WO2018219447A1 - Materialablegewerkzeug, insbesondere druckkopf für einen 3d-drucker, fertigungseinrichtung und verfahren zum additiven fertigen eines werkstücks - Google Patents

Materialablegewerkzeug, insbesondere druckkopf für einen 3d-drucker, fertigungseinrichtung und verfahren zum additiven fertigen eines werkstücks Download PDF

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workpiece
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sensor
manufacturing
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Nicola Maria CERIANI
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • Material removal tool in particular print head for a 3D printer, production device and method for the additive manufacturing of a workpiece
  • the invention relates to a material deposition tool, insbeson ⁇ particular a printing head for a 3D printer, for receiving in a movement mechanism of a manufacturing apparatus of an additive manufacturing a workpiece, comprising a material deflecting ⁇ geaji for depositing material on a substrate and ei ⁇ nem body for providing the Materials for the Materia ⁇ lablegeiser.
  • a second aspect of the invention relates to a production device , in particular a 3D printer with such a material handling tool.
  • Another aspect of the invention relates to a method for additive manufacturing of a workpiece.
  • Additive manufacturing process has in common that workpieces are manufactured additively by layered deposition of material.
  • a manufacturing ⁇ means for additively Customize, in particular a 3D printer, universally for different workpieces, in ⁇ play for workpieces of similar Materialzusammenset ⁇ wetting but different shape, can be used.
  • the manufacturing device for additive manufacturing does not have to be mechanically adapted to the workpiece to be manufactured.
  • Examples of additive manufacturing processes are fused Fila ⁇ ment Fabrication (German: fused deposition), cladding (surfacing), electron beam melting and selective laser welding and selective laser sintering.
  • a material is deposited in layers on a substrate by a material-depositing unit. By positioning and reworking the material after the deposition can be given shape and mechanical properties of the workpiece. In particular, the material is deposited in bulk or in a moldable state on the substrate and then joined together or cured.
  • state-of-the-art production devices In order to detect structural defects on the workpiece at an early stage, state-of-the-art production devices have a camera. This camera is stationarily arranged on the production device. This means that the camera is not movable relative to the production device.
  • Manufacturing device can be designed to make an image of the layer after completion of a layer by means of the camera. For this purpose, it is necessary that the movement ⁇ movement mechanism, in which the material handling tool is taken, the material removal tool moves aside.
  • a sensor arrangement for determining a substrate value bezüg ⁇ Lich of the deposited material on the substrate on the Mate ⁇ rialablegewerkmaschine, in particular the print head is arranged.
  • the sensor arrangement is arranged on the body of the Materialablegewerkmaschines.
  • the material depositing unit can also be arranged on the body.
  • the material depositing unit is an opening in the body through which the material is deposited or extruded.
  • the material depositing unit can be designed as a nozzle.
  • the sensor arrangement is adapted to detect the stored on the sub strate ⁇ material. Characterized in that the Sen ⁇ soran onion is arranged directly on the material deposition tool, the detection of the deposited material or the substrate in the area value to the material deposition tool at any time. In other words, for detecting the material or the substrate value, it is not necessary that the material removal tool be moved by the moving mechanism to the side.
  • the sensor arrangement comprises at least one sensor. Preferably, the sensor arrangement comprises several ⁇ re sensors.
  • the sensor arrangement to ⁇ least comprises two cameras, a 3D reconstruction of the der ⁇ placed may be based material allows respective camera images of the at least two cameras.
  • the sensor arrangement comprises a plurality of sensors arranged in a circle around or on the material depositing unit.
  • the material depositing unit is a nozzle, with the plurality of sensors arranged around the nozzle.
  • the plurality of sensors is the material deposited on the substrate is always in the detection range of the Sen ⁇ sensors.
  • detection of the material deposited on the substrate is also possible if the deposited material for one of the several sensors is covered by the material depositing unit.
  • the sensor arrangement is set up to determine the substrate value during a deposition process.
  • the sensor arrangement is designed to determine the substrate value, while material is deposited on the substrate by the material depositing unit. This allows the determination of the value for the substrate from ⁇ specified material already during extrusion strengtheningswei ⁇ se during the deposit is possible.
  • structural defects can be recognized immediately and not only after completion of a layer or the entire workpiece.
  • the substrate value may relate to a geometric size, in particular position, height, width or surface quality, of the deposited material.
  • the substrate value may relate to a geometric size, in particular position, height, width or surface quality, of the deposited material.
  • Substrate value Coordinates for the position of the deposited material on the substrate. This can ensure the correct positio ⁇ discrimination of the material.
  • the substrate may have dimensions loading value relationship as to the outer shape of the deposited material umfas ⁇ sen.
  • the substrate value includes information on the height and width of the deposited material, which can be checked to see if the right amount of material has been deposited.
  • a development provides that an overall detection area of the sensor arrangement is aligned in the direction of a material flow of the material depositing unit.
  • the material depositing unit has a flow direction, wherein the material depositing unit extrudes the material in the flow direction.
  • the entire detection range of the sensor arrangement can be aligned in the direction of the flow direction.
  • the material depositing unit is designed as a nozzle, then the total detection area of the sensor arrangement can be aligned in the direction of a tip of the nozzle. Due to the mentioned types of alignment of the sensor arrangement, a particularly advantageous detection of bring on the substrate ⁇ deposited material is possible.
  • the overall detection range of the sensor arrangement is determined by the sensor detection. formed sungsungs Scheme of at least one sensor. ⁇ preference, the overall detection range of the sensor arrangement is formed by the sensor detection areas of the plurality of sensors of the sensor arrangement.
  • the sensor arrangement comprises at least one ultrasonic sensor, radar sensor, laser scanner or lidar sensor.
  • the sensors of the sensor arrangement can be so-called "time-of-flight" sensors
  • the at least one sensor of the sensor arrangement can be designed to measure how long a test signal is needed for the surface of the deposited material and back of flight ").
  • the sensor may be introduced to rich ⁇ tet, to determine therefrom the substrate value and / or the surface of the deposited material in three dimensions to rekon ⁇ struieren. As a result, due to the three-dimensional detection, a particularly advantageous control over the production process is possible.
  • a second aspect of the invention relates to a production device, in particular a 3D printer, for the additive production of a workpiece, with
  • a material-laying tool in particular a print head, of the type mentioned above,
  • a substrate carrier for holding the substrate
  • the material handling tool is accommodated in particular in the movement mechanism of the production device .
  • the movement mechanism is formed ⁇ to move the material handling tool in positions relative to the substrate carrier, in which the material is to be stored.
  • the moving mechanism is adapted to the material deposition tool such to bewe ⁇ gen that this off the material at predetermined positions can lay.
  • the substrate carrier the substrate is received during a manufacturing process.
  • the movement mechanism is designed to move the substrate carrier and the Materialab ⁇ laying tool along all three spatial directions relative to each other.
  • the movement mechanism can move the material handling tool in particular along a plane parallel to the substrate carrier and perpendicular to the plane.
  • the production device may have a selection device, which is designed to select, based on a model of the workpiece to be manufactured, at least one sensor of the sensor arrangement for determining the sub-value according to whether the deposited material lies in a sensor detection region of the at least one sensor.
  • the production device has a storage unit in which the model of the workpiece to be manufactured can be stored digitally.
  • the selection means may then be configured to retrieve the digital model from the storage unit and select at least one of the sensors of the sensor arrangement at ⁇ hand of the digital model.
  • the selection means is adapted to determine for each of the sensors of the sensor assembly if the deposited material is in the ⁇ sen sensor detection area.
  • the manufacturing device has a control unit which is designed to compare the substrate value of the deposited material with a desired value.
  • the manufacturing facility formed, for example by means of a computing unit, to the target value from the digital model of the workpiece to he ⁇ means.
  • the setpoint can be specified in which position, with which height or layer thickness, with which width or with which surface finish the material should be stored.
  • the BEWE ⁇ transmitting mechanism and to be ⁇ forms the material deposition tool set, the material according to the target value on the substrate from ⁇ .
  • the control unit may be adapted to check by comparing the value with the setpoint substrate the cor rect ⁇ depositing the material on the substrate.
  • control unit is designed to check the correct depositing of the material on the substrate during the deposition process, ie while the material is being deposited by the material laying tool.
  • the desired value is determined from the, in particular digital, model of the workpiece.
  • the control unit may be adapted to control the moving mechanism to Train ⁇ agreed manner, when a deviation between the substrate value and the target value exceeds a predetermined amount over ⁇ .
  • a predetermined amount By the predetermined amount, a tolerable deviation or a maximum manufacturing tolerance can be defined.
  • the predetermined manner, to drive theposismechanis ⁇ mus include to reduce a speed of the deposition process to make a correction of the position error deposited material or to cancel the manufacturing process.
  • the invention also includes a method for additive Fer term a workpiece, by
  • this is built up, in particular, layer by layer by depositing the material on the substrate.
  • Each of the layers may be directed parallel to the substrate or to a substrate carrier and have a predetermined thickness.
  • the material of this is guided in particular by egg NEN body of a material deposition tool to a Materialab ⁇ laying unit. In this case, the material can be transferred through the body in the formable state.
  • a substrate value with respect to the material deposited on the substrate is determined during the deposition of the material.
  • the substrate is a value at the same time ermit ⁇ telt while the material is deposited on the substrate.
  • the substrate value is determined by the material removal tool.
  • the substrate value by ei ⁇ ne arranged on the material deposition tool sensor arrangement is understood ER.
  • FIG. 1 shows schematically a material removal tool with a
  • 3 shows a block diagram of a control unit for a production device
  • FIG. 4 shows a block diagram according to a second embodiment of a production device
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a manufacturing device for additive manufacturing of a workpiece.
  • Figures 1 and 2 show a material deposition tool 1 from each ⁇ wells different perspective.
  • the Ma ⁇ terialablegewerkmaschine 1 is executed as a printhead of a 3D printer.
  • the material deposition tool 1 includes a body 3 and a material laying unit 2.
  • the material deposition tool 1 is designed to receive in a moving mechanism 8 of a Fer ⁇ actuating device. 7
  • the body 3 is formed from ⁇ to prepare the material 6 for the MaterialAge 2 ready to prepare and optional way to store.
  • the body 3 is adapted to the to transfer Materi al ⁇ 6 in a deformable state before being Take on a substrate 21 defines ⁇ by the material depositing unit. 2
  • the material-depositing unit 2 is designed as a nozzle.
  • the material deposition tool 1 is to be ⁇ forms to deposit material 6 and to extrude and thereby to manufacture a workpiece 22 additive.
  • the manufacturing device 7 is shown schematically in FIG.
  • the manufacturing device 7 comprises thedemonstratessme ⁇ mechanism 8, in which the material handling tool 1 is taken up ⁇ .
  • a substrate carrier 20 of the manufacturing device 7 is designed to hold a substrate 21.
  • the workpiece 22 is manufactured.
  • the movement mechanism 8 makes it possible to move the material-laying tool 1 relative to the substrate carrier 20 along all three spatial directions.
  • the movement mechanism 8 can, for example, relate to a plurality of joints and / or telescopic arms. Have approximately telescopic rails.
  • the production device 7 is a 3D printer.
  • a sensor arrangement 4 is arranged on the material laying tool 1.
  • the sensor arrangement 4 comprises a plurality of sensors 5.
  • the sensors 5 may be arranged in a circle around the material depositing unit 2.
  • two adjacent sensors 5 are each arranged equidistant from each other.
  • Each of the sensors 5 has a sensor detection area 19.
  • Figures 1 and 2 of clarity only the Sen ⁇ sorer terminates Scheme 19 of one of the sensors 5 is shown for reasons.
  • the sensor detection areas 19 of all sensors 5 result in a total detection range of the sensor arrangement 4. In other words, the total detection area of the sensor arrangement 4 results by combining the sensor detection areas 19 of all the sensors 5.
  • the total detection range of the sensor arrangement 4 is aligned in the direction of a material flow 18 of the material depositing unit 2.
  • the Bacer writtensbe ⁇ is rich aligned according to the same spatial direction, such as the material flow 18 from the material depositing unit 2.
  • the total detection area of the sensor assembly 4 is oriented such that the through the material deposition tool 1 toleg ⁇ te material 6 by the sensor arrangement 4 can be detected. Due to the circular arrangement of the plurality of sensors 5, the deposited material 6 at least one of the sensors 5 is always in Sen ⁇ sorer initiateds Scheme 19th
  • the sensors 5 are exemplary for ultra ⁇ sound sensors, radar sensors, laser scanner or lidar sensors.
  • the sensors 5 are "time of flight” sensors, that is, the sensors 5 are configured to measure how long a test signal is
  • the sensor assembly 4 is adapted with respect to a substrate 21 placed on the mate rials ⁇ 6 to determine a substrate worth. 11
  • the sensor assembly 4 is configured to determine the substrate 11 value of each Signa ⁇ len of the sensors. 5
  • the sensor arrangement 4 is set up to determine the substrate value 11 from the transit time of the test signal.
  • the substrate value 11 comprises a plurality of geometric sizes of the deposited material 6.
  • a position, height and width of the deposited material 6 on the substrate 21 are determined.
  • the substrate value 11 may include respective coordinates for each of the geometric quantities.
  • surface texture for example a surface roughness, for the deposited material 6 can be determined. For example, it is provided that those of the sensors 5 are selected for detecting the substrate value 11, in whose sensor detection area 19 the deposited material 6 is located.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control unit 14. From the input variables, such as a time indication 31 and pressure ⁇ information or manufacturing information 30, a trajectory for the loading ⁇ wegungsmechanismus 8 can be calculated by an arithmetic unit 12th The trajectory is provided by the computing unit 12 for the control unit 14 ⁇ .
  • the control unit 14 is designed to calculate a desired value 10 for the substrate value 11 from the trajectory. Alternatively or additionally, the control unit 14 may be designed to calculate the desired value 10 from a di ⁇ digital model of the workpiece 22 to be produced.
  • the sensors 5 provide the control unit 14 with its respective sensor signals.
  • selection means of the control unit 14 may be formed to based on the digital model of the manufactured workpiece 22 and / or on the basis of the target value 10 those of Senso ⁇ ren 5 is a training select, in the sensor detection area 19, the deposited material 6 is located.
  • the control unit 14 is adapted before ⁇ lying to compute from the sensor signals of the sensors 5 the substrate value.
  • calculating the substrate value 11 comprises a three-dimensional reconstruction of the surface of the substrate 21 and / or of the deposited material 6.
  • the control unit 14 is to obtain multiple output variables 15th
  • the output variables 15 include, for example, information on the height, width or diameter of the deposited material 6.
  • the output variables 15 may include information on defects, production errors, deviations or storage errors.
  • FIG. 4 shows a further block diagram of a further embodiment.
  • the respective data from the arithmetic unit 12 and the sensor arrangement 4 are made available to the control unit 14.
  • the control unit 14 determines the Trustgrö ⁇ SEN 15.
  • the control unit 14 is present to removablebil ⁇ det, identify the outputs 15 ready ⁇ for a control unit sixteenth
  • the control unit 16 is adapted to a manufacturing process through the manufacturing facility to 7 steu ⁇ ren.
  • control unit 16 is set up to control the production process at least partially based on the output variables 15 of the control unit 14. In this way, may be formed by the control unit 16 to respond to defects, production errors, deviations or storage errors. In this way, the manufacturing process can be controlled ⁇ It benefits in particular.
  • the control unit 16 is designed to control the material handling tool 1 as well as the arithmetic unit 12 for determining the trajectory. In particular, the control unit 16 is calibrated by controlling the material setting tool 1 and / or the arithmetic unit 12 to minimize occurring production errors.
  • control unit 16 is adapted to an amount of put-away material 6 by driving the Mate ⁇ rialablegewerkmaschines 1 to a desired value corresponding thereto 10 adapt. Is by means of the substrate 11 value determined at ⁇ playing been that too little material is deposited 6, the control unit 16 may terialmenge for depositing counteract or reversed by setting a higher ma-.
  • control unit 16 may be configured to control the arithmetic unit 12.
  • the movement of the movement mechanism 8 can indirectly be influenced by the control unit 16 in the present case.
  • errors can be compensated by appropriately to 6 ⁇ control of the arithmetic unit 12 and theorientsme ⁇ mechanism 8 by the control unit 16 in the position of the deposited material.
  • a ceremoniessgeschwindig ⁇ ness of the production unit can be adapted 7 when production errors or broken by a predetermined amount over-writing ⁇ th.
  • the production device 7 can have a control device 23, by which the control unit 16, the control unit 14 and the arithmetic unit 12 are included.
  • the correct positioning, volume and surface finish can already be checked during the ex ⁇ legens the material.
  • di ⁇ rectly during the deposition of the material 6 necessary corrective measures are taken to avoid errors.
  • the manufacturing process can be particularly far-reaching controlled.
  • Particularly advantageous is also the positioning of the sensors 5 in a circle around the material depositing unit 2 on Ma ⁇ terialablegewerkmaschine 1. In this way, there is the off ⁇ Laid material 6 is always in the sensor detection area 19 horrin- least one of the sensors. 5

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Materialablegewerkzeug (1), insbesondere Druckkopf für einen 3D-Drucker, zur Aufnahme in einem Bewegungsmechanismus (8) einer Fertigungseinrichtung (7) für additives Fertigen eines Werkstücks (22), mit einer Materialablegeeinheit (2) zum Ablegen von Material (6) auf einem Substrat (21) und einem Korpus (3) zum Bereitstellen des Materials (6) für die Materialablegeeinheit (2). Um nun das Materialablegewerkzeug, insbesondere den Druckkopf für den 3D-Drucker, dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein erhöhtes Maß an Kontrolle über einen additiven Fertigungsprozess ermöglicht wird, ist eine Sensoranordnung (4) zum Ermitteln eines Substratwerts (11) bezüglich des auf dem Substrat (21) abgelegten Materials (6) vorgesehen.

Description

Beschreibung
Materialablegewerkzeug, insbesondere Druckkopf für einen 3D- Drucker, Fertigungseinrichtung und Verfahren zum additiven Fertigen eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein Materialablegewerkzeug, insbeson¬ dere einen Druckkopf für einen 3D-Drucker, zur Aufnahme in einem Bewegungsmechanismus einer Fertigungseinrichtung für additives Fertigen eines Werkstücks, mit einer Materialable¬ geeinheit zum Ablegen von Material auf einem Substrat und ei¬ nem Korpus zum Bereitstellen des Materials für die Materia¬ lablegeeinheit. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ei¬ ne Fertigungseinrichtung, insbesondere einen 3D-Drucker mit einem solchen Materialablegewerkzeug. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum additiven Fertigen eines Werkstücks .
Als additives Fertigungsverfahren oder auch generatives Fertigungsverfahren werden eine Vielzahl unterschiedlicher Fertigungsverfahren bezeichnet. Additiven Fertigungsverfahren ist gemein, dass Werkstücke additiv durch schichtweises Able¬ gen von Material gefertigt werden. Dabei ist eine Fertigungs¬ einrichtung zum additiven Fertigen, insbesondere ein 3D- Drucker, universell für unterschiedliche Werkstücke, bei¬ spielsweise für Werkstücke gleichartiger Materialzusammenset¬ zung aber unterschiedlicher Formgebung, einsetzbar. Mit anderen Worten muss die Fertigungseinrichtung zum additiven Fertigen mechanisch nicht an das zu fertigende Werkstück ange- passt werden.
Beispiele für additives Fertigungsverfahren sind Fused Fila¬ ment Fabrication (deutsch: Schmelzschichtung), Cladding (Auftragsschweißen) , Elektronenstrahlschmelzen und selektives Laserschweißen sowie selektives Lasersintern. Bei jedem der Fertigungsverfahren wird schichtweise ein Material durch eine Materialablegeeinheit auf einem Substrat abgelegt. Durch die Positionierung und eine Nachbearbeitung des Materials nach dem Ablegen können Form und mechanische Eigenschaften des Werkstücks vorgegeben werden. Insbesondere wird das Material in loser Form oder in formbaren Zustand auf dem Substrat abgelegt und anschließend zusammengefügt oder gehärtet.
Um eine hohe Fertigungsqualität für das Werkstück zu erzie¬ len, ist eine hohe Genauigkeit beim Ablegen des Materials nö¬ tig. Durch fehlerhaftes Ablegen, beispielsweise fehlerhafte Positionierung des Materials auf dem Substrat, können struk- turelle Defekte an dem Werkstück entstehen. In diesem Fall kann das Werkstück häufig nicht mehr verwendet werden, sondern wird als Ausschuss weggeworfen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die strukturellen Defekte an dem Werkstück erst nach dessen Fertigung erkannt werden.
Um strukturelle Defekte an dem Werkstück bereits frühzeitig zu erkennen, weisen Fertigungseinrichtungen nach dem Stand der Technik eine Kamera auf. Diese Kamera ist ortsfest an der Fertigungseinrichtung angeordnet. Das bedeutet, die Kamera ist relativ zur Fertigungseinrichtung nicht bewegbar. Die
Fertigungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, nach Fertigstellung einer Schicht mittels der Kamera ein Bild der Schicht anzufertigen. Hierzu ist es nötig, dass der Bewe¬ gungsmechanismus, in dem das Materialablegewerkzeug aufgenom- men ist, das Materialablegewerkzeug zur Seite fährt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein erhöhtes Maß an Kontrolle über einen additiven Fertigungsprozess zu ermög¬ lichen .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegen¬ stände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausfüh¬ rungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um nun das Materialablegewerkzeug, insbesondere den Druckkopf für den 3D-Drucker, dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein erhöhtes Maß an Kontrolle über einen additiven Fertigungspro- zess ermöglicht wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Sensoranordnung zum Ermitteln eines Substratwerts bezüg¬ lich des auf dem Substrat abgelegten Materials an dem Mate¬ rialablegewerkzeug, insbesondere dem Druckkopf, angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Sensoranordnung an dem Korpus des Materialablegewerkzeugs angeordnet. Die Materialablegeeinheit kann ebenfalls an dem Korpus angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Materialablegeeinheit um eine Öffnung im Korpus, durch welche das Material abgelegt beziehungsweise extrudiert wird. Hierzu kann die Materialablegeeinheit als Düse ausgeführt sein.
Die Sensoranordnung ist dazu ausgebildet, das auf dem Sub¬ strat abgelegte Material zu erfassen. Dadurch, dass die Sen¬ soranordnung direkt am Materialablegewerkzeug angeordnet ist, ist die Erfassung des abgelegten Materials beziehungsweise des Substratwerts im Bereich um das Materialablegewerkzeug jederzeit möglich. Mit anderen Worten ist es zum Erfassen des Materials beziehungsweise des Substratwerts nicht nötig, dass das Materialablegewerkzeug durch den Bewegungsmechanismus zur Seite gefahren wird. Die Sensoranordnung umfasst zumindest einen Sensor. Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung mehre¬ re Sensoren. Beispielsweise umfasst die Sensoranordnung zu¬ mindest zwei Kameras, wobei anhand jeweiliger Kamerabilder der zumindest zwei Kameras eine 3D-Rekonstruktion des abge¬ legten Materials ermöglicht sein kann.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sensoranordnung eine Mehrzahl an kreisförmig um die oder an der Materialablegeeinheit angeordnete Sensoren umfasst. Beispielsweise handelt es sich bei der Materialablegeeinheit um eine Düse, wobei die Mehrzahl an Sensoren um die Düse herum angeordnet ist. Durch die Mehrzahl an Sensoren befindet sich das auf dem Substrat abgelegte Material stets im Erfassungsbereich eines der Sen¬ soren. Beispielsweise ist eine Erfassung des auf dem Substrat abgelegten Materials auch dann möglich, wenn das abgelegte Material für einen der mehreren Sensoren durch die Materialablegeeinheit verdeckt ist. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sensoranordnung eingerichtet ist, den Substratwert während eines Ablegeprozesses zu ermitteln. Beispielsweise ist die Sensoranordnung dazu ausgebildet, den Substratwerts zu ermitteln, während durch die Materialablegeeinheit Material auf dem Substrat abgelegt wird. Dadurch ist das Ermitteln des Substratwerts für das ab¬ gelegte Material bereits während der Extrusion beziehungswei¬ se während des Ablegens möglich. Somit können strukturelle Defekte sofort erkannt werden und nicht erst nach Vollendung einer Schicht oder des gesamten Werkstücks.
Der Substratwert kann eine geometrische Größe, insbesondere Position, Höhe, Breite oder Oberflächenbeschaffenheit, des abgelegten Materials betreffen. Beispielsweise umfasst der
Substratwert Koordinaten für die Position des abgelegten Materials auf dem Substrat. Dadurch kann die korrekte Positio¬ nierung des Materials gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Substratwert Angaben zu Abmessungen be- ziehungsweise zu äußeren Form des abgelegten Materials umfas¬ sen. Beispielsweise umfasst der Substratwert Angaben zu Höhe und Breite des abgelegten Materials, wodurch überprüft werden kann, ob die richtige Menge an Material abgelegt wurde. Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Gesamterfassungsbe- reich der Sensoranordnung in Richtung eines Materialflusses der Materialablegeeinheit ausgerichtet ist. Beispielsweise weist die Materialablegeeinheit eine Flussrichtung auf, wobei die Materialablegeeinheit das Material in der Flussrichtung extrudiert. In diesem Fall kann der Gesamterfassungsbereich der Sensoranordnung in Richtung der Flussrichtung ausgerichtet sein. Ist die Materialablegeeinheit als Düse ausgebildet, so kann der Gesamterfas sungsbereich der Sensoranordnung in Richtung einer Spitze der Düse ausgerichtet sein. Durch die genannten Arten der Ausrichtung der Sensoranordnung ist eine besonders vorteilhafte Erfassung des auf dem Substrat abge¬ legten Materials ermöglicht. Insbesondere ist der Gesamter- fassungsbereich der Sensoranordnung durch den Sensorerfas- sungsbereich des zumindest einen Sensors gebildet. Vorzugs¬ weise ist der Gesamterfassungsbereich der Sensoranordnung durch die Sensorerfassungsbereiche der mehreren Sensoren der Sensoranordnung gebildet.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sensoranordnung zumindest einen Ultraschallsensor, Radarsensor, Laserscanner oder Lidar-Sensor umfasst. Im Allgemeinen kann es sich bei den Sensoren der Sensoranordnung um sogenannte „time of flight"- Sensoren handeln. Der zumindest eine Sensor der Sensoranordnung kann dazu ausgebildet sein, zu messen, wie lange ein Testsignal zur Oberfläche des abgelegten Materials und zurück benötigt („time of flight") . Der Sensor kann dazu eingerich¬ tet sein, daraus den Substratwert zu ermitteln und/oder die Oberfläche des abgelegten Materials dreidimensional zu rekon¬ struieren. Dadurch ist aufgrund der dreidimensionalen Erfassung eine besonders vorteilhafte Kontrolle über den Ferti- gungsprozess möglich.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung, insbesondere einen 3D-Drucker, zur additiven Fertigung eines Werkstücks, mit
- einem Materialablegewerkzeug, insbesondere einem Druckkopf, der oben genannten Art,
- einem Substratträger zum Halten des Substrats, und
- einem Bewegungsmechanismus, an welchem der Substratträger und das Materialablegewerkzeug angeordnet sind, und welcher dazu ausgebildet ist, den Substratträger und das Materialab¬ legewerkzeug relativ zueinander zu bewegen.
Bei der Fertigungseinrichtung ist das Materialablegewerkzeug insbesondere in dem Bewegungsmechanismus der Fertigungsein¬ richtung aufgenommen. Der Bewegungsmechanismus ist dazu aus¬ gebildet, das Materialablegewerkzeug in Positionen relativ zu dem Substratträger zu bewegen, in welchen das Material abzulegen ist . Mit anderen Worten ist der Bewegungsmechanismus dazu eingerichtet, das Materialablegewerkzeug derart zu bewe¬ gen, dass dieses das Material in vorgegebenen Positionen ab- legen kann. In dem Substratträger ist das Substrat während eines Fertigungsprozesses aufgenommen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Bewegungsmechanismus dazu ausgebildet ist, den Substratträger und das Materialab¬ legewerkzeug entlang aller drei Raumrichtungen relativ zueinander zu bewegen. In diesem Fall kann der Bewegungsmechanismus das Materialablegewerkzeug insbesondere entlang einer Ebene parallel zum Substratträger sowie senkrecht zur Ebene bewegen .
Die Fertigungseinrichtung kann eine Auswahleinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, anhand eines Modells des zu fertigenden Werkstücks zumindest einen Sensor der Sensoranordnung zum Ermitteln des Substartwerts danach auszuwählen, ob das abgelegte Material in einem Sensorerfassungsbereich des zumindest einen Sensors liegt. Beispielsweise weist die Fertigungseinrichtung eine Speichereinheit auf, in welcher das Modell des zu fertigenden Werkstücks digital speicherbar ist. Somit handelt sich bei dem Modell um ein digitales Mo¬ dell. Die Auswahleinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, das digitale Modell aus der Speichereinheit abzurufen und an¬ hand des digitalen Modells zumindest einen der Sensoren der Sensoranordnung auszuwählen. Insbesondere ist die Auswahleinrichtung dazu eingerichtet, für jeden der Sensoren der Sensoranordnung zu ermitteln, ob das abgelegte Material in des¬ sen Sensorerfassungsbereich liegt. Durch die Auswahleinrichtung können dann nur diejenigen der Sensoren zum Ermitteln des Substratwerts ausgewählt werden, in deren Sensorerfas¬ sungsbereich das abgelegte Material liegt . Als Sensorerfas¬ sungsbereich wird hierbei insbesondere der jeweilige Erfas¬ sungsbereich eines der Sensoren der Sensoranordnung bezeichnet .
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Fertigungseinrichtung eine Kontrolleinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den Substratwert des abgelegten Materials mit einem Sollwert zu vergleichen. Beispielsweise ist die Fertigungseinrichtung, beispielsweise mittels einer Recheneinheit, dazu ausgebildet, den Sollwert aus dem digitalen Modell des Werkstücks zu er¬ mitteln. Durch den Sollwert kann vorgegeben sein, in welcher Position, mit welcher Höhe beziehungsweise Schichtdicke, mit welcher Breite oder mit welcher Oberflächenbeschaffenheit das Material abgelegt werden soll. Beispielsweise sind der Bewe¬ gungsmechanismus und das Materialablegewerkzeug dazu ausge¬ bildet, das Material gemäß dem Sollwert auf dem Substrat ab¬ zulegen. Die Kontrolleinheit kann dazu ausgebildet sein, durch Vergleichen des Substratwerts mit dem Sollwert das kor¬ rekte Ablegen des Materials auf dem Substrat zu überprüfen. Insbesondere ist die Kontrolleinheit dazu ausgebildet, das korrekte Ablegen des Materials auf dem Substrat während des Ablegeprozesses, also während das Material durch das Materia- lablegewerkzeug abgelegt wird, zu überprüfen. Beispielsweise wird der Sollwert aus dem, insbesondere digitalen, Modell des Werkstücks ermittelt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Kontrollemheit dazu ausgebildet ist, das Materialablegewerkzeug und/oder den Be¬ wegungsmechanismus zumindest teilweise abhängig von einem Er¬ gebnis beim Vergleichen zwischen dem Substratwert und dem Sollwert anzusteuern. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit dazu ausgebildet sein, den Bewegungsmechanismus auf vorbe¬ stimmte Weise anzusteuern, wenn eine Abweichung zwischen dem Substratwert und dem Sollwert ein vorbestimmtes Maß über¬ schreitet. Durch das vorbestimmte Maß kann eine tolerierbare Abweichung beziehungsweise eine maximale Fertigungstoleranz definiert sein. Die vorbestimmte Weise den Bewegungsmechanis¬ mus anzusteuern kann umfassen, eine Geschwindigkeit des Ablegevorgangs zu verringern, eine Korrektur der Position fehlerhaft abgelegten Materials vorzunehmen oder den Ferti- gungsprozess abzubrechen.
Zu Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum additiven Fer tigen eines Werkstücks, durch
- Bereitstellen eines Materials zum Fertigen des Werkstücks, und - schrittweises Fertigen des Werkstücks durch Ablegen des Ma¬ terials auf einem Substrat.
Beim schrittweisen Fertigen des Werkstücks wird dieses insbe- sondere Schicht für Schicht durch das Ablegen des Materials auf dem Substrat aufgebaut. Jede der Schichten kann parallel zu dem Substrat beziehungsweise zu einem Substratträger aus¬ gerichtet sein und eine vorgegebene Dicke aufweisen. Beim Be¬ reitstellen des Materials wird dieses insbesondere durch ei- nen Korpus eines Materialablegewerkzeugs zu einer Materialab¬ legeeinheit geführt. Dabei kann das Material durch den Korpus in den formbaren Zustand überführt werden.
Um ein erhöhtes Maß an Kontrolle zu ermöglichen, ist vorgese- hen, dass während des Ablegens des Materials ein Substratwert bezüglich des auf dem Substrat abgelegten Materials ermittelt wird. Insbesondere wird der Substratwert zeitgleich ermit¬ telt, während das Material auf dem Substrat abgelegt wird. Vorzugsweise wird der Substratwert vom Materialablegewerkzeug aus ermittelt. Beispielsweise wird der Substratwert durch ei¬ ne am Materialablegewerkzeug angeordnete Sensoranordnung er- fasst .
Weitere Merkmale und Vorteile sind der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funkti¬ onen. Die Aus führungsbeispiele dienen lediglich der Erläute¬ rung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Es zeigen:
FIG 1 schematisch ein Materialablegewerkzeug mit einer
Sensoranordnung aus einer ersten Perspektive;
FIG 2 schematisch das Materialablegewerkzeug mit einer
Sensoranordnung aus einer zweiten Perspektive; FIG 3 ein Blockdiagramm einer Kontrolleinheit für eine Fertigungseinrichtung;
FIG 4 ein Blockdiagramm gemäß einer zweiten Ausführungs form einer Fertigungseinrichtung;
FIG 5 eine schematische Seitenansicht einer Fertigungs einrichtung zum additiven Fertigen eines Werkstücks .
FIG 1 und FIG 2 zeigen ein Materialablegewerkzeug 1 aus je¬ weils unterschiedlicher Perspektive. Insbesondere ist das Ma¬ terialablegewerkzeug 1 als Druckkopf eines 3D-Druckers ausge- führt. Das Materialablegewerkzeug 1 umfasst einen Korpus 3 und eine Materialablegeeinheit 2. Das Materialablegewerkzeug 1 ist zur Aufnahme in einem Bewegungsmechanismus 8 einer Fer¬ tigungseinrichtung 7 ausgebildet . Der Korpus 3 ist dazu aus¬ gebildet, das Material 6 für die Materialablegeeinheit 2 be- reit zustellen und optionaler Weise zum Ablegen aufzubereiten. Beispielsweise ist der Korpus 3 dazu ausgebildet, das Materi¬ al 6 in einen verformbaren Zustand zu überführen, bevor es durch die Materialablegeeinheit 2 auf einem Substrat 21 abge¬ legt wird. Die Materialablegeeinheit 2 ist vorliegend als Dü- se ausgeführt. Das Materialablegewerkzeug 1 ist dazu ausge¬ bildet, Material 6 abzulegen beziehungsweise zu extrudieren und hierdurch ein Werkstück 22 additiv zu fertigen.
Die Fertigungseinrichtung 7 ist in FIG 5 schematisch darge- stellt. Die Fertigungseinrichtung 7 umfasst den Bewegungsme¬ chanismus 8, in welchem das Materialablegewerkzeug 1 aufge¬ nommen ist. Ein Substratträger 20 der Fertigungseinrichtung 7 ist dazu ausgebildet, ein Substrat 21 zu halten. Auf dem Sub¬ strat 21 wird das Werkstück 22 gefertigt. Der Bewegungsmecha- nismus 8 ermöglicht eine Bewegung des Materialablegewerkzeugs 1 relativ zu dem Substratträger 20 entlang aller drei Raumrichtungen. Hierzu kann der Bewegungsmechanismus 8 beispiels¬ weise eine Mehrzahl an Gelenken und/oder Teleskoparmen bezie- hungsweise Teleskopschienen aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei der Fertigungseinrichtung 7 um einen 3D-Drucker.
Gemäß FIG 1 und FIG 2 ist an dem Materialablegewerkzeug 1 ei- ne Sensoranordnung 4 angeordnet. Die Sensoranordnung 4 um- fasst vorliegend eine Mehrzahl an Sensoren 5. Die Sensoren 5 können kreisförmig um die Materialablegeeinheit 2 herum ange¬ ordnet sein. Vorzugsweise sind zwei benachbarte der Sensoren 5 jeweils äquidistant zueinander angeordnet. Jeder der Senso- ren 5 weist einen Sensorerfassungsbereich 19 auf. In FIG 1 und FIG 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Sen¬ sorerfassungsbereich 19 eines der Sensoren 5 gezeigt. Zusammengenommen ergeben die Sensorerfassungsbereiche 19 aller Sensoren 5 einen Gesamterfas sungsbereich der Sensoranordnung 4. Mit anderen Worten ergibt sich der Gesamterfassungsbereich der Sensoranordnung 4 durch Vereinigung der Sensorerfassungsbereiche 19 aller Sensoren 5.
Der Gesamterfassungsbereich der Sensoranordnung 4 ist in Richtung eines Materialflusses 18 der Materialablegeeinheit 2 ausgerichtet. Mit anderen Worten ist der Gesamterfassungsbe¬ reich gemäß derselben Raumrichtung ausgerichtet, wie der Ma- terialfluss 18 aus der Materialablegeeinheit 2. Somit ist der Gesamterfassungsbereich der Sensoranordnung 4 derart ausge- richtet, dass das durch das Materialablegewerkzeug 1 abgeleg¬ te Material 6 durch die Sensoranordnung 4 erfasst werden kann. Aufgrund der kreisförmigen Anordnung der mehreren Sensoren 5 befindet sich das abgelegte Material 6 stets im Sen¬ sorerfassungsbereich 19 zumindest eines der Sensoren 5.
Bei den Sensoren 5 handelt es sich beispielhafte um Ultra¬ schallsensoren, Radarsensoren, Laserscanner oder Lidar- Sensoren. Im Allgemeinen handelt es sich bei den Sensoren 5 um „time of flight "-Sensoren . Das bedeutet, die Sensoren 5 sind dazu ausgebildet, zu messen, wie lange ein Testsignal
(beispielsweise ein Laserstrahl) zur Oberfläche des abgeleg¬ ten Materials 6 und zurück benötigt („time of flight") . Aus der Laufzeit des Testsignals kann die Oberfläche des abgeleg¬ ten Materials 6 dreidimensional rekonstruiert werden.
Die Sensoranordnung 4 ist dazu ausgebildet, einen Substrat- wert 11 bezüglich eines auf dem Substrat 21 abgelegten Mate¬ rials 6 zu ermitteln. Insbesondere ist die Sensoranordnung 4 dazu eingerichtet, den Substratwert 11 aus jeweiligen Signa¬ len der Sensoren 5 zu ermitteln. Beispielsweise ist die Sensoranordnung 4 dazu eingerichtet, den Substratwert 11 aus der Laufzeit des Testsignals zu ermitteln. Der Substratwert 11 umfasst vorliegend mehrere geometrische Größen des abgelegten Materials 6. Insbesondere wird eine Position, Höhe und Breite des abgelegten Materials 6 auf dem Substrat 21 ermittelt. Der Substratwert 11 kann jeweilige Koordinaten für jede der geo- metrischen Größen umfassen. Zusätzlich kann Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise eine Oberflächenrauigkeit, für das abgelegte Material 6 ermittelt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass diejenigen der Sensoren 5 zum Erfassen des Substratwerts 11 ausgewählt werden, in deren Sensorerfas- sungsbereich 19 sich das abgelegte Material 6 befindet.
FIG 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Kontrolleinheit 14. Aus Eingangsgrößen, beispielsweise einer Zeitangabe 31 und Druck¬ informationen beziehungsweise Fertigungsinformationen 30, kann durch eine Recheneinheit 12 eine Trajektorie für den Be¬ wegungsmechanismus 8 berechnet werden. Die Trajektorie wird durch die Recheneinheit 12 für die Kontrolleinheit 14 bereit¬ gestellt. Die Kontrolleinheit 14 ist dazu ausgebildet, aus der Trajektorie einen Sollwert 10 für den Substratwert 11 zu berechnen. Alternativ oder zusätzlich kann die Kontrolleinheit 14 dazu ausgebildet sein, den Sollwert 10 aus einem di¬ gitalen Modell des zu fertigenden Werkstücks 22 zu berechnen. Durch die Sensoren 5 werden der Kontrolleinheit 14 deren jeweiligen Sensorsignale bereitgestellt. Hierbei kann eine Aus- wahleinrichtung der Kontrolleinheit 14 dazu ausgebildet sein, auf Basis des digitalen Modells des zu fertigenden Werkstücks 22 und/oder auf Basis des Sollwerts 10 diejenigen der Senso¬ ren 5 auszuwählen, in deren Sensorerfassungsbereich 19 das abgelegte Material 6 liegt. Die Kontrolleinheit 14 ist vor¬ liegend dazu ausgebildet, aus den Sensorsignalen der Sensoren 5 den Substratwert 11 zu berechnen. Beispielsweise umfasst das Berechnen des Substratwerts 11 eine dreidimensionale Re- konstruktion der Oberfläche des Substrats 21 und/oder des ab¬ gelegten Materials 6.
Durch Vergleichen des Sollwerts 10 und des Substratwert s 11 kann eine Abweichung 13 zwischen beiden Werten ermittelt wer- den. Beispielsweise ist die Kontrolleinheit 14 dazu ausgebil¬ det, mehrere Ausgangsgrößen 15 bereitzustellen. Die Ausgangsgrößen 15 umfassen beispielsweise Angaben zu Höhe, Breite oder Durchmesser des abgelegten Materials 6. Alternativ oder zusätzlich können die Ausgangsgrößen 15 Angaben zu Defekten, Produktionsfehlern, Abweichungen oder Ablegefehlern umfassen.
FIG 4 zeigt ein weiteres Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform. Auch gemäß FIG 4 werden die jeweiligen Daten aus der Recheneinheit 12 und der Sensoranordnung 4 für die Kont- rolleinheit 14 bereitgestellt. Beispielsweise, wie oben be¬ schrieben, ermittelt die Kontrolleinheit 14 die Ausgangsgrö¬ ßen 15. Die Kontrolleinheit 14 ist vorliegend dazu ausgebil¬ det, die Ausgangsgrößen 15 für eine Steuereinheit 16 bereit¬ zustellen. Die Steuereinheit 16 ist dazu eingerichtet, einen Fertigungsprozess durch die Fertigungseinrichtung 7 zu steu¬ ern .
Vorliegend ist die Steuereinheit 16 dazu eingerichtet, den Fertigungsprozess zumindest teilweise auf Basis der Ausgangs- großen 15 der Kontrolleinheit 14 zu steuern. Auf diese Weise kann durch die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet sein, auf Defekte, Produktionsfehler, Abweichungen oder Ablegefehler zu reagieren. Auf diese Weise kann der Fertigungsprozess beson¬ ders vorteilhaft kontrolliert werden. Die Steuereinheit 16 ist vorliegend dazu ausgebildet, das Materialablegewerkzeug 1 als auch die Recheneinheit 12 zum Ermitteln der Trajektorie anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinheit 16 eingerich¬ tet, durch das Ansteuern des Materialablegewerkzeugs 1 und/oder der Recheneinheit 12 auftretende Produktionsfehler zu minimieren .
Beispielsweise ist die Steuereinheit 16 dazu eingerichtet, eine Menge an abgelegtem Material 6 durch Ansteuern des Mate¬ rialablegewerkzeugs 1 an einen dementsprechenden Sollwert 10 anzupassen. Ist mittels des Substratwerts 11 ermittelt bei¬ spielsweise worden, dass zu wenig Material 6 abgelegt wird, so kann die Steuereinheit 16 durch Vorgeben einer höheren Ma- terialmenge zum Ablegen entgegen steuern oder umgekehrt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 16 dazu eingerichtet sein, die Recheneinheit 12 anzusteuern. Durch ansteuern der Recheneinheit 12 kann vorliegend indirekt die Bewegung des Bewegungsmechanismus 8 durch die Steuereinheit 16 beeinflusst werden. Beispielsweise können Fehler in der Position des abgelegten Materials 6 durch entsprechendes An¬ steuern der Recheneinheit 12 beziehungsweise des Bewegungsme¬ chanismus 8 durch die Steuereinheit 16 ausgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Fertigungsgeschwindig¬ keit der Fertigungseinrichtung 7 angepasst werden, wenn Produktionsfehler oder defekte ein vorbestimmtes Maß überschrei¬ ten . Gemäß FIG 5 kann die Fertigungseinrichtung 7 eine Steuereinrichtung 23 aufweisen, durch welche die Steuereinheit 16, die Kontrolleinheit 14 sowie die Recheneinheit 12 umfasst sind.
Durch die vorliegenden Ausführungsbeispiele ist eine Kontrol- le eines additiven Fertigungsprozesses direkt während der
Fertigung möglich. Insbesondere kann bereits während des Ab¬ legens des Materials die richtige Positionierung, Menge und Oberflächenbeschaffenheit überprüft werden. Somit können di¬ rekt während des Ablegens des Materials 6 nötige Korrektur- maßnahmen zur Vermeidung von Fehlern ergriffen werden. Auf diese Weise kann der Fertigungsprozess besonders weitreichend kontrolliert werden. Besonders vorteilhaft ist weiterhin die Positionierung der Sensoren 5 kreisförmig um die Materialablegeeinheit 2 am Ma¬ terialablegewerkzeug 1. Auf diese Weise befindet sich das ab¬ gelegte Material 6 stets im Sensorerfassungsbereich 19 zumin- dest eines der Sensoren 5.
Durch das bevorzugte Erfassungsprinzip der Sensoren 5 („time of flight") ist direkt eine 3D-Rekonstruktion der Oberfläche des zu fertigenden Werkstücks 22 beziehungsweise des abgeleg- ten Materials 6 ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Materialablegewerkzeug (1), insbesondere Druckkopf für ei¬ nen 3D-Drucker, zur Aufnahme in einem Bewegungsmechanismus (8) einer Fertigungseinrichtung (7) für additives Fertigen eines Werkstücks (22), mit
- einer Materialablegeeinheit (2) zum Ablegen von Material (6) auf einem Substrat, und
- einem Korpus (3) zum Bereitstellen des Materials (6) für die Materialablegeeinheit (2),
gekennzeichnet, durch
- eine Sensoranordnung (4) zum Ermitteln eines Substratwerts (11) bezüglich des auf dem Substrat (21) abgelegten Materials (6) .
2. Materialablegewerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine Mehrzahl an kreisförmig um die oder an der Materialablegeeinheit (2) angeordnete Sensoren (5) umfasst.
3. Materialablegewerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eingerichtet ist, den Substratwert (11) während eines Ablegeprozesses zu ermitteln.
4. Materialablegewerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratwert (11) eine geometrische Größe, insbesondere Position, Höhe, Breite oder Oberflächenbeschaffenheit, des abgelegten Materials (6) betrifft.
5. Materialablegewerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamterfassungs- bereich der Sensoranordnung (4) in Richtung eines Material- flusses (18) der Materialablegeeinheit (2) ausgerichtet ist.
6. Materialablegewerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) zumindest einen Ultraschallsensor, Radarsensor, Laserscanner oder Lidarsensor umfasst.
7. Fertigungseinrichtung (7), insbesondere 3D-Drucker, zur additiven Fertigung eines Werkstücks, mit
- einem Materialablegewerkzeug (1) nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche,
- einem Substratträger (20) zum Halten des Substrats (21), und
- einem Bewegungsmechanismus (8), an welchem der Substratträ¬ ger (20) und das Materialablegewerkzeug (1) angeordnet sind, und welcher dazu ausgebildet ist, den Substratträger (20) und das Materialablegewerkzeug (1) relativ zueinander zu bewegen.
8. Fertigungseinrichtung (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus (8) dazu ausgebildet ist, den Substratträger (20) und das Materialablegewerkzeug (1) entlang aller drei Raumrichtungen relativ zueinander zu bewegen .
9. Fertigungseinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7 oder
8, gekennzeichnet, durch eine Auswahleinrichtung (14), welche ausgebildet ist, anhand eines Modells des zu fertigenden Werkstücks (22) zumindest einen Sensor (5) der Sensoranord- nung (4) zum Ermitteln des Substratwerts (11) danach auszu¬ wählen, ob das abgelegte Material (6) in einem Sensorerfas¬ sungsbereich (19) des zumindest einen Sensors (5) liegt.
10. Fertigungseinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet, durch eine Kontrolleinheit (14), welche dazu ausgebildet ist, den Substratwert (11) des abgelegten Materials (6) mit einem Sollwert (10) zu vergleichen.
11. Fertigungseinrichtung (7) nach Anspruch 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (14) dazu ausgebildet ist, das Materialablegewerkzeug (1) und/oder den Bewegungsme¬ chanismus (8) zumindest teilweise abhängig von einem Ergebnis beim Vergleichen zwischen dem Substratwert (11) und dem Soll¬ wert (10) anzusteuern.
12. Verfahren zum additiven Fertigen eines Werkstücks (22), durch
- Bereitstellen eines Materials (6) zum Fertigen des Werkstücks (22 ) , und
- schrittweises Fertigen des Werkstücks (22) durch Ablegen des Materials (6) auf einem Substrat (21),
dadurch gekennzeichnet, dass
- während des Ablegens des Materials (6) ein Substratwert (11) bezüglich des auf dem Substrat (21) abgelegten Materials (6) ermittelt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3140571A1 (fr) * 2022-10-10 2024-04-12 Xtreee Système d’extrusion de materiau de construction equipé d’un dispositif de mesure de la largeur des cordons extrudés

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140328963A1 (en) * 2013-03-22 2014-11-06 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing
EP3088123A1 (de) * 2015-03-10 2016-11-02 Technology Research Association For Future Additive Manufacturing Optischer bearbeitungskopf und 3d-formungsvorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140328963A1 (en) * 2013-03-22 2014-11-06 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing
EP3088123A1 (de) * 2015-03-10 2016-11-02 Technology Research Association For Future Additive Manufacturing Optischer bearbeitungskopf und 3d-formungsvorrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3140571A1 (fr) * 2022-10-10 2024-04-12 Xtreee Système d’extrusion de materiau de construction equipé d’un dispositif de mesure de la largeur des cordons extrudés
WO2024078919A1 (fr) * 2022-10-10 2024-04-18 Xtreee Système d'extrusion de materiau de construction equipé d'un dispositif de mesure de la largeur des cordons extrudés

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