. Der Kaltgasspritzkopf 11 umfasst eine Heizung 11a (hier in Form einer Heizspule) in einem Gehäuse 11b zwischen einer Gaszuführung 11c und einer gekühlten Düse 1 Id (z.B. einer DeLaval-Düse). Ein hochverdichtetes Gas (z.B. Stickstoff), welches durch die Gaszuführung 11c eintritt, wird durch die Heizung 11a erhitzt und dadurch in Richtung der Düse 1 Id beschleunigt. Ein Werkstoffpulver kann über eine Pulverzuführung 1 le in die Düse 1 Id eingebracht werden und wird durch das hochverdichtete Gas beschleunigt. Wenn die beschleunigten Partikel des Werkstoffpulvers aus der Düse 1 Id austreten und auf einer Oberfläche eines Trägermaterials 18 auftreffen, verformen die Partikel sich plastisch und bilden eine entsprechende erste Schicht 20 (aufgebrachtes Material 19) auf dem Trägermaterial 18. Der Kaltgasspritzkopf wird entlang einer Bewegungsrichtung 21 lateral über das Trägermaterial 18 geführt. Wenn eine geschlossene erste Schicht gebildet werden soll, kann der Kaltgas spritzkopf parallele Bahnen aus aufgebrachtem Material 19 in der gleichen Weise aufbringen. Das aufgebrachte Material 19 kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material sein und das Trägermaterial 18 kann beispielsweise eine Platine, auf welcher Leiterbahnen aufgebracht werden sollen, sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zum Fertigen hybrider Strukturen gemäß der Offenbarung. Die Vorrichtung 10 ist hier als Roboterarm 17 ausgeführt und weist eine gemeinsame Einheit 13 bzw. einen Endeffektors 13 mit einem Kaltgas spritzkopf 11 und einem Bearbeitungsmodul 12 auf. Eine Steuerung 14, wie beispielsweise ein Allzweckcomputer mit einer CPU und Speicherkomponenten, ist funktional mit dem Roboterarm 17 verbunden und steuert dessen Operation und darüber auch die Operation des Endeffektors 13 bzw. des Kaltgas spritzkopfs 11 und des Bearbeitungsmoduls 12.
Der Kaltgasspritzkopf 11 und das Bearbeitungsmodul 12 bilden zusammen den
Endeffektor 13 (d.h. die gemeinsame Einheit 13, wie weiter oben beschrieben). Der Kaltgas spritzkopf 11 weist eine Heizung 11a, ein Gehäuse 11b, eine Gaszuführung 11c, eine gekühlte Düse 1 Id und eine Pulverzuführung I le, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, auf. Eine Absaugung 22 ist um den Austrittsbereich der Düse 1 Id angebracht, um überschüssiges Material abzusaugen.
Das Bearbeitungsmodul 12 ist in der dargestellten Konfiguration als Nachbearbeitungsmodul, insbesondere als Versiegelungseinheit zum Aufbringen einer Versiegelung, ausgestaltet. In anderen Ausgestaltungen kann das Bearbeitungsmodul 12 jedoch auch beispielsweise ein Vorbearbeitungsmodul (beispielsweise eine Schleifeinheit, eine Fräseinheit, eine Hohneinheit), oder ein Lasermodul (sowohl zur Vorbearbeitung des Trägermaterials als auch zur Nachbearbeitung des aufgebrachten Materials, beispielsweise in Lasersinterverfahren oder ähnlichen Verfahren) sein. Ferner können, wie weiter oben beschrieben, auch weitere Bearbeitungsmodule 12 oder weitere Kaltgasspritzköpfe 11 Teil des Endeffektors 13 sein, um weiter Vorbearbeitung- oder Nachbearbeitungsschritte durchzuführen oder weitere Schichten, beispielsweise aus anderen Materialien, aufzubringen. Das Bearbeitungsmodul kann dabei sowohl auftragende als auch abtragende Arbeitsschritte ausführen. Beispielsweise kann das Bearbeitungsmodul auch eine vorher aufgebrachte Schicht glatt schleifen, bevor eine nächste Schicht aufgebracht wird.
Ein Trägermaterial 18, wie beispielsweise eine Platine, wird auf einer Haltestruktur 23 gehalten. Der Roboterarm 17 betreibt den Endeffektor 13 und führt diesen entlang der Bewegungsrichtung 21 über das Trägermaterial 18, wobei der Kaltgas spritzkopf 11 und das Bearbeitungsmodul 12 gleichzeitig in Betrieb sind. Der Kaltgas spritzkopf 11 kann dadurch beispielsweise ein metallisches, elektrisch leitfähiges Material in Form von Leiterbahnen auf das Trägermaterial 18 aufbringen, welches unmittelbar darauf in einem Zug durch das Bearbeitungsmodul 12 mit einer Versiegelung überspritzt wird. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. In anderen Konfiguration kann die Vorrichtung 10 auch für andere Anwendungen, z.B. zum Aufbauen einer geschichteten Struktur wie einer Sandwich- Struktur oder zum Bilden von Batterielayern mit einer dünnen Metallschicht mit einer darüber liegenden Isolatorschicht verwendet werden. Ferner kann die Vorrichtung für eine AFP-Verfahren (Engl.: Automated Fiber Placement) konfiguriert sein, um zwei Schichten gleichzeitig zu fertigen. Dies sind jedoch nur einige nicht einschränkende Beispiele. Wenn eine geschlossene Materi al schicht aufgebracht werden soll, kann der Endeffektor 13 zudem beispielsweise in parallelen Bahnen über das Trägermaterial 18 geführt werden.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100 zum Fertigen einer hybriden Struktur unter Verwendung einer hierin offenbarten Vorrichtung 10, beispielsweise der Vorrichtung 10 aus Fig. 2. In einem ersten Schritt 110 wird ein Bearbeitungsprogramm in die Vorrichtung 10 geladen. Dies kann beispielsweise durch manuelle Benutzereingabe in die Steuerung 14 oder automatisch, beispielsweise durch Erkennen einer Konfiguration der gemeinsamen Einheit 13 durch die Steuerung 14, beispielsweise aufgrund von RFID-Tags, wie weiter oben beschrieben, erfolgen.
In Schritt 120 wird die gemeinsame Einheit 13, welche mindestens einen Kaltgas spritzkopf
11 und mindestens ein Bearbeitungsmodul 12 umfasst, in eine Anfangsposition über dem Trägermaterial gebracht.
Die Schritte 125, 130, 136 und 135 können im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden, da diese, wie oben beschreiben in einem Zug durch die Bewegung der gemeinsamen Einheit 13 mit entsprechender Ausstattung an Kaltgasspritzköpfen 11 und Bearbeitungsmodulen
12 entlang der Bewegungsbahn 21 stattfinden. Bei Schritt 125 wird dabei das Trägermaterial 18, oder, falls zuvor eine andere Schicht aufgetragen wurde, auf welche nun eine weitere Schicht aufgetragen wird, die vorherige Schicht, vorbearbeitet. Das Vorbearbeiten 125 kann beispielsweise in einem Abschleifen durch ein entsprechendes Bearbeitungsmodul bestehen. Gleichzeitig wird in Schritt 130 eine erste Schicht, oder in Schritt 135 eine zweite Schicht (falls zuvor bereits eine erste Schicht, beispielsweise durch einen anderen Kaltgasspritzkopf 11 in der gemeinsamen Einheit 13, aufgetragen wurde) aufgetragen und in Schritt 136 die erste Schicht nachbearbeitet. Das Nachbearbeiten kann beispielsweise in dem Aufträgen einer Versiegelung oder in einer Veränderung der Materialeigenschaften des durch den Kaltgasspritzkopf 11 aufgetragenen Material, beispielsweise durch eine Wärme- oder Lasereinheit oder jede andere geeignete Einheit, erfolgen.
Die Schritte 125, 130, 136 und 135 werden zwar zeitlich jeweils gleichzeitig durchgeführt, jedoch jeweils an leicht zueinander versetzten Punkten auf dem Trägermaterial 18. In diesem Sinne bezieht sich die Bezeichnung „gleichzeitig“ nicht eine gleichzeitige Ausführung der jeweiligen Schritte an einem einzelnen Punkt auf dem Trägermaterial, sondern auf die gleichzeitige Ausführung in Bezug auf die Gesamtkomponente. Die zeitliche Abfolge der Schritt an jedem Punkt auf der Bewegungsbahn 21 ist dabei leicht versetzt und wird durch die Anordnung der einzelnen Teilmodule 11, 12 in der gemeinsamen Einheit 13 definiert, wie oben beschrieben. Bei 140 endet das Verfahren und kann bei Bedarf wiederholt werden. Optional kann gleichzeitig mit den Schritten 125, 130, 136 und 135 ein Absaugen von Restmaterial durch an den entsprechenden Teilmodulen angebrachte Absaugungen 22 (Fig. 2) erfolgen.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Vorrichtung zum Fertigen hybrider Strukturen
11 Kaltgasspritzkopf
11a Heizung
11b Gehäuse
11c Gaszuführung
11 d gekühlte Düse, DeLaval-Düse
I le Pulverzuführung
12 Bearbeitungsmodul
13 gemeinsame Einheit, Endeffektor
14 Steuerung
15 Identifikator-T ag, RFID-T ag
16 Überwachungsmodul
17 Roboter arm
18 Trägermaterial
19 aufgebrachtes Material 0 erste Schicht 1 Bewegungsbahn 2 Absaugung 3 Haltestruktur
30 zweite Schicht
100 Verfahren
110 Laden eines Bearbeitungsprogramms
120 Positionieren des Endeffektors in einer Anfangsposition
125 Vorbearbeiten einer Komponente
130 Aufträgen einer ersten Schicht
135 Aufträgen einer zweiten Schicht
136 Nachb earb eiten der ersten S chi cht
140 Ende des Verfahrens

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Fertigen hybrider Strukturen, umfassend: einen Kaltgasspritzkopf (11); ein Bearbeitungsmodul (12); und eine Steuerung (14); wobei der Kaltgasspritzkopf (11) und das Bearbeitungsmodul (12) in einer gemeinsamen Einheit (13) angeordnet sind; wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Operation des Kaltgasspritzkopf (11) und des Bearbeitungsmoduls (12) so zu steuern, dass ein erster Arbeitsschritt durch den Kaltgasspritzkopf (11) und ein zweiter Arbeits schritt durch das Bearbeitungsmodul (12) ausgeführt wird, wobei der erste Arbeitsschritt und der zweite Arbeits schritt aufeinanderfolgend oder gleichzeitig initiiert werden.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Bearbeitungsmodul (12) ein auftragendes Modul zum Durchführen eines auftragenden Arbeitsschritts, oder ein abtragendes Modul zum Durchführen eines abtragenden Arbeits schritts, ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Bearbeitungsmodul (12) eines aus einer Versiegelungseinheit zum Aufträgen einer Versiegelung, einer Lasereinheit, einer Schleifeinheit, einer Fräseinheit und einer Hohneinheit ist.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Bearbeitungsmodul (12) ein zweiter Kaltgasspritzkopf ist.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Absaugung, welche in der gemeinsamen Einheit (13) angeordnet ist und die konfiguriert ist, überschüssiges Arbeitsmaterial aus zumindest einem Arbeits schritt abzusaugen.
6. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bearbeitungsmodul (12) modular auswechselbar ist und ein Identifikator-Tag (15) zum Identifizieren eines Typs des Bearbeitungsmoduls (12) durch die Steuerung (14) umfasst.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (14) konfiguriert ist, abhängig vom Typ des Bearbeitungsmoduls (12) ein Fertigungsverfahren durchzuführen.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Überwachungsmodul (16) zum Überwachen der Qualität der gefertigten hybriden Struktur.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Roboterarm (17), wobei die gemeinsame Einheit (13) ein Endeffektor (13) des Roboterarms (17) ist.
10. Verfahren (200) zum Fertigen einer hybriden Struktur unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte umfasst:
In einem ersten Schritt (110), Laden eines Bearbeitungsprogramms in die Vorrichtung (10);
In einem zweiten Schritt (120), Positionieren der gemeinsamen Einheit (13) in einer Anfangsposition;
In einem dritten Schritt (130), Aufträgen einer ersten Schicht (20) auf ein Trägermaterial mit dem Kaltgasspritzkopf (11); und
In einem vierten Schritt (125, 135, 136), Vorbearbeiten (125), vor Beginn des dritten Schrittes (130), des Trägermaterials (18), auf welchem die hybride Struktur gebildet wird, oder Aufträgen (135) einer zweiten Schicht (30) oder Nachbearbeiten (136) der ersten Schicht (20), nach Abschluss des dritten Schrittes (130), mit dem Bearbeitungsmodul (12).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120193126A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 General Electric Company Method of forming sensors and circuits on components
US20170355018A1 (en) * 2016-06-09 2017-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Powder deposition for additive manufacturing
CN109063805A (zh) * 2018-09-25 2018-12-21 西南大学 一种基于rfid的数控加工中心刀具自动识别系统及方法
CN110328364B (zh) * 2019-06-24 2020-11-24 华中科技大学 一种适用于陶瓷及其复合材料的增材制造方法及装置
CN110508809B (zh) * 2019-08-29 2020-11-17 华中科技大学 一种增材制造与表面涂覆复合成形系统及方法
WO2021173968A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Methods to create structures with engineered internal features, pores, and/or connected channels utilizing cold spray particle deposition
DE102021102832A1 (de) * 2021-02-08 2022-08-11 Aktiebolaget Skf Lagerbauteil

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