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DE102022203819A1 - Additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material - Google Patents

Additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material Download PDF

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DE102022203819A1
DE102022203819A1 DE102022203819.3A DE102022203819A DE102022203819A1 DE 102022203819 A1 DE102022203819 A1 DE 102022203819A1 DE 102022203819 A DE102022203819 A DE 102022203819A DE 102022203819 A1 DE102022203819 A1 DE 102022203819A1
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DE
Germany
Prior art keywords
platform
print head
period
filament material
additive manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102022203819.3A
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English (en)
Inventor
Fabian Fischer
Maximilian Fiedler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Publication of DE102022203819A1 publication Critical patent/DE102022203819A1/de
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Abstract

Additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen (10) mittels Schmelzschichtung von Filament-Material (15), umfassend die Schritte: Bewegen eines Druckkopfes (2) entlang einer vorgegebenen Trajektorie (20) relativ zu einer Plattform (3), die mehrere unabhängig voneinander beheizbare Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) umfasst, wobei die Trajektorie (20) einer Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes (2) in einer Ebene der Plattform (3) entspricht, Ablegen von geschmolzenem Filament-Material (15) auf die Plattform (3) oder auf bereits auf die Plattform (3) abgelegtes Filament-Material (16) mittels des Druckkopfes (2) während des Bewegens entlang der Trajektorie (20), und gesteuertes Beheizen von einem oder mehreren der Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) in Abhängigkeit der Trajektorie (20).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung.
  • Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung von Filament-Material, welches häufig aus Kunststoff besteht. Ein derartiges Verfahren wird auch als Fused Deposition Modeling (kurz: FDM) oder 3D-Drucken bezeichnet. Dabei wird das Filament-Material üblicherweise in einem Druckkopf durch Erwärmen geschmolzen und das erweichte oder fließfähige Filament-Material aus einer Öffnung ausgebracht und raupenförmig auf einem Fertigungsbett oder auf einen bestehenden Teil eines herzustellenden Bauteils abgelegt, wo sich das Filament-Material abkühlt und verfestigt. Häufig ist ein derartiges Fertigungsbett als ebene Plattform ausgebildet. Üblicherweise wird diese Plattform während des Ablegens beheizt. Insbesondere bei großflächigen Plattformen zur Herstellung von Bauteilen mit größerem Volumen entsteht dabei ein hoher Energieverbrauch.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material zu schaffen, mit dem effizient und energiesparend Bauteile in Serie gefertigt werden können. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung bereitzustellen, mit der effizient und energiesparend Bauteile in Serienfertigung hergestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1, und durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 9.
  • Das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen mittels Schmelzschichtung von Filament-Material umfasst die folgenden Schritte:
    • - Bewegen eines Druckkopfes entlang einer vorgegebenen Trajektorie relativ zu einer Plattform, die mehrere unabhängig voneinander beheizbare Plattformsegmente umfasst,
    • - Ablegen von geschmolzenem Filament-Material auf die Plattform oder auf bereits auf die Plattform abgelegtes Filament-Material mittels des Druckkopfes und während des Bewegens des Druckkopfes entlang der Trajektorie, und
    • - gesteuertes Beheizen von einem oder mehreren der Plattformsegmente der Plattform in Abhängigkeit der Trajektorie.
    Die Trajektorie entspricht dabei einer Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes relativ zur Plattform und in einer Ebene der Plattform.
  • Insbesondere basiert die Trajektorie auf vorgegebenen Fertigungsdaten, welche die Bewegung des Druckkopfes während der Herstellung der Bauteile definieren. Vorzugsweise wird dabei entlang der Trajektorie jederzeit oder alternativ teilweise Filament-Material auf die Plattform oder auf das bereits darauf befindliche abgelegte Filament-Material abgelegt.
  • Mit anderen Worten wird das Verfahren mit einer segmentierten Plattform durchgeführt, deren einzelne Plattformsegmente unabhängig voneinander beheizt werden können. Dieses Beheizen wird dabei in Abhängigkeit von der Trajektorie gesteuert betätigt. Dadurch kann das Beheizen der Plattform flexibel und besonders gezielt an die Herstellung der Bauteile angepasst werden. Dabei kann einerseits sichergestellt werden, dass diejenigen Plattformsegmente, auf die Filament-Material abgelegt wird, gezielt auf die optimale Temperatur aufgeheizt werden, um optimale Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils sicherzustellen. Weiterhin erlaubt das Verfahren eine Reduktion der Heizleistung, oder ein Abschalten der Beheizung von Plattformsegmenten, auf die während der Herstellung der Bauteile zu keinem Zeitpunkt Filament-Material abgelegt wird. Dadurch kann eine besonders energieeffiziente Durchführung des Verfahrens ermöglicht werden. Ferner kann durch die gezielte Steuerbarkeit der Beheizung der Plattform eine besonders zeiteffiziente Herstellung der Bauteile bereitgestellt werden, wodurch insbesondere Bauteile in Serienfertigung zeiteffizient und kostengünstig hergestellt werden können.
  • Bevorzugt wird das gesteuerte Beheizen in Abhängigkeit von einer momentanen Position des Druckkopfes entlang der Trajektorie durchgeführt. Das heißt, es erfolgt ein selektives Beheizen der einzelnen Plattformsegmente der Plattform in Abhängigkeit davon, an welcher Position der Trajektorie der Druckkopf sich zum momentanen Zeitpunkt befindet. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt wird das gesteuerte Beheizen in Abhängigkeit von einer Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes entlang der Trajektorie durchgeführt. Insbesondere wird dabei eine momentane Bewegungsgeschwindigkeit, sowie vorzugsweise zusätzlich eine zukünftige Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes entlang der Trajektorie betrachtet. Beispielsweise kann dadurch genau bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt der Druckkopf sich an einer bestimmten Position der Plattform, also oberhalb welchem Plattformsegment, befindet. Dadurch kann das gesteuerte Beheizen der einzelnen Plattformsegmente besonders gezielt und einfach durchgeführt werden, um eine optimale Effizienz des Verfahrens zu erlangen.
  • Besonders bevorzugt wird das Beheizen derart gesteuert, dass einzelne Plattformsegmente, bevorzugt jedes Plattformsegment, innerhalb einer Ablege-Zeitspanne mindestens eine vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Die Ablege-Zeitspanne ist dabei definiert ausgehend von einem Beginn bis zu einem Ende des Ablegens von Filament-Material auf das entsprechende Plattformsegment. Das heißt, das Plattformsegment, auf welches Filament-Material abgelegt wird, wird derart beheizt, dass das Plattformsegment während des gesamten Ablegevorgangs auf diesem Plattformsegment stets mindestens die vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Dadurch kann das Beheizen der Plattform besonders gezielt und effizient derart angepasst werden, um die für die gewünschten Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils optimalen Temperaturen bereitzustellen.
  • Vorzugsweise wird das Beheizen derart gesteuert, dass einzelne Plattformsegmente, bevorzugt jedes Plattformsegment, innerhalb einer vorbestimmten Warmhalte-Zeitspanne mindestens eine vorbestimmte Warmhaltetemperatur aufweist. Die Warmhalte-Zeitspanne grenzt dabei zeitlich, insbesondere unmittelbar, an die Ablege-Zeitspanne an. Das heißt, nach dem Ablegen des Filament-Materials auf genau ein bestimmtes Plattformsegment wird dieses Plattformsegment auf der Warmhaltetemperatur warmgehalten. Dadurch kann die Aushärtung des abgelegten Filament-Materials gezielt beeinflusst werden, um die optimalen gewünschten Bauteileigenschaften sicherstellen zu können.
  • Bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne eine Dauer von mindestens 5 Sekunden, bevorzugt mindestens 10 Sekunden, auf. Weiter bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne eine vorbestimmte Maximaldauer von beispielsweise 90 Sekunden, bevorzugt 30 Sekunden, auf, um einen energiesparenden Betrieb zu ermöglichen.
  • Weiter bevorzugt ist die Warmhaltetemperatur kleiner oder gleich der Ablegetemperatur. Beispielsweise kann die Warmhaltetemperatur mindestens 20 K, bevorzugt maximal 100 K, niedriger als die Ablegetemperatur sein. Vorzugsweise kann die Warmhaltetemperatur während der Warmhalte-Zeitspanne konstant gehalten werden. Alternativ bevorzugt kann die Warmhaltetemperatur während der Warmhalte-Zeitspanne, insbesondere kontinuierlich, reduziert werden, wodurch ein besonders energiesparendes Herstellungsverfahren ermöglicht werden kann.
  • Weiter bevorzugt wird das Beheizen derart gesteuert, dass innerhalb einer vorbestimmten Vorwärm-Zeitspanne ein Aufheizen des entsprechenden Plattformsegments, auf das während der Ablege-Zeitspanne das Filament-Material abgelegt wird, auf die vorbestimmte Ablegetemperatur erfolgt. Die Vorwärm-Zeitspanne liegt dabei zeitlich unmittelbar vor der Ablege-Zeitspanne. Insbesondere erfolgt somit während der Vorwärm-Zeitspanne ein gesteuertes Beheizen des Plattformsegments derart, dass dieses Plattformsegment zum Ende der Vorwärm-Zeitspanne, was dem Beginn der Ablege-Zeitspanne entspricht, mindestens die Ablegetemperatur aufweist. Mit anderen Worten wird das Plattformsegment um die Dauer der Vorwärm-Zeitspanne bereits vor dem eigentlichen Ablegen des Filament-Materials beheizt, sodass das Plattformsegment zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druckkopf erstmalig einen Teil einer Filament-Raupe auf das entsprechende Plattformsegment ablegt, die erforderliche Ablegetemperatur aufweist. Somit kann bei einer möglichen hohen Energieeffizienz des Verfahrens besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass jedes Plattformsegment stets die optimale Temperatur zu dem Zeitpunkt aufweist, an dem das Filament-Material tatsächlich abgelegt wird.
  • Bevorzugt umfasst der Schritt des gesteuerten Beheizens den folgenden Schritt: Reduzieren einer Heizleistung für das einzelne Plattformsegment, bevorzugt für jedes Plattformsegment, außerhalb einer Heiz-Zeitspanne. Die Heiz-Zeitspanne umfasst dabei, insbesondere ausschließlich, die Vorwärm-Zeitspanne und die Ablege-Zeitspanne und die Warmhalte-Zeitspanne. Mit anderen Worten wird die Heizleistung für ein einzelnes Plattformsegment der Plattform reduziert, wenn das Ablegen des Filament-Materials auf dieses Plattformsegment mehr als die Vorwärm-Zeitspanne in der Zukunft liegt, oder mehr als die Warmhalte-Zeitspanne in der Vergangenheit liegt. Dadurch kann das Verfahren sehr einfach und energieeffizient durchgeführt werden.
  • Besonders bevorzugt wird jedes Plattformsegment ausschließlich innerhalb der Heiz-Zeitspanne, welche, insbesondere ausschließlich, die Vorwärm-Zeitspanne und die Ablege-Zeitspanne und die Warmhalte-Zeitspanne umfasst, beheizt. Das heißt, außerhalb der Heiz-Zeitspanne jedes Plattformsegments, wird eine Heizleistung für dieses Plattformsegment auf Null reduziert. Dadurch kann ein besonders energieeffizientes Verfahren und damit eine kostengünstige Herstellung der Bauteile ermöglicht werden.
  • Weiter bevorzugt wird das Bewegen des Druckkopfes mittels eines Roboterarms durchgeführt. Der Druckkopf ist dabei an dem Roboterarm angeordnet. Beispielsweise kann der Roboterarm Teil eines mehrachsig bewegbaren Industrieroboters sein. Insbesondere eignet sich das Verfahren somit zur Herstellung von großvolumigen Bauteilen, welche beispielsweise auf Plattformen mit einer Größe von mehreren Quadratmetern hergestellt werden.
  • Weiterhin führt die Erfindung zu einer Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform mit mehreren unabhängig voneinander beheizbaren Plattformsegment dadurch, einen Druckkopf, der eingerichtet ist zum Ablegen von geschmolzenem Filament-Material auf die Plattform, und eine Manipulationseinrichtung, welche eingerichtet ist, um den Druckkopf relativ zur Plattform zu bewegen. Zudem umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, das beschriebene additive Herstellungsverfahren durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dabei eingerichtet, die Manipulationseinrichtung zu betätigen, vorzugsweise derart, um den Druckkopf entlang der vorgegebenen Trajektorie relativ zu der Plattform zu bewegen. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zusätzlich eingerichtet, um die Beheizung der mehreren Plattformsegmente selektiv gesteuert zu betätigen. Damit kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche bei einfachem Aufbau eine besonders zeit- und energieeffiziente Herstellung von Bauteilen durch Schmelzschichtung ermöglicht.
  • Bevorzugt umfasst die Manipulationseinrichtung einen Roboterarm, mittels welchem der Druckkopf, vorzugsweise mehrachsig, relativ zur Plattform bewegbar ist. Insbesondere kann der Roboterarm Teil eines Industrieroboters sein, wobei der Druckkopf vorzugsweise an einem Armende des Roboterarms angeordnet ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Vorrichtung mittels welcher ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird,
    • 2 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Bewegung eines Druckkopfes der Vorrichtung der 1 während einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 3 eine vereinfachte schematische Ansicht zeitlicher Abläufe des gesteuerten Beheizens für ein einzelnes Plattformsegment während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines additiven Herstellungsverfahrens zur Herstellung von Bauteilen 10 mittels Schmelzschichtung von Filament-Material 15 beschrieben. Dabei wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 mittels welcher das erfindungsgemäße additive Herstellungsverfahren durchgeführt wird.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Manipulationseinrichtung 4 mit einem mehrachsig bewegbaren Roboterarm. An einem Ende des Roboterarms ist ein Druckkopf 2 angeordnet, mittels welchem geschmolzenes Filament-Material abgelegt werden kann zum 3D-Drucken von Bauteilen 10.
  • Die Bauteile 10 werden dabei dadurch hergestellt, dass der Druckkopf 2 das geschmolzene Filament-Material auf eine Plattform 3 ablegt.
  • Die Plattform 3 umfasst mehrere Plattformsegmente 31, 32, 33, 34, welche unabhängig voneinander beheizbar sind. Durch das Beheizen der Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 kann die Abkühlung und Verfestigung des abgelegten Filament-Materials beeinflusst werden, um die gewünschten Materialeigenschaften der herzustellenden Bauteile 10 optimal einstellen zu können.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 5, welche eingerichtet ist, die Manipulationseinrichtung 4, den Druckkopf 2, und die Plattform 3 steuerbar zu betätigen.
  • Zum Herstellen der Bauteile 10 wird der Druckkopf 2 relativ zur Plattform 3 bewegt, während das Filament-Material 15 auf der Plattform 3 abgelegt wird. Dies ist in der 2 vereinfacht schematisch dargestellt. 2 zeigt dabei eine Draufsicht auf die Plattform 3.
  • Wie in der 2 zu erkennen ist die Plattform 3 in der Ebene, auf die das Filament-Material 15 abgelegt wird, in die einzelnen Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 segmentiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Plattform 3 in eine Matrix von fünf mal fünf, also insgesamt 25, Plattformsegmenten 31, 32, 33, 34 segmentiert.
  • Alternativ kann eine beliebige Segmentierung der Plattform 3 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Plattform 3 insgesamt mindestens vier, bevorzugt mindestens neun, besonders bevorzugt maximal 100, einzelne Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 aufweisen.
  • Beim Herstellen der Bauteile 10 wird der Druckkopf 2 entlang einer vorgegebenen Trajektorie 20 relativ zur Plattform 3 bewegt, wobei während dieser Bewegung das Filament-Material 15 auf die Plattform 3 und/oder auf bereits abgelegtes Filament-Material 16 abgelegt wird. Dadurch kann das Bauteil 10 schichtweise aufgebaut werden. Die Trajektorie 20 ist dabei definiert als eine Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes 2 in eine Ebene der Plattform 3.
  • Beispielsweise kann der Druckkopf 3 zusätzlich in einer zur Plattform senkrechten Richtung bewegt werden, wobei diese Bewegung insbesondere nicht durch die Trajektorie 20 mit abgebildet wird.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens werden die einzelnen Plattformsegmente 31, 32, 33, 34 individuell in Abhängigkeit der vorgegebenen Trajektorie 20 gesteuert beheizt, wie nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Zunächst erfolgt eine Beschreibung des gesteuerten Beheizens anhand eines einzelnen Plattformsegments 34, nämlich des vierten Plattformsegments 34, oberhalb welchem sich der Druckkopf 2 zum momentanen Zeitpunkt 65 befindet, das heißt, auf das gerade gedruckt wird (vgl. 2). Dabei wird zusätzlich auf die 3 Bezug genommen, welche einen beispielhaften zeitlichen Ablauf des gesteuerten Beheizens des vierten Plattformsegments 34 während der Durchführung des Verfahrens zeigt.
  • Dargestellt ist in der 3 eine gesamte Herstellungszeit 50 als Zeitstrahl. Der momentane Zeitpunkt 65 liegt dabei innerhalb einer Ablege-Zeitspanne 52, während der das Ablegen des Filament-Materials 15 auf das vierte Plattformsegment 34 erfolgt. Die Ablege-Zeitspanne 52 ist dabei genau durch einen Beginn 61 und ein Ende 62 des Ablegens des Filament-Materials 15 auf das vierte Plattformsegment 34 begrenzt. Insbesondere entspricht der Beginn 61 dabei demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Druckkopf 2 entlang der Trajektorie 20 von einem anderen Plattformsegment 32 auf das vierte Plattformsegment 34 bewegt wird (vgl. 2). Analog entspricht das Ende 62 insbesondere demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Druckkopf 2 entlang der Trajektorie 20 das vierte Plattformsegment 34 verlässt.
  • Während der gesamten Ablege-Zeitspanne 52 wird das vierte Plattformsegment 34 derart beheizt, dass dieses mindestens eine vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist. Insbesondere ist die Ablegetemperatur optimal an das Ablegen und Verfestigen des Filament-Materials 15 angepasst.
  • Zeitlich vor der Ablege-Zeitspanne findet während einer vorbestimmten Vorwärm-Zeitspanne 51 ein Aufheizen des vierten Plattformsegments 34 statt. Dabei wird das vierte Plattformsegment 34 während der Vorwärm-Zeitspanne 51 derart beheizt, dass dieses am Ende der Vorwärm-Zeitspanne 51, das heißt zum Beginn 61 der Ablege-Zeitspanne 52, mindestens die vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist.
  • Bevorzugt weist die Vorwärm-Zeitspanne 51 eine vorbestimmte Dauer, von vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, bevorzugt maximal 20 Sekunden, auf. Dadurch wird sichergestellt, dass das vierte Plattformsegment 34 beim Beginn 61 des Ablegens eine ausreichend hohe Temperatur aufweist.
  • An das Ende 62 der Ablege-Zeitspanne 52 schließt unmittelbar eine vorbestimmte Warmhalte-Zeitspanne 53 an, während welcher das vierte Plattformsegment 34 warmgehalten wird, nämlich mindestens auf einer vorbestimmten Warmhaltetemperatur. Die Warmhaltetemperatur kann dabei der Ablegetemperatur entsprechen, oder bevorzugt kleiner als die Ablegetemperatur sein. Besonders bevorzugt weist die Warmhalte-Zeitspanne 53 eine vorbestimmte Dauer, von vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, bevorzugt maximal 60 Sekunden, auf. Dadurch kann eine optimale Verfestigung des abgelegten Filament-Materials 16 sichergestellt werden.
  • Die Vorwärm-Zeitspanne 51 und die Ablege-Zeitspanne 52 und die warmhalte-Zeitspanne 53 bilden zusammen eine Heiz-Zeitspanne 55. Das gesteuerte Beheizen des vierten Plattformsegments 34 wird dabei derart durchgeführt, dass das vierte Plattformsegment 34 ausschließlich innerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 beheizt wird. Alternativ bevorzugt kann ein Beheizen des vierten Plattformsegments 34 auch außerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 erfolgen, wobei eine Heizleistung für das vierte Plattformsegment 34 außerhalb der Heiz-Zeitspanne 55 reduziert wird, vorzugsweise um mindestens 50 % gegenüber einer maximalen Heizleistung innerhalb der Heiz-Zeitspanne 55. Dadurch kann ein besonders energieeffizientes Verfahren bereitgestellt werden.
  • Nachfolgend erfolgt zur weiteren Erläuterung eine Beschreibung des gesteuerten Beheizens bei dem in 2 dargestellten Zustand in Bezug auf weitere Plattformsegmente 31, 32, 33, 34.
  • Dabei wird zu dem beispielhaft in der 2 dargestellten momentanen Zeitpunkt zwischen vier Arten von Plattformsegmenten unterschieden: erste Plattformsegmente 31, auf welche während des gesamten Verfahrens kein Filament-Material 15 abgelegt wird. Das heißt, die Trajektorie 20 verläuft nicht durch die ersten Plattformsegmente 31. Zweite Plattformsegmente 32 sind diejenigen Plattformsegmente, durch die die Trajektorie 20 verläuft, und auf welchen sich bereits abgelegtes Filament-Material 16 befindet, das heißt, auf die bereits Filament-Material abgelegt wurde. Dritte Plattformsegmente 33 sind diejenigen Plattformsegmente, durch die die Trajektorie 20 verläuft, auf welchen sich zum momentanen Zeitpunkt aber noch kein Filament-Material 15, 16 befindet. Das heißt, ausgehend von dem momentanen Zeitpunkt wird auf die dritten Plattformsegmente 33 zukünftig Filament-Material mittels des Druckkopfes 2 abgelegt. Weiterhin ist das vierte Plattformsegment 34 dasjenige, auf welches zum momentanen Zeitpunkt mittels des Druckkopfes 2 Filament-Material abgelegt wird. Das heißt, der Druckkopf 2 befindet sich zum momentanen Zeitpunkt über dem vierten Plattformsegment 34.
  • Bei dem in der 2 beispielhaft dargestellten Zustand befinden sich somit die zweiten Plattformsegmente 32 innerhalb der Warmhalte-Zeitspanne 53, da bereits Filament-Material 16 auf die zweiten Plattformsegmente 32 abgelegt wurde. Das vierte Plattformsegment 34 ist, wie bereits beschrieben, innerhalb der Ablege-Zeitspanne 52. Die dritten Plattformsegmente 33 befinden sich innerhalb der Vorwärm-Zeitspanne 53, da auf diese dritten Plattformsegmente 33 in Kürze Filament-Material 15 abgelegt wird.
  • Die ersten Plattformsegments 31 können währen des gesamten Verfahrens bevorzugt gar nicht beheizt werden, um ein besonders energieeffizientes Verfahren bereitzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben somit auf einfache Weise eine besonders energieeffiziente und damit kostengünstige Herstellung von Bauteilen 10 aus Filament-Material 15. Insbesondere kann durch das zeitlich optimierte Beheizen auch ein besonders zeiteffiziente Herstellungsverfahren bereitgestellt werden. Insgesamt kann dadurch eine sehr effiziente Fertigung von Bauteilen 10 in Serie ermöglicht werden, wobei stets optimale Materialeigenschaften bereitgestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Druckkopf
    3
    Plattform
    4
    Roboterarm
    5
    Steuereinrichtung
    10
    Bauteil
    15
    Filament-Material
    16
    abgelegtes Filament-Material
    20
    Trajektorie
    31, 32, 33, 34
    Plattformsegmente
    50
    Herstellungszeit
    51
    Vorwärm-Zeitspanne
    52
    Ablege-Zeitspanne
    53
    Warmhalte-Zeitspanne
    55
    Heiz-Zeitspanne
    61
    Beginn des Ablegens
    62
    Ende des Ablegens
    65
    momentaner Zeitpunkt

Claims (10)

  1. Additives Herstellungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen (10) mittels Schmelzschichtung von Filament-Material (15), umfassend die Schritte: - Bewegen eines Druckkopfes (2) entlang einer vorgegebenen Trajektorie (20) relativ zu einer Plattform (3), die mehrere unabhängig voneinander beheizbare Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) umfasst, - wobei die Trajektorie (20) einer Projektion einer Bewegungsbahn des Druckkopfes (2) in eine Ebene der Plattform (3) entspricht, - Ablegen von geschmolzenem Filament-Material (15) auf die Plattform (3) oder auf bereits auf die Plattform (3) abgelegtes Filament-Material (16) mittels des Druckkopfes (2) während des Bewegens entlang der Trajektorie (20), und - gesteuertes Beheizen von einem oder mehreren der Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) in Abhängigkeit der Trajektorie (20).
  2. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das gesteuerte Beheizen in Abhängigkeit von einer momentanen Position des Druckkopfes (2) und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes (2) entlang der Trajektorie (20) durchgeführt wird.
  3. Additives Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei das Beheizen derart gesteuert wird, dass einzelne Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) innerhalb einer Ablege-Zeitspanne (52) mindestens eine vorbestimmte Ablegetemperatur aufweist, - wobei die Ablege-Zeitspanne (52) durch einen Beginn (61) und ein Ende (62) des Ablegens von Filament-Material (15) auf das entsprechende Plattformsegment (31, 32, 33, 34) definiert ist.
  4. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Beheizen derart gesteuert wird, dass einzelne Plattformsegmente (31, 32, 33, 34) innerhalb einer vorbestimmten Warmhalte-Zeitspanne (53) nach der Ablege-Zeitspanne (52) mindestens eine vorbestimmte Warmhaltetemperatur aufweist.
  5. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Warmhaltetemperatur kleiner oder gleich der Ablegetemperatur ist.
  6. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Beheizen derart gesteuert wird, dass innerhalb einer vorbestimmten Vorwärm-Zeitspanne (51) vor der Ablege-Zeitspanne (52) ein Aufheizen des entsprechenden Plattformsegments (31, 32, 33, 34) auf die vorbestimmte Ablegetemperatur erfolgt.
  7. Additives Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das gesteuerte Beheizen umfasst: Reduzieren, insbesondere deaktivieren, einer Heizleistung des einzelnen Plattformsegments (31, 32, 33, 34) außerhalb einer Heiz-Zeitspanne (55), welche die Vorwärm-Zeitspanne (51) und die Ablege-Zeitspanne (52) und die Warmhalte-Zeitspanne (53) umfasst.
  8. Additives Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bewegen des Druckkopfes (2) mittels eines Roboterarms (4), an dem der Druckkopf (2) angeordnet ist, durchgeführt wird.
  9. Vorrichtung zur additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung, umfassend: - eine Plattform (3) mit mehreren unabhängig voneinander beheizbaren Plattformsegmenten (31, 32, 33, 34), - einen Druckkopf (2) zum Ablegen von geschmolzenem Filament-Material (15), - eine Manipulationseinrichtung (4), welche eingerichtet ist, den Druckkopf (2) relativ zur Plattform (3) zu bewegen, und - eine Steuereinrichtung (5), welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Manipulationseinrichtung (4) einen Roboterarm umfasst, der eingerichtet ist, um den Druckkopf (2), insbesondere mehrachsig, relativ zur Plattform (3) zu bewegen.
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