WO2022096600A1 - Anlage zur additiven fertigung mit einer handhabungseinrichtung und einem reinigungskopf - Google Patents

Anlage zur additiven fertigung mit einer handhabungseinrichtung und einem reinigungskopf Download PDF

Info

Publication number
WO2022096600A1
WO2022096600A1 PCT/EP2021/080681 EP2021080681W WO2022096600A1 WO 2022096600 A1 WO2022096600 A1 WO 2022096600A1 EP 2021080681 W EP2021080681 W EP 2021080681W WO 2022096600 A1 WO2022096600 A1 WO 2022096600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cleaning
head
handling device
working space
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/080681
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Géza KOSCSÁK
Till Oeschger
Axel Boi
Original Assignee
Chiron Group Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chiron Group Se filed Critical Chiron Group Se
Publication of WO2022096600A1 publication Critical patent/WO2022096600A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • 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]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/68—Cleaning or washing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/16—Removal of by-products, e.g. particles or vapours produced during treatment of a workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present disclosure relates to an additive manufacturing system. At least in exemplary forms, the present disclosure relates to direct energy deposition (DED) additive manufacturing systems.
  • DED direct energy deposition
  • Such systems and devices include, for example, a handling device with an application head and a workpiece carrier, wherein the handling device can move the application head relative to the workpiece carrier in order to apply material to a workpiece or a substrate there.
  • Systems for additive manufacturing are known from CN 1 07 671 285 A and CN 1 10 434336 A, each of which has a handling device that simultaneously carries a plurality of heads, comprising an application head and an ablating head (for laser ablation) .
  • the disadvantage is that the handling devices have to carry several heads at the same time in different operating modes.
  • DE 10 2013 224 649 A1 discloses a combined system that is designed both for removing machining and for additive machining. Abrasive tools and, if necessary, an application head can be exchanged in the work area of the system.
  • Systems for additive manufacturing can be used for various applications. This includes, for example, complete production of components (completely using additive manufacturing), supplementary production of components (additive manufacturing in addition to conventional manufacturing for a component), and/or use for repair purposes (used part is upgraded using additive manufacturing).
  • Another application for additive manufacturing systems is the coating of workpieces. In this way, workpieces with the desired surfaces and properties can be produced by applying a layer to an existing semi-finished product. It is conceivable to coat external surfaces of a workpiece. Furthermore, it is also conceivable to coat inner surfaces, ie surfaces facing inwards.
  • additive manufacturing includes the completely additive formation of components, but also an additive order on an already existing component.
  • DED Direct Energy Deposition
  • LMD laser deposition welding
  • the energy input takes place with a laser.
  • the laser creates a molten pool on the component surface.
  • Metal powder is automatically introduced through a nozzle.
  • the powder melts and combines with the base material. Beads that are welded together are created, which result in structures on existing base bodies or entire components. If necessary, many layers can be built up one on top of the other.
  • Argon for example, is used as the protective gas.
  • DED methods are also known which process metal wires instead of metal powder.
  • DED methods can also be used to generate 3D structures on uneven surfaces. The process is therefore also suitable for repairs and changes in geometry. Different materials can be used so that components with an inhomogeneous material structure can also be produced. DED processes have relatively high deposition rates compared to other additive manufacturing processes.
  • a device for additive manufacturing that uses the DED method is known from EP 2 872 287 A2.
  • the system includes an application head that can be moved relative to a tool carrier via a handling device.
  • the handling device includes a carrier for the application head, which is also designed to accommodate other heads, for example machining heads for machining.
  • Excess powder from the construction process which is deposited in the work area, can even serve as a raw material, possibly after appropriate processing. Even when using a construction material in wire form, there is contamination in the construction space.
  • metal vapors, welding gas and the like can form in the work area during additive manufacturing using DED, which settle on surfaces in the work area, on components of the system, but also on the component. It is therefore often appropriate not only to clean the component, but also its surroundings. It is advisable to clean the working space, including the kinematics arranged there, at least periodically, at least in sections.
  • Intensive cleaning may be necessary, for example, when changing materials. Then dirt must be removed as far as possible for reasons of sorting.
  • An advantage of additive manufacturing using DED is the high variability, since material can be applied in a targeted manner. The application head can often be moved in several axes relative to the workpiece in the working area and, if necessary, even pivoted. This freedom of design allows the additive manufacturing (including additive processing, coating and the like) of a large number of different components in one and the same system. However, this has an impact on the resulting pollution picture.
  • the invention is based on the object of specifying a system for additive manufacturing that can be used flexibly and is suitable for applications in the industrial environment.
  • the requirement for personal protective equipment can be reduced when removing components after the construction process.
  • Such a system is preferably suitable for automated production.
  • the system allows a reduction in non-productive times by reducing the time required for manual cleaning, in particular before component removal.
  • the system should reduce the exposure to contamination (exposure to dust) for an operator as much as possible, at least in exemplary configurations. If possible, the overall operation of the system should be simplified.
  • the object is achieved by a system for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, the system having the following: a working space, a housing that delimits the working space, at least one application head for dispensing a building material, a handling device with a receptacle, and an integrated cleaning system with at least one cleaning head, wherein the at least one cleaning head can be moved in the work space by the handling device in order to clean at least the work space or a component.
  • the object of the invention is achieved in this way. According to the invention, an integrated and automated cleaning is made possible, so that any additional effort for cleaning, in particular for manual cleaning, is reduced. A separate cleaning device for removing residues from the additive manufacturing process can preferably be dispensed with.
  • the integrated cleaning system allows removal of dirt, residues (powder, overspray, ...), so that the component (workpiece) can be removed from the workspace without additional measures such as increased dust protection.
  • the integrated cleaning system simplifies any subsequent process steps and/or parts handling.
  • the system is designed as a self-cleaning system.
  • the handling device provides degrees of freedom of movement that enable the system to clean itself, in particular also to clean the component.
  • the handling device is used primarily to generate a relative movement between the applicator head and the workpiece.
  • the primary task of the handling device is a handling task, for example the automated loading (in particular the unloading) of the system. Guiding the cleaning head in the workspace can be referred to as a secondary task, at least in exemplary embodiments.
  • a secondary task at least in exemplary embodiments.
  • at least in exemplary configurations for the cleaning in particular exclusively, those axes or degrees of freedom of movement that are present in the system anyway are used. In such a case, the cleaning function is provided with existing handling devices.
  • the handling device generally provides movement kinematics. This can involve serial kinematics, for example in the form of a robot (for example articulated arm robots), in the form of Cartesian kinematics (e.g. moving column, portal design, gantry design). Alternatively, parallel kinematics are conceivable.
  • the system for additive manufacturing is designed to process metal-based or metal-containing building materials, for example by softening or melting.
  • the system is designed to generate thermal energy, in particular in the form of laser beams, with the thermal energy being used to soften and melt the building material supplied. In this way, material can be applied layer by layer.
  • the system is designed as a DED system (Direct Energy Deposition) or LMD system (Laser Metal Deposition, laser deposition welding).
  • the building material to be processed is provided as powder or wire, for example. It is also conceivable to provide both types of material feed in one plant.
  • the powder layers are regularly layered in special construction chambers (for example construction cylinders) in order to produce components.
  • special construction chambers for example construction cylinders
  • Such a construction chamber regularly has a base area that is completely covered with the powder layer by layer. In this way, however, the powder is already locked in a defined volume when the powder is partially melted and solidified.
  • the cleaning head like the application head, can be moved in the work space relative to the work space or to the component, and in particular can be moved in a relatively large space of movement by the handling device. Local concentrations of pollution can of course arise. However, it must be expected that large areas in the workroom will be at least partially soiled.
  • the integrated cleaning system is designed to clean the working space and at least one additively produced component which is arranged at least in sections in the working space.
  • the cleaning system at least in exemplary configurations, can clean both the component and the area surrounding the component as well as the interior of the working space overall, at least essential sections thereof.
  • the integrated cleaning system enables a degree of cleaning that allows the component to be removed without extensive personal protective equipment.
  • the integrated cleaning system is able to enable the components to be removed in a normal atmosphere. In this way, the manufacturing costs of AM-based manufacturing can be reduced, at least in exemplary configurations.
  • the handling device has a receptacle for receiving the at least one cleaning head.
  • This can include a configuration in which the receptacle is designed both to accommodate the at least one application head and to accommodate the at least one cleaning head.
  • the cleaning head and the applicator head are usually not attached to the receptacle simultaneously but one after the other. In this way, the handling device can (possibly one after the other) carry an application head and a cleaning head and move them in the working space.
  • the handling device has a carrier with an interface to which the applicator head and the cleaning head (suction head) can be attached. In an exemplary embodiment use application head and cleaning head at least partially the same fasteners for attachment to the receptacle of the handling device.
  • the at least one cleaning head of the cleaning system can be moved by the handling device for cleaning purposes.
  • the handling device can also be used for cleaning purposes. This allows designs in which the handling devices required for the construction process can also be used for cleaning.
  • the handling device is designed to receive and to move the at least one application head. Accordingly, the cleaning device is also provided for the actual application of material as part of additive manufacturing.
  • Essential embodiments according to the disclosure use the handling device both for moving the applicator head and for moving the cleaning head. In this way, axes of movement (degrees of freedom of movement) already present in the system, which are necessary for the more or less complex construction task, can also be used for cleaning. This ensures that the cleaning head can be moved in a similar manner and with similar degrees of freedom of movement as the applicator head. This can contribute to increasing the cleaning performance.
  • the handling device is a main kinematics of the system, which generates relative movements between the application head and the workpiece or workpiece carrier during additive manufacturing or processing, so that building material can be applied at the desired position and in the desired orientation.
  • one and the same movement kinematics can be used for the application head and the cleaning head.
  • the movement kinematics can be operated in a head change mode in order to make a change between the application head and the cleaning head. In this way, an automated change be done between the application head and the cleaning head. Cleaning can be integrated even more flexibly into the additive manufacturing task.
  • the handling device is an auxiliary kinematic system.
  • a secondary kinematics is provided in addition to a main kinematics.
  • they can be handling devices for changing workpieces, changing heads, measurements or the like, which can also be used for cleaning purposes.
  • the handling device can be used in a construction mode and a cleaning mode of the system.
  • the handling device In the construction mode, the handling device carries the at least one application head.
  • the handling device In the cleaning mode, the handling device carries the at least one cleaning head.
  • the handling device is used both for the actual construction and for cleaning the system.
  • additive manufacturing and cleaning take place sequentially if the handling device is used for both purposes. This includes cleaning the workspace and/or the workpiece after the additive manufacturing task has been completed.
  • a change between the construction mode and the cleaning mode includes a change between the applicator head and the cleaning head.
  • the handling device carries the applicator head in the construction mode and the cleaning head in the cleaning mode.
  • the application head is removed from the handling device in the cleaning mode, the application head being in a parking position in the cleaning mode, and the cleaning head being removed from the handling device in the building mode and being in a parking position.
  • the handling device has linear kinematics with Cartesian axes. Such a handling device is designed, for example, according to the traveling column principle, portal principle, gantry principle or in a similar way.
  • both the construction process and the cleaning process depend on relative movements between the respective head (application head and cleaning head) and the component or the working space. Designs are therefore also conceivable in which at least one axis of movement is provided directly on the component or its receptacle. This is not to be understood as limiting.
  • the handling device comprises a robot, in particular an articulated arm robot.
  • robots are also referred to as industrial robots, universal robots or articulated robots.
  • the robot is designed as a robot with serial kinematics. Individual joints of the robot are arranged one after the other (in a row), are connected to their neighbors in an articulated manner and can each be moved, usually pivoted, relative to one another. In this way, an end effector (also referred to as a “hand”) can be moved, in particular freely moved, in a movement space defined by the kinematics.
  • the "hand” of the robot carries the holder for the application head and/or cleaning head, for example.
  • a robot as part of the handling device, preferably as an essential part of the handling device for the gun or guns, has the advantage that the parking positions of individual guns can be selected within the given range of motion of the robot.
  • the parking positions can be spaced apart.
  • the robot is arranged in the working space and can only be moved within the working space. In this way, the robot is enclosed by the enclosure of the work area when it is used productively. This also reduces any contamination from the system entering the environment. Safety is also increased since the robot is shielded by the housing during its productive use.
  • Serial kinematics also includes, for example, portal robots, horizontal articulated-arm robots (SCARA robots), articulated-arm robots with 5, 6 or 7 rotational axes and the like. It goes without saying that robots can also have parallel kinematics, for example as so-called delta robots or hexapod robots. Mixed forms are easily conceivable.
  • the positioning accuracy and repeatability provided by the robot is sufficient for additive manufacturing purposes.
  • the robot can be used for the fine positioning and the feed movement of the applicator head and the cleaning head.
  • the handling device is capable of moving the cleaning head to any desired position in the working space in order to clean the working space and components arranged therein. It is therefore advantageous to use a handling device with great freedom of movement and a large area of movement, such as an articulated-arm robot or articulated-arm robot.
  • the at least one cleaning head is a suction head which can be moved in the working area.
  • the cleaning system according to this embodiment represents a suction device for sucking off residues from the working area. In this way, a large part of the dirt can be removed in an orderly manner and caught in a targeted manner.
  • overspray of about 20-40% of the introduced building material is produced. This is not to be understood as limiting. Excess material must be removed in order to remove the component without additional protective measures and to be able to feed possible further processing steps. In other words, excess powder can be sucked up and collected in a targeted manner.
  • At least one further cleaning head is provided, which is designed for mechanical cleaning, in particular as a brush head.
  • a brush head is provided with a brush, for example (round brush, flat brush or the like).
  • the brush head can be provided with a drive for the brush in order to loosen adhering dirt.
  • the brush head is alternatively or additionally moved by the handling device in order to loosen adhering dirt.
  • a combined brush and suction head can also be provided, which on the one hand loosens adhering material and sucks it off using the integrated suction function.
  • the brush head interacts with the suction device in order to remove residues and guide them out of the working space in a directed manner.
  • the system is designed exclusively as an AM system (system for additive manufacturing).
  • AM system system for additive manufacturing
  • exemplary configurations are conceivable in which no subtractive post-processing takes place in the installation space itself.
  • Such post-processing can be done on downstream machines if necessary. Cycle times on machines for subtractive post-processing are often shorter than cycle times on machines for additive machining. Therefore, overall lead time and manufacturing effort can be reduced by combining AM equipment with separate machine tools for the subtractive (Machining) machining can be optimized, at least in exemplary configurations.
  • two or more holders for receiving the at least one application head and the at least one cleaning head are provided in the working area, which provide at least two parking positions.
  • the handling device can first deposit a head and then pick up the new head. It goes without saying that combined holders with two mounting locations are also conceivable. If both the at least one application head and the at least one suction head are arranged in the working space, the transfer of dirt (powder and the like) to the environment is further reduced.
  • At least one holder with a shelf for the applicator head and at least one holder with a shelf for the cleaning head are provided.
  • the applicator head is held on its holder when the cleaning head is attached to the holder of the handling unit.
  • the cleaning head is received on its holder when the applicator head is attached to the receptacle of the handling unit.
  • the at least one application head is coupled to at least one supply line, the at least one cleaning head being coupled to at least one suction line, and the lines in particular also remaining coupled in a respective parking position of the application head or the cleaning head.
  • contamination of the pipes is avoided.
  • this design allows a quick change between application heads and cleaning heads, since the effort for the coupling and decoupling of lines is eliminated, at least for some lines
  • the system also includes a control unit for controlling the cleaning system, the control unit controls the handling device during a cleaning mode in order to move the cleaning head relative to the workspace.
  • the control unit can be part of a control device of the system.
  • the control unit is also capable of controlling the handling device during a construction mode in order to move the application head relative to the workspace or relative to the component. The movement usually takes place in the installation space.
  • control unit is designed to initiate self-cleaning of the system, in particular of the working space with the component, following a construction process. In this way, after the additive application, cleaning takes place, which can simplify the removal and subsequent handling of the component.
  • control unit is designed to cause intermittent intermediate cleaning of the working space and/or the component during the construction process, wherein the control unit is preferably designed to initiate intermediate cleaning when the construction process has a rest phase, in particular a Cooling phase, provides.
  • intermediate cleaning can already take place during the construction process, so that the overall contamination is reduced.
  • cooling cycles are often provided anyway, so that in exemplary configurations the cycle time does not increase excessively despite intermediate cleaning. This is not to be understood as limiting.
  • the intermediate cleaning can be carried out periodically or as required. Construction phases and cleaning phases can alternate.
  • control unit is designed to initiate cleaning as a function of the degree of soiling.
  • control unit is designed to initiate a cleaning process when certain parameters for the construction quality and the resulting workpiece properties are exceeded or there is a risk of them being exceeded.
  • the system also has a sensor unit with at least one contamination sensor, preferably an optical contamination sensor. In this way, the cleaning process can be initiated depending on the detected degree of contamination or a detected degree of coverage.
  • the contamination sensor is designed to optically detect a degree of coverage of a surface of the working space. In this way, the efficiency of the cleaning can be further increased.
  • the contamination sensor is coupled to a light source.
  • the light source can be, for example, an illuminant for planar illumination or a laser light source. It is conceivable that the light source is used for essentially homogeneous illumination of the working space. It is also conceivable to provide the light source to project a pattern onto surfaces in the working space or onto the component in order to use the contamination sensor to detect the degree of contamination/coverage on this basis.
  • the light source is designed as a flash light source, with the degree of coverage being determined as a function of a resulting reflection behavior of the surface.
  • the working space has at least one guide element (for example guide plate).
  • the guide element can be, for example, a cover or cladding.
  • guide elements can be used to direct accumulating particles in a targeted manner to areas that are easily accessible for the cleaning system with the at least one cleaning head.
  • guide plates that are positioned at an angle (inclined relative to the horizontal) are provided as guide elements.
  • surfaces that are otherwise horizontally oriented can be at least partially inclined with respect to the horizontal th surfaces are covered so that particles are specifically discharged downwards and in particular in an area and concentrated there that is easily accessible for the cleaning head.
  • guide elements for the handling device and other installations in the working area can also be at least partially covered with guide elements in order to improve the removal of particles/dust.
  • the baffle plate has at least one pocket or trough for collecting residues.
  • a sink for powder and other particles can be provided in which dirt collects. This simplifies cleaning.
  • the housing of the working space is designed to be at least dust-tight, preferably gas-tight.
  • the transfer of dirt into the environment of the system can be effectively reduced. In this way, the concentration of any particles in the vicinity of the plant can be reduced. This means that the system can be operated in normal production environments if necessary, ideally without specific personal protective equipment (especially with regard to dust exposure) for operators in the vicinity of the system.
  • the housing is accessible via a door, with a door control being provided which, after production has taken place, releases the door for opening when a desired degree of cleaning has been achieved.
  • the door control can be accomplished by the control unit.
  • the door control only releases the door if, with the door open and any loading or set-up work, only a small amount of particles can be released from the work area into the environment.
  • the handling device is designed to carry out self-cleaning with the cleaning head that is accommodated. In other words, for example a robot as part of the handling device can clean itself at least in sections, in particular at least in essential areas. The self-cleaning of the handling device is facilitated if the handling device has several degrees of freedom of movement and corresponding movement axes with a sufficiently large range of movement.
  • the system also has a recovery unit for recovering reusable building material from a suctioned gas-particle mixture.
  • the integrated cleaning system allows excess powder or other building material to be picked up in a targeted and sufficiently homogeneous manner. In this way, the outlay for reprocessing can be reduced, at least in exemplary configurations.
  • the integrated cleaning system allows the direct intake and processing of larger quantities if a high cleaning quality is already achieved in the work area.
  • the present disclosure relates to a method for additive manufacturing, in particular by means of direct energy deposition, with the following steps:
  • a system for additive manufacturing in particular a system according to one of the configurations described herein, the system having the following: a working space, a housing that delimits the working space, at least one application head for dispensing a building material, a handling device with a receptacle, and a Integrated cleaning system with at least one cleaning head, wherein the at least one cleaning head can be moved in the work space by the handling device in order to clean at least the work space or a component, Operating the system in a construction mode, with the at least one application head being moved by the handling device to generate an additive application on a component, and
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system, in a construction mode
  • FIG. 2 a further view of a system modified compared to the design according to FIG. 1, in a cleaning mode;
  • FIG. 3 shows a further schematic view based on the systems illustrated with reference to FIGS. 1 and 2 to illustrate the functionality of a further embodiment of an integrated cleaning system
  • FIG. 4 a further view based on FIG. 3, with a changed position of the handling device
  • FIGS. 3 and 4 a further view based on FIGS. 3 and 4, with a changed position of the handling device;
  • FIG. 6 shows a further schematic view of an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system
  • FIG. 7 shows a further schematic view of an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing with an integrated cleaning system
  • FIG. 8 shows a flow chart to illustrate an embodiment of a method for the additive manufacturing of workpieces
  • FIG. 1 uses a greatly simplified schematic representation to illustrate an exemplary embodiment of a system for additive manufacturing, which is denoted by 10 in its entirety.
  • Figures 2-7 illustrate other states and exemplary configurations of such systems. Identical (at least functionally identical) elements and units are denoted by identical reference symbols in FIGS. Individual aspects and configurations of the embodiments illustrated in FIGS. 1-7 can be incorporated into or combined with other configurations. In order to avoid repetition, differences, modifications and/or supplements compared to the above-mentioned embodiments are primarily discussed in connection with FIGS. 2-7.
  • the system 10 according to FIG. 1 is designed in particular as a DED system.
  • the system 10 according to FIG. 1 is designed for additive manufacturing by means of laser deposition welding (also referred to as LMD).
  • LMD laser deposition welding
  • Annex 10 to additive manufacturing also including the repair, coating and similar additive processes
  • the building material is usually supplied in powder or wire form.
  • the system 10 has a frame 12 which has a base 14 .
  • the base 14 can, for example, also be formed by the floor of a workshop.
  • the system 10 includes a housing 16 which, for example, forms lateral walls.
  • the enclosure 16 may also include an upper wall (ceiling) and optionally also a lower wall (floor).
  • the frame 12 and in particular the housing 16 define a working space 18.
  • the working space 18 is preferably sufficiently sealed off from the environment, preferably designed to be sufficiently dust-tight.
  • a door 20 is also formed in the housing 16, through which the working space 18 is accessible.
  • the door 20 can be opened and closed, for example, for loading processes, handling processes and the like. It goes without saying that the door 20 also adequately seals the working space 18 in the closed state, and in particular can seal the working space 18 in a dust-tight manner.
  • a handling device 24 which, in the exemplary embodiment, comprises a robot 26 which is designed as an articulated-arm robot or articulated-arm robot.
  • the robot 26 includes a pedestal 30 disposed on the base 14 .
  • elements 32, 34, 36 connect, which can also be referred to as links in the kinematic chain of the robot 26.
  • the robot 26 has serial kinematics.
  • the elements 32, 34, 36 are each connected to their neighbors via joints and are movable relative to one another. In this way, the robot 26 has a range of motion that can be reached by an end effector of the robot 26 .
  • the robot 26 has a large number of degrees of freedom of movement.
  • the element 36 of the robot 26 is followed by a receptacle 40 which carries an application head 46 for additive manufacturing.
  • a supply line 48 is coupled to the applicator head 46, which is indicated only schematically and interrupted in FIG.
  • the application head 46 can be supplied with the building material (powder or wire), process fluid (for example protective gas), energy and/or control signals via the supply line 48 .
  • the supply line 48 can also be used to provide high-energy radiation (for example laser radiation).
  • a workpiece holder in the form of a workpiece table 56 is arranged on the base 14 in the working space 18 .
  • the workpiece carrier or workpiece table 56 carries a component 58 which is additively manufactured with the system 10, at least additively processed/coated.
  • the handling device 24 can move the applicator head 46 in a desired manner in order to apply and solidify building material in a targeted manner. In this way, the component 58 can be additively manufactured, coated and/or repaired.
  • the system 10 also has an integrated cleaning system 60 .
  • the cleaning system 60 comprises at least one cleaning head 62.
  • the cleaning head 62 is designed as a suction head, for example, and is provided with at least one nozzle 64.
  • the cleaning head 62 is connected to a line 66, in particular a suction line.
  • a line guide 68 is provided in the working space 18, for example, which is indicated only schematically in FIG.
  • the line 66 is connected to a recovery unit 70 which includes a filter 72 for recovering the building material. This is not to be understood as limiting.
  • the handling device 24 is designed to carry both the applicator head 46 and the cleaning head 62 and to be able to move in the working space 18 .
  • the handling device 24 can on the one hand additively manufacture the component 58 and on the other hand can clean the working space 18 and the component 58 .
  • the receptacle 40 of the handling device 24 is designed to carry the cleaning head 62 or the application head 46 as required. To this In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, no additional handling device 24 is required for cleaning with the cleaning head 62.
  • the sensor unit 76 also designates a sensor unit.
  • the sensor unit 76 comprises a contamination sensor 80 which is designed in particular as an optical sensor 82 .
  • sensor unit 76 is also assigned a light source 84 .
  • the sensor unit 76 is designed to determine a degree of contamination or a degree of coverage of the working space 18 or of the component 58 .
  • the light source 84 can contribute to creating favorable lighting conditions for determining the degree of soiling. However, it is also conceivable to use the light source 84 to project certain patterns onto surfaces in the working space or on the component 58 . This can simplify the determination of the degree of contamination.
  • the light source 84 is designed as a flash light source. A powder concentration or dust concentration can also be determined in this way.
  • the sensor unit 76 is designed to determine a particle concentration in the atmosphere in the working space 18, for example by means of photometric dust measurement. It is also conceivable to upgrade the sensor unit 76 both to detect a degree of coverage (of surfaces) and to detect a particle concentration/dust concentration in the working space 18 .
  • the system 10 also has a control unit 90, which is shown only symbolically in FIG.
  • the control unit 90 can be designed as part of a higher-level control device or as a discrete unit.
  • the control unit 90 is designed to operate the system 10 in a construction mode and, if necessary, in a cleaning mode.
  • the handling device 24 In the construction mode, the handling device 24 carries the application head 46.
  • the handling device 24 In the cleaning mode, the handling device 24 carries the cleaning head 62. In this way, one and the same handling device 24, in particular one and the same robot 26, can be used either for the building process or for cleaning.
  • the handling device 24 with its receptacle 40 at the end is designed to selectively grip and carry at least one cleaning head 62 or at least one application head 46 .
  • the system 10 has a holder 94 and a holder 96 .
  • the holder 94 is designed as a receptacle for the cleaning head 62, for example.
  • the holder 96 is designed, for example, as a holder for the application head 46, see also Fig. 2. It goes without saying that the holders 94, 96 can be designed both to hold an application head 46 and to hold a cleaning head 62, at least in exemplary configurations .
  • the system 10 is in the construction mode.
  • the system 110 there is in the cleaning mode.
  • the change from construction mode to cleaning mode includes, for example, a delivery of the application head 46 to the holder 96 and a pickup of the cleaning head 62 from the holder 94.
  • the change from cleaning mode to the construction mode includes, for example, a delivery of the cleaning head 62 to the holder 94 and a pickup of the application head 46 from holder 96.
  • line 66 of cleaning head 62 remains connected to cleaning head 62 even when system 10 is in build mode.
  • the line 48 of the application head 46 also remains connected to the application head 46 when the system 10 is in the cleaning mode. This further simplifies the switch between building mode and cleaning mode. The number of interfaces to be operated is reduced.
  • a cleaning of the working space 18 or of the component 58 can be initiated by the control unit 90 as a function of a contamination signal which the sensor unit 76 provides. It is conceivable to operate the system 10 in such a way that the control unit 90 initiates cleaning as required, ie when there is a certain degree of soiling. However, it is also conceivable to operate the system 10 in such a way that the control unit 90 initiates cleaning at intervals. for one Such periodic cleaning can be used, for example, to cool down and similar process-related interruptions in the construction process. It goes without saying that a combination of periodic and need-based cleaning can also be used. In principle, it is also conceivable to complete the construction process and then to clean the working space 18 and the component 58 before removing the component 58 .
  • control unit 90 is designed to pursue a compromise between the shortest possible cycle time and high component quality (as well as less contamination).
  • the cleaning with the integrated cleaning system 60 takes place in such a way that the component 58 can be removed, transferred and, if necessary, further processed without special protective clothing for dusty environments. It is advantageous if the component 58 can be removed in an at least sufficiently cleaned state. In this way, the system 10 can be easily integrated into existing production environments.
  • the control unit 90 may also include a door controller.
  • the control unit 90 is designed to release the door 20 only when the integrated cleaning system 60 has reached a desired degree of cleaning. This can be the case, for example, when the working space 18 has been sufficiently cleaned so that the component 58 can be removed without special protective measures.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a system, designated 110, which is designed similar to the system 10 according to FIG.
  • the system 110 in FIG. 2 is in the cleaning mode, whereas the system 10 according to FIG. 1 is in the construction mode.
  • the cleaning head 62 is in a parking position at the holder 94.
  • the application head 46 is in a parking position at the holder 96.
  • the handling device 24 In the cleaning mode, the handling device 24 carries the cleaning head 62 in order to remove powder residues, dust and the like from the component 58 or from the working space 18 .
  • the handling device 24 uses the degrees of freedom of movement provided anyway for the construction process. In this way the cleaning head 62 can be moved with great freedom of movement in the working space 18 in order to clean it at least in sections.
  • a further cleaning head 100 is provided, which is designed as a brush head.
  • the cleaning head 100 has a brush 102 .
  • the brush can be provided with its own drive.
  • the brush 102 is used for mechanical cleaning or for loosening deposits.
  • the cleaning head 100 can also optionally be provided with a line 104 .
  • the line 104 can be designed as a suction line. In this way, the cleaning head 100 can both brush and vacuum simultaneously to remove loosened debris. However, this is not to be understood as limiting.
  • control unit 90 is designed such that in the cleaning mode, loose particles are first removed with the cleaning head 62 designed as a suction head, and that the cleaning head 100 designed as a brush head is then used to loosen any deposits that are still adhering. These can then be vacuumed off.
  • Other cleaning modes are conceivable.
  • the systems illustrated in FIGS. 1-7 can also be equipped with a plurality of application heads 46, which are held by the handling device 24 as required and used in construction mode.
  • FIGS. 3-5 illustrate a further embodiment of a system designated by 210, which is basically designed similarly to the systems 10, 110 according to FIGS.
  • Guide elements 220 , 222 are arranged in the respective working space 18 and cover certain sections of the working space 18 .
  • the guide elements 220, 222 are, for example, guide plates, panels and the like.
  • vanes 220, 222 are inclined relative to the horizontal. In this way, a targeted powder guidance (supported by gravity) can be effected.
  • the guide elements 220, 222 open into a depression 224 in which powder and other dirt collect. It goes without saying that further/other guide elements can be provided in order to access areas that are difficult to access to disguise in workroom 18. This simplifies cleaning with the integrated cleaning system 60.
  • FIG. 3 illustrates that the handling device 24 can position and align the cleaning head 62 with the nozzle 64 in such a way that powder and other contaminants can be sucked out of the sink 224 or otherwise removed.
  • FIG. 4 illustrates that the handling device 24 can position and align the cleaning head 62 with the nozzle 64 in such a way that powder and other dirt from the component 58 or from the area surrounding the component 58 is sucked off from walls and other surfaces of the workspace 18 or otherwise removed can be, for example, in the vicinity of the door 20.
  • the movement space of the handling device 24 is adapted to the dimensions of the work space 18 that inner surfaces of the housing 16 can be cleaned at least in sections.
  • FIG. 5 illustrates that, according to an exemplary embodiment of the cleaning system 60, self-cleaning or self-cleaning of the handling device 24 is made possible.
  • the robot 26 (compare FIG. 1) of the handling device 24 can be operated in such a way that essential sections of the kinematics of the robot 26 can be cleaned with the cleaning head 62 accommodated on the holder 40 .
  • FIG. 6 illustrates a further exemplary embodiment of a system, denoted by 310, for additive manufacturing.
  • the system 310 is modified compared to the systems 10, 110, 210 in that separate handling devices 24, 324 for the application head 46 and the cleaning head 62 are provided there.
  • two handling devices 24, 324 are provided, each of which is designed as a robotic handling device 24, 324, for example.
  • the - so far previously described - handling device 24 serves as the main kinematics 328.
  • the handling device 24 carries the applicator head 46.
  • the handling device 324 serves as a secondary kinematics 330 and carries the Cleaning head 62.
  • the handling device 324 is designed as a robot 326, for example.
  • the robot 326 comprises a base 340 and elements 342, 344, 346 which serve as links in the kinematic chain of the robot 326. Similar to the robot 26 (FIG. 1), the robot 326 is also designed as an articulated-arm robot or swivel-arm robot. At its end on the effector side, the robot 326 has a receptacle 340 for receiving the cleaning head 62.
  • FIG. 6 also illustrates a workpiece gripper 348 which is arranged on a holder 350 in the working space 18 .
  • the workpiece gripper 348 is designed, for example, as a pneumatic gripper with a corresponding supply line.
  • the handling device 324 serving as the secondary kinematics 330 is designed to carry the workpiece gripper 348 or the cleaning head 62 alternately and to move it in the work space 18 .
  • the holder 350 is designed to be comparable to the holder 94 or the holder 96 (also compare FIG. 2), but this is not to be understood as limiting.
  • the auxiliary kinematics 330 can thus also be used in several modes, in a loading mode with the workpiece gripper 348 and, for example, in a cleaning mode with the cleaning head 62. No additional handling device is required in the cleaning mode in this exemplary embodiment either.
  • the construction mode and cleaning mode can follow one another sequentially and be repeated several times.
  • the control unit 90 it is also conceivable to design the control unit 90 in such a way that the construction mode and cleaning mode overlap at least temporarily. In this way, the cycle time can be further reduced.
  • FIG. 7 illustrates a further exemplary embodiment of a system, denoted by 410, for additive manufacturing.
  • the system 410 differs from the systems 10, 110, 210, 310 previously illustrated in connection with FIGS. 1-6 in that the handling unit 24 does not have a robot, but instead has linear kinematics 430, which is designed as Cartesian kinematics, for example.
  • the kinematics 430 are designed as XYZ kinematics, ie with three movement axes perpendicular to one another.
  • 7 illustrates two axes of movement perpendicular to one another.
  • a first axis with a horizontal orientation is defined by a horizontal guide 432 and a carriage 434 mounted thereon.
  • a second axis of vertical orientation is defined by a vertical guide 436 and a carriage 438 .
  • the vertical guide 436 sits on the carriage 434 and is moved along the horizontal guide 432 together with it.
  • the kinematics 430 is designed as a traveling column kinematics, for example. However, this is not to be understood as limiting. It goes without saying that a third axis with a corresponding guide and carriage can also be provided, which, for example, extends perpendicularly to the viewing plane in the orientation selected in FIG. 7 . Furthermore, pivot axes, rotation axes and the like can be provided which are parallel to the aforementioned axes.
  • a handling device 24 provided with Cartesian kinematics 430 can optionally be held in a construction mode of the application head 46 and in a cleaning mode of the cleaning head 62 and moved relative to the working space 18 or to the component 58 .
  • FIG. 8 uses a schematic flowchart to illustrate an exemplary embodiment of a method for additive manufacturing, in particular by means of DED.
  • the method includes a step S10, which includes the provision of a system, in particular a system according to at least one embodiment described herein.
  • a subsequent step S12 the system is operated in a construction mode in order to additively manufacture, coat and/or repair a component.
  • the additive manufacturing preferably includes the application and solidification of a metal-based or metal-containing building material. This includes, for example, steel materials, aluminum materials, titanium materials, Ni-based materials and alloys containing them.
  • a cleaning mode in particular an integrated cleaning mode.
  • One and the same handling device is preferably used both in the cleaning mode and in the construction mode, in order on the one hand to have an application head and on the other hand a cleaning to keep your head and to move in a work area of the plant.
  • the cleaning takes place to a degree that, in a further step S16, allows the component to be removed and processed further without special personal protective equipment.
  • FIG. 9 uses a schematic flowchart to illustrate a further exemplary embodiment of a method for additive manufacturing, in particular by means of DED.
  • the method includes a step S20, which includes the provision of a system, in particular a system according to at least one embodiment described herein.
  • a step S22 follows, which includes a combined construction process.
  • Step S22 includes sub-steps S24, S26, which are run through once or several times in succession.
  • the sub-step S24 relates to a build mode.
  • the sub-step S26 relates to a cleaning mode.
  • the partial steps S24, S26 can be run through alternately, so that cleaning occurs intermittently during the construction process.
  • cooling pauses and similar process-related pauses in the construction process are used for the intermediate cleaning steps S26.
  • the component can be removed in a subsequent step S28, preferably without the need for extensive personal protective equipment.
  • the component can preferably be removed and fed to further production steps without specific, earmarked protective equipment, which entails the corresponding effort during use and costs.

Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit einem Arbeitsraum (18), einer Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, zumindest einem Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, einer Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und einem integrierten Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen. Die Offenbarung betrifft ferner ein korrespondierendes Verfahren

Description

ANLAGE ZUR ADDITIVEN FERTIGUNG MIT EINER HANDHABUNGSEINRICHTUNG UND EINEM REINIGUNGSKOPF
[0001] Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Anlage zur additiven Fertigung. Zumindest in beispielhaften Gestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Anlagen zur additiven Fertigung mittels Direct Energy Deposition (DED).
[0002] Derartige Anlagen und Vorrichtungen umfassen beispielsweise eine Handhabungseinrichtung mit einem Auftragskopf, und einen Werkstückträger, wobei die Handhabungseinrichtung den Auftragskopf relativ zum Werkstückträger bewegen kann, um dort Material auf ein Werkstück bzw. ein Substrat aufzutragen. [0003] Aus der Aus der CN 1 07 671 285 A und der CN 1 10 434336 A sind Anlagen zur additiven Fertigung bekannt, die jeweils eine Handhabungseinrichtung aufweisen, die gleichzeitig mehrere Köpfe trägt, umfassend einen Auftragskopf sowie einen abtragenden Kopf (zum Laserabtragen). Nachteilig ist, dass die Handhabungseinrichtungen in verschiedenen Betriebsmodi gleichzeitig mehrere Köpfe tragen müssen.
[0004] Die DE 10 2013 224 649 A1 offenbart eine kombinierte Anlage, die sowohl zur abtragenden Bearbeitung als auch zur additiven Bearbeitung ausgebildet ist. In den Arbeitsraum der Anlage können abtragende Werkzeuge und bedarfsweise ein Auftragskopf eingewechselt werden.
[0005] Anlagen zur additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) können für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden. Dies umfasst beispielsweise eine vollständige Herstellung von Bauteilen (vollständig mittels additiver Fertigung), eine ergänzende Herstellung von Bauteilen (additive Fertigung zusätzlich zu konventioneller Fertigung bei einem Bauteil), und/oder eine Nutzung zu Reparaturzwecken (Gebrauchtteil wird mittels additiver Fertigung ertüchtigt). Eine weitere Anwendung für Anlagen der additiven Fertigung ist die Beschichtung von Werkstücken. Auf diese Weise können Werkstücke mit gewünschten Oberflächen und Eigenschaften erzeugt werden, indem auf ein vorhandenes Halbzeug eine Schicht aufgetragen wird. Es ist vorstellbar, Außenflächen eines Werkstücks zu beschichten. Ferner ist es auch vorstellbar, Innenflächen, also nach innen gewandte Flächen, zu beschichten. Der Begriff additive Fertigung umfasst die vollständig additive Ausbildung von Bauteilen, aber auch einen additiven Auftrag auf ein schon vorhandenes Bauteil.
[0006] Unter dem Begriff Direct Energy Deposition (DED) lassen sich verschiedene Verfahren zur additiven Fertigung zusammenfassen, die darauf beruhen, dass mittels einer fokussierten Energiequelle, insbesondere mittels energiereicher Strahlung, Material aufgeschmolzen und aufgetragen wird. Das Baumaterial wird beispielhaft als Pulver oder Draht zugeführt. [0007] Ein beispielhafter Vertreter von DED Technologien ist das Laserauftragsschweißen (LMD - Laser Metal Deposition). Der Energieeintrag erfolgt mit einem Laser. Auf der Bauteiloberfläche erzeugt der Laser ein Schmelzbad. Durch eine Düse wird automatisiert Metallpulver eingebracht. Das Pulver schmilzt auf und verbindet sich mit dem Grundwerkstoff. Es entstehen miteinander verschweißte Raupen, die Strukturen an bestehenden Grundkörpern oder ganze Bauteilen ergeben. Bei Bedarf können viele Schichten übereinander aufgebaut werden. Als Schutzgas wird dabei beispielsweise Argon eingesetzt. Es sind jedoch auch DED Verfahren bekannt, die statt Metallpulver Metalldrähte verarbeiten.
[0008] Durch DED Verfahren lassen sich 3D-Strukturen auch auf unebenen Flächen erzeugen. Damit eignet sich das Verfahren auch für Reparaturen sowie für Geometrieänderungen. Es können verschiedene Werkstoffe verwendet werden, so dass sich auch Bauteile mit inhomogener Werkstoffstruktur erzeugen lassen. DED Verfahren haben relativ hohe Auftragsraten, im Vergleich zu anderen Verfahren zur additiven Fertigung.
[0009] Aus der EP 2 872 287 A2 ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bekannt, die das DED Verfahren nutzt. Die Anlage umfasst einen Auftragskopf, der über eine Handhabungseinrichtung relativ zu einem Werkzeugträger verfahrbar ist. Die Handhabungseinrichtung umfasst einen Träger für den Auftragskopf, der auch zur Aufnahme anderer Köpfe ausgebildet ist, beispielsweise Bearbeitungsköpfe zur abtragenden Bearbeitung.
[0010] Anlagen zur additiven Fertigung im industriellen Umfeld sind kostenintensiv. Dies trifft beispielsweise auf Anlagen zu, die mittels additiver Verfahren metallische Werkstücke (Bauteile) erzeugen können. Zur Erzeugung metallischer Bauteile ist es regelmäßig erforderlich, das Baumaterial zumindest partiell anzuschmelzen oder gar vollständig aufzuschmelzen, damit ein hinreichend dichter Verbund geschaffen wird.
[0011] Die additive Fertigung findet mittlerweile weite Verbreitung, gerade auch im industriellen Umfeld. Insbesondere die Verarbeitung von Metallwerkstoffen eröffnet neue Anwendungsfelder. Viele aktuelle Anlagen zur additiven Fertigung konzentrieren sich auf den eigentlichen Bauprozess. Es gibt jedoch weitere Prozessbestandteile, insbesondere die erforderliche Reinigung, die zur Erhöhung der Nebenzeiten führen.
[0012] Bei der additiven Fertigung entstehen im Arbeitsraum häufig beträchtliche Verschmutzungen. Es lässt sich häufig prozessbedingt ein beträchtlicher Verschmutzungseintrag (zum Beispiel sogenanntes Overspray) nicht vermeiden. Dies wirkt sich nachteilig auf Prozesszeiten aus, da häufig aufwändige manuelle Reinigungsarbeiten nötig sind. Mit anderen Worten muss häufig der Arbeitsraum mit dem darin angeordneten Bauteil zunächst hinreichend gereinigt werden, bevor das Bauteil nach dem Bauprozess entnommen wird.
[0013] Eine unmittelbare Entnahme des Bauteils ist häufig nur mit umfangreicher persönlicher Schutzausrüstung möglich, wenn der Arbeitsraum und das Bauteil nicht hinreichend gereinigt wurden. Auch dies wirkt sich nachteilig auf die Anwendung im industriellen Umfeld aus. Häufig werden mittels AM gefertigte Bauteile einer Nachbearbeitung unterzogen, so dass etwaige Verschmutzungen auch beim nachfolgenden Bearbeitungsschritten nachteilige Auswirkungen haben können.
[0014] Überschüssiges Pulver aus dem Bauprozess, welches sich im Arbeitsraum ablagert, kann sogar als Rohstoff dienen, gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung. Auch bei Verwendung eines Baumaterials in Drahtform gibt es Kontaminationen im Bauraum. Allgemein können sich bei der additiven Fertigung mittels DED im Arbeitsraum Metalldämpfe, Schweißgas und Ähnliches bilden, die sich auf Oberflächen im Arbeitsraum, auf Komponenten der Anlage, aber auch auf dem Bauteil absetzen. Es ist also häufig angebracht, nicht nur das Bauteil zu reinigen, sondern auch dessen Umgebung. Es empfiehlt sich, zumindest periodisch den Arbeitsraum inklusive der dort angeordneten Kinematik zu reinigen, zumindest abschnittsweise.
[0015] Eine intensive Reinigung kann beispielsweise bei einem Werkstoffwechsel erforderlich sein. Dann müssen schon aus Gründen der Sortentrennung Verschmutzungen soweit wie möglich entfernt werden. [0016] Ein Vorteil der additiven Fertigung mittels DED ist die hohe Variabilität, da Material zielgerichtet aufgetragen werden kann. Häufig kann der Auftragskopf in mehreren Achsen relativ zum Werkstück im Arbeitsraum bewegt und gegebenenfalls sogar verschwenkt werden. Diese Gestaltungsfreiheit erlaubt die additive Fertigung (umfassend auch additive Bearbeitung, Beschichtung und dergleichen) einer Vielzahl verschiedener Bauteile in ein und derselben Anlage. Dies hat jedoch Auswirkungen auf das sich jeweils ergebende Verschmutzungsbild.
[0017] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur additiven Fertigung anzugeben, die flexibel einsetzbar und für Anwendungen im industriellen Umfeld geeignet ist. Vorzugsweise kann bei der Bauteilentnahme nach dem Bauprozess die Anforderung an persönliche Schutzausrüstung reduziert werden. Vorzugsweise ist eine solche Anlage für die automatisierte Fertigung geeignet. Vorzugsweise erlaubt die Anlage eine Reduzierung der Nebenzeiten durch Reduzierung der für die manuelle Reinigung erforderlichen Zeit, insbesondere vor der Bauteilentnahme. Ferner soll die Anlage die Verschmutzungsexposition (Staubexposition) für einen Bediener möglichst weit reduzieren, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Nach Möglichkeit soll sich die Bedienung der Anlage insgesamt vereinfachen.
[0018] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe durch eine Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, gelöst, wobei die Anlage Folgendes aufweist: einen Arbeitsraum, eine Einhausung, die den Arbeitsraum begrenzt, zumindest einen Auftragskopf zum Ausbringen eines Baumaterials, eine Handhabungseinrichtung mit einer Aufnahme, und ein integriertes Reinigungssystem mit zumindest einem Reinigungskopf, wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung im Arbeitsraum bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen.
[0019] Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst. [0020] Erfindungsgemäß wird nämlich eine integrierte und automatisierte Reinigung ermöglicht, so dass etwaiger Zusatzaufwand für die Reinigung, insbesondere für manuelle Reinigung, reduziert wird. Vorzugsweise kann auf eine separate Reinigungseinrichtung zur Entfernung von Rückständen aus dem additiven Fertigungsprozess verzichtet werden.
[0021] In einer beispielhaften Ausgestaltung ermöglicht das integrierte Reinigungssystem eine Entfernung von Verschmutzungen, Reststoffen (Pulver, Overspray,...), so dass das Bauteil (Werkstück) ohne Zusatzmaßnahmen wie erhöhten Staubschutz aus dem Arbeitsraum entnommen werden kann. Zumindest vereinfacht das integrierte Reinigungssystem etwaige nachfolgende Prozessschritte und/oder das Teilehandling.
[0022] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Anlage als selbstreinigende Anlage gestaltet. In einer beispielhaften Ausgestaltung stellt die Handhabungseinrichtung Bewegungsfreiheitsgrade bereit, die die Anlage zur Selbstreinigung befähigen, insbesondere auch zur Reinigung des Bauteils.
[0023] In beispielhaften Ausgestaltungen wird die Handhabungseinrichtung primär dazu verwendet, eine Relativbewegung zwischen Auftragskopf und Werkstück zu erzeugen. Ferner ist in anderen Ausgestaltungen die primäre Aufgabe der Handhabungseinrichtung eine Handling-Aufgabe, beispielsweise die automatisierte Beladung (insbesondere das Entladen) der Anlage. Das Führen des Reinigungskopfes im Arbeitsraum kann als sekundäre Aufgabe bezeichnet werden, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Mit anderen Worten werden zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen für die Reinigung, insbesondere ausschließlich, solche Achsen bzw. Bewegungsfreiheitsgrade verwendet, die ohnehin in der Anlage vorhanden sind. Die Reinigungsfunktion wird in einem solchen Fall mit bereits vorhandenen Handhabungseinrichtungen bereitgestellt.
[0024] Die Handhabungseinrichtung stellt allgemein eine Bewegungskinematik bereit. Hierbei kann es sich um eine serielle Kinematik handeln, beispielsweise in Form eines Roboters (zum Beispiel Gelenkarmroboter), in Form einer kartesischen Kinematik (zum Beispiel Fahrständer, Portalbauweise, Gantry-Bauweise). Alternativ ist eine Parallelkinematik denkbar.
[0025] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Anlage zur additiven Fertigung zur Verarbeitung metallbasierter oder Metall enthaltender Baumaterialien ausgebildet, beispielsweise durch Erweichen oder Schmelzen. Beispielhaft ist die Anlage zur Erzeugung thermischer Energie, insbesondere in Form von Laserstrahlen, ausgebildet, wobei die thermische Energie zum Erweichen und Schmelzen des zugeführten Baumaterials genutzt wird. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht Material aufgetragen werden.
[0026] Beispielhaft ist die Anlage als DED-Anlage (Direct Energy Deposition) oder LMD-Anlage (Laser Metal Deposition, Laserauftragsschweißen) ausgestaltet. Das zu verarbeitende Baumaterial wird beispielhaft als Pulver oder Draht bereitgestellt. Es ist auch vorstellbar, beide Arten der Materialzuführung in eine Anlage bereitstellen.
[0027] Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen geht es daher nicht um sogenannte Pulverbett- Anlagen, bei denen - Schicht für Schicht - ein Pulver in einer Kammer schichtweise flächig ausgebracht und hiernach teilweise aufgeschmolzen wird. Stattdessen sind DED-Anlagen oder LMD-Anlagen mit einem Auftragskopf versehen, der das Baumaterial gezielt an bestimmten Positionen ausbringen und auftragen kann. Üblicherweise ist der Auftragskopf in mehreren Achsen relativ zum Bauteil verfahrbar, so dass auch komplexe Geometrien erzeugt werden können.
[0028] Bei Pulverbett basierten Anlagen (zum Beispiel selektives Lasersintern, SLS) werden die Pulverschichten regelmäßig in speziellen Baukammern (beispielsweise Bauzylinder) geschichtet, um Bauteile herzustellen. Eine solche Baukammer weist regelmäßig eine Grundfläche auf, die Schicht für Schicht vollständig mit dem Pulver bedeckt wird. Auf diese Weise ist jedoch das Pulver bereits in einem definierten Volumen eingesperrt, wenn das Pulver teilweise aufgeschmolzen und verfestigt wird.
[0029] Bei DED-Anlagen mit Auftragskopf verbreiten sich überschüssiges Pulver, Overspray und weitere Kontaminationen freier im Arbeitsraum, so dass insgesamt eine größere Umgebung verschmutzt sein kann. Es ist daher von Vorteil, wenn der Reinigungskopf ähnlich wie der Auftragskopf im Arbeitsraum relativ zum Arbeitsraum bzw. zum Bauteil bewegt werden kann, und insbesondere in einem relativ großen Bewegungsraum durch die Handhabungseinrichtung beweglich ist. Es können sich natürlich lokale Verschmutzungskonzentrationen ergeben. Es muss jedoch damit gerechnet werden, dass große Flächen im Arbeitsraum zumindest teilweise verschmutzt sind.
[0030] Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist das integrierte Reinigungssystem dazu ausgebildet, den Arbeitsraum und zumindest ein im Arbeitsraum angeordnetes zumindest abschnittsweise additiv erzeugtes Bauteil zu reinigen. Mit anderen Worten kann das Reinigungssystem zumindest in beispielhaften Gestaltungen sowohl das Bauteil als auch die Umgebung des Bauteils sowie insgesamt das Innere des Arbeitsraums reinigen, zumindest wesentliche Abschnitte davon.
[0031] In einer beispielhaften Ausgestaltung ermöglicht das integrierte Reinigungssystem einen Reinigungsgrad, der die Entnahme des Bauteils ohne umfangreiche persönliche Schutzausrüstung ermöglicht. Mit anderen Worten ist das integrierte Reinigungssystem in beispielhaften Ausgestaltungen dazu befähigt, eine Entnahme der Bauteile in normaler Atmosphäre zu ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich die Herstellkosten der AM-basierten Fertigung reduzieren, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.
[0032] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung eine Aufnahme zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes auf. Dies kann eine Gestaltung umfassen, bei der die Aufnahme sowohl zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes als auch zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes gestaltet ist. Üblicherweise werden der Reinigungskopf und der Auftragskopf nicht gleichzeitig sondern nacheinander an der Aufnahme befestigt. Auf diese Weise kann die Handhabungseinrichtung (gegebenenfalls nacheinander) einen Auftragskopf und einen Reinigungskopf tragen und im Arbeitsraum bewegen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung einen Träger mit einer Schnittstelle auf, an der der Auftragskopf und der Reinigungskopf (Saugkopf) befestigbar sind. In einer beispielhaften Ausführungsform nutzen Auftragskopf und Reinigungskopf zumindest teilweise dieselben Befestigungselemente zur Befestigung an der Aufnahme der Handhabungseinrichtung.
[0033] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Reinigungskopf des Reinigungssystems zu Reinigungszwecken durch die Handhabungseinrichtung bewegbar. Mit anderen Worten kann die Handhabungseinrichtung auch für Reinigungszwecke genutzt werden. Dies erlaubt Gestaltungen, bei denen für den Bauprozess erforderliche Handhabungseinrichtungen auch für die Reinigung nutzbar sind.
[0034] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung zur Aufnahme und zur Bewegung des zumindest einen Auftragskopfes ausgebildet. Demgemäß ist die Reinigungseinrichtung auch für den eigentlichen Materialauftrag im Rahmen der additiven Fertigung vorgesehen. Wesentliche offenbarungsgemäße Ausgestaltungen nutzen die Handhabungseinrichtung sowohl für die Bewegung des Auftragskopfes als auch für die Bewegung des Reinigungskopfes. Auf diese Weise können bereits in der Anlage vorhandene Bewegungsachsen (Bewegungsfreiheitsgrade), die für die mehr oder weniger komplexe Bauaufgabe notwendig sind, ebenso für die Reinigung genutzt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Reinigungskopf in ähnlicher Weise und mit ähnlichen Bewegungsfreiheitsgraden wie der Auftragskopf bewegt werden kann. Dies kann zur Erhöhung der Reinigungsleistung beitragen.
[0035] Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung eine Hauptkinematik der Anlage, die während der additiven Fertigung oder Bearbeitung Relativbewegungen zwischen dem Auftragskopf und dem Werkstück bzw. Werkstückträger erzeugt, so dass Baumaterial an der gewünschten Position und in der gewünschten Orientierung aufgetragen werden kann. Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist ein und dieselbe Bewegungskinematik für den Auftragskopf und den Reinigungskopf nutzbar.
[0036] Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Bewegungskinematik in einem Kopfwechselmodus betreibbar, um einen Wechsel zwischen dem Auftragskopf und dem Reinigungskopf vorzunehmen. Auf diese Weise kann ein automatisierter Wech- sei zwischen dem Auftragskopf und den Reinigungskopf erfolgen. Die Reinigung kann noch flexibler in die additive Fertigungsaufgabe eingebunden werden.
[0037] Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung eine Nebenkinematik. Eine Nebenkinematik ist zusätzlich zu einer Hauptkinematik vorgesehen. Es kann sich beispielsweise um Handhabungseinrichtungen für den Werkstückwechsel, Kopfwechsel, Vermessungen oder dergleichen handeln, die auch zu Reinigungszwecken nutzbar sind.
[0038] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung in einem Baumodus und einem Reinigungsmodus der Anlage verwendbar. Im Baumodus trägt die Handhabungseinrichtung den zumindest einen Auftragskopf. Im Reinigungsmodus trägt die Handhabungseinrichtung den zumindest einen Reinigungskopf.
[0039] Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Handhabungseinrichtung sowohl für den eigentlichen Bau als auch für die Reinigung der Anlage genutzt. Mit anderen Worten erfolgen die additive Fertigung und die Reinigung, sofern die Handhabungseinrichtung für beide Zwecke genutzt wird, sequenziell. Dies umfasst eine Reinigung des Arbeitsraums und/oder des Werkstücks nach Vollendung der additiven Fertigungsaufgabe. Es ist jedoch auch vorstellbar, die additive Fertigung abschnittsweise zu unterbrechen, um zwischendurch eine Reinigung durchzuführen.
[0040] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst ein Wechsel zwischen dem Baumodus und dem Reinigungsmodus einen Wechsel zwischen dem Auftragskopf und dem Reinigungskopf. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung trägt die Handhabungseinrichtung im Baumodus den Auftragskopf und im Reinigungsmodus den Reinigungskopf. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Auftragskopf im Reinigungsmodus von der Handhabungseinrichtung abgesetzt, wobei sich der Auftragskopf im Reinigungsmodus in einer Parkposition befindet, und wobei der Reinigungskopf im Baumodus von der Handhabungseinrichtung abgesetzt ist und sich in einer Parkposition befindet. [0041] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Handhabungseinrichtung eine lineare Kinematik mit kartesischen Achsen auf. Eine solche Handhabungseinrichtung ist beispielsweise nach dem Fahrständer-Prinzip, Portal-Prinzip, Gantry-Prinzip oder in ähnlicher Weise gestaltet. Es versteht sich, dass es sowohl bei dem Bauprozess als auch dem Reinigungsprozess auf Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Kopf (Auftragskopf sowie Reinigungskopf) und dem Bauteil bzw. dem Arbeitsraum ankommt. Daher sind auch Gestaltungen vorstellbar, bei denen zumindest eine Bewegungsachse direkt bei dem Bauteil bzw. dessen Aufnahme vorgesehen ist. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
[0042] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Handhabungseinrichtung einen Roboter, insbesondere einen Gelenkarmroboter. Im industriellen Umfeld werden derartige Roboter auch als Industrieroboter, Universalroboter oder Knickarm-Roboter bezeichnet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Roboter als Roboter mit serieller Kinematik ausgebildet. Einzelne Gelenke des Roboters sind nacheinander (in Reihe) angeordnet, gelenkig mit ihren Nachbarn verbunden und jeweils relativ zueinander beweglich, üblicherweise verschwenkbar. Auf diese Weise kann ein Endeffektor (auch bezeichnet als "Hand") in einem durch die Kinematik definierten Bewegungsraum bewegt werden, insbesondere frei bewegt werden. Die "Hand" des Roboters trägt beispielhaft die Aufnahme für den Auftragskopf und/oder Reinigungskopf.
[0043] Die Verwendung eines Roboters als Bestandteil der Handhabungseinrichtung, vorzugsweise als wesentlicher Bestandteil der Handhabungseinrichtung für den oder die Auftragsköpfe, hat den Vorteil, dass die Parkpositionen einzelner Auftragsköpfe innerhalb des gegebenen Bewegungsraums des Roboters gewählt werden können. Somit können die Parkpositionen voneinander beabstandet sein.
[0044] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Roboter im Arbeitsraum angeordnet und nur innerhalb des Arbeitsraums beweglich. Auf diese Weise ist der Roboter im produktiven Einsatz durch die Einhausung des Arbeitsraums umschlossen. Auch dies reduziert einen etwaigen Verschmutzungseintrag aus der Anlage in die Umgebung. Ferner erhöht sich die Sicherheit, da der Roboter während seines produktiven Einsatzes durch die Einhausung abgeschirmt wird. [0045] Eine serielle Kinematik umfasst beispielhaft auch Portalroboter, horizontale Gelenkarmroboter (SCARA-Roboter), Gelenkarmroboter mit 5, 6 oder 7 Rotationsachsen und ähnlichem. Es versteht sich, dass Roboter auch eine parallele Kinematik aufweisen können, etwa als sogenannte Delta-Roboter oder Hexapod-Roboter. Mischformen sind ohne weiteres denkbar.
[0046] Die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit, die der Roboter bereitstellt, genügt für Zwecke der additiven Fertigung. Mit anderen Worten kann der Roboter für die Feinpositionierung und die Vorschubbewegung des Auftragskopfes sowie des Reinigungskopfes genutzt werden.
[0047] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung dazu befähigt, den Reinigungskopf im Arbeitsraum an beliebige Positionen zu verfahren, um den Arbeitsraum und darin angeordnete Bauteile zu reinigen. Daher ist es von Vorteil, eine Handhabungseinrichtung mit großer Bewegungsfreiheit und großem Bewegungsraum zu nutzen, etwa einen Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter.
[0048] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Reinigungskopf ein Saugkopf, der im Arbeitsraum verfahrbar ist. Mit anderen Worten stellt das Reinigungssystem gemäß dieser Ausgestaltung eine Absaugeinrichtung zur Absaugung von Reststoffen aus dem Arbeitsraum dar. Auf diese Weise kann ein Großteil der Verschmutzungen geordnet entfernt und gezielt aufgefangen werden.
[0049] Bei einer beispielhaften Anwendung zur additiven Fertigung nach dem DED-Prinzip entsteht ein sogenanntes Overspray von etwa 20-40 % des eingebrachten Baumaterials. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen. Überschüssiges Material muss entfernt werden, um das Bauteil ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen entnehmen und möglichen weiteren Bearbeitungsschritten zuführen zu können. Mit anderen Worten kann überschüssiges Pulver aufgesaugt und gezielt aufgefangen werden.
[0050] Ferner entstehen im Arbeitsraum regelmäßig zusätzliche Verschmutzungen, etwa Spritzer ("Schweißperlen") beim Auftragsschweißen, Schlacke, andere Verbrennungsrückstände, Fremdstoffe und weiteres. Auch diese Verschmutzungen können zu einem großen Teil durch Absaugung entfernt und aufgefangen werden.
[0051] Es versteht sich, dass auch Gestaltungen mit mehreren Reinigungsköpfen vorstellbar sind. Dies kann eine Mehrzahl von Saugköpfen betreffend, die die sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Düsengestaltung voneinander unterscheiden.
[0052] Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist zumindest ein weiterer Reinigungskopf vorgesehen, der zur mechanischen Reinigung ausgebildet ist, insbesondere als Bürstkopf. Ein Bürstkopf ist beispielhaft mit einer Bürste versehen (Rundbürste, Flachbürste oder dergleichen). Der Bürstkopf kann mit einem Antrieb für die Bürste versehen sein, um anhaftende Verschmutzungen zu lösen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Bürstenkopf alternativ oder zusätzlich durch die Handhabungseinrichtung bewegt wird, um anhaftende Verschmutzungen zu lösen.
[0053] Es versteht sich, dass grundsätzlich auch ein kombinierter Bürst- und Saugkopf vorgesehen sein kann, der einerseits anhaftendes Material löst und dieses durch die integrierte Saugfunktion absaugt.
[0054] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wirkt der Bürstkopf mit der Absaugung zusammen, um Reststoffe abzutragen und gerichtet aus dem Arbeitsraum heraus zu führen.
[0055] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Anlage exklusiv als AM-Anlage (Anlage zur additiven Fertigung) gestaltet. Mit anderen Worten sind beispielhafte Ausgestaltungen denkbar, bei denen im Bauraum selbst keine subtrak- tive Nachbearbeitung erfolgt. Eine solche Nachbearbeitung kann auf nachgelagerten Maschinen erfolgen, falls notwendig. Häufig sind Zykluszeiten bei Maschinen für die subtraktive Nachbearbeitung kürzer als Zykluszeiten bei Maschinen für die additive Bearbeitung. Daher können die Gesamtdurchlaufzeit und der Fertigungsaufwand durch Kombination von AM-Anlagen mit separaten Werkzeugmaschinen für die subtraktive (spanabhebende) Bearbeitung optimiert werden, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.
[0056] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind im Arbeitsraum zwei oder mehr Halter zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes und des zumindest einen Reinigungskopfes vorgesehen, die zumindest zwei Parkpositionen bereitstellen. Auf diese Weise kann die Handhabungseinrichtung zunächst einen Kopf absetzen und dann den neuen Kopf aufnehmen. Es versteht sich, dass auch kombinierte Halter mit zwei Aufnahmeplätzen vorstellbar sind. Wenn sowohl der zumindest eine Auftragskopf als auch der zumindest eine Saugkopf im Arbeitsraum angeordnet sind, wird der Übertritt von Verschmutzungen (Pulver und Ähnliches) an die Umgebung weiter reduziert.
[0057] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Halter mit einer Ablage für den Auftragskopf und zumindest ein Halter mit einer Ablage für den Reinigungskopf vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Auftragskopf an seinem Halter aufgenommen, wenn der Reinigungskopf an der Aufnahme der Handhabungseinheit befestigt ist. Der Reinigungskopf ist an seinem Halter aufgenommen, wenn der Auftragskopf an der Aufnahme der Handhabungseinheit befestigt ist.
[0058] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Auftragskopf mit zumindest einer Versorgungsleitung gekoppelt, wobei der zumindest eine Reinigungskopf mit zumindest einer Saugleitung gekoppelt ist, und wobei die Leitungen insbesondere auch in einer jeweiligen Parkstellung des Auftragskopfes oder des Reinigungskopfes angekoppelt bleiben. Auf diese Weise wird eine Verschmutzung der Leitungen (des Inneren der Leitungen) vermieden. Ferner erlaubt diese Gestaltung einen schnellen Wechsel zwischen Auftragsköpfen und Reinigungsköpfen, da der Aufwand für das Ankoppeln und Abkoppeln von Leitungen zumindest für einige Leitungen entfällt
[0059] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Anlage ferner eine Steuereinheit zur Steuerung des Reinigungssystems, wobei die Steuereinheit während eines Reinigungsmodus die Handhabungseinrichtung steuert, um den Reinigungskopf relativ zum Arbeitsraum zu verfahren. Die Steuereinheit kann Bestandteil einer Steuervorrichtung der Anlage sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit auch dazu befähigt, die Handhabungseinrichtung während eines Baumodus zu steuern, um den Auftragskopf relativ zum Arbeitsraum bzw. relativ zum Bauteil zu verfahren. Die Bewegung erfolgt üblicherweise im Bauraum.
[0060] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, im Anschluss an einen Bauprozess eine Selbstreinigung der Anlage, insbesondere des Arbeitsraums mit dem Bauteil, zu veranlassen. Auf diese Weise erfolgt nach dem additiven Auftrag eine Reinigung, die die Entnahme und das nachfolgende Handling des Bauteils vereinfachen kann.
[0061] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, während des Bauprozesses intermittierende Zwischenreinigungen des Arbeitsraums und/oder des Bauteils zu veranlassen, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Zwischenreinigung zu veranlassen, wenn der Bauprozess eine Ruhephase, insbesondere eine Abkühlphase, vorsieht. Auf diese Weise kann bereits während des Bauprozesses gereinigt werden, so dass die Gesamtkontamination reduziert wird. Bei einem additiven Bauprozess sind häufig ohnehin Abkühlzyklen vorgesehen, so dass sich in beispielhaften Ausgestaltungen trotz Zwischenreinigung die Zykluszeit nicht übermäßig erhöht. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen. Die Zwischenreinigung kann periodisch oder bedarfsweise erfolgen. Bauphasen und Reinigungsphasen können sich abwechseln.
[0062] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad eine Reinigung zu veranlassen. Beispielhaft ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, einen Reinigungsvorgang zu veranlassen, wenn bestimmte Parameter für die Bauqualität und sich ergebende Werkstückeigenschaften überschritten werden oder deren Überschreitung droht. [0063] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Anlage ferner eine Sensoreinheit mit zumindest einem Verschmutzungssensor auf, vorzugsweise einem optischen Verschmutzungssensor. Auf diese Weise kann der Reinigungsvorgang in Abhängigkeit vom erfassten Verschmutzungsgrad bzw. einem erfassten Bedeckungsgrad veranlasst werden.
[0064] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Verschmutzungssensor dazu ausgebildet, einen Bedeckungsgrad einer Oberfläche des Arbeitsraums optisch zu erfassen. Auf diese Weise kann sich die Effizienz der Reinigung weiter erhöhen.
[0065] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist der Verschmutzungssensor mit einer Lichtquelle gekoppelt. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielhaft um ein Leuchtmittel zur flächigen Beleuchtung oder um eine Laserlichtquelle handeln. Es ist vorstellbar, dass die Lichtquelle zur im Wesentlichen homogenen Beleuchtung des Arbeitsraums genutzt wird. Es ist auch vorstellbar, die Lichtquelle dazu vorzusehen, ein Muster auf Flächen im Arbeitsraum bzw. auf das Bauteil zu projizieren, um mit dem Verschmutzungssensor auf dieser Basis den Verschmutzungsgrad/Bedeckungsgrad zu erfassen.
[0066] Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Lichtquelle als Blitzlichtquelle gestaltet, wobei der Bedeckungsgrad in Abhängigkeit von einem sich ergebenden Reflexionsverhalten der Oberfläche bestimmt wird.
[0067] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist der Arbeitsraum zumindest ein Leitelement (zum Beispiel Leitblech) auf. Bei dem Leitelement kann es sich beispielhaft um eine Abdeckung oder Verkleidung handeln. Ferner können Leitelemente dazu dienen, anfallende Partikel gezielt in Bereiche zu leiten, die für das Reinigungssystem mit dem zumindest einen Reinigungskopf gut erreichbar sind. Beispielhaft sind im Bodenbereich des Arbeitsraums schräg gestellte (gegenüber der horizontalen geneigte) Leitbleche als Leitelemente vorgesehen. Auf diese Weise können ansonsten horizontal orientierte Flächen zumindest teilweise mit gegenüber der Horizontalen geneig- ten Flächen abgedeckt werden, so dass Partikel gezielt nach unten und insbesondere in einen Bereich abgeführt und dort konzentriert werden, der für den Reinigungskopf gut zugänglich ist. In ähnlicher Weise können auch Führungselemente für die Handhabungseinrichtung und sonstige Einbauten im Arbeitsraum zumindest teilweise mit Leitelementen verkleidet sein, um die Partikelabführung/Staubführung zu verbessern.
[0068] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Leitblech zumindest eine Tasche oder Mulde zum Auffangen von Reststoffen auf. Mit anderen Worten kann eine Senke für Pulver und andere Partikel bereitgestellt werden, in der sich Verschmutzungen sammeln. Auf diese Weise vereinfacht sich die Reinigung.
[0069] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Einhausung des Arbeitsraums zumindest staubdicht, vorzugsweise gasdicht, gestaltet. Hierunter ist gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung eine Dichtheit im Rahmen üblicher Grenzen für Schutzgas-Atmosphäre zu verstehen. Demgemäß ist nicht unbedingt eine absolute Dichtheit erforderlich. Gleichwohl kann mit einer hinreichend dichten Einhausung der Übertritt von Verschmutzungen in die Umgebung der Anlage wirksam verringert werden. Auf diese Weise lässt sich die Konzentration etwaiger Partikel in der Umgebung der Anlage reduzieren. Somit kann die Anlage gegebenenfalls in normalen Fertigungsumgebungen betrieben werden, idealerweise unter Verzicht auf spezifische persönliche Schutzausrüstung (insbesondere hinsichtlich Staubbelastung) bei Bedienern in der Umgebung der Anlage.
[0070] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Einhausung über eine Tür zugänglich, wobei eine Türsteuerung vorgesehen ist, die nach erfolgter Fertigung die Tür zum Öffnen freigibt, wenn ein gewünschter Reinigungsgrad erreicht wurde. Die Türsteuerung kann durch die Steuereinheit bewerkstelligt werden. Idealerweise gibt die Türsteuerung die Tür nur dann frei, wenn bei geöffneter Tür und etwaigen Lade- oder Rüstarbeiten nur eine geringe Menge an Partikeln aus dem Arbeitsraum an die Umgebung abgegeben werden kann. [0071] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Handhabungseinrichtung dazu ausgebildet, mit dem aufgenommenen Reinigungskopf eine Eigenreinigung durchzuführen. Mit anderen Worten kann sich beispielsweise ein Roboter als Bestandteil der Handhabungseinrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest in wesentlichen Bereichen, selbst reinigen. Die Selbstreinigung der Handhabungseinrichtung wird erleichtert, wenn die Handhabungseinrichtung mehrere Bewegungsfreiheitsgrade und entsprechende Bewegungsachsen mit hinreichend großem Bewegungsbereich aufweist.
[0072] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Anlage ferner eine Rückgewinnungseinheit zur Rückgewinnung wiederverwendbaren Baumaterials aus einem abgesaugten Gas-Partikel-Gemisch auf. Das integrierte Reinigungssystem erlaubt eine gezielte und hinreichend sortenreine Aufnahme überschüssigen Pulvers oder anderen Baumaterials. Auf diese Weise kann der Aufwand für die Wiederaufbereitung sinken, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen. Ferner erlaubt das integrierte Reinigungssystem insgesamt die direkte Aufnahme und Aufbereitung größerer Mengen, wenn eine hohe Reinigungsgüte bereits im Arbeitsraum erzielt wird.
[0073] Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellung einer Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere einer Anlage nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Anlage Folgendes aufweist: einen Arbeitsraum, eine Einhausung, die den Arbeitsraum begrenzt, zumindest einen Auftragskopf zum Ausbringen eines Baumaterials, eine Handhabungseinrichtung mit einer Aufnahme, und ein integriertes Reinigungssystem mit zumindest einem Reinigungskopf, wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung im Arbeitsraum bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen, Betreiben der Anlage in einem Baumodus, wobei der zumindest eine Auftragskopf durch die Handhabungseinrichtung verfahren wird, zur Erzeugung eines additiven Auftrags auf ein Bauteil, und
Betreiben der Anlage in einem Reinigungsmodus, wobei der zumindest eine Reinigungskopf durch die Handhabungseinrichtung verfahren wird, um zumindest den Arbeitsraum oder ein Bauteil zu reinigen.
[0074] Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Offenbarung vollständig gelöst. Es versteht sich, dass das offenbarungsgemäße Verfahren analog zu der offenbarungsgemäßen Anlage weitergebildet sein kann. Dies betrifft beispielsweise die verschiedenen Funktionen der Steuereinheit.
[0075] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
[0076] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung mehrerer beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem, in einem Baumodus;
Fig. 2: eine weitere Ansicht einer gegenüber der Gestaltung gemäß Fig. 1 abgewandelten Anlage, in einem Reinigungsmodus;
Fig. 3: eine weitere schematische Ansicht auf Basis der anhand der Figuren 1 und 2 veranschaulichten Anlagen zur Veranschaulichung der Funktionalität einer weiteren Ausgestaltung eines integrierten Reinigungssystems; Fig. 4: eine weitere Ansicht auf Basis von Fig. 3, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
Fig. 5: eine weitere Ansicht auf Basis der Figuren 3 und 4, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
Fig. 6: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
Fig. 7: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
Fig. 8: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken; und
Fig. 9: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken.
[0077] Fig. 1 veranschaulicht anhand einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer Anlage zur additiven Fertigung, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Figuren 2-7 veranschaulichen weitere Zustände und beispielhafte Ausgestaltungen solcher Anlagen. In den Figuren 1 -7 werden gleiche (zumindest funktional gleiche) Elemente und Einheiten mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Einzelne Aspekte und Gestaltungen der in den Figuren 1 -7 veranschaulichten Ausführungsformen können in andere Gestaltungen übernommen bzw. mit diesen kombiniert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren 2-7 vorrangig auf Unterschiede, Modifikationen und/oder Ergänzungen gegenüber den zuvor genannten Ausführungsformen eingegangen.
[0078] Die Anlage 10 gemäß Fig. 1 ist insbesondere als DED-Anlage gestaltet. Beispielhaft ist die Anlage 10 gemäß Fig. 1 zur additiven Fertigung mittels Laserauftragsschweißen (auch bezeichnet als LMD) ausgebildet. Insbesondere ist die Anlage 10 zur additiven Fertigung (umfassend auch die Reparatur, Beschichtung und ähnliche additive Prozesse) von Bauteilen mit Metallwerkstoffen ausgebildet. Bei dem DED-Prozess bzw. dem LMD-Prozess wird das Baumaterial üblicherweise pulverförmig oder drahtförmig zugeführt.
[0079] Die Anlage 10 weist im Ausführungsbeispiel ein Gestell 12 auf, das eine Basis 14 aufweist. Die Basis 14 kann beispielhaft auch durch den Boden einer Werkhalle gebildet sein. Ferner umfasst die Anlage 10 eine Einhausung 16, welche beispielhaft seitliche Wände ausbildet. Die Einhausung 16 kann auch eine obere Wand (Decke) und gegebenenfalls auch eine untere Wand (Boden) umfassen. Das Gestell 12 und insbesondere die Einhausung 16 definieren einen Arbeitsraum 18. Vorzugsweise ist der Arbeitsraum 18 hinreichend gegenüber der Umgebung abgedichtet, vorzugsweise hinreichend staubdicht gestaltet.
[0080] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ferner in der Einhausung 16 eine Tür 20 ausgebildet, durch die der Arbeitsraum 18 zugänglich ist. Die Tür 20 lässt sich beispielsweise für Ladeprozesse, Handhabungsprozesse und Ähnliches öffnen und schließen. Es versteht sich, dass die Tür 20 im geschlossenen Zustand den Arbeitsraum 18 ebenso hinreichend abdichtet, insbesondere den Arbeitsraum 18 staubdicht abschließen kann.
[0081] Im Arbeitsraum 18 ist eine Handhabungseinrichtung 24 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel einen Roboter 26 umfasst, der als Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter gestaltet ist. Der Roboter 26 umfasst beispielhaft einen Sockel 30, der auf der Basis 14 angeordnet ist. Ausgehend vom Sockel 30 schließen sich Elemente 32, 34, 36 an, die auch als Glieder der kinematischen Kette des Roboters 26 bezeichnet werden können. Im Ausführungsbeispiel weist der Roboter 26 eine serielle Kinematik auf. Die Elemente 32, 34, 36 sind jeweils über Gelenke mit ihren Nachbarn verbunden und relativ zueinander beweglich. Auf diese Weise ergibt sich für den Roboter 26 ein Bewegungsraum, der für einen Endeffektor des Roboters 26 erreichbar ist. Der Roboter 26 weist eine hohe Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden auf. [0082] An das Element 36 des Roboters 26 schließt sich im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine Aufnahme 40 an, die einen Auftragskopf 46 für die additive Fertigung trägt. Beispielhaft ist an den Auftragskopf 46 eine Versorgungsleitung 48 angekoppelt, die in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet und unterbrochen ist. Über die Versorgungsleitung 48 kann der Auftragskopf 46 mit dem Baumaterial (Pulver oder Draht), Prozessfluid (zum Beispiel Schutzgas), Energie und/oder Steuersignalen versorgt werden. Die Versorgungsleitung 48 kann auch dazu dienen, energiereiche Strahlung (zum Beispiel Laserstrahlung) bereitzustellen.
[0083] Im Arbeitsraum 18 ist auf der Basis 14 ferner eine Werkstückaufnahme in Form eines Werkstücktisches 56 angeordnet. Der Werkstückträger oder Werkstücktisch 56 trägt ein Bauteil 58, das mit der Anlage 10 additiv gefertigt, zumindest additiv bearbei- tet/beschichtet wird. Die Handhabungseinrichtung 24 kann den Auftragskopf 46 in einer gewünschten Weise verfahren, um gezielt Baumaterial auszubringen und zu verfestigen. Auf diese Weise kann das Bauteil 58 additiv hergestellt, beschichtet und/oder repariert werden.
[0084] Die Anlage 10 weist ferner ein integriertes Reinigungssystem 60 auf. Das Reinigungssystem 60 umfasst zumindest einen Reinigungskopf 62. Der Reinigungskopf 62 ist beispielhaft als Saugkopf gestaltet und mit zumindest einer Düse 64 versehen. Der Reinigungskopf 62 ist mit einer Leitung 66 verbunden, insbesondere einer Saugleitung. Im Arbeitsraum 18 ist beispielhaft eine Leitungsführung 68 vorgesehen, die in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet ist. Die Leitung 66 ist im Ausführungsbeispiel mit einer Rückgewinnungseinheit 70 verbunden, die einen Filter 72 zur Rückgewinnung des Baumaterials umfasst. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
[0085] Die Handhabungseinrichtung 24 ist dazu ausgebildet, sowohl den Auftragskopf 46 als auch den Reinigungskopf 62 tragen und im Arbeitsraum 18 verfahren zu können. Mit anderen Worten kann die Handhabungseinrichtung 24 einerseits das Bauteil 58 additiv fertigen und andererseits den Arbeitsraum 18 und das Bauteil 58 reinigen. Zu diesem Zweck ist die Aufnahme 40 der Handhabungseinrichtung 24 dazu ausgebildet, bedarfsweise den Reinigungskopf 62 oder den Auftragskopf 46 zu tragen. Auf diese Weise ist in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel keine zusätzliche Handhabungseinrichtung 24 für die Reinigung mit dem Reinigungskopf 62 erforderlich.
[0086] In Fig. 1 ist ferner mit 76 eine Sensoreinheit bezeichnet. Die Sensoreinheit 76 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Verschmutzungssensor 80, der insbesondere als optischer Sensor 82 ausgebildet ist. In der in Fig. 1 gezeigten Gestaltung ist der Sensoreinheit 76 ferner eine Lichtquelle 84 zugeordnet. Die Sensoreinheit 76 ist dazu ausgebildet, einen Verschmutzungsgrad oder Bedeckungsgrad des Arbeitsraums 18 bzw. des Bauteils 58 zu ermitteln. Die Lichtquelle 84 kann dazu beitragen, für die Bestimmung des Verschmutzungsgrades günstige Beleuchtungsverhältnisse zu schaffen. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Lichtquelle 84 dazu zu nutzen, bestimmte Muster auf Oberflächen im Arbeitsraum bzw. beim Bauteil 58 zu projizieren. Dies kann die Bestimmung des Verschmutzungsgrades vereinfachen. Alternativ ist die Lichtquelle 84 als Blitzlichtquelle gestaltet. Auch auf diese Weise kann eine Pulverkonzentration bzw. Staubkonzentration ermittelt werden.
[0087] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit 76 dazu ausgebildet, eine Partikelkonzentration in der Atmosphäre im Arbeitsraum 18 zu ermitteln, beispielsweise mittels photometrischer Staubmessung. Es ist auch vorstellbar, die Sensoreinheit 76 sowohl zur Erfassung eines Bedeckungsgrades (von Oberflächen) als auch zur Erfassung einer Partikelkonzentration/Staubkonzentration im Arbeitsraum 18 zu ertüchtigen.
[0088] Die Anlage 10 weist ferner eine in Fig. 1 lediglich symbolhaft dargestellte Steuereinheit 90 auf. Die Steuereinheit 90 kann als Bestandteil einer übergeordneten Steuervorrichtung oder als diskrete Einheit gestaltet sein. Die Steuereinheit 90 ist dazu ausgebildet, die Anlage 10 in einem Baumodus und bedarfsweise in einem Reinigungsmodus zu betreiben. Im Baumodus trägt die Handhabungseinrichtung 24 den Auftragskopf 46. Im Reinigungsmodus trägt die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62. Auf diese Weise kann ein und dieselbe Handhabungseinrichtung 24, insbesondere ein und derselbe Roboter 26, wahlweise für den Bauprozess oder für die Reinigung genutzt werden. [0089] Die Handhabungseinrichtung 24 mit ihrer endseitigen Aufnahme 40 ist dazu ausgebildet, wahlweise zumindest einem Reinigungskopf 62 oder zumindest einen Auftragskopf 46 zu greifen und zu tragen. Mit anderen Worten gibt es sowohl für den Reinigungskopf 62 als auch für den Auftragskopf 46 einen aktiven und einen inaktiven Zustand. Der inaktive Zustand kann auch als Parkposition bezeichnet werden. Die Anlage 10 weist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 einen Halter 94 und einen Halter 96 auf. Der Halter 94 ist beispielhaft als Aufnahme für den Reinigungskopf 62 gestaltet. Der Halter 96 ist beispielhaft als Aufnahme für den Auftragskopf 46 gestaltet, vergleiche auch Fig. 2. Es versteht sich, dass die Halter 94, 96 sowohl zur Aufnahme eines Auftragskopfes 46 als auch zur Aufnahme eines Reinigungskopfes 62 ausgebildet sein können, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.
[0090] In Fig. 1 befindet sich die Anlage 10 im Baumodus. In Fig. 2 befindet sich die dortige Anlage 110 im Reinigungsmodus. Der Wechsel vom Baumodus in den Reinigungsmodus umfasst beispielhaft eine Abgabe des Auftragskopfes 46 an den Halter 96 und eine Aufnahme des Reinigungskopfes 62 vom Halter 94. Der Wechsel vom Reinigungsmodus in den Baumodus umfasst beispielhaft eine Abgabe des Reinigungskopfes 62 an den Halter 94 und eine Aufnahme des Auftragskopfes 46 vom Halter 96.
[0091] In einer beispielhaften Ausgestaltung bleibt die Leitung 66 des Reinigungskopfes 62 auch dann mit dem Reinigungskopf 62 verbunden, wenn sich die Anlage 10 im Baumodus befindet. In einer beispielhaften Ausgestaltung bleibt die Leitung 48 des Auftragskopfes 46 auch dann mit dem Auftragskopf 46 verbunden, wenn sich die Anlage 10 im Reinigungsmodus befindet. Auf diese Weise vereinfacht sich der Wechsel zwischen dem Baumodus und den Reinigungsmodus weiter. Die Anzahl der zu betätigenden Schnittstellen verringert sich.
[0092] Eine Reinigung des Arbeitsraums 18 bzw. des Bauteils 58 kann von der Steuereinheit 90 in Abhängigkeit von einem Verschmutzungssignal veranlasst werden, das die Sensoreinheit 76 bereitstellt. Es ist vorstellbar, die Anlage 10 derart zu betreiben, dass die Steuereinheit 90 eine Reinigung bedarfsweise veranlasst, also bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Anlage 10 derart zu betreiben, dass die Steuereinheit 90 intervallweise eine Reinigung veranlasst. Für eine solche periodische Reinigung können beispielsweise Abkühlpausen und ähnliche prozessbedingte Unterbrechungen des Bauprozesses genutzt werden. Es versteht sich, dass auch eine Kombination aus periodischer und bedarfsweiser Reinigung nutzbar ist. Es ist grundsätzlich auch vorstellbar, den Bauprozess abzuschließen und im Anschluss daran vor der Entnahme des Bauteils 58 den Arbeitsraum 18 und das Bauteil 58 zu reinigen.
[0093] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit 90 dazu ausgebildet, einen Kompromiss aus möglichst geringer Zykluszeit und hoher Bauteilqualität (einhergehend mit geringer Verschmutzung) zu verfolgen. In einer beispielhaften Ausgestaltung erfolgt die Reinigung mit dem integrierten Reinigungssystem 60 derart, dass das Bauteil 58 ohne besondere Schutzkleidung für staubbelastete Umgebung entnommen, transferiert und gegebenenfalls weitere verarbeitet werden kann. Es ist von Vorteil, wenn das Bauteil 58 in einem zumindest hinreichend gereinigten Zustand entnommen werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Anlage 10 einfach in bestehende Fertigungsumgebungen integrieren.
[0094] Die Steuereinheit 90 kann auch eine Türsteuerung umfassen. Beispielhaft ist die Steuereinheit 90 dazu ausgebildet, die Tür 20 erst dann freizugeben, wenn das integrierte Reinigungssystem 60 einen gewünschten Reinigungsgrad erreicht hat. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn der Arbeitsraum 18 hinreichend gereinigt wurde, so dass eine Entnahme des Bauteils 58 ohne gesonderte Schutzmaßnahmen ermöglicht ist.
[0095] Fig. 2 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer mit 110 bezeichneten Anlage, die der Anlage 10 gemäß Fig. 1 ähnlich gestaltet ist. Die Anlage 110 in Fig. 2 befindet sich im Reinigungsmodus, hingegen befindet sich die Anlage 10 gemäß Fig. 1 im Baumodus. In Fig. 1 befindet sich der Reinigungskopf 62 in einer Parkposition beim Halter 94. In Fig. 2 befindet sich der Auftragskopf 46 in einer Parkposition beim Halter 96.
[0096] Die Handhabungseinrichtung 24 trägt im Reinigungsmodus den Reinigungskopf 62, um Pulverreste, Staub und dergleichen vom Bauteil 58 bzw. aus dem Arbeitsraum 18 zu entfernen. Zu diesem Zweck nutzt die Handhabungseinrichtung 24 die ohnehin für den Bauprozess vorgesehenen Bewegungsfreiheitsgrade. Auf diese Weise kann der Reinigungskopf 62 mit großer Bewegungsfreiheit im Arbeitsraum 18 verfahren werden, um diesen zumindest abschnittsweise zu reinigen.
[0097] Fig. 2 veranschaulicht ferner, dass die Anlage 110 weitere Reinigungsköpfe aufweisen kann. Beispielhaft ist neben dem als Saugkopf ausgebildeten Reinigungskopf 62 ein weiterer Reinigungskopf 100 vorgesehen, der als Bürstkopf gestaltet ist. Der Reinigungskopf 100 weist eine Bürste 102 auf. Die Bürste kann mit einem eigenen Antrieb versehen sein. Die Bürste 102 dient zur mechanischen Reinigung bzw. zum Lösen von Ablagerungen. Auch der Reinigungskopf 100 kann optional mit einer Leitung 104 versehen sein. Die Leitung 104 kann als Saugleitung gestaltet sein. Auf diese Weise kann der Reinigungskopf 100 sowohl bürsten als auch gleichzeitig saugen, um gelöste Ablagerungen zu entfernen. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.
[0098] In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit 90 derart gestaltet, dass im Reinigungsmodus lose Partikel zunächst mit dem als Saugkopf gestalteten Reinigungskopf 62 abgesagt werden, und dass anschließend der als Bürstkopf gestaltete Reinigungskopf 100 genutzt wird, um noch anhaftende Ablagerungen zu lösen. Diese können dann abgesaugt werden. Andere Reinigungsmodi sind denkbar. Die in den Figuren 1-7 veranschaulichten Anlagen können grundsätzlich auch mit mehreren Auftragsköpfen 46 ausgerüstet sein, die bedarfsweise von der Handhabungseinrichtung 24 gehalten und im Baumodus verwendet werden.
[0099] Die Figuren 3-5 veranschaulichen eine weitere Ausgestaltung einer mit 210 bezeichneten Anlage, die den Anlagen 10, 110 gemäß den Figuren 1 und 2 grundsätzlich ähnlich gestaltet ist. Im jeweiligen Arbeitsraum 18 sind Leitelemente 220, 222 angeordnet, die bestimmte Abschnitte des Arbeitsraums 18 bedecken. Bei den Leitelementen 220, 222 handelt es sich beispielhaft um Leitbleche, Verkleidungen und Ähnliches. In den Figuren 3-5 sind die Leitelemente 220, 222 gegenüber der Horizontalen geneigt. Auf diese Weise kann eine gezielte Pulverführung (durch Schwerkraft unterstützt) bewirkt werden. Im Ausführungsbeispiel münden die Leitelemente 220, 222 in eine Senke 224, in der sich Pulver und sonstige Verschmutzungen ansammeln. Es versteht sich, dass weitere/andere Leitelemente vorgesehen sein können, um schlecht zugängliche Bereiche im Arbeitsraum 18 zu verkleiden. Auf diese Weise vereinfacht sich die Reinigung mit dem integrierten Reinigungssystem 60.
[00100] Fig. 3 veranschaulicht, dass die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62 mit der Düse 64 derart positionieren und ausrichten kann, dass Pulver und sonstige Verschmutzungen aus der Senke 224 abgesaugt oder anderweitig entfernt werden können. Fig. 4 veranschaulicht, dass die Handhabungseinrichtung 24 den Reinigungskopf 62 mit der Düse 64 derart positionieren und ausrichten kann, dass Pulver und sonstige Verschmutzungen vom Bauteil 58 bzw. aus der Umgebung des Bauteils 58 von Wänden und anderen Oberflächen des Arbeitsraums 18 abgesaugt oder anderweitig entfernt werden können, beispielsweise im Umfeld der Tür 20. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Bewegungsraum der Handhabungseinrichtung 24 derart an die Abmessungen des Arbeitsraums 18 angepasst, dass Innenflächen der Einhausung 16 zumindest abschnittsweise gereinigt werden können.
[00101] Fig. 5 veranschaulicht, dass gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Reinigungssystems 60 eine Selbstreinigung oder Eigenreinigung der Handhabungseinrichtung 24 ermöglicht ist. Beispielsweise kann der Roboter 26 (vergleiche Fig. 1) der Handhabungseinrichtung 24 derart betrieben werden, dass wesentliche Abschnitte der Kinematik des Roboters 26 mit dem am Halter 40 aufgenommenen Reinigungskopf 62 gereinigt werden können.
[00102] Fig. 6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer mit 310 bezeichneten Anlage zur additiven Fertigung. Die Anlage 310 ist gegenüber den Anlagen 10, 110, 210 insoweit modifiziert, als dass dort separate Handhabungseinrichtungen 24, 324 für den Auftragskopf 46 und den Reinigungskopf 62 vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Handhabungseinrichtungen 24, 324 vorgesehen, die beispielhaft jeweils als robotische Handhabungseinrichtungen 24, 324 gestaltet sind.
[00103] Die - insoweit zuvor schon beschriebene - Handhabungseinrichtung 24 dient als Hauptkinematik 328. Die Handhabungseinrichtung 24 trägt den Auftragskopf 46. Hingegen dient die Handhabungseinrichtung 324 als Nebenkinematik 330 und trägt den Reinigungskopf 62. Die Handhabungseinrichtung 324 ist beispielhaft als Roboter 326 gestaltet. Der Roboter 326 umfasst einen Sockel 340 sowie Elemente 342, 344, 346, die als Glieder der kinematischen Kette des Roboters 326 dienen. Ähnlich wie der Roboter 26 (Fig. 1) ist auch der Roboter 326 als Knickarmroboter oder Schwenkarmroboter gestaltet. Der Roboter 326 trägt an seinem effekttorseitigen Ende eine Aufnahme 340 zur Aufnahme des Reinigungskopfes 62.
[00104] Fig. 6 veranschaulicht ferner einen Werkstückgreifer 348, der an einem Halter 350 im Arbeitsraum 18 angeordnet ist. Der Werkstückgreifer 348 ist beispielsweise als pneumatischer Greifer mit entsprechender Versorgungsleitung ausgebildet. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die als Nebenkinematik 330 dienende Handhabungseinrichtung 324 dazu ausgebildet, wechselweise den Werkstückgreifer 348 oder den Reinigungskopf 62 zu tragen und im Arbeitsraum 18 zu verfahren. Der Halter 350 ist im Ausführungsbeispiel dem Halter 94 bzw. dem Halter 96 (vergleiche auch Fig. 2) vergleichbar gestaltet, dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Auch die Nebenkinematik 330 kann somit in mehreren Modi verwendet werden, in einem Lademodus mit dem Werkstückgreifer 348 sowie beispielsweise in einem Reinigungsmodus mit dem Reinigungskopf 62. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Reinigungsmodus keine zusätzlichen Handhabungseinrichtung erforderlich.
[00105] Auch bei der in Fig. 6 veranschaulichten Gestaltung der Anlage 310 können Baumodus und Reinigungsmodus sequenziell aufeinander folgen und sich mehrmals wiederholen. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Steuereinheit 90 derart zu gestalten, dass sich der Baumodus und Reinigungsmodus zumindest zeitweise überlappen. Auf diese Weise lässt sich die Zykluszeit weiter verringern.
[00106] Fig. 7 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer mit 410 bezeichneten Anlage zur additiven Fertigung. Die Anlage 410 unterscheidet sich insoweit von den zuvor in Zusammenhang mit den Figuren 1-6 veranschaulichten Anlagen 10, 110, 210, 310, als dass die Handhabungseinheit 24 keinen Roboter, sondern eine lineare Kinematik 430 aufweist, die beispielsweise als kartesische Kinematik gestaltet ist. Mit anderen Worten ist die Kinematik 430 beispielhaft als X-Y-Z Kinematik gestaltet, also mit drei senkrecht aufeinander stehenden Bewegungsachsen. [00107] Fig. 7 veranschaulicht zwei senkrecht aufeinander stehenden Bewegungsachsen. Eine erste Achse mit horizontaler Orientierung wird durch eine Horizontalführung 432 und einen darauf gelagerten Schlitten 434 definiert. Eine zweite Achse mit vertikaler Orientierung wird durch eine Vertikalführung 436 und einen Schlitten 438 definiert. Im Ausführungsbeispiel sitzt die Vertikalführung 436 auf dem Schlitten 434 und wird gemeinsam mit diesem entlang der Horizontalführung 432 bewegt. Die Kinematik 430 ist beispielhaft als Fahrständer-Kinematik gestaltet. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Es versteht sich, dass noch eine dritte Achse mit entsprechender Führung und Schlitten vorgesehen sein können, die sich beispielhaft bei der in Fig. 7 gewählten Orientierung senkrecht zur Ansichtsebene erstreckt. Ferner können Schwenkachsen, Rotationsachsen und Ähnliches vorgesehen sein, die parallel zu den zuvor genannten Achsen sind.
[00108] Auch mit einer mit einer kartesischen Kinematik 430 versehenen Handhabungseinrichtung 24 kann wahlweise in einem Baumodus der Auftragskopf 46 und in einem Reinigungsmodus der Reinigungskopf 62 gehalten und relativ zum Arbeitsraum 18 bzw. zum Bauteil 58 verfahren werden.
[00109] Fig. 8 veranschaulicht anhand eines schematischen Flussdiagramms eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung, insbesondere mittels DED. Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, der die Bereitstellung einer Anlage beinhaltet, insbesondere einer Anlage gemäß zumindest einer hierin beschriebenen Ausgestaltung. In einem nachgelagerten Schritt S12 wird die Anlage in einem Baumodus betrieben, um ein Bauteil additiv zu fertigen, zu beschichten und/oder zu reparieren. Vorzugsweise umfasst die additive Fertigung das Ausbringen und Verfestigen eines metallbasierten oder Metall enthaltenden Baumaterials. Dies umfasst beispielsweise Stahlwerkstoffe, Aluminiumwerkstoffe, Titanwerkstoffe, Werkstoffe auf Ni-Basis und diese enthaltende Legierungen.
[00110] In einem weiteren Schritt S14 wird die Anlage in einem Reinigungsmodus betrieben, insbesondere einem integrierten Reinigungsmodus. Vorzugsweise wird sowohl im Reinigungsmodus als auch in Baumodus ein und dieselbe Handhabungseinrichtung verwendet, um einerseits einen Auftragskopf und andererseits einen Reinigungs- köpf zu halten und in einem Arbeitsraum der Anlage zu verfahren. Beispielhaft erfolgt die Reinigung bis zu einem Grad, der in einem weiteren Schritt S16 eine Entnahme und weitere Bearbeitung des Bauteils ohne besondere persönliche Schutzausrüstung erlaubt.
[00111] Fig. 9 veranschaulicht anhand eines schematischen Flussdiagramms eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung, insbesondere mittels DED. Das Verfahren umfasst einen Schritt S20, der die Bereitstellung einer Anlage beinhaltet, insbesondere einer Anlage gemäß zumindest einer hierin beschriebenen Ausgestaltung.
[00112] Es schließt sich ein Schritt S22 an, der einen kombinierten Bauprozess umfasst. Der Schritt S22 umfasst Teilschritte S24, S26, die einmalig oder mehrmals nacheinander durchlaufen werden. Der Teilschritt S24 betrifft einen Baumodus. Der Teilschritt S26 betrifft einen Reinigungsmodus. Die Teilschritte S24, S26 können abwechselnd durchlaufen werden, so dass während des Bauprozesses eine intermittierende Reinigung erfolgt.
[00113] In einer beispielhaften Ausgestaltung werden für die zwischengelagerten Reinigungsschritte S26 Abkühlpausen und ähnliche prozessbedingte Pausen im Bauprozess genutzt. Nach dem Abschluss des Bauprozesses S22 und einer hinreichenden Reinigung kann das Bauteil in einem folgenden Schritt S28 entnommen werden, vorzugsweise ohne dass umfangreiche persönliche Schutzausrüstung erforderlich ist. Vorzugweise kann das Bauteil ohne spezifische, zweckgebundene Schutzausrüstung, die entsprechenden Aufwand bei der Nutzung sowie Kostenaufwand mit sich bringt, entnommen und weiteren Fertigungsschritten zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, die Folgendes aufweist: einen Arbeitsraum (18), eine Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, zumindest einen Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, eine Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und ein integriertes Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen. Anlage nach Anspruch 1 , wobei das integrierte Reinigungssystem (60) dazu ausgebildet ist, den Arbeitsraum (18) und zumindest ein im Arbeitsraum (18) angeordnetes zumindest abschnittsweise additiv erzeugtes Bauteil (58) zu reinigen. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine Aufnahme (40, 340) zur Aufnahme des zumindest einen Reinigungskopfes (62, 100) und des zumindest einen Auftragskopfes (46) aufweist. Anlage nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine Nebenkinematik (330) ist. Anlage nach einem der Ansprüche 1 -4, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) in einem Baumodus und einem Reinigungsmodus der Anlage verwendbar ist. Anlage nach Anspruch 5, wobei ein Wechsel zwischen dem Baumodus und dem Reinigungsmodus einen Wechsel zwischen dem Auftragskopf (46) und dem Reinigungskopf (62, 100) umfasst. Anlage nach Anspruch 6, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Baumodus den Auftragskopf (46) und im Reinigungsmodus den Reinigungskopf (62, 100) trägt. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Auftragskopf (46) im Reinigungsmodus von der Handhabungseinrichtung (24, 324) abgesetzt ist und sich in einer Parkposition befindet, und wobei der Reinigungskopf (62, 100) im Baumodus von der Handhabungseinrichtung (24, 324) abgesetzt ist und sich in einer Parkposition befindet. Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine lineare Kinematik (430) mit kartesischen Achsen aufweist. Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) einen Roboter (26, 326) umfasst, insbesondere einen Gelenkarmroboter. Anlage nach einem der Ansprüche 1-10, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) ein Saugkopf ist, der im Arbeitsraum (18) verfahrbar ist. Anlage nach einem der Ansprüche 1-11 , wobei zumindest ein weiterer Reinigungskopf (62, 100) vorgesehen ist, der zur mechanischen Reinigung ausgebildet ist, insbesondere als Bürstkopf. Anlage nach einem der Ansprüche 1-12, wobei im Arbeitsraum (18) zwei oder mehr Halter (94, 96, 106) zur Aufnahme des zumindest einen Auftragskopfes (46) und des zumindest einen Reinigungskopfes (62, 100) vorgesehen sind, die zumindest zwei Parkpositionen bereitstellen. Anlage nach einem der Ansprüche 1-13, wobei der zumindest eine Auftragskopf (46) mit zumindest einer Versorgungsleitung (48) gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) mit zumindest einer Saugleitung (66, 104) gekoppelt ist, und wobei die Leitungen (48, 66, 104) insbesondere auch in einer je- weiligen Parkstellung des Auftragskopfes (46) oder des Reinigungskopfes (62, 100) angekoppelt bleiben. Anlage nach einem der Ansprüche 1 -14, ferner aufweisend eine Steuereinheit (90) zur Steuerung des Reinigungssystems (60), wobei die Steuereinheit (90) während eines Reinigungsmodus die Handhabungseinrichtung (24, 324) steuert, um den Reinigungskopf (62, 100) relativ zum Arbeitsraum (18) zu verfahren. Anlage nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, im Anschluss an einen Bauprozess eine Selbstreinigung der Anlage, insbesondere des Arbeitsraums (18) mit dem Bauteil (58), zu veranlassen. Anlage nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, während des Bauprozesses intermittierende Zwischenreinigungen des Arbeitsraums (18) und/oder des Bauteils (58) zu veranlassen, und wobei die Steuereinheit (90) vorzugsweise dazu ausgebildet ist, eine Zwischenreinigung zu veranlassen, wenn der Bauprozess eine Ruhephase, insbesondere eine Abkühlphase, vorsieht. Anlage nach einem der Ansprüche 15-17, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad eine Reinigung zu veranlassen. Anlage nach einem der Ansprüche 1 -18, ferner aufweisend eine Sensoreinheit (76) mit zumindest einem Verschmutzungssensor (80), vorzugsweise einem optischen Verschmutzungssensor (82). Anlage nach Anspruch 19, wobei der Verschmutzungssensor (80) dazu ausgebildet ist, einen Bedeckungsgrad einer Oberfläche des Arbeitsraums (18) optisch zu erfassen. Anlage nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Verschmutzungssensor (80) mit einer Lichtquelle (84) gekoppelt ist. Anlage nach einem der Ansprüche 1-21 , ferner aufweisend eine Rückgewinnungseinheit (70) zur Rückgewinnung wiederverwendbaren Baumaterials aus einem abgesaugten Gas-Partikel-Gemisch. Verfahren zur additiven Fertigung, insbesondere mittels Direct Energy Deposition, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellung einer Anlage (10, 110, 210, 310, 410) zur additiven Fertigung, insbesondere einer Anlage (10, 110, 210, 310, 410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage (10, 110, 210, 310, 410) Folgendes aufweist: einen Arbeitsraum (18), eine Einhausung (16), die den Arbeitsraum (18) begrenzt, zumindest einen Auftragskopf (46) zum Ausbringen eines Baumaterials, eine Handhabungseinrichtung (24, 324) mit einer Aufnahme (40, 340), und ein integriertes Reinigungssystem (60) mit zumindest einem Reinigungskopf (62, 100), wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) im Arbeitsraum (18) bewegbar ist, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen,
Betreiben der Anlage (10, 110, 210, 310, 410) in einem Baumodus, wobei der zumindest eine Auftragskopf (46) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) verfahren wird, zur Erzeugung eines additiven Auftrags auf ein Bauteil (58), und Betreiben der Anlage (10, 110, 210, 310, 410) in einem Reinigungsmodus, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) durch die Handhabungseinrichtung (24, 324) verfahren wird, um zumindest den Arbeitsraum (18) oder ein Bauteil (58) zu reinigen.
PCT/EP2021/080681 2020-11-05 2021-11-04 Anlage zur additiven fertigung mit einer handhabungseinrichtung und einem reinigungskopf WO2022096600A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020129202.3 2020-11-05
DE102020129202.3A DE102020129202A1 (de) 2020-11-05 2020-11-05 Anlage zur additiven Fertigung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022096600A1 true WO2022096600A1 (de) 2022-05-12

Family

ID=78621844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/080681 WO2022096600A1 (de) 2020-11-05 2021-11-04 Anlage zur additiven fertigung mit einer handhabungseinrichtung und einem reinigungskopf

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020129202A1 (de)
WO (1) WO2022096600A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024080986A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Powder removal coverages
DE102022004176A1 (de) 2022-11-09 2024-05-16 Solukon Ingenieure GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Andreas Hartmann, 86391 Stadtbergen; Dominik Schmid, 86165 Augsburg) Verfahren und Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von dreidimensionalen Objekten

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021128814A1 (de) 2021-11-05 2023-05-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts
CN115213517B (zh) * 2022-07-06 2024-04-09 山东鸿瑞照明科技有限公司 一种金属零部件自动焊接装置
EP4345560A1 (de) * 2022-09-29 2024-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines additiven herstell-prozesses eines bauteils sowie additiver herstell-prozess des bauteils

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020147521A1 (en) * 2001-03-14 2002-10-10 Milling Systems And Concepts Pte Ltd. Prototype production system and method
EP2872287A2 (de) 2012-07-16 2015-05-20 Ex Scintilla Limited Maschinenwerkzeug
DE102013224649A1 (de) 2013-11-29 2015-06-03 Sauer Gmbh Lasertec Werkzeugmaschine, Messvorrichtung, Verfahren zum Erstellen von Arbeitsdaten, Auftragsschweißverfahren, Werkstücktemperiervorrichtung
CN107671285A (zh) 2017-08-31 2018-02-09 北京航星机器制造有限公司 一种基于表面清理和电弧增材的复合制造方法及装置
DE202019003082U1 (de) * 2019-07-23 2019-08-12 Christian Schmid Vorrichtung zum Bearbeiten mit mehreren Prozessen
DE102018206358A1 (de) * 2018-04-25 2019-10-31 Robert Bosch Gmbh Säuberungsvorrichtung, Anlage mit der Säuberungsvorrichtung und Verfahren
CN110434336A (zh) 2019-08-21 2019-11-12 大连理工大学 激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置和方法
CN210132776U (zh) * 2019-07-04 2020-03-10 威斯坦(厦门)实业有限公司 一种3d打印机灰尘监控机构
WO2020116946A1 (ko) * 2018-12-06 2020-06-11 주식회사 엘지화학 토출 장치, 성형 장치, 및 성형체의 제조 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN208390999U (zh) 2018-05-16 2019-01-18 青岛瑟克塞斯3D打印科技有限公司 一种金属3d打印设备回粉管道装置
CN211489622U (zh) 2019-12-31 2020-09-15 深圳市光韵达增材制造研究院 一种金属3dp窗口智能自清装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020147521A1 (en) * 2001-03-14 2002-10-10 Milling Systems And Concepts Pte Ltd. Prototype production system and method
EP2872287A2 (de) 2012-07-16 2015-05-20 Ex Scintilla Limited Maschinenwerkzeug
DE102013224649A1 (de) 2013-11-29 2015-06-03 Sauer Gmbh Lasertec Werkzeugmaschine, Messvorrichtung, Verfahren zum Erstellen von Arbeitsdaten, Auftragsschweißverfahren, Werkstücktemperiervorrichtung
CN107671285A (zh) 2017-08-31 2018-02-09 北京航星机器制造有限公司 一种基于表面清理和电弧增材的复合制造方法及装置
DE102018206358A1 (de) * 2018-04-25 2019-10-31 Robert Bosch Gmbh Säuberungsvorrichtung, Anlage mit der Säuberungsvorrichtung und Verfahren
WO2020116946A1 (ko) * 2018-12-06 2020-06-11 주식회사 엘지화학 토출 장치, 성형 장치, 및 성형체의 제조 방법
US20210016503A1 (en) * 2018-12-06 2021-01-21 Lg Chem, Ltd. Discharge Apparatus, Forming Apparatus, and Method of Producing Formed Body
CN210132776U (zh) * 2019-07-04 2020-03-10 威斯坦(厦门)实业有限公司 一种3d打印机灰尘监控机构
DE202019003082U1 (de) * 2019-07-23 2019-08-12 Christian Schmid Vorrichtung zum Bearbeiten mit mehreren Prozessen
CN110434336A (zh) 2019-08-21 2019-11-12 大连理工大学 激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024080986A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Powder removal coverages
DE102022004176A1 (de) 2022-11-09 2024-05-16 Solukon Ingenieure GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Andreas Hartmann, 86391 Stadtbergen; Dominik Schmid, 86165 Augsburg) Verfahren und Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von dreidimensionalen Objekten

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020129202A1 (de) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022096600A1 (de) Anlage zur additiven fertigung mit einer handhabungseinrichtung und einem reinigungskopf
EP0435818B1 (de) Vorrichtung zum Schweissen und/oder Beschichten von Werkstücken, Düse für eine derartige Vorrichtung sowie Manipulator für die Düse einer derartigen Vorrichtung
DE102019134812A1 (de) Vorrichtung zur Beschichtung von Bremsscheiben
EP0790875B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallischen werkstücken
DE112016001314T5 (de) Bearbeitungsmaschine
DE3043830C2 (de)
US20090057373A1 (en) Multi-Purpose End Effector for Welder
EP3789513B1 (de) Beschichtungsvorrichtung und verfahren zum metallischen beschichten von werkstücken
DE112016002368T5 (de) Fertigungsmaschine
EP3789511B1 (de) Beschichtungsvorrichtung und verfahren zum metallischen beschichten von werkstücken
DE102015222207A1 (de) Werkzeugmaschinen system und verfahren für additive fertigung
WO2015124645A1 (de) Roboterzelle zum hauptzeitparallelen be- und entladen von einzelplatz-zerspanungsmaschinen
EP0262225A1 (de) Laserbehandungsanlage
WO2017211882A1 (de) WERKZEUGMASCHINE ZUM AUFTRAGSSCHWEIßEN
EP1230055A1 (de) Verfahren zur herstellung von formkörpern oder zum auftragen von beschichtungen
EP2483038A1 (de) Industrieroboter mit schutzvorrichtung
DE112016001316T5 (de) Bearbeitungsmaschine
DE202008003393U1 (de) Modul zur Bearbeitung von Werkstücken
DE102019215690A1 (de) Schweißverfahren und Schweißsystem mit kollaborativem Roboter und Positioniervorrichtung
EP3758868A1 (de) Vorrichtung zur herstellung eines formkörpers
EP4101586B1 (de) Schutzfilmentfernungsvorrichtung und verfahren jeweils zum lösen eines schutzfilms von einer optischen linse
WO2019042872A1 (de) Verfahren und fertigungseinrichtung zum laserauftragsschweissen mittels zumindest zwei roboter
EP2933352B1 (de) Anlage und Verfahren zur metallischen Beschichtung einer Bohrungswand
DE102018104199B4 (de) Werkzeugmaschine mit Arbeitsraum, Rüstplatz und Roboterarm und Verfahren zu deren Betrieb
DE202019003082U1 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten mit mehreren Prozessen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21807018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21807018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1