DE102020129202A1

DE102020129202A1 - Anlage zur additiven Fertigung

Info

Publication number: DE102020129202A1
Application number: DE102020129202.3A
Authority: DE
Inventors: Géza Koscsák; Till Oeschger; Axel Boi
Original assignee: Chiron Group SE
Current assignee: Chiron Group SE
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-05
Also published as: WO2022096600A1

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 zur additiven Fertigung.

Description

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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Eine intensive Reinigung kann beispielsweise bei einem Werkstoffwechsel erforderlich sein. Dann müssen schon aus Gründen der Sortentrennung Verschmutzungen soweit wie möglich entfernt werden.
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.
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.
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,

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 AMbasierten Fertigung reduzieren, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen.
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.
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.
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.
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.
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 Wechsel zwischen dem Auftragskopf und den Reinigungskopf erfolgen. Die Reinigung kann noch flexibler in die additive Fertigungsaufgabe eingebunden werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wirkt der Bürstkopf mit der Absaugung zusammen, um Reststoffe abzutragen und gerichtet aus dem Arbeitsraum heraus zu führen.
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 subtraktive 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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Lichtquelle als Blitzlichtquelle gestaltet, wobei der Bedeckungsgrad in Abhängigkeit von einem sich ergebenden Reflexionsverhalten der Oberfläche bestimmt wird.
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 geneigten 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.
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.
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 SchutzgasAtmosphäre 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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung mehrerer beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem, in einem Baumodus;
2: eine weitere Ansicht einer gegenüber der Gestaltung gemäß 1 abgewandelten Anlage, in einem Reinigungsmodus;
3: eine weitere schematische Ansicht auf Basis der anhand der 1 und 2 veranschaulichten Anlagen zur Veranschaulichung der Funktionalität einer weiteren Ausgestaltung eines integrierten Reinigungssystems;
4: eine weitere Ansicht auf Basis von 3, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
5: eine weitere Ansicht auf Basis der 3 und 4, mit veränderter Position der Handhabungseinrichtung;
6: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
7: eine weitere schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Anlage zur additiven Fertigung mit einem integrierten Reinigungssystem;
8: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken; und
9: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung eines Verfahrens zur additiven Fertigung von Werkstücken.

1 veranschaulicht anhand einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform einer Anlage zur additiven Fertigung, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die 2-7 veranschaulichen weitere Zustände und beispielhafte Ausgestaltungen solcher Anlagen. In den 1-7 werden gleiche (zumindest funktional gleiche) Elemente und Einheiten mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Einzelne Aspekte und Gestaltungen der in den 1-7 veranschaulichten Ausführungsformen können in andere Gestaltungen übernommen bzw. mit diesen kombiniert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere im Zusammenhang mit den 2-7 vorrangig auf Unterschiede, Modifikationen und/oder Ergänzungen gegenüber den zuvor genannten Ausführungsformen eingegangen.
Die Anlage 10 gemäß 1 ist insbesondere als DED-Anlage gestaltet. Beispielhaft ist die Anlage 10 gemäß 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.
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.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 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.
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.
An das Element 36 des Roboters 26 schließt sich im Ausführungsbeispiel gemäß 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 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.
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 bearbeitet/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.
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 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.
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 1 gezeigten Ausführungsbeispiel keine zusätzliche Handhabungseinrichtung 24 für die Reinigung mit dem Reinigungskopf 62 erforderlich.
In 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 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.
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.
Die Anlage 10 weist ferner eine in 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.
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 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 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.
In 1 befindet sich die Anlage 10 im Baumodus. In 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.
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.
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.
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.
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.
2 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer mit 110 bezeichneten Anlage, die der Anlage 10 gemäß 1 ähnlich gestaltet ist. Die Anlage 110 in 2 befindet sich im Reinigungsmodus, hingegen befindet sich die Anlage 10 gemäß 1 im Baumodus. In 1 befindet sich der Reinigungskopf 62 in einer Parkposition beim Halter 94. In 2 befindet sich der Auftragskopf 46 in einer Parkposition beim Halter 96.
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.
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.
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 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.
Die 3-5 veranschaulichen eine weitere Ausgestaltung einer mit 210 bezeichneten Anlage, die den Anlagen 10, 110 gemäß den 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 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.
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. 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.
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 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.
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.
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 (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.
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 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.
Auch bei der in 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.
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 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.
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 7 gewählten Orientierung senkrecht zur Ansichtsebene erstreckt. Ferner können Schwenkachsen, Rotationsachsen und Ähnliches vorgesehen sein, die parallel zu den zuvor genannten Achsen sind.
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.
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.
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 Reinigungskopf 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.
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.
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.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2872287 A2 [0007]

Claims

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 vorzugsweise 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 einem der Ansprüche 1-5, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) eine lineare Kinematik (430) mit kartesischen Achsen aufweist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Handhabungseinrichtung (24, 324) einen Roboter (26, 326) umfasst, insbesondere einen Gelenkarmroboter.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der zumindest eine Reinigungskopf (62, 100) ein Saugkopf ist, der im Arbeitsraum (18) verfahrbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, wobei zumindest ein weiterer Reinigungskopf (62, 100) vorgesehen ist, der zur mechanischen Reinigung ausgebildet ist, insbesondere als Bürstkopf.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-9, 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 1-10, 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 jeweiligen Parkstellung des Auftragskopfes (46) oder des Reinigungskopfes (62, 100) angekoppelt bleiben.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-11, 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 12, 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 12 oder 13, 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 12-14, wobei die Steuereinheit (90) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad eine Reinigung zu veranlassen.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-15, ferner aufweisend eine Sensoreinheit (76) mit zumindest einem Verschmutzungssensor (80), vorzugsweise einem optischen Verschmutzungssensor (82).
Anlage nach Anspruch 16, wobei der Verschmutzungssensor (80) dazu ausgebildet ist, einen Bedeckungsgrad einer Oberfläche des Arbeitsraums (18) optisch zu erfassen.
Anlage nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Verschmutzungssensor (80) mit einer Lichtquelle (84) gekoppelt ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1-18, 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.