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WO2025176875A1 - Method and 3d printing device for monitoring process parameters and component data during an additive manufacturing process - Google Patents

Method and 3d printing device for monitoring process parameters and component data during an additive manufacturing process

Info

Publication number
WO2025176875A1
WO2025176875A1 PCT/EP2025/054782 EP2025054782W WO2025176875A1 WO 2025176875 A1 WO2025176875 A1 WO 2025176875A1 EP 2025054782 W EP2025054782 W EP 2025054782W WO 2025176875 A1 WO2025176875 A1 WO 2025176875A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
additive manufacturing
positioning unit
printing device
receptacle
sensor unit
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
PCT/EP2025/054782
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jakob HABEDANK
Bent Braden
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.)
Track3d GmbH
Original Assignee
Track3d GmbH
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 Track3d GmbH filed Critical Track3d GmbH
Publication of WO2025176875A1 publication Critical patent/WO2025176875A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/47—Radiation means with translatory movement parallel to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process, comprising the method steps: carrying out a manufacturing step for producing a component using an additive manufacturing process in a process chamber, determining a process parameter using a sensor unit, positioning the sensor unit at a first storage location in a process chamber by means of a first positioning unit, mechanically decoupling the sensor unit at the first storage location from a holder of the first positioning unit, and a 3D printing device for the additive manufacturing of components in a process chamber, a sensor unit, and a first positioning unit arranged in and/or on the process chamber, wherein the sensor unit can be automatically coupled and/or decoupled from the holder.
  • 3D printing or additive manufacturing is a comprehensive term for all manufacturing processes in which material is applied layer by layer to create three-dimensional components.
  • the layer-by-layer build-up is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specifications from a CAD/CAM system.
  • the layers can then be divided into strips, particularly in direct energy deposition processes. Furthermore, in so-called hatching, a layer is divided into strips (hatches) or squares, and parallel vectors are distributed within them.
  • powder bed-based technologies such as selective laser melting, the component is manufactured without further subdivision of the layers.
  • a print head or laser beam is typically moved horizontally, i.e., in the X-Y plane, while simultaneously applying or solidifying material layers with the print head or laser.
  • the build plate on which the workpiece is being manufactured is typically moved vertically downward, i.e., in the Z-direction, and another layer is started.
  • the print head and/or laser beam is usually firmly connected to a sensor, i.e. when the print head and/or laser beam is moved, the sensor is moved permanently or synchronously with the print head.
  • the disadvantage of a fixed mounting is the constant stress/strain/aging of the sensors, as they are constantly exposed to high acceleration values, gases, condensation processes, and unfavorable temperatures.
  • Another disadvantage is that an increased mass must be constantly accelerated along with the print head. This requires a more powerful axis system and drive, increasing energy consumption and wear throughout the entire printing process.
  • the print heads and their peripherals can also limit the detection range of the sensors (especially with optical sensors).
  • a further disadvantage is that the measurement is not independent of the print head movement, and measurements cannot be performed independently, which increases the measurement time. Defined measurement or execution of measurement runs to obtain actual data from previously generated geometries is only possible after the melt strand has been deposited. Measurement independent of the print head movement is not possible.
  • the method according to the invention for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process comprises the process steps of carrying out a manufacturing step for producing a component using an additive manufacturing process in a process chamber, determining a process parameter using a sensor unit, positioning the sensor unit at a first storage location using a first positioning unit, and mechanically decoupling the sensor unit at the first storage location from a holder of the first positioning unit.
  • the method according to the invention offers a whole range of advantages. By decoupling the sensor, the sensor can be removed, for example, for maintenance purposes. The sensor can continue to cool down at its storage location. This reduces the stress on the sensor and extends its service life and maintenance intervals.
  • the storage location can be inside or outside the process chamber.
  • the sensor unit 10 is coupled to a first receptacle 21, two print heads 50 are coupled to the other first receptacle 21, and two further print heads 50 are arranged in the second storage location 32.
  • the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200.
  • an additive manufacturing step is carried out by moving the further first receptacle 21 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x-direction of the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.
  • Fig. 7 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step.
  • the first positioning unit 11 moves the first holder 21 to the first storage location 31, decouples the sensor unit 10 there, moves it to the second storage location 32, and couples the print heads 50 there.
  • the holder is moved away from the first storage location 31 by the positioning unit 11, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.
  • Fig. 8 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step and 3D in-situ monitoring.
  • One of the two print heads 50 is still coupled to the first receptacle 21, the sensor unit 10 is also coupled to the first receptacle 21.
  • the first positioning unit 11 moves a first receptacle 21 to the second storage location 32, decouples a print head 50 there, moves to the first storage location 31 and couples the sensor unit 10 there.
  • the further first receptacle 21 also has two coupled print heads 50. In this configuration, the Recordings 21 coupled print heads 50 carry out an additive manufacturing step, while at the same time the sensor unit 10 determines process parameters.
  • Fig. 9 shows a plan view of an embodiment of a 3D printing device 100 according to the invention with a first positioning unit 11, by means of which two first receptacles 21, 22 can also be moved independently of one another in the x-direction in the process chamber 1.
  • a first receptacle 21 has holders for two print heads 50 and/or sensor units 10 each, and the further first receptacle has a holder for one sensor unit 10.
  • the 3D printing device 100 has two print heads 50.
  • the sensor unit 10 is coupled to a first receptacle 21, and two print heads 50 are coupled to the other first receptacle 21.
  • the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200.
  • an additive manufacturing step is carried out by moving the further first receptacle 21 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x-direction of the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.
  • Fig. 10 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step.
  • the first positioning unit 11 moves a first holder 21 to the first storage location 31 and decouples the sensor unit 10 there.
  • the positioning unit 11 is moved away from the first storage location 31, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.
  • the sensor unit 10 is coupled to the second receptacle 22, and two print heads 50 are coupled to the first receptacle 21.
  • the second receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200.
  • an additive manufacturing step is performed by moving the second receptacle 22 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x, y direction from the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.
  • Fig. 12 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step.
  • the first positioning unit 11 moves the second holder 21 to the first storage location 31 and decouples the sensor unit 10 there.
  • the first positioning unit 11 is moved away from the first storage location 31, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.
  • Fig. 13 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for performing a closed-loop powder bed system process for the additive manufacturing of a component 200.
  • a laser 60 selectively melts and fuses small material particles in a powder bed. This process is repeated until the component 200 is completed.
  • Closed-loop powder bed system processes can produce parts with complex geometries and intricate details with high accuracy and repeatability.
  • the 3D printing device 100 has the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 61.
  • the component 200 is within the spatially separated closed process chamber 1.
  • a sensor unit 10 is arranged, which in this embodiment is designed as a line profile sensor movable in the x,y direction.
  • Line profile sensors 10 are distance measuring devices. Line profile sensors 10 operate on the triangulation principle and project a single laser spot onto the component 200. Therefore, the line profile sensor 10 also has a beam path SM. Line profile sensors 10 are capable of recording profiles on the component 200 in the direction of movement or measuring distances during fast processes. They are typically used for object dimensions such as thickness, height, and surface roughness.
  • Beam path S of the laser beam of the laser 60 and beam path SM of the sensor unit 10 are independent of each other, i.e., during the additive manufacturing of the component 200 with the laser beam S, process parameters can be recorded with the sensor unit 10 without interrupting the additive manufacturing process.
  • the sensor unit 10 is arranged in a manner protected from the thermal effects of the laser beam S.
  • Fig. 14 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 also for carrying out a closed-loop powder bed system method for the additive manufacturing of a component 200.
  • the 3D printing device 100 also includes the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 61.
  • the component 200 is arranged within the spatially enclosed process chamber 1.
  • a sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1, which in this embodiment is designed as a snapshot sensor movable in the x,y direction.
  • snapshot sensors In contrast to line profile sensors, snapshot sensors use a single snapshot scan for scanning objects in start/stop mode.
  • the beam path S of the laser beam of the laser 60 and the beam bundle SM of the sensor unit 10 are also independent of each other.
  • the sensor unit 10 is also arranged in a manner protected from the thermal effects of the laser beam S.
  • Fig. 15 shows a 3D printing device 100 with a fixed snapshot sensor 10 arranged outside the process chamber 1.
  • the beam SM of the snapshot sensor 10 sweeps the entire x,y plane of the process chamber 1 in order to record process parameters of the component 200.
  • Fig. 16 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for carrying out a closed-loop powder bed system process with 3D plasma metal deposition and laser cladding for the additive manufacturing of a component 200.
  • a laser 60 selectively melts and fuses small material particles that are applied to the component 200 from a nozzle 51.
  • the 3D printing device 100 also includes the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 62.
  • the component 200 is optionally arranged within a spatially enclosed process chamber 1.
  • a sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1. In this exemplary embodiment, it is designed as a fixed line profile sensor that is optionally movable in the x,y direction. In another embodiment, the sensor unit 10 can also be a fixed snapshot sensor that is optionally movable in the x,y direction.
  • Fig. 17 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for executing a closed-loop powder bed system process using the ARC process.
  • a wire electrode 70 is applied to the component 200 from a nozzle 51 and melted; the process is based on arc welding.
  • the component 200 is optionally arranged within a spatially enclosed process chamber 1.
  • a sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1, which in this embodiment is designed as a fixed line profile sensor that is optionally movable in the x,y direction. In another embodiment, the sensor unit 10 can also be a fixed snapshot sensor that is optionally movable in the x,y direction. LIST OF REFERENCE SYMBOLS

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Abstract

The invention relates to a method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process, comprising the method steps of: carrying out a manufacturing step for producing a component by means of an additive manufacturing method in a process chamber, determining a process parameter by means of a sensor unit, positioning the sensor unit at a first depositing location in a process chamber by means of a first positioning unit, and mechanically decoupling the sensor unit at the first depositing location from a receptacle of the first positioning unit. The invention also relates to a 3D printing device for the additive manufacturing of components, comprising a process chamber, a sensor unit and a first positioning unit arranged in the process chamber, wherein the sensor unit can be automatically coupled to and/or decoupled from the receptacle.

Description

VERFAHREN UND 3 D - D R U C K VO RRI C H TU N G ZUR ÜBERWACHUNG VON P ROZ E S S P A R A M E T E RN UND BAUTEILDATEN WÄHREND EINES ADDITIVEN FERTIGUNGSVERFAHRENS METHOD AND 3D PRINTING DEVICE FOR MONITORING PROCESS PARAMETERS AND COMPONENT DATA DURING AN ADDITIVE MANUFACTURING PROCESS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens mit den Verfahrensschritten: Ausführen eines Fertigungsschrittes zur Herstellung eines Bauteils mit einem additiven Fertigungsverfahren in einer Prozesskammer, Ermitteln eines Prozessparameters mit einer Sensoreinheit, Positionieren der Sensoreinheit an einem ersten Ablageort in einer Prozesskammer mittels einer ersten Positioniereinheit, Mechanisches Abkoppeln der Sensoreinheit am ersten Ablageort von einer Aufnahme der ersten Positioniereinheit, sowie einer 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen in einer Prozesskammer, einer Sensoreinheit und einer in und/oder an der Prozesskammer angeordneten ersten Positioniereinheit, wobei die Sensoreinheit automatisch mit der Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar ist. The invention relates to a method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process, comprising the method steps: carrying out a manufacturing step for producing a component using an additive manufacturing process in a process chamber, determining a process parameter using a sensor unit, positioning the sensor unit at a first storage location in a process chamber by means of a first positioning unit, mechanically decoupling the sensor unit at the first storage location from a holder of the first positioning unit, and a 3D printing device for the additive manufacturing of components in a process chamber, a sensor unit, and a first positioning unit arranged in and/or on the process chamber, wherein the sensor unit can be automatically coupled and/or decoupled from the holder.

Stand der Technik State of the art

Der 3D-Druck oder Additive Fertigung ist eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und so dreidimensionale Bauteile erzeugt werden. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach Vorgaben aus einem CAD/CAM-System. Die Schichten können dann wiederum, insbesondere bei den Direct Energy Deposition-Verfahren, in Bahnen zerlegt werden. Außerdem wird beim sog. Hatching eine Schicht in Streifen (Hatches) oder Quadrate aufgeteilt und darin parallel angeordnete Vektoren verteilt. Bei pulverbettbasierten Technologien, wie zum Beispiel dem Selective Laser Melting, erfolgt die Herstellung des Bauteils ohne weitere Unterteilung der Schichten. Beim schichtweisen Aufbau des Werkstücks wird üblicherweise ein Druckkopf oder ein Laserstrahl horizontal, d.h. in der X- Y-Ebene bewegt und gleichzeitig werden mit dem Druckkopf oder Laser Material-Bahnen aufgebracht bzw. verfestigt. Ist eine Schicht fertiggestellt, wird üblicherweise die Bauplatte, auf der das Werkstück gefertigt wird, senkrecht nach unten, also in Z-Richtung bewegt und eine weitere Schicht begonnen. 3D printing or additive manufacturing is a comprehensive term for all manufacturing processes in which material is applied layer by layer to create three-dimensional components. The layer-by-layer build-up is computer-controlled from one or more liquid or solid materials according to specifications from a CAD/CAM system. The layers can then be divided into strips, particularly in direct energy deposition processes. Furthermore, in so-called hatching, a layer is divided into strips (hatches) or squares, and parallel vectors are distributed within them. With powder bed-based technologies, such as selective laser melting, the component is manufactured without further subdivision of the layers. In the layer-by-layer build-up of the To build the workpiece, a print head or laser beam is typically moved horizontally, i.e., in the X-Y plane, while simultaneously applying or solidifying material layers with the print head or laser. Once a layer is completed, the build plate on which the workpiece is being manufactured is typically moved vertically downward, i.e., in the Z-direction, and another layer is started.

Der Druckkopf und/oder Laserstrahl ist üblicherweise mit einer Sensorik fest verbunden, d.h. bei Verfahren des Druckkopfes und/oder Laserstrahls wird der Sensor permanent bzw. synchron mit dem Druckkopf verfahren. The print head and/or laser beam is usually firmly connected to a sensor, i.e. when the print head and/or laser beam is moved, the sensor is moved permanently or synchronously with the print head.

Nachteilig an einer festen Montage ist eine permanente Belastung / Beanspruchung / Alterung der Sensoren, da dieser dauerhaft hohen Beschleunigungswerten, Gasen, Kondensationsvorgängen sowie unvorteilhaften Temperaturen ausgesetzt ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass permanent eine erhöhte Masse zusammen mit dem Druckkopf beschleunigt werden muss. Dies setzt ein leistungsstärkeres Achssystem sowie Antrieb voraus und erhöht den Energiebedarf sowie den Verschleiß über den gesamten Druckprozess. Ebenfalls können die Druckköpfe und deren Peripherie den Aufnahmebereich der Sensoren (insbesondere bei optischer Sensoren) einschränken. The disadvantage of a fixed mounting is the constant stress/strain/aging of the sensors, as they are constantly exposed to high acceleration values, gases, condensation processes, and unfavorable temperatures. Another disadvantage is that an increased mass must be constantly accelerated along with the print head. This requires a more powerful axis system and drive, increasing energy consumption and wear throughout the entire printing process. The print heads and their peripherals can also limit the detection range of the sensors (especially with optical sensors).

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Vermessung nicht unabhängig von der Druckkopfbewegung ist und Messungen nicht unabhängig erfolgen können, wodurch sich die Messzeit erhöht. Das definierte Vermessen bzw. Ausführen von Messfahrten zur Ist- Datengewinnung von bisher erzeugten Geometrien ist immer nur nach dem Ablegen des Schmelzstranges möglich. Eine unabhängige Messung von der Druckkopf-Bewegung ist nicht möglich. A further disadvantage is that the measurement is not independent of the print head movement, and measurements cannot be performed independently, which increases the measurement time. Defined measurement or execution of measurement runs to obtain actual data from previously generated geometries is only possible after the melt strand has been deposited. Measurement independent of the print head movement is not possible.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens bereitzustellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Die Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. It is therefore an object of the invention to provide an improved method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process, which does not have the aforementioned disadvantages. This object is achieved by means of the method according to the invention for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens umfasst die Prozessschritte Ausführen eines Fertigungsschrittes zur Herstellung eines Bauteils mit einem additiven Fertigungsverfahren in einer Prozesskammer, Ermitteln eines Prozessparameters mit einer Sensoreinheit, Positionieren der Sensoreinheit an einem ersten Ablageort mittels einer ersten Positioniereinheit und mechanisches Abkoppeln der Sensoreinheit am ersten Ablageort von einer Aufnahme der ersten Positioniereinheit. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt eine ganze Reihe von Vorteilen. Durch das Abkoppeln des Sensors kann der Sensor beispielsweise für Wartungszwecke entnommen werden. Der Sensor kann weiterhin an seinem Ablageort abkühlen. Somit wird die Beanspruchung des Sensors vermindert und seine Lebensdauer und Wartungsintervalle verlängert. Der Ablageort kann sich in oder außerhalb der Prozesskammer befinden. The method according to the invention for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process comprises the process steps of carrying out a manufacturing step for producing a component using an additive manufacturing process in a process chamber, determining a process parameter using a sensor unit, positioning the sensor unit at a first storage location using a first positioning unit, and mechanically decoupling the sensor unit at the first storage location from a holder of the first positioning unit. The method according to the invention offers a whole range of advantages. By decoupling the sensor, the sensor can be removed, for example, for maintenance purposes. The sensor can continue to cool down at its storage location. This reduces the stress on the sensor and extends its service life and maintenance intervals. The storage location can be inside or outside the process chamber.

Prozessparameter umfassen z.B. Daten über die Anzahl der Prozessschritte, Prozesstemperatur, das auszubringende Materialvolumen, die Extrusionsgeschwindigkeit, den Massenstrom, die Vorschubgeschwindigkeit, die Beschleunigung, die Belichtungszeit das Druckgewicht und/oder das Druckvolumen sowie Bauteildaten. Bauteildaten des Bauteils umfassen z.B. Wandstärken, Schichthöhen, Aufbau des Bauteils, die Dichte, die Infillstruktur. Für jeden einzelnen Fertigungsschritt werden die betreffenden Prozessparametern und Bauteildaten miteinander verknüpft. Process parameters include, for example, data on the number of process steps, process temperature, the material volume to be dispensed, the extrusion speed, the mass flow, the feed rate, the acceleration, the exposure time, the print weight, and/or the print volume, as well as component data. Component data includes, for example, wall thicknesses, layer heights, the component structure, the density, and the infill structure. The relevant process parameters and component data are linked for each individual production step.

Zu den Techniken, die ein additiver Fertiger zur Herstellung eines Bauteils anwendet, gehören zum Beispiel die Extrusions-Abscheidung oder selektive Abscheidungsmodellierung (SDM), Techniken wie Fused Deposition Modeling (FDM) und Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolithographie (SLA), Polyjetdruck (PJP), Multijetdruck (MJP), selektives Laser-Sintern (SLS), selektives Laser-Schmelzen (SLM), dreidimensionales Drucken (3DP) Techniken wie Farbstrahldruck (CJP), Directed Energy Deposition (DED) und dergleichen. Ein Teilbereich des Bauteils ist z.B. eine Schicht und/oder ein Teilbereich einer Schicht. The techniques used by an additive manufacturer to produce a component include, for example, extrusion deposition or selective deposition modeling (SDM), techniques such as fused deposition modeling (FDM) and fused filament fabrication (FFF), stereolithography (SLA), polyjet printing (PJP), multijet printing (MJP), Selective laser sintering (SLS), selective laser melting (SLM), three-dimensional printing (3DP), techniques such as color jet printing (CJP), directed energy deposition (DED), and the like. A sub-area of the component is, for example, a layer and/or a sub-area of a layer.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Positioniereinheit weg vom ersten Ablageort bewegt, während die Sensoreinheit am Ablageort verbleibt. Das Verfahren ist energieeffizienter, da infolge der Abkopplung des Sensors nach der Messung und der Fortführung der Fertigung der Sensor nicht mitgeführt werden muss. Hierdurch wird die für die Bewegung des Sensors nötige Energie gespart. Zudem kann infolge des weniger mitgeführten Gewichts die Verfahrgeschwindigkeit und die Beschleunigungswerte erhöht und Prozessdauer vermindert werden. Auch die mechanische Beanspruchung und Belastung der beweglichen Teile der 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung wird vermindert und so die Lebensdauer und die nötigen Serviceintervalle verlängert. Weiterhin wird ggfs. ein Platz für das Ankoppeln eines weiteren Druckkopfes frei. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung wird ein nächster Fertigungsschritt zur Herstellung des Bauteils ausgeführt. In einer optionalen Ausführungsform ist der Sensor während des nächsten Fertigungsschrittes mechanisch vom Druckkopf entkoppelt. In a further development of the invention, the positioning unit is moved away from the first storage location, while the sensor unit remains at the storage location. The method is more energy-efficient because, as the sensor is decoupled after the measurement and production continues, it no longer needs to be carried. This saves the energy required to move the sensor. In addition, as the weight is reduced, the travel speed and acceleration values can be increased and the process duration reduced. The mechanical stress and strain on the moving parts of the 3D printing device for additive manufacturing are also reduced, thus extending the service life and the necessary service intervals. Furthermore, space is freed up for coupling an additional print head, if necessary. In an optional development of the invention, a next production step is carried out to manufacture the component. In an optional embodiment, the sensor is mechanically decoupled from the print head during the next production step.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ausführung des nächsten Fertigungsschrittes mit einem mit der ersten Positioniereinheit gekoppelten Druckkopf. Als Druckkopf werden ebenfalls Strahlführungseinheiten verstanden, die in 3D-Druckverfahren ebenfalls zum Einsatz kommen können. Durch die Verwendung eines Druckkopfes an der Positioniereinheit, mit der auch der Sensor koppelbar ist, wird auf eine zusätzliche Positioniereinheit für den Sensor verzichtet. Hierdurch werden Produktions- und Materialkosten bei der Herstellung des 3D-Druckers gesenkt. In a further embodiment of the invention, the next production step is carried out using a print head coupled to the first positioning unit. The print head also refers to beam guidance units, which can also be used in 3D printing processes. By using a print head on the positioning unit, to which the sensor can also be coupled, an additional positioning unit for the sensor is eliminated. This reduces production and material costs in the manufacture of the 3D printer.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird an die Aufnahme der ersten Positioniereinheit ein Druckkopf gekoppelt. Infolge des Ankoppelns eines Druckkopfes an die Position, an der vorher der Sensor gekoppelt war, wird der freie Koppelplatz genutzt um die Produktivität zu steigern. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Druckkopfes wird die Druckgeschwindigkeit erhöht und die Prozesskosten für die 3D-Druckfertigung vermindert. Weiterhin wird die Beanspruchung des gesamten Systems und seiner Bauteile durch verringerte Prozesszeit deutlich weniger belastet und somit die Lebenszeit des 3D-Druckers verlängert. In a further development of the invention, a print head is coupled to the receptacle of the first positioning unit. As a result of coupling a print head to the position where the sensor was previously coupled, the free coupling space is used to increase productivity. Increased. Using an additional print head increases printing speed and reduces process costs for 3D printing. Furthermore, the stress on the entire system and its components is significantly reduced due to reduced process time, thus extending the lifespan of the 3D printer.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Druckkopf an einem zweiten Ablageort angekoppelt. In einer optionalen Ausführungsform wird das Entkoppeln des Sensors, Ankoppeln des Sensors, das Ankoppeln des Druckkopfes und/oder das Entkoppeln des Druckkopfes voll automatisiert durchgeführt. Infolge des Ankoppelns des Druckkopfes an einem zum Ablageort des Sensors verschiedener Position ist gewährleistet, dass sich die beiden Prozesse des An- und Entkoppeln des Druckkopfes und das An- und Entkoppeln des Sensors nicht gegenseitig stören und weder Druckkopf noch Sensor durch den jeweils anderen Prozess beschädigt werden können. In one embodiment of the invention, the print head is coupled at a second storage location. In an optional embodiment, the decoupling of the sensor, the coupling of the sensor, the coupling of the print head, and/or the decoupling of the print head are performed fully automatically. Coupling the print head at a position different from the storage location of the sensor ensures that the two processes of coupling and decoupling the print head and the coupling and decoupling of the sensor do not interfere with each other, and neither the print head nor the sensor can be damaged by the other process.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird der additive Fertigungsschritt mit einem ersten Druckkopf zum Ausbringen von Material ausgeführt wird, und/oder der additive Fertigungsschritt mit einer ersten Positioniereinheit zur Bewegung eines bewegbaren Bautisches ausgeführt wird, und/oder der additive Fertigungsschritt mit einer ersten Positioniereinheit zur Bewegung eines Energiestrahls ausgeführt. Als Energiestrahl wird hier ein Laserstrahl und/oder eine andere Wärmequelle verstanden. In one embodiment of the invention, the additive manufacturing step is carried out with a first print head for dispensing material, and/or the additive manufacturing step is carried out with a first positioning unit for moving a movable construction table, and/or the additive manufacturing step is carried out with a first positioning unit for moving an energy beam. An energy beam is understood here to be a laser beam and/or another heat source.

In einer erfindungsgemäßen Gestaltung wird die Sensoreinheit an eine zweite Positioniereinheit gekoppelt. Die zweite Positioniereinheit weist demnach ebenfalls eine Aufnahme auf, die dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, den Sensor aufzunehmen. Durch die flexiblen Kopplungsmöglichkeiten des Sensors und/oder auch der Druckköpfe ist ein flexibler Einsatz der Positioniereinheiten möglich. Je nach dem welche Aufnahme gerade frei ist, kann diese mit dem Sensor oder Druckkopf gekoppelt werden. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Positioniereinheit unabhängig von der ersten Positioniereinheit in der Prozesskammer positionierbar. Der Vorteil besteht hier nicht nur darin, dass die flexible Positionierung der Positioniereinheiten Vorteile im Fertigungsprozess aufweist. Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass der Fertigungsprozess mit der ersten Positioniereinheit nicht unterbrochen werden muss, wenn beispielsweise die zweite Positioniereinheit mit dem Sensor gekoppelt wird. In one embodiment according to the invention, the sensor unit is coupled to a second positioning unit. The second positioning unit therefore also has a receptacle that is intended and suitable for receiving the sensor. Due to the flexible coupling options of the sensor and/or the print heads, a flexible use of the positioning units is possible. Depending on which receptacle is currently free, it can be coupled to the sensor or print head. In an optional development of the invention, the second positioning unit can be positioned independently of the first positioning unit in the process chamber. The advantage here is not The only advantage is that the flexible positioning of the positioning units offers advantages in the manufacturing process. It is also advantageous that the manufacturing process with the first positioning unit does not have to be interrupted when, for example, the second positioning unit is coupled to the sensor.

Die Aufgabe wird weiterhin mittels der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt. The object is further achieved by means of the 3D printing device according to the invention. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.

Die erfindungsgemäße 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen umfasst eine Prozesskammer, eine Sensoreinheit, eine in und/oder an der Prozesskammer angeordneten ersten Positioniereinheit. Die erste Positioniereinheit weist hierbei eine erste Aufnahme auf. Die erste Aufnahme ist hierbei dafür vorgesehen und dafür geeignet, die Sensoreinheit aufzunehmen. Die Sensoreinheit ist erfindungsgemäß automatisch mit der Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar ist. Die erfindungsgemäße 3D- Druckvorrichtung zeigt eine ganze Reihe von Vorteilen. Durch das Abkoppeln des Sensors kann der Sensor beispielsweise für Wartungszwecke entnommen werden. Der Sensor kann weiterhin an seinem Ablageort abkühlen. Somit wird die Beanspruchung des Sensors vermindert und seine Lebensdauer und Wartungsintervalle verlängert. Die Positioniereinheit ist häufig über und nicht in der Prozesskammer angeordnet. Die Positioniereinheit verfügt häufig über einen oder mehrere Schlitten. An einem Schlitten ist die Druckkopfbaugruppe montiert, von der Druckkopfbaugruppe ragt dann ein Teil in die Prozesskammer. Dies ist insbesondere der Fall bei Hochtemperaturanwendungen wo eine thermische Kapselung durch ein Faltenbalg oder ähnlich stattfindet. The 3D printing device according to the invention for the additive manufacturing of components comprises a process chamber, a sensor unit, and a first positioning unit arranged in and/or on the process chamber. The first positioning unit has a first receptacle. The first receptacle is intended and suitable for receiving the sensor unit. According to the invention, the sensor unit can be automatically coupled and/or decoupled from the receptacle. The 3D printing device according to the invention offers a whole range of advantages. By uncoupling the sensor, it can be removed, for example, for maintenance purposes. The sensor can continue to cool down at its storage location. This reduces the stress on the sensor and extends its service life and maintenance intervals. The positioning unit is often arranged above, rather than in, the process chamber. The positioning unit often has one or more carriages. The print head assembly is mounted on a carriage, and a part of the print head assembly then protrudes into the process chamber. This is particularly the case in high-temperature applications where thermal encapsulation is provided by a bellows or similar.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die 3D-Druckvorrichtung einen Ablageort für die Sensoreinheit auf. In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoreinheit am Ablageort mit der Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar. Die erfindungsgemäße 3D- Druckvorrichtung ist energieeffizienter, da infolge der Abkopplung des Sensors nach der Messung und der Fortführung der Fertigung der Sensor nicht mitgeführt werden muss. Hierdurch wird die für die Bewegung des Sensors nötige Energie gespart. Zudem können infolge des weniger mitgeführten Gewichts die Beschleunigungswerte und Verfahrgeschwindigkeit erhöht und Prozessdauer vermindert werden. Auch die mechanische Beanspruchung und Belastung der beweglichen Teile der 3D- Druckvorrichtung zur additiven Fertigung wird vermindert und so die Lebensdauer und die nötigen Serviceintervalle verlängert. Weiterhin wird ein Platz für das Ankoppeln eines weiteren Druckkopfes frei. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung wird ein nächster Fertigungsschritt zur Herstellung des Bauteils ausgeführt. In einer optionalen Ausführungsform ist der Sensor während des nächsten Fertigungsschrittes mechanisch vom Druckkopf entkoppelt. In a further development of the invention, the 3D printing device has a storage location for the sensor unit. In an optional embodiment of the invention, the sensor unit can be coupled and/or decoupled from the holder at the storage location. The 3D printing device according to the invention is more energy-efficient because, due to the decoupled sensor after the measurement and the continuation of production, the sensor does not have to be transported. This saves the energy required for moving the sensor. In addition, As a result of the reduced weight carried, the acceleration values and travel speed are increased, and the process duration is reduced. The mechanical stress and strain on the moving parts of the 3D printing device for additive manufacturing are also reduced, thus extending the service life and the required service intervals. Furthermore, space is freed up for coupling an additional print head. In an optional development of the invention, a subsequent manufacturing step is carried out to produce the component. In an optional embodiment, the sensor is mechanically decoupled from the print head during the next manufacturing step.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die 3D-Vorrichtung einen Druckkopf auf, der mit einer Aufnahme der ersten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar ist. Durch die Nutzung einer Aufnahme für einen Druckkopf wird die Prozessgeschwindigkeit des mit der 3D-Druckvorrichtung ausgeführten Fertigungsprozesses erhöht. In a further embodiment of the invention, the 3D device comprises a print head that can be coupled and/or decoupled from a receptacle of the first positioning unit. Using a receptacle for a print head increases the speed of the manufacturing process performed with the 3D printing device.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckkopf mit der ersten Aufnahme der Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar. Durch die flexiblen Kopplungsmöglichkeiten des Sensors und/oder auch der Druckköpfe mit der ersten Aufnahme ist ein flexibler Einsatz der Positioniereinheiten möglich. Je nachdem welche Aufnahme gerade frei ist, kann diese mit dem gekoppelt werden. In a further embodiment of the invention, the print head can be coupled and/or decoupled from the first receptacle of the positioning unit. The flexible coupling options of the sensor and/or the print heads to the first receptacle allow for flexible use of the positioning units. Depending on which receptacle is currently free, it can be coupled to the first receptacle.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Prozesskammer ein zweiter Ablageort angeordnet. In einer optionalen erfindungsgemäßen Gestaltung ist der Druckkopf am zweiten Ablageort mit der ersten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar. Für den Austausch von Sensor und Druckkopf mit einer der Aufnahmen der ersten Positioniereinheit ist ein zweiter Ablageort von Vorteil. Das An- und Entkoppeln des Druckkopfes kann so unabhängig von der Anwesenheit des Sensors durchgeführt werden. Sensor und Druckkopf geraten somit nicht in den Gefahrenbereich des jeweiligen Kopplungsprozesses könne hierdurch nicht beschädigt werden. In einer weiteren optionalen Ausführungsform ist der erste Ablageort beabstandet vom zweiten Ablageort. Der Abstand beträgt mindestens 2mm, bevorzugt 10mm besonders bevorzugt 10cm insbesondere bevorzugt in der 3D- Druckvorrichtung. Alternativ kann sich der Ablageort auch in unmittelbarer Nähe außerhalb der 3D-Druckvorrichtung befinden. In a further development of the invention, a second storage location is arranged in the process chamber. In an optional embodiment according to the invention, the print head can be coupled and/or decoupled from the first positioning unit at the second storage location. A second storage location is advantageous for exchanging the sensor and print head with one of the receptacles of the first positioning unit. The coupling and decoupling of the print head can thus be carried out independently of the presence of the sensor. The sensor and print head thus do not enter the danger zone of the respective coupling process and cannot be damaged as a result. In a further In an optional embodiment, the first storage location is spaced apart from the second storage location. The distance is at least 2 mm, preferably 10 mm, particularly preferably 10 cm, particularly preferably within the 3D printing device. Alternatively, the storage location can also be located in the immediate vicinity outside the 3D printing device.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die 3D-Druckvorrichtung eine zweite Positioniereinheit auf. In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Positioniereinheit eine zweite Aufnahme auf. Die zweite Positioniereinheit dient der Produktivitätssteigerung der 3D-Druckvorrichtung. An der zweiten Aufnahme ist ein Druckkopf koppelbar. In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Positioniereinheit unabhängig von der ersten Positioniereinheit in der Prozesskammer bewegbar. Der Vorteil besteht hier nicht nur darin, dass die flexible Positionierung der Positioniereinheiten Vorteile im Fertigungsprozess aufweist. Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass der Fertigungsprozess mit der ersten Positioniereinheit nicht unterbrochen werden muss, wenn beispielsweise die erste Positioniereinheit mit dem Sensor gekoppelt wird. In one embodiment according to the invention, the 3D printing device has a second positioning unit. In an optional embodiment of the invention, the second positioning unit has a second holder. The second positioning unit serves to increase the productivity of the 3D printing device. A print head can be coupled to the second holder. In a further optional embodiment of the invention, the second positioning unit can be moved in the process chamber independently of the first positioning unit. The advantage here is not only that the flexible positioning of the positioning units has advantages in the manufacturing process. It is also advantageous that the manufacturing process with the first positioning unit does not have to be interrupted when, for example, the first positioning unit is coupled to the sensor.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung sind der Druckkopf und/oder die Sensoreinheit mit der zweiten Aufnahme der zweiten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar. Die damit erreichte Flexibilität in den Kopplungsmöglichkeiten der ersten und/oder der zweiten Aufnahme an der ersten bzw. zweiten Positioniereinheit ermöglicht flexible und dynamische Prozesse. Hierdurch ist eine Reduzierung der Prozesszeiten und der Herstellungskosten mit der 3D-Druckvorrichtung möglich. Ebenfalls ist es möglich einen zweiten Sensor mit der zweiten Aufnahme der zweiten Positioniereinheit zu koppeln. In a further development according to the invention, the print head and/or the sensor unit can be coupled and/or decoupled to the second receptacle of the second positioning unit. The resulting flexibility in the coupling options of the first and/or second receptacle to the first and second positioning units, respectively, enables flexible and dynamic processes. This makes it possible to reduce process times and manufacturing costs with the 3D printing device. It is also possible to couple a second sensor to the second receptacle of the second positioning unit.

In einer erfindungsgemäßen Gestaltung ist die Sensoreinheit und/oder der Druckkopf automatisch mit der ersten Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar. Durch das automatisierte Koppeln und/oder Entkoppeln ist ein Eingreifen von Personal beim Koppeln und Entkoppeln nicht nötig. Die Produktkosten eines mit der erfindungsgemäßen 3D- Druckvorrichtung können so gesenkt werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die erste und/oder die zweite Positioniereinheit eine dritte Aufnahme auf. In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Aufnahme mit dem Druckkopf und/oder der Sensoreinheit koppelbar und/oder entkoppelbar. Durch die dritte Aufnahme ist es gewährleistet, dass eine Positioniervorrichtung zwei Aufnahmen aufweist. Hierdurch können bei der Kopplung von zwei Druckköpfen an einer Positioniervorrichtung die Prozesszeiten vermindert werden. Weiterhin ist es möglich, während des Druckvorgangs mit der Positioniervorrichtung parallel Messungen mit dem Sensor durchzuführen. In one embodiment according to the invention, the sensor unit and/or the print head can be automatically coupled and/or decoupled from the first receptacle. Due to the automated coupling and/or decoupling, personnel intervention during coupling and decoupling is not necessary. The product costs of a 3D printing device produced with the invention can thus be reduced. In one embodiment of the invention, the first and/or second positioning unit has a third receptacle. In an optional development of the invention, the third receptacle can be coupled to and/or decoupled from the print head and/or the sensor unit. The third receptacle ensures that one positioning device has two receptacles. This can reduce process times when coupling two print heads to one positioning device. Furthermore, it is possible to perform measurements with the sensor in parallel during the printing process with the positioning device.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the method and device according to the invention are shown schematically in simplified form in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen: They show:

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen 3d- Druckvorrichtung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the method according to the invention and the 3D printing device according to the invention are shown schematically in simplified form in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen: They show:

Fig. 1 : 3D- Druckvorrichtung: zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 1 : 3D printing device: two print heads, one measuring head, execution of an additive manufacturing step

Fig. 2: 3D- Druckvorrichtung: zwei Druckköpfe, ein Messkopf, 3D-ln-Situ MonitoringFig. 2: 3D printing device: two print heads, one measuring head, 3D in-situ monitoring

Fig. 3: 3D- Druckvorrichtung: zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Erfassung von Prozessparametern Fig. 3: 3D printing device: two print heads, one measuring head, recording of process parameters

Fig. 4: 3D- Druckvorrichtung: Ein Druckkopf, ein Messkopf, Erfassung von Prozessparametern Fig. 4: 3D printing device: One print head, one measuring head, recording of process parameters

Fig. 5: 3D- Druckvorrichtung: Ein Druckkopf, ein Messkopf, Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 6: 3D- Druckvorrichtung: Zwei X-Achsen, vier Druckköpfe, ein Messkopf, Erfassung von Prozessparametern und Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 5: 3D printing device: One print head, one measuring head, execution of an additive manufacturing step Fig. 6: 3D printing device: Two X-axes, four print heads, one measuring head, recording of process parameters and execution of an additive manufacturing step

Fig. 7: 3D- Druckvorrichtung: Zwei X-Achsen, vier Druckköpfe, Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 7: 3D printing device: Two X-axes, four print heads, execution of an additive manufacturing step

Fig. 8: 3D- Druckvorrichtung: Zwei X-Achsen, vier Druckköpfe, 3D-ln-Situ MonitoringFig. 8: 3D printing device: Two X-axes, four print heads, 3D in-situ monitoring

Fig. 9: 3D- Druckvorrichtung: zwei X-Achsen, zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Erfassung von Prozessparametern und Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 9: 3D printing device: two X-axes, two print heads, one measuring head, recording of process parameters and execution of an additive manufacturing step

Fig. 10: 3D- Druckvorrichtung: zwei X-Achsen, zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 10: 3D printing device: two X-axes, two print heads, one measuring head, execution of an additive manufacturing step

Fig. 11 : 3D- Druckvorrichtung: zwei unabhängige XY-Positioniersysteme, zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Erfassung von Prozessparametern und Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes Fig. 11 : 3D printing device: two independent XY positioning systems, two print heads, one measuring head, recording of process parameters and execution of an additive manufacturing step

Fig. 12: 3D- Druckvorrichtung: zwei unabhängige XY-Positioniersysteme, zwei Druckköpfe, ein Messkopf, Ausführung eines additiven FertigungsschrittesFig. 12: 3D printing device: two independent XY positioning systems, two print heads, one measuring head, execution of an additive manufacturing step

Fig. 13: 3D- Druckvorrichtung: Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahren (mit Linienprofilsensor, beweglich) Fig. 13: 3D printing device: Closed-loop powder bed system process (with line profile sensor, movable)

Fig. 14: 3D- Druckvorrichtung: Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahren (mit Snapshotsensor, beweglich) Fig. 14: 3D printing device: Closed-loop powder bed system process (with snapshot sensor, movable)

Fig. 15: 3D- Druckvorrichtung: Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahren (mit Snapshotsensor, fest) Fig. 15: 3D printing device: Closed-loop powder bed system process (with snapshot sensor, fixed)

Fig. 16: 3D- Druckvorrichtung: Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahren basierend aufFig. 16: 3D printing device: Closed-loop powder bed system process based on

3D Plasma Metall Depositen und Laserauftragsschweißen (mit Linienprofilsensor oder Snapshotsensor) 3D plasma metal deposits and laser cladding (with line profile sensor or snapshot sensor)

Fig. 17: 3D- Druckvorrichtung: Closed-Loop-Wire+ARC-Verfahren (mit Linienprofilsensor oder Snapshotsensor) Fig. 17: 3D printing device: Closed-Loop Wire+ARC process (with line profile sensor or snapshot sensor)

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D-Fig. 1 shows a plan view of an embodiment of a 3D

Druckvorrichtung 100. In diesem und folgenden Ausführungsbeispielen (s. Fig. 2 bis Fig. 12) ist ein Bauteil 200 mittels schmelzschicht-basiertem 3D-Druck (Filament und/oder Gra- nulat-basiert) herstellbar. Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist die Prozesskammer 1 auf, in der das Bauteil 200 angeordnet und gefertigt wird. Printing device 100. In this and the following embodiments (see Fig. 2 to Fig. 12), a component 200 can be manufactured using melt-layer-based 3D printing (filament and/or granule-based). The 3D printing device 100 has the process chamber 1 in which the component 200 is arranged and manufactured.

Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist weiterhin eine erste Positioniereinheit 11 auf, auf der eine erste Aufnahme 21 in der Prozesskammer 1 in x,y-Richtung verfahrbar und/oder positionierbar ist. Die Aufnahme 21 weist Halterungen für insgesamt zwei Druckköpfe 50 und/oder Sensoreinheiten 10 auf. Die Halterungen sind derart ausgeführt, dass Druckköpfe 50 und/oder Sensoreinheiten 10 mechanisch mit der Aufnahme 21 gekoppelt bzw. entkoppelt werden können. In diesem und den beiden folgenden Ausführungsbeispielen (s. Fig. 2, Fig. 3) weist die 3D-Druckvorrichtung 100 zwei Druckköpfe 50 auf. The 3D printing device 100 further comprises a first positioning unit 11, on which a first receptacle 21 can be moved and/or positioned in the x, y direction in the process chamber 1. The receptacle 21 has holders for a total of two print heads 50 and/or sensor units 10. The holders are designed such that the print heads 50 and/or sensor units 10 can be mechanically coupled to or decoupled from the receptacle 21. In this and the two following embodiments (see Fig. 2, Fig. 3), the 3D printing device 100 has two print heads 50.

Zur Überwachung der Prozessparameter während der additiven Fertigung eines Bauteils 200 wird ein erster additiver Fertigungsschritt zur Herstellung des Bauteils 200 ausgeführt, die zwei Druckköpfe 50 sind dazu an der ersten Aufnahme 21 gekoppelt. Der additive Fertigungsschritt wird mit einer ersten Positioniereinheit 11 zum Ausbringen von Material ausgeführt, beide Druckköpfe 50 bringen Material auf das Bauteil 200 aus. Ein Fertigungsschritt ist in diesem und allen folgenden Ausführungsbeispielen die additive Fertigung einer Schicht oder Teilbereichs einer Schicht des Bauteils 200. Die Sensoreinheit 10 ist im ersten Ablageort 31 in Parkposition angeordnet. To monitor the process parameters during the additive manufacturing of a component 200, a first additive manufacturing step is carried out to produce the component 200. The two print heads 50 are coupled to the first holder 21 for this purpose. The additive manufacturing step is carried out with a first positioning unit 11 for dispensing material; both print heads 50 apply material to the component 200. In this and all subsequent embodiments, a manufacturing step is the additive manufacturing of a layer or partial region of a layer of the component 200. The sensor unit 10 is arranged in the park position in the first storage location 31.

Prozessparameter umfassen z.B. Daten über die Anzahl der Prozessschritte, Prozesstemperatur, das auszubringende Materialvolumen, die Extrusionsgeschwindigkeit, den Massenstrom, die Vorschubgeschwindigkeit, die Beschleunigung, die Belichtungszeit das Druckgewicht und/oder das Druckvolumen sowie Bauteildaten. Bauteildaten des Bauteils 200 umfassen z.B. Wandstärken, Schichthöhen, Aufbau des Bauteils, die Dichte, die Infill- struktur. Process parameters include, for example, data on the number of process steps, process temperature, the material volume to be dispensed, the extrusion speed, the mass flow, the feed rate, the acceleration, the exposure time, the print weight and/or the print volume, as well as component data. Component data for component 200 includes, for example, wall thicknesses, layer heights, the component structure, the density, and the infill structure.

Fig. 2 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ermittlung eines Prozessparameters und gleichzeitiger Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes. Einer der beiden Druckköpfe 50 ist weiterhin an der ersten Aufnahme 21 gekoppelt, die Sensoreinheit 10 wird ebenfalls an die erste Aufnahme 21 gekoppelt. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 die erste Aufnahme 21 an den zweiten Ablageort 32, entkoppelt dort einen Druckkopf 50, verfährt an den ersten Ablageort 31 und koppelt dort die Sensoreinheit 10 an. In dieser Konfiguration führt der an der Aufnahme 21 gekoppelte Druckkopf 50 einen additiven Fertigungsschritt aus, während gleichzeitig die Sensoreinheit 10 Prozessparameter ermittelt. Dieses 3D-ln-Situ Monitoring wird insbesondere angewendet für das Erkennen von Fehlern während der Herstellung des Bauteils 200. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen dann in die Behebung aufgetretener Abweichungen zwischen Soll und Ist. Dabei werden unterschiedliche Methoden benutzt, um die aufgetretenen Fehler zu beheben und das Bauteil 200 innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen fertigzustellen. Fig. 2 shows the 3D printing device 100 during the determination of a process parameter and simultaneous execution of an additive manufacturing step. One of the two print heads 50 is still coupled to the first mount 21, and the sensor unit 10 is also coupled to the first mount 21. For this purpose, the first positioning unit 11 moves The first holder 21 is moved to the second storage location 32, decouples a print head 50 there, moves to the first storage location 31, and couples the sensor unit 10 there. In this configuration, the print head 50 coupled to the holder 21 performs an additive manufacturing step, while simultaneously the sensor unit 10 determines process parameters. This 3D in-situ monitoring is used in particular for detecting errors during the production of the component 200. The findings obtained are then used to correct any deviations between the target and actual values. Different methods are used to correct the errors that have occurred and to complete the component 200 within the specified specifications.

Fig. 3 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ermittlung eines Prozessparameters. Beide Druckköpfe 50 sind in dem zweiten Ablageort 32 angeordnet, die Sensoreinheit 10 ist an der ersten Aufnahme 21 gekoppelt und wird mittels der Positioniereinheit 11 innerhalb der Prozesskammer verfahren. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 die erste Aufnahme 21 an den zweiten Ablageort 32 und entkoppelt dort den Druckkopf 50. Fig. 3 shows the 3D printing device 100 during the determination of a process parameter. Both print heads 50 are arranged in the second storage location 32, the sensor unit 10 is coupled to the first holder 21, and is moved within the process chamber by means of the positioning unit 11. For this purpose, the first positioning unit 11 moves the first holder 21 to the second storage location 32 and decouples the print head 50 there.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D- Druckvorrichtung 100 mit einer ersten Positioniereinheit 11 , auf der ebenfalls eine erste Aufnahme 21 in der Prozesskammer 1 in x,y-Richtung verfahrbar ist. Die Aufnahme 21 weist eine Halterung für einen Druckkopf 50 und/oder eine Sensoreinheit 10 auf. In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 5) weist die 3D-Druckvorrichtung 100 einen Druckkopf 50 auf. Zur Überwachung der Prozessparameter ist die Sensoreinheit 10 mit der ersten Aufnahme 21 gekoppelt, wird mittels der Positioniereinheit 11 innerhalb der Prozesskammer 1 verfahren und erfasst Prozessparameter des Bauteils 200. Der Druckkopf 50 ist in dem zweiten Ablageort 32 angeordnet. Fig. 4 shows a plan view of an embodiment of a 3D printing device 100 according to the invention with a first positioning unit 11, on which a first holder 21 can also be moved in the x, y direction in the process chamber 1. The holder 21 has a holder for a print head 50 and/or a sensor unit 10. In this and the following embodiment (see Fig. 5), the 3D printing device 100 has a print head 50. To monitor the process parameters, the sensor unit 10 is coupled to the first holder 21, is moved by means of the positioning unit 11 within the process chamber 1 and records process parameters of the component 200. The print head 50 is arranged in the second storage location 32.

Fig. 5 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 die erste Aufnahme 21 an den ersten Ablageort 31 , entkoppelt dort die Sensoreinheit 10, verfährt an den zweiten Ablageort 32 und koppelt dort den Druckkopf 50 an. Die Positioniereinheit 11 wird weg vom ersten Ablageort 31 bewegt, während die Sensoreinheit 10 am ersten Ablageort 31 verbleibt. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D- Druckvorrichtung 100 mit einer ersten Positioniereinheit 11 , mittels der zwei erste Aufnahmen 21 , 22 unabhängig voneinander in x-Richtung in der Prozesskammer 1 verfahrbar sind. In diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen (s. Fig. 7, Fig. 8) weist jede erste Aufnahme 21 Halterungen für jeweils zwei Druckköpfe 50 und/oder Sensoreinheiten 10 auf, die 3D-Druckvorrichtung 100 weist vier Druckköpfe 50 auf. Fig. 5 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step. For this purpose, the first positioning unit 11 moves the first holder 21 to the first storage location 31, decouples the sensor unit 10 there, moves to the second storage location 32, and couples the print head 50 there. The positioning unit 11 is moved away from the first storage location 31, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31. Fig. 6 shows a plan view of an embodiment of a 3D printing device 100 according to the invention with a first positioning unit 11, by means of which two first receptacles 21, 22 can be moved independently of one another in the x-direction in the process chamber 1. In this and the following embodiments (see Fig. 7, Fig. 8), each first receptacle 21 has holders for two print heads 50 and/or sensor units 10, respectively; the 3D printing device 100 has four print heads 50.

Zur Ermittlung eines Prozessparameters und gleichzeitiger Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes ist die Sensoreinheit 10 an einer ersten Aufnahme 21 gekoppelt, zwei Druckköpfe 50 sind an der anderen ersten Aufnahme 21 gekoppelt, zwei weitere Druckköpfe 50 sind in dem zweiten Ablageort 32 angeordnet. Die erste Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 wird mittels der Positioniereinheit 11 innerhalb der Prozesskammer 1 verfahren und erfasst Prozessparameter des Bauteils 200. Gleichzeitig wird ein additiver Fertigungsschritt ausgeführt, indem die weitere erste Aufnahme 21 mit den gekoppelten Druckköpfen 50 innerhalb der Prozesskammer 1 unabhängig in x-Richtung von der ersten erste Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 verfahren wird. To determine a process parameter and simultaneously carry out an additive manufacturing step, the sensor unit 10 is coupled to a first receptacle 21, two print heads 50 are coupled to the other first receptacle 21, and two further print heads 50 are arranged in the second storage location 32. The first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200. At the same time, an additive manufacturing step is carried out by moving the further first receptacle 21 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x-direction of the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.

Fig. 7 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 die erste Aufnahme 21 an den ersten Ablageort 31 , entkoppelt dort die Sensoreinheit 10, verfährt an den zweiten Ablageort 32 und koppelt dort die Druckköpfe 50 an. Die Aufnahme wird mit der Positioniereinheit 11 weg vom ersten Ablageort 31 bewegt, während die Sensoreinheit 10 am ersten Ablageort 31 verbleibt. Fig. 7 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step. For this purpose, the first positioning unit 11 moves the first holder 21 to the first storage location 31, decouples the sensor unit 10 there, moves it to the second storage location 32, and couples the print heads 50 there. The holder is moved away from the first storage location 31 by the positioning unit 11, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.

Fig. 8 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes und 3D-ln-Situ Monitoring. Einer der beiden Druckköpfe 50 ist weiterhin an der ersten Aufnahme 21 gekoppelt, die Sensoreinheit 10 wird ebenfalls an die erste Aufnahme 21 gekoppelt. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 eine erste Aufnahme 21 an den zweiten Ablageort 32, entkoppelt dort einen Druckkopf 50, verfährt an den ersten Ablageort 31 und koppelt dort die Sensoreinheit 10 an. Die weitere erste Aufnahme 21 weist weiterhin zwei gekoppelte Druckköpfe 50 auf. In dieser Konfiguration führen die an den Aufnahmen 21 gekoppelte Druckköpfe 50 einen additiven Fertigungsschritt aus, während gleichzeitig die Sensoreinheit 10 Prozessparameter ermittelt. Fig. 8 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step and 3D in-situ monitoring. One of the two print heads 50 is still coupled to the first receptacle 21, the sensor unit 10 is also coupled to the first receptacle 21. For this purpose, the first positioning unit 11 moves a first receptacle 21 to the second storage location 32, decouples a print head 50 there, moves to the first storage location 31 and couples the sensor unit 10 there. The further first receptacle 21 also has two coupled print heads 50. In this configuration, the Recordings 21 coupled print heads 50 carry out an additive manufacturing step, while at the same time the sensor unit 10 determines process parameters.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D- Druckvorrichtung 100 mit einer ersten Positioniereinheit 11 , mittels der ebenfalls zwei erste Aufnahmen 21 , 22 unabhängig voneinander in x-Richtung in der Prozesskammer 1 verfahrbar sind. In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 10) weist eine erste Aufnahme 21 Halterungen für jeweils zwei Druckköpfe 50 und/oder Sensoreinheiten 10 auf, die weitere erste Aufnahme eine Halterung für eine Sensoreinheit 10. Die 3D-Druckvorrich- tung 100 weist zwei Druckköpfe 50 auf. Fig. 9 shows a plan view of an embodiment of a 3D printing device 100 according to the invention with a first positioning unit 11, by means of which two first receptacles 21, 22 can also be moved independently of one another in the x-direction in the process chamber 1. In this and the following embodiment (see Fig. 10), a first receptacle 21 has holders for two print heads 50 and/or sensor units 10 each, and the further first receptacle has a holder for one sensor unit 10. The 3D printing device 100 has two print heads 50.

Zur Ermittlung eines Prozessparameters und gleichzeitiger Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes ist die Sensoreinheit 10 an einer ersten Aufnahme 21 gekoppelt, zwei Druckköpfe 50 sind an der anderen ersten Aufnahme 21 gekoppelt. Die erste Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 wird mittels der Positioniereinheit 11 innerhalb der Prozesskammer 1 verfahren und erfasst Prozessparameter des Bauteils 200. Gleichzeitig wird ein additiver Fertigungsschritt ausgeführt, indem die weitere erste Aufnahme 21 mit den gekoppelten Druckköpfen 50 innerhalb der Prozesskammer 1 unabhängig in x-Rich- tung von der ersten Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 verfahren wird. To determine a process parameter and simultaneously perform an additive manufacturing step, the sensor unit 10 is coupled to a first receptacle 21, and two print heads 50 are coupled to the other first receptacle 21. The first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200. At the same time, an additive manufacturing step is carried out by moving the further first receptacle 21 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x-direction of the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.

Fig. 10 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 eine erste Aufnahme 21 an den ersten Ablageort 31 und entkoppelt dort die Sensoreinheit 10. Die Positioniereinheit 11 wird weg vom ersten Ablageort 31 bewegt, während die Sensoreinheit 10 am ersten Ablageort 31 verbleibt. Fig. 10 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step. For this purpose, the first positioning unit 11 moves a first holder 21 to the first storage location 31 and decouples the sensor unit 10 there. The positioning unit 11 is moved away from the first storage location 31, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.

Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 3D- Druckvorrichtung 100 mit einer ersten Positioniereinheit 11 , auf der eine erste Aufnahme 21 in der Prozesskammer 1 in x,y-Richtung verfahrbar ist. Weiterhin weist die 3D-Druckvor- richtung 100 eine zweite Positioniereinheit 12 auf, auf der eine zweite Aufnahme 22 in der Prozesskammer 1 ebenfalls in x,y-Richtung unabhängig von der ersten Positioniereinheit 11 und der ersten Aufnahme 11 verfahrbar ist. In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. Fig. 12) weist die erste Aufnahme 21 Halterungen für zwei Druckköpfe 50 und/oder Sensoreinheiten 10 auf, die zweite Aufnahme 22 weist eine Halterung für eine Sensoreinheit 10 auf. Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist zwei Druckköpfe 50 auf. In der Probenkammer 1 ist nur ein erster Ablageort 31 angeordnet. Fig. 11 shows a plan view of an embodiment of a 3D printing device 100 according to the invention with a first positioning unit 11, on which a first holder 21 is movable in the x,y direction in the process chamber 1. Furthermore, the 3D printing device 100 has a second positioning unit 12, on which a second holder 22 is movable in the process chamber 1, also in the x,y direction, independently of the first positioning unit. 11 and the first receptacle 11. In this and the following exemplary embodiment (see Fig. 12), the first receptacle 21 has holders for two print heads 50 and/or sensor units 10, and the second receptacle 22 has a holder for a sensor unit 10. The 3D printing device 100 has two print heads 50. Only a first storage location 31 is arranged in the sample chamber 1.

Zur Ermittlung eines Prozessparameters und gleichzeitiger Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes ist die Sensoreinheit 10 an der zweiten Aufnahme 22 gekoppelt, zwei Druckköpfe 50 sind an der ersten Aufnahme 21 gekoppelt. Die zweite Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 wird mittels der Positioniereinheit 11 innerhalb der Prozesskammer 1 verfahren und erfasst Prozessparameter des Bauteils 200. Gleichzeitig wird ein additiver Fertigungsschritt ausgeführt, indem die zweite Aufnahme 22 mit den gekoppelten Druckköpfen 50 innerhalb der Prozesskammer 1 unabhängig in x,y-Richtung von der ersten Aufnahme 21 mit der gekoppelten Sensoreinheit 10 verfahren wird. To determine a process parameter and simultaneously perform an additive manufacturing step, the sensor unit 10 is coupled to the second receptacle 22, and two print heads 50 are coupled to the first receptacle 21. The second receptacle 21 with the coupled sensor unit 10 is moved within the process chamber 1 by means of the positioning unit 11 and records process parameters of the component 200. At the same time, an additive manufacturing step is performed by moving the second receptacle 22 with the coupled print heads 50 within the process chamber 1 independently in the x, y direction from the first receptacle 21 with the coupled sensor unit 10.

Fig. 12 zeigt die 3D-Druckvorrichtung 100 während der Ausführung eines additiven Fertigungsschrittes. Dazu verfährt die erste Positioniereinheit 11 die zweite Aufnahme 21 an den ersten Ablageort 31 und entkoppelt dort die Sensoreinheit 10. Die erste Positioniereinheit 11 wird weg vom ersten Ablageort 31 bewegt, während die Sensoreinheit 10 am ersten Ablageort 31 verbleibt. Fig. 12 shows the 3D printing device 100 during the execution of an additive manufacturing step. For this purpose, the first positioning unit 11 moves the second holder 21 to the first storage location 31 and decouples the sensor unit 10 there. The first positioning unit 11 is moved away from the first storage location 31, while the sensor unit 10 remains at the first storage location 31.

Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer 3D-Druckvorrichtung 100 zur Ausführung eines Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils 200. In diesem additiven Fertigungsverfahren schmilzt und verschmilzt ein Laser 60 selektiv kleine Materialpartikel in einem Pulverbett. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Bauteil 200 fertiggestellt ist. Mit Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfah- ren können Teile mit komplexen Geometrien und komplizierten Details mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit hergestellt werden. Fig. 13 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for performing a closed-loop powder bed system process for the additive manufacturing of a component 200. In this additive manufacturing process, a laser 60 selectively melts and fuses small material particles in a powder bed. This process is repeated until the component 200 is completed. Closed-loop powder bed system processes can produce parts with complex geometries and intricate details with high accuracy and repeatability.

Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist den Laser 60 auf, dessen Laserstrahl S mittels einer Optik 61 auf das Bauteil 200 gelenkt wird. Das Bauteil 200 ist innerhalb der räumlich abge- schlossenen Prozesskammer 1 angeordnet. Außerhalb der Prozesskammer 1 ist eine Sensoreinheit 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als in x,y-Richtung beweglicher Linienprofilsensor ausgeführt ist. The 3D printing device 100 has the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 61. The component 200 is within the spatially separated closed process chamber 1. Outside the process chamber 1, a sensor unit 10 is arranged, which in this embodiment is designed as a line profile sensor movable in the x,y direction.

Linienprofilsensoren 10 sind Abstandsmessgeräte. Die Linienprofilsensoren 10 arbeiten mit dem Triangulationsprinzip und projizieren einen einzelnen Laserpunkt auf das Bauteil 200. Der Linienprofilsensor 10 weist daher ebenfalls einen Strahlengang SM auf. Linienprofilsensoren 10 sind in der Lage, in Bewegungsrichtung Profile am Bauteil 200 aufzunehmen, oder bei schnellen Prozessen Abstände zu messen. Sie werden üblicherweise für Objektabmessungen wie Dicke, Höhe und Oberflächenrauheit verwendet. Line profile sensors 10 are distance measuring devices. Line profile sensors 10 operate on the triangulation principle and project a single laser spot onto the component 200. Therefore, the line profile sensor 10 also has a beam path SM. Line profile sensors 10 are capable of recording profiles on the component 200 in the direction of movement or measuring distances during fast processes. They are typically used for object dimensions such as thickness, height, and surface roughness.

Strahlengang S des Laserstrahls des Lasers 60 und Strahlengang SM der Sensoreinheit 10 sind unabhängig voneinander, d.h. während der additiven Fertigung des Bauteils 200 mit dem Laserstrahl S können Prozessparameter mit der Sensoreinheit 10 erfasst werden, ohne die additive Fertigung zu unterbrechen. Gleichzeitig ist die Sensoreinheit 10 vor thermischen Auswirkungen des Laserstrahls S geschützt angeordnet. Beam path S of the laser beam of the laser 60 and beam path SM of the sensor unit 10 are independent of each other, i.e., during the additive manufacturing of the component 200 with the laser beam S, process parameters can be recorded with the sensor unit 10 without interrupting the additive manufacturing process. At the same time, the sensor unit 10 is arranged in a manner protected from the thermal effects of the laser beam S.

Fig. 14 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer 3D-Druckvorrichtung 100 ebenfalls zur Ausführung eines Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahrens zur additiven Fertigung eines Bauteils 200. Fig. 14 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 also for carrying out a closed-loop powder bed system method for the additive manufacturing of a component 200.

Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist ebenfalls den Laser 60 auf, dessen Laserstrahl S mittels einer Optik 61 auf das Bauteil 200 gelenkt wird. Das Bauteil 200 ist innerhalb der räumlich abgeschlossenen Prozesskammer 1 angeordnet. Außerhalb der Prozesskammer 1 ist eine Sensoreinheit 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als in x,y-Richtung beweglicher Snapshot-Sensor ausgeführt ist. The 3D printing device 100 also includes the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 61. The component 200 is arranged within the spatially enclosed process chamber 1. A sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1, which in this embodiment is designed as a snapshot sensor movable in the x,y direction.

Im Gegensatz zu Linienprofilsensoren verwenden Snapshot-Sensoren einen einzelnen Snapshot-Scan für das Scannen von Objekten im Start/Stop Modus. Strahlengang S des Laserstrahls des Lasers 60 und Strahlenbündel SM der Sensoreinheit 10 sind ebenfalls unabhängig voneinander. Die Sensoreinheit 10 ist ebenfalls vor thermischen Auswirkungen des Laserstrahls S geschützt angeordnet. In einer Variante des vorstehenden Ausführungsbeispiels (s. Fig. 14) zeigt Fig. 15 eine 3D- Druckvorrichtung 100 mit einem fest angeordneten Snapshot-Sensor 10, der außerhalb der Prozesskammer 1 angeordnet ist. Das Strahlenbündel SM des Snapshot-Sensors 10 überstreicht die gesamte x,y-Ebene der Prozesskammer 1 , um Prozessparameter des Bauteils 200 zu erfassen. In contrast to line profile sensors, snapshot sensors use a single snapshot scan for scanning objects in start/stop mode. The beam path S of the laser beam of the laser 60 and the beam bundle SM of the sensor unit 10 are also independent of each other. The sensor unit 10 is also arranged in a manner protected from the thermal effects of the laser beam S. In a variant of the above embodiment (see Fig. 14), Fig. 15 shows a 3D printing device 100 with a fixed snapshot sensor 10 arranged outside the process chamber 1. The beam SM of the snapshot sensor 10 sweeps the entire x,y plane of the process chamber 1 in order to record process parameters of the component 200.

Fig. 16 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer 3D-Druckvorrichtung 100 zur Ausführung eines Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahrens mit 3D Plasma Metall Deposition und Laserauftragsschweißen zur additiven Fertigung eines Bauteils 200. In diesem additiven Fertigungsverfahren schmilzt und verschmilzt ein Laser 60 selektiv kleine Materialpartikel, die aus einer Düse 51 auf das Bauteil 200 aufgebracht werden. Fig. 16 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for carrying out a closed-loop powder bed system process with 3D plasma metal deposition and laser cladding for the additive manufacturing of a component 200. In this additive manufacturing process, a laser 60 selectively melts and fuses small material particles that are applied to the component 200 from a nozzle 51.

Die 3D-Druckvorrichtung 100 weist ebenfalls den Laser 60 auf, dessen Laserstrahl S mittels einer Optik 62 auf das Bauteil 200 gelenkt wird. Das Bauteil 200 ist optional innerhalb einer räumlich abgeschlossenen Prozesskammer 1 angeordnet. Außerhalb der Prozesskammer 1 ist eine Sensoreinheit 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als fest angeordneter, optional in x,y-Richtung beweglicher Linienprofilsensor ausgeführt ist. Die Sensoreinheit 10 kann in einer anderen Ausführung auch ein fest angeordneter, optional in x,y- Richtung beweglicher Snapshot-Sensor sein. The 3D printing device 100 also includes the laser 60, whose laser beam S is directed onto the component 200 by means of an optics 62. The component 200 is optionally arranged within a spatially enclosed process chamber 1. A sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1. In this exemplary embodiment, it is designed as a fixed line profile sensor that is optionally movable in the x,y direction. In another embodiment, the sensor unit 10 can also be a fixed snapshot sensor that is optionally movable in the x,y direction.

Fig. 17 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer 3D-Druckvorrichtung 100 zur Ausführung eines Closed-Loop-Pulverbettsystem-Verfahrens mit ARC-Verfahren. In diesem Verfahren wird eine Drahtelektrode 70 aus einer Düse 51 auf das Bauteil 200 aufgetragen und geschmolzen, der Prozess basiert auf dem Lichtbogenschweißen. Auch hier ist das Bauteil 200 optional innerhalb einer räumlich abgeschlossenen Prozesskammer 1 angeordnet. Außerhalb der Prozesskammer 1 ist eine Sensoreinheit 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als fest angeordneter, optional in x,y-Richtung beweglicher Linienprofilsensor ausgeführt ist. Die Sensoreinheit 10 kann in einer anderen Ausführung auch ein fest angeordneter, optional in x,y-Richtung beweglicher Snapshot-Sensor sein. BEZUGSZEICHENLISTE Fig. 17 shows a side view of an embodiment of a 3D printing device 100 for executing a closed-loop powder bed system process using the ARC process. In this process, a wire electrode 70 is applied to the component 200 from a nozzle 51 and melted; the process is based on arc welding. Here, too, the component 200 is optionally arranged within a spatially enclosed process chamber 1. A sensor unit 10 is arranged outside the process chamber 1, which in this embodiment is designed as a fixed line profile sensor that is optionally movable in the x,y direction. In another embodiment, the sensor unit 10 can also be a fixed snapshot sensor that is optionally movable in the x,y direction. LIST OF REFERENCE SYMBOLS

1 Prozesskammer 1 process chamber

10 Sensoreinheit 10 Sensor unit

11 Erste Positioniereinheit11 First positioning unit

12 Zweite Positioniereinheit12 Second positioning unit

21 Erste Aufnahme 21 First recording

22 Zweite Aufnahme 22 Second shot

31 Erster Ablageort 31 First storage location

32 Zweiter Ablageort 32 Second storage location

50 Druckkopf 50 printhead

51 Düse 51 nozzle

60 Laser 60 lasers

61 Umkehrspiegel 61 reversing mirrors

62 Optik 62 Optics

70 Draht 70 wire

100 3D-Druckvorrichtung100 3D printing devices

200 Bauteil 200 components

S Strahlengang S beam path

SM Strahlengang Messgerät SM beam path measuring device

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens mit den Verfahrensschritten: 1. Method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process with the following process steps: • Ausführen eines Fertigungsschrittes zur Herstellung eines Bauteils mit einem additiven Fertigungsverfahren in einer Prozesskammer, • Carrying out a manufacturing step for producing a component using an additive manufacturing process in a process chamber, • Ermitteln eines Prozessparameters mit einer Sensoreinheit,• Determining a process parameter with a sensor unit, • Positionieren der Sensoreinheit an einem ersten Ablageort in einer Prozesskammer mittels einer ersten Positioniereinheit,• Positioning the sensor unit at a first storage location in a process chamber by means of a first positioning unit, • Mechanisches An- und/oder Abkoppeln der Sensoreinheit am ersten Ablageort von einer Aufnahme der ersten Positioniereinheit. • Mechanical coupling and/or decoupling of the sensor unit at the first storage location from a holder of the first positioning unit. 2. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme mit der Positioniereinheit weg vom ersten Ablageort bewegt wird während die Sensoreinheit am Ablageort verbleibt. 2. Method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to claim 1, characterized in that the holder with the positioning unit is moved away from the first storage location while the sensor unit remains at the storage location. 3. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein nächster Fertigungsschritt zur Herstellung des Bauteils ausgeführt wird. 3. Method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to claim 1 or 2, characterized in that a next manufacturing step is carried out to produce the component. 4. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit während des nächsten Fertigungsschrittes mechanisch vom Druckkopf entkoppelt ist. 4. A method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to claim 3, characterized in that the sensor unit is mechanically decoupled from the print head during the next manufacturing step. 5. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des nächsten Fertigungsschrittes mit einem mit der ersten Positioniereinheit gekoppelten Druckkopf erfolgt. 5. A method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to one of claims 1 to 4, characterized in that the execution of the next manufacturing step takes place with a print head coupled to the first positioning unit. 6. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Aufnahme der ersten Positioniereinheit ein Druckkopf gekoppelt wird. 6. Method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to one of claims 1 to 5, characterized in that a print head is coupled to the receptacle of the first positioning unit. 7. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf an einem zweiten Ablageort ent- und/oder angekoppelt wird. 7. A method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to claim 6, characterized in that the print head is coupled and/or decoupled at a second storage location. 8. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der additive Fertigungsschritt mit einem ersten Druckkopf zum Ausbringen von Material ausgeführt wird, und/oder der additive Fertigungsschritt mit einer ersten Positioniereinheit zur Bewegung eines bewegbaren Bautisches ausgeführt wird, und/oder der additive Fertigungsschritt mit einer ersten Positioniereinheit zur Bewegung eines Energiestrahls ausgeführt wird, 8. A method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to one of claims 1 to 7, characterized in that the additive manufacturing step is carried out with a first print head for dispensing material, and/or the additive manufacturing step is carried out with a first positioning unit for moving a movable construction table, and/or the additive manufacturing step is carried out with a first positioning unit for moving an energy beam, 9. Verfahren zur Überwachung eines oder mehrerer Prozessparameter während eines additiven Fertigungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit an eine zweite Positioniereinheit gekoppelt wird, wobei die zweite Positioniereinheit unabhängig von der ersten Positioniereinheit in der Prozesskammer positionierbar ist. 9. A method for monitoring one or more process parameters during an additive manufacturing process according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sensor unit is coupled to a second positioning unit, wherein the second positioning unit can be positioned independently of the first positioning unit in the process chamber. 10. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen mit: 10. 3D printing device for additive manufacturing of components with: • einer Prozesskammer • a process chamber • einer Sensoreinheit, • a sensor unit, • einer in und/oder an der Prozesskammer angeordneten ersten• a first one arranged in and/or on the process chamber Positioniereinheit wobei die erste Positioniereinheit eine erste Aufnahme aufweist, wobei die erste Aufnahme dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Sensoreinheit aufzunehmen, wobei die Sensoreinheit automatisch mit der ersten Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar ist. Positioning unit, wherein the first positioning unit has a first receptacle, wherein the first receptacle is provided and suitable for receiving the sensor unit, wherein the sensor unit can be automatically coupled and/or decoupled from the first receptacle. 11 . 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung einen Ablageort für die Sensoreinheit aufweist, wobei die Sensoreinheit am Ablageort mit der Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 11. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to claim 10, characterized in that the 3D printing device has a storage location for the sensor unit, wherein the sensor unit can be coupled and/or decoupled to the holder at the storage location. 12. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Vorrichtung einen Druckkopf aufweist, der mit einer Aufnahme der ersten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 12. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to claim 10 or 11, characterized in that the 3D device has a print head which can be coupled and/or decoupled to a receptacle of the first positioning unit. 13. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf mit der ersten Aufnahme der Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 13. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to claim 12, characterized in that the print head can be coupled and/or decoupled from the first receptacle of the positioning unit. 14. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer ein zweiter Ablageort angeordnet ist, wobei der Druckkopf am zweiten Ablageort mit der ersten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 14. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to one of claims 10 to 13, characterized in that a second storage location is arranged in the process chamber, wherein the print head can be coupled and/or decoupled from the first positioning unit at the second storage location. 15. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ablageort beabstandet vom zweiten Ablageort ist. 15. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to claim 14, characterized in that the first storage location is spaced from the second storage location. 16. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung eine zweite Positioniereinheit aufweist, wobei die zweite Positioniereinheit eine zweite Aufnahme aufweist, wobei die zweite Positioniereinheit unabhängig von der ersten Positioniereinheit in der Prozesskammer bewegbar ist. 16. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to one of claims 10 to 15, characterized in that the 3D printing device has a second positioning unit, wherein the second positioning unit has a second receptacle, wherein the second positioning unit is movable in the process chamber independently of the first positioning unit. 17. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und/oder die Sensoreinheit mit der zweiten Aufnahme der zweiten Positioniereinheit koppelbar und/oder entkoppelbar sind. 17. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to claim 16, characterized in that the print head and/or the sensor unit can be coupled and/or decoupled to the second receptacle of the second positioning unit. 18. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit und/oder der Druckkopf automatisch mit der ersten Aufnahme koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 18. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to one of claims 10 to 17, characterized in that the sensor unit and/or the print head can be automatically coupled and/or decoupled from the first receptacle. 19. 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Positioniereinheit eine dritte Aufnahme aufweist, wobei die dritte Aufnahme mit dem Druckkopf und/oder der Sensoreinheit koppelbar und/oder entkoppelbar ist. 19. 3D printing device for the additive manufacturing of components according to one of claims 10 to 18, characterized in that the first and/or the second positioning unit has a third receptacle, wherein the third receptacle can be coupled and/or decoupled to the print head and/or the sensor unit.
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