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WO2025021776A1 - Quality assurance in additive manufacturing - Google Patents

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Info

Publication number
WO2025021776A1
WO2025021776A1 PCT/EP2024/070789 EP2024070789W WO2025021776A1 WO 2025021776 A1 WO2025021776 A1 WO 2025021776A1 EP 2024070789 W EP2024070789 W EP 2024070789W WO 2025021776 A1 WO2025021776 A1 WO 2025021776A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
data
control
process data
operator
sensors
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/070789
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan MÖLLER
Stefan Christian LAMP
Original Assignee
Arburg Gmbh + Co Kg
Arburgadditive Gmbh + Co Kg
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 Arburg Gmbh + Co Kg, Arburgadditive Gmbh + Co Kg filed Critical Arburg Gmbh + Co Kg
Publication of WO2025021776A1 publication Critical patent/WO2025021776A1/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present invention relates to a quality assurance method with the features of claim 1 for the additive production of a three-dimensional object by means of a device. Furthermore, the invention relates to a device operating according to the method with the features of claim 12.
  • WO 2021/021469 A1 describes a method and a device for quality assurance when printing at least one three-dimensional object, in which two process parameters that directly relate to the object to be produced are analyzed by means of two sensors.
  • the method comprises (a) analyzing data collected by a first sensor to identify a first deviation from a first expected value, wherein the first sensor is configured to detect a first aspect of the printing of the at least one three-dimensional object, and (b) analyzing data collected by a second sensor to identify every second deviation from a second expected value, wherein the second sensor is configured to detect a second aspect of the printing of the at least one three-dimensional object. and (c) assessing the quality of the printing of the at least one three-dimensional object taking into account the first deviation and the second deviation.
  • Two sensor data are thus used that are directly related to the printing of the three-dimensional object, e.g. temperature (object and environment), ambient pressure, contour of the object (camera), material density, material weight, flow properties, etc., in order to detect anomalies of the object in connection with correspondingly complex models and to change process data if necessary.
  • temperature object and environment
  • ambient pressure contour of the object (camera)
  • material density material weight
  • flow properties etc.
  • EP 3 921 166 A1 describes a 3D printing method with a controller for a liquid dispensing system, in particular a print head, in which the print head current is detected by means of a sensor and then it is determined whether there is a problem in the device in response to whether the measurement meets an expected property based on the control data. Thus, it is determined whether there is an anomaly within the print head, whereupon the printing process can be stopped or process data can be changed.
  • EP 4 104 955 A1 and EP 4 094 867 A1 disclose a method for additively manufacturing a component and an additive manufacturing device for carrying out a method.
  • this is an arc wire deposition welding method or an arc wire deposition welding device in which sensors are used to measure current and voltage on a print head electrode in connection with a welding wire.
  • the component to be manufactured is monitored by a camera in order to detect its contour, structure and quality defects. Additional sensors are used to detect further process data, such as the temperature of the liquid phase, the feed rate of the print head and the feed rate of the welding wire.
  • a digital twin (model) of the object to be manufactured is generated from this data and compared with a stored model in order to identify anomalies, whereupon additive manufacturing can be stopped or process data can be changed.
  • EP 2 996 006 A1 discloses a method for monitoring a manufacturing and/or assembly process, which is monitored in at least three steps with at least one sensor per step. A result of the monitoring is derived from this, whereby the sensor can recognize an expression of a feature detected by it.
  • the method is preferably based on optical sensors and particularly preferably cameras that generate image signals as sensor signals.
  • the sensors can also be other devices that generate image signals as sensor signals, such as X-ray cameras, infrared cameras, thermography sensors, laser scanners and the like. Sensors can, however, but also light barriers or tactile sensors that do not generate image signals.
  • An observed feature can be the shape and/or the size of an object processed in the corresponding step, whereby the corresponding shape or the corresponding size represents the expression of this feature.
  • the nature of at least one surface of a processed object can also be a feature, whereby the concrete surface nature can be the expression of this feature.
  • a limited number of surface properties can be present or specified.
  • properties of the interior of an object can also be features, particularly if the sensor can provide information about the interior of the workpiece, such as an X-ray device or a fluoroscopy device for transparent objects. The expression of this feature is then the concrete realization of the corresponding property inside the object.
  • the results determined over a specified period of time or over a large number of observation times can be categorized in order to derive information about the overall process. This can be the sum of identical characteristic characteristics or identical results deduced from them over an analysis period.
  • the statistical evaluation of, for example, mean value, dispersion and trends of the results over time can provide further information about continuous changes in the system.
  • the sensor signals of the observed steps are each compared with corresponding target sensor signals, which may have been defined in a learning mode, for example.
  • the result of this learning mode is concrete characteristic characteristics that have been linked to target sensor signals.
  • the target sensor signals are each assigned, at least in some areas, to a characteristic of at least one characteristic of the step that is observed by the sensor generating the corresponding sensor signal.
  • the characteristic of at least one characteristic for new sensor sequences can be derived from this comparison.
  • These independently recognized characteristics are stored in a characteristic memory together with their properties such as sensor location or sensor number, time and duration of the persistent characteristic and the associated generic characteristic for the characteristic.
  • the characteristics of several steps together with their properties at at least one of the observation times are compared together with other characteristics of the corresponding characteristics with certain characteristics and a monitoring result is derived from the joint comparison of individual characteristics or the combination of several synchronous or specifically asynchronous characteristics. This result can be cumulated over a monitoring period and thus statistically evaluated or fed back into the production and/or assembly system in near real time in order to assume a target state.
  • US 2021/0308950 A1 discloses a method for the quality-assured additive production of a three-dimensional object by means of a device.
  • the device comprises a processing unit for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head with at least one discharge nozzle that can be moved along two axes by means of at least two motors assigned to the axes, a construction platform that can be moved along an axis by means of at least one motor assigned to the axis, sensors for recording physical values of the motor and, if necessary, at least one print head and/or at least one processing unit, a first control and regulating unit for controlling the print head, the motor and for evaluating the sensors, and a human-machine interface.
  • the method comprises an evaluation of sensor data, a regulated control of the motors and, if necessary, the print head and/or the processing unit, by the control and regulating unit. At least one plasticized material is deposited from the discharge nozzle onto the build platform, with the build platform and the print head being moved to produce the object layer by layer.
  • the first control and regulating unit receives stored control codes and setting data with time information, including limit values for the setting data, for controlling the motors, the print head and the processing unit from a second control and regulating unit.
  • the first control and regulating unit checks the data supplied by the sensors to see if the limit values have been exceeded or not met, generates so-called quality data from this, including setting data with time information, status data such as sensor data and, if applicable, error data, and supplies this to the second control and regulating unit.
  • the stored setting data can be changed according to an error that has occurred that causes a deviation between the expected and actual process data.
  • the second control and regulating unit outputs the quality data via the human-machine interface.
  • the second control unit also includes further analysis of the quality data using information acquired over a longer period of time than the information used in the first control unit. Alternatively, using machine learning or artificial intelligence, patterns observed in the sensor data for quality defects are learned in advance by a learning model, and the model is used for determination after learning.
  • the input to a learning model is not limited to the sensor data, but may also include an intended control code, the defect data, the setting and state information of the three-dimensional manufacturing, image information, and 3D measurement data.
  • solutions disclosed in the prior art therefore either check components of manufacturing devices using sensors for their process-compliant function or for deviations from it, or use complex models taking into account several other process parameters, which are detected by sensors, to determine anomalies of objects to be manufactured in the form of deviations from the process or object model.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for the additive production of a three-dimensional object or a device for carrying out the method, which enables the detection of an anomaly in an object to be manufactured without using several different process parameters and complex models.
  • This object is firstly achieved by a method according to the features of patent claim 1.
  • This is a method for the quality-assured additive production of a three-dimensional object by means of a device comprising a preparation unit for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head with at least one discharge nozzle, a construction platform that can be moved along several axes by means of at least one motor assigned to each axis, sensors for detecting physical values of the motors and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head and the preparation unit, a control and regulating unit and a human-machine interface for an operator of the device.
  • the method comprises an evaluation of sensor data from the sensors and a controlled control of the motors and, if necessary, of the at least one element from the group comprising the at least one print head and the processing unit, by the control and regulating unit, wherein at least one plasticized material is deposited under pressure from the at least one discharge nozzle on the construction platform and wherein the construction platform is moved in order to produce the object layer by layer, comprising the following steps: a comparison of previously determined statistical data of the motors with process data determined during the manufacture of the object in the control and regulating unit to determine deviations, wherein the statistical data and the process data comprise the recorded physical values of the sensors and wherein the statistical data, consisting of process parameters and a process prediction, which form a process model that depicts the manufacturing process of the object, are obtained from process data of repeated real and/or simulated manufacture of identical objects, an evaluation of the deviations of the statistical data and the process data in the control and regulation unit to detect anomalies in the object to be manufactured and an evaluation-dependent communication of the control and regulation unit with an artificial intelligence
  • the operator is advantageously supported by artificial intelligence in avoiding faults or incorrect settings or in quickly recognizing faults and correcting them based on the stored and learned information in order to create high-quality products. Countermeasures can be taken during the respective process.
  • the artificial intelligence draws on the training data, but also learns continuously, possibly in interactive contact with an operator. If the artificial intelligence cannot or should not correct a fault independently, for example because manual intervention by an operator is still required, it can guide the operator step by step.
  • the previously determined statistical data can be obtained from process data of repeated real and/or simulated production of identical objects in order to advantageously have information that improves the accuracy of the anomaly determination.
  • the object is achieved by a device having the features of claim 12, which is adapted to carry out the method.
  • the physical values comprise a motor current and/or a motor voltage and/or a dynamic electrical resistance determined from a motor current and a motor voltage and/or a mechanical resistance, i.e. physical values which can be advantageously derived or determined in particular on the basis of the performance of the motors.
  • the process data for determining deviations preferably include, in addition to the motor data of the axes the construction platform a comparison of previously determined statistical data of the print head and/or the preparation unit with process data during the manufacture of the object in the control and regulation unit, wherein the statistical data and the process data include the recorded physical values of the sensors.
  • the statistical data include construction times, shift times, material consumption, speeds, energy consumption, current strengths, lengths of contours and volumes of fillings
  • the process data include shift times, material consumption, temperatures, process pressures and electrical signals that are recorded with other sensors of the device. This also contributes advantageously to the accuracy of the anomaly determination.
  • additional process data are considered in relation to one another in order to advantageously obtain a data field that favors an assessment of anomalies.
  • the device preferably comprises additional internal, e.g. optical measuring devices, such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera and/or an interferometer, in particular a white light interferometer, for generating further process data and the method preferably comprises a determination of the surface topography or the surface quality using the further process data of the triangulation sensor and/or the camera and/or the interferometer.
  • optical measuring devices such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera and/or an interferometer, in particular a white light interferometer, for generating further process data
  • the method preferably comprises a determination of the surface topography or the surface quality using the further process data of the triangulation sensor and/or the camera and/or the interferometer.
  • Tactile measuring devices are also conceivable.
  • a visualization of the process data is preferably provided for direct quality control by the operator.
  • the visualization is preferably carried out on the human-machine interface and/or on an external computer and/or a production analysis and management tool, e.g. by means of colored markings and/or diagrams and/or camera images, whereby the object is shown in a 2D or 3D image.
  • the construction platform is preferably moved by means of linear axes or a multi-unit robot.
  • the human-machine interface and/or the control and regulation unit learns from the operator's inputs by means of artificial intelligence and/or issues recommendations for action to the operator in order to advantageously improve the result of interventions.
  • Fig. 1 is a flow chart of the method
  • Fig.3 is a schematic representation of a device for additive manufacturing.
  • the object is produced by means of a device comprising a processing unit 230 for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head 210 with at least one discharge nozzle 220, a construction platform 250 that can be moved along several axes, such as x, y and z coordinate axes, by means of at least one motor 200, 201, 202 assigned to each axis, sensors 260 for detecting physical values of the motors 200, 201, 202 and possibly of the one print head 210 and/or the processing unit or also other elements of the device.
  • the construction platform can also be located on a robot arm, for example, in which case the sensors can be assigned to the parts/axes of the robot arm.
  • a control and regulation unit 270 which is internal and/or external depending on the embodiment
  • a human-machine interface 280 which is internal and/or external depending on the embodiment, for an operator of the device.
  • the method comprises an evaluation of the sensor data and a controlled control of the motors 200, 201, 202 and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head 210 and the processing unit 230 by the control and regulation unit 270, wherein at least one plasticized material is deposited, e.g. under pressure, from the discharge nozzle 220 onto the construction platform 250 and wherein the construction platform 250 and/or the discharge nozzle are moved relative to one another in order to produce the object 290 layer by layer.
  • a comparison A of previously determined statistical data 10, 20, 30 of the motors 200, 201, 202 with process data 40 determined during the manufacture of the object is carried out in the control and regulation unit 270 in order to determine deviations, wherein the statistical data 10, 20, 30 and the process data 40 comprise the recorded physical values of the sensors 260 and wherein the statistical data 10, 20, 30, consisting of process parameters 10 and a process prediction 20, which form a process model 30 which depicts the manufacturing process of the object 290, are obtained from process data 40 of repeated real and/or simulated manufacture of identical objects 290.
  • an evaluation of the deviations 50 of the statistical data 10, 20, 30 and the process data 40 is carried out in the control and regulation unit 270 to determine anomalies of the object 290 to be manufactured and finally an evaluation-dependent communication takes place between the control and regulation unit 270 and an artificial intelligence K1 and/or via the human-machine interface 280 with the operator to control the process, whereby the artificial intelligence automatically adapts the control of the process in conjunction with the control and regulation unit 270 if the process data 40 deviates from the statistical data 10, 20, 30 and/or issues recommendations for action to the operator.
  • the blocks 70, 80 and 90 with dashed lines are optional blocks, the meaning of which will be discussed later.
  • the corresponding structure of the device can be seen in Fig. 3.
  • Training data for the artificial intelligence Kl are, for example, statistical values, process information, fault classes, context information and process information (e.g. material). Quality parameters can also be learned, such as surface quality, dimensional accuracy, gloss, weight, underfilling, overfilling, local defects, surface topology (e.g. roughness), foreign material, foreign particles, material carryover.
  • the training data also includes other parameters that depend on the process sequence, such as material consumption, production time or the like. For the production time, in particular the Shift construction time and the total construction time or production time are considered and/or learned. In principle, other parameters/criteria can be considered and/or learned
  • various models can be used, such as case-based, rule-based or classifying systems.
  • case-based systems similar cases to the current problem are searched for in the knowledge base and the solution is transferred to the current problem.
  • Rule-based systems work with predefined if-then rules and solve the problem by finding and applying the rules that fit the problem.
  • classifying system artificial intelligence uses decision trees to generate independent learning processes, whereby theses for new problems are derived from given facts.
  • the disturbance is classified by a Kl model based on statistical values, process information, etc. (e.g. overfilling).
  • Disturbance class context information and process information (e.g. material) are searched in a semantic database.
  • process information e.g. material
  • the database returns the most relevant sections.
  • the return of the database, fault class, context information, process information and statistical values are passed to the chatbot/large language model (LLM) in a prompt.
  • LLM chatbot/large language model
  • the LLM Based on this information, the LLM generates instructions for correcting the fault. If possible, the control system carries out these steps independently (e.g. if only parameters need to be changed).
  • step by step If this is not possible, e.g. because the operator has to intervene manually, the operator is guided through step by step.
  • the LLM and the database can run either on the machine's control system or in the cloud.
  • the coordinates of each material discharge are known from the statistical data 10, 20, 30 of the motors 200, 201, 202.
  • mechanical resistance data from the motors 200, 201, 202 can also be stored in the statistical data 10, 20, 30, which allow conclusions to be drawn about the correct amount of material deposited.
  • the axes 240, 241, 242 and thus their process data 40 e.g. in the form of mechanical resistance, experience a change in mechanical resistance during the process. If, for example, the resistance increases, the resistance increases.
  • the component cross-section may be overfilled at this point. This can be noticeable across layers. The same applies if the mechanical resistance is reduced compared to the statistical data 10, 20, 30. This can indicate underfilling.
  • error cases 60 - 63 e.g. error case 1, error case 2, ... error case n, ... error case n+i can thus be output by means of the human-machine interface 280.
  • error cases 60 - 63 statistical data 10, 20, 30 and process data 40 can also be output in a visualized 90 manner at the human-machine interface 280.
  • the components belonging to the human-machine interface are shown in dash-dotted lines in Fig. 1.
  • Fig. 2 shows an example of a human-machine interface 280 with output and input areas.
  • the path 100 is shown in a specific layer.
  • a camera image 110 can also be shown in another area, which allows the operator to directly inspect the discharged material.
  • a third area shows a 3D representation 120 of the object, as well as the display of a specific layer in the object.
  • a deviation curve 130 of process data values P e.g. the specific current of the axes, from expected values is shown.
  • the operator can make inputs via a final operating area 140.
  • the output areas can also be equipped with a touchscreen function instead of or in addition to this.
  • the acquisition of relevant process data 40 can be made easier if the physical values include a motor current and/or a motor voltage and/or a dynamic electrical resistance determined from a motor current and a motor voltage and/or a mechanical resistance.
  • the acquisition of currents and voltages can be carried out easily using measuring resistors and corresponding analog/digital converters, for example.
  • An increase in mechanical resistance correlates, for example, with an increase in motor current, so that the more complex determination of mechanical resistance can be avoided.
  • the determination of deviations can, in addition to the motor data of the axes 240, 241, 242 of the construction platform 250, include a comparison of previously determined statistical data 10, 20, 30 of the print head 210 and/or the processing unit 230 with further process data 70 during the manufacture of the object 290 in the control and regulation unit 270, wherein the statistical data 10, 20, 30 and the further process data 70 include the recorded physical values of the sensors 260. If, for example, the mechanical resistance or the current increases (locally) during a movement of the axes while the process pressure increases at the same time, the component cross-section is overfilled at this point. However, if there is no increase in the mechanical resistance or the current of the axes 240, 241, 242, but an increase in the process pressure due to a blocked nozzle outlet, the component may be underfilled because not enough material can be discharged.
  • the 3D data of the object 290 to be manufactured can be broken down into layers and, depending on the selected construction parameters and/or construction strategy, machine instructions can be generated that specify how much material is deposited layer by layer along which paths and per layer. Even before the component is manufactured, data can be taken from these machine instructions for process prediction.
  • the data can be evaluated per layer and/or construction time and can include the following expected information: construction times, shift times, material consumption, speeds, energy consumption, current strengths, lengths of contours and volumes of fillings.
  • additional process data 70 can be continuously recorded and analyzed. This data can include the following expected information: shift times, material consumption, temperatures (e.g. in the construction space or the preparation unit 230, in particular in the form of a plasticizing unit), process pressures and electrical signals.
  • process data 70 can further improve the accuracy of the anomaly determination. This can also be the case if process data 40, 70 in particular are considered in relation to one another.
  • Actual layer construction times can deviate from calculated times, for example, due to dosing processes taking too long, which can indicate insufficient material supply (e.g. trickle problems).
  • the material consumption is calculated based on the number of drops. If this deviates from the expected value, this could indicate a leak in the system (leakage flow from the locking ring, leakage from the nozzle/cylinder, etc.) caused by faulty components, material fatigue or faulty assembly. If this leak is located at the discharge nozzle 220 within the build space, this could lead to a reduction in component quality and even to process termination.
  • a drop in process pressure can indicate underfilling caused by insufficient material discharge.
  • An increase in process pressure can be caused by local overfilling of the component layer, but also due to a partially blocked nozzle outlet caused by foreign bodies in the material or insufficiently melted material. In order to determine why an increase occurs, it could be verified by using additional sensors.
  • additional internal measuring devices for determining the surface topography and checking the surface quality such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera 300 and/or an interferometer 310, in particular a white light interferometer, can be included in the device and the method.
  • a triangulation sensor for distance measurement in particular a laser-based triangulation sensor
  • a camera 300 and/or an interferometer 310 in particular a white light interferometer
  • this can include a visualization 90 of the process data 40, 70 including the further process data 70 of the additional internal measuring devices for direct quality control by the operator.
  • the process data 40, 70 can be visualized, e.g. layer-related, for quality control in order to be able to select out potentially critical components.
  • the data can be shown along the machine path shown, e.g. in the form of a path 100.
  • the visualization 90 can take place on the human-machine interface 280 and/or on an external computer and/or a production analysis and management tool and the visualization 90 can take place by means of color markings and/or diagrams and/or camera images 110, wherein the object 290 can be shown in a 2D or 3D image 120.
  • Measured variables can be displayed in color gradations, for example, in order to make critical areas quickly visible.
  • visualized and color-coded statistical data 10, 20, 30 can be displayed on a surface together with process data 40, 70, e.g. in diagram form, as well as the camera images 110 from the process. Each layer is displayed individually.
  • a 3D representation 120 of the object 290 including the visualized process data 40, 70 would also be conceivable.
  • the determination of anomalies can also be improved if the construction platform 250 is moved by means of linear axes or a multi-joint robot 320.
  • the use of linear motors and robot arms with corresponding sensors is low-interference and highly accurate.
  • the human-machine interface 280 and/or the control and regulation unit 270 learns from the operator's inputs by means of artificial intelligence K1 and/or issues recommendations for action to the operator. In this way, recorded parameters can be traced back to specific error cases and inexperienced operators can be enabled to carry out simple and quick error correction. It also contributes to improving the accuracy of the anomaly determination if the statistical data 10, 20, 30 are improved in the control and regulation unit 270 by means of artificial intelligence Kl by using the process data 40, 70.
  • Productivity and quality can also be improved if the operator can set a deviation limit using the human-machine interface 280, upon reaching or exceeding which the production of the object 290 is interrupted.
  • the size of the permitted deviations (as a percentage) can be set by the operator using the controls 140 or the touch screen in order to either let the process continue or to abort it.
  • the device for carrying out the method for quality-assured additive production of a three-dimensional object 290 comprises, according to Fig. 3, a processing unit 230 for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head 210 with at least one discharge nozzle 220, a construction platform 250 that can be moved in an x, y and z coordinate axis or along several axes 240, 241, 242 by means of at least one motor 200, 201, 202 assigned to each axis, sensors 260 for detecting physical values of the motors 200, 201, 202 and optionally of the at least one print head 210 and the processing unit 230, an internal and/or external control and regulating unit 270 and a human-machine interface 280 for an operator of the device.
  • the human-machine interface 280 and/or the control and regulation unit 270 contains an artificial intelligence Kl.
  • the construction platform 250 is moved in the x, y and z coordinate axes by means of linear axes. These can be driven by linear motors and contain corresponding sensors for current, voltage and mechanical resistance.
  • Process parameters 20
  • Process prediction 30
  • Process model 40
  • Process data 50
  • Evaluation of deviations 60
  • Error case n 61
  • Error case n+1 62
  • Error case n+2 63
  • Additional process data 80
  • Image data 90
  • Path 110 Camera image 120 3D representation of the object, display of a specific layer 130 Deviation of process data values from expected values 140
  • Motors 210 Print head 220
  • Discharge nozzle 230
  • Preparation unit 240, 241, 242 Axes
  • Construction platform 260
  • Sensors 270
  • Control and regulation unit 280 Human-machine interface 290 Object 300
  • Camera 310
  • Interferometer 320 Robot
  • Kl Artificial Intelligence P Process data value A Comparison of statistical data and process data

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method for additive manufacturing of a three-dimensional object comprising a device having a preparation unit for at least one plasticisable material, at least one printing head having at least one discharge nozzle, a construction platform that can be moved by motors along a plurality of axes, sensors for recording physical values of the motors, an open-loop and closed-loop control unit and a human-machine operator interface. The method comprises a sensor data evaluation and regulated control of the motors, wherein plasticised material from the discharge nozzle is deposited on the construction platform and the construction platform is moved in order to manufacture the object layer-by-layer. Previously determined statistical data (10, 20, 30) of the motors (200, 201, 202) are compared with process data (40) determined during the manufacture of the object, in order to determine a deviation, wherein the statistical data (10, 20, 30) and the process data (40) comprise the recorded physical values of the sensors. A deviation of the statistical data and the process data is evaluated in order to determine anomalies of the object to be manufactured, wherein an assessment-dependent communication takes place with an artificial intelligence and/or an operator for process control.

Description

Qualitätssicherung bei additiver Herstellung Quality Assurance in Additive Manufacturing

Beschreibung Description

Bezug zu verwandten Anmeldungen reference to related applications

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2023 119 616.2, hinterlegt am 25.07.2023, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. The present application relates to and claims the priority of the German patent application 10 2023 119 616.2, filed on July 25, 2023, the disclosure content of which is hereby expressly made the subject matter of the present application in its entirety.

Gebiet der Erfindung field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein qualitätssicherndes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels einer Vorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. The present invention relates to a quality assurance method with the features of claim 1 for the additive production of a three-dimensional object by means of a device. Furthermore, the invention relates to a device operating according to the method with the features of claim 12.

Stand der Technik State of the art

Es sind bereits Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes bekannt, bei denen mittels Kameraüberwachung automatisiert der Herstellungsprozess überwacht wird. Die Überwachung erfolgt mittels komplexer Modelle und Bildverarbeitungsalgorithmen. Bei Auftreten von Anomalien wird der Herstellungsprozess unterbrochen, so dass ein Bediener das bisherige Ergebnis überprüfen und ggf. in den Herstellungsprozess korrigierend eingreifen kann. There are already known methods for the additive manufacture of a three-dimensional object in which the manufacturing process is automatically monitored using camera surveillance. The monitoring is carried out using complex models and image processing algorithms. If anomalies occur, the manufacturing process is interrupted so that an operator can check the previous result and, if necessary, intervene in the manufacturing process to make corrections.

In der WO 2021/021469 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätssicherung beim Drucken mindestens eines dreidimensionalen Objekts beschrieben, bei dem mittels zweier Sensoren zwei Prozessparameter, die das herzustellende Objekt direkt betreffen, analysiert werden. Das Verfahren umfasst (a) das Analysieren von Daten, die von einem ersten Sensor gesammelt werden, um eine erste Abweichung von einem ersten erwarteten Wert zu identifizieren, wobei der erste Sensor so konfiguriert ist, dass er einen ersten Aspekt des Druckens des mindestens einen dreidimensionalen Objekts erfasst, und (b) das Analysieren von Daten, die von einem zweiten Sensor gesammelt werden, um jede zweite Abweichung von einem zweiten erwarteten Wert zu identifizieren, wobei der zweite Sensor so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Aspekt des Druckens des mindestens einen dreidimensionalen Objekts erfasst, sowie (c) das Beurteilen der Qualität des Druckens des mindestens einen dreidimensionalen Objekts unter Berücksichtigung der ersten Abweichung und der zweiten Abweichung. Es werden somit zwei Sensordaten genutzt, die direkt mit dem Drucken des dreidimensionalen Objekts verbunden sind, z. B. Temperatur (Objekt und Umgebung), Umgebungsdruck, Kontur des Objekts (Kamera), Materialdichte, Materialgewicht, Fließeigenschaften, etc., um Anomalien des Objekts in Verbindung mit entsprechend komplexen Modellen zu detektieren und um ggf. Prozessdaten zu ändern. WO 2021/021469 A1 describes a method and a device for quality assurance when printing at least one three-dimensional object, in which two process parameters that directly relate to the object to be produced are analyzed by means of two sensors. The method comprises (a) analyzing data collected by a first sensor to identify a first deviation from a first expected value, wherein the first sensor is configured to detect a first aspect of the printing of the at least one three-dimensional object, and (b) analyzing data collected by a second sensor to identify every second deviation from a second expected value, wherein the second sensor is configured to detect a second aspect of the printing of the at least one three-dimensional object. and (c) assessing the quality of the printing of the at least one three-dimensional object taking into account the first deviation and the second deviation. Two sensor data are thus used that are directly related to the printing of the three-dimensional object, e.g. temperature (object and environment), ambient pressure, contour of the object (camera), material density, material weight, flow properties, etc., in order to detect anomalies of the object in connection with correspondingly complex models and to change process data if necessary.

Die EP 3 921 166 A1 beschreibt ein 3D Druckverfahren mit einer Steuerung für ein Flüssigkeitsabgabesystem, insbesondere einen Druckkopf bei dem der Druckkopfstrom mittels eines Sensors detektiert und anschließend bestimmt wird, ob ein Problem in der Vorrichtung vorliegt, als Reaktion darauf, ob die Messung eine erwartete Eigenschaft erfüllt, basierend auf den Steuerdaten. Somit wird also bestimmt, ob eine Anomalie innerhalb des Druckkopfes vorliegt, worauf der Druckvorgang angehalten werden kann oder Prozessdaten geändert werden können. EP 3 921 166 A1 describes a 3D printing method with a controller for a liquid dispensing system, in particular a print head, in which the print head current is detected by means of a sensor and then it is determined whether there is a problem in the device in response to whether the measurement meets an expected property based on the control data. Thus, it is determined whether there is an anomaly within the print head, whereupon the printing process can be stopped or process data can be changed.

Aus der EP 4 104 955 A1 und der EP 4 094 867 A1 ist ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Bauteils und eine additive Fertigungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens bekannt. Konkret handelt es sich dabei um ein Lichtbogendraht-Auftragsschweißverfahren bzw. eine Lichtbogendraht-Auftragsschweißvorrichtung, bei denen mittels Sensoren Strom und Spannung an einer Druckkopfelektrode in Verbindung mit einem Schweißdraht gemessen werden. Weiterhin wird das herzustellende Bauteil mittels einer Kamera überwacht, um dessen Kontur, Struktur und Qualitätsmängel zu detektieren. Mittels zusätzlicher Sensoren werden noch weitere Prozessdaten, wie z. B. die Temperatur der flüssigen Phase, der Vorschub des Druckkopfes sowie die Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahtes detektiert. Aus diesen Daten wird ein digitaler Zwilling (Modell) des herzustellenden Gegenstands erzeugt und mit einem gespeicherten Modell verglichen, um Anomalien festzustellen, worauf die additive Fertigung angehalten werden kann oder Prozessdaten geändert werden können. EP 4 104 955 A1 and EP 4 094 867 A1 disclose a method for additively manufacturing a component and an additive manufacturing device for carrying out a method. Specifically, this is an arc wire deposition welding method or an arc wire deposition welding device in which sensors are used to measure current and voltage on a print head electrode in connection with a welding wire. Furthermore, the component to be manufactured is monitored by a camera in order to detect its contour, structure and quality defects. Additional sensors are used to detect further process data, such as the temperature of the liquid phase, the feed rate of the print head and the feed rate of the welding wire. A digital twin (model) of the object to be manufactured is generated from this data and compared with a stored model in order to identify anomalies, whereupon additive manufacturing can be stopped or process data can be changed.

Aus der EP 2 996 006 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Fertigungs- und/oder Montageprozesses bekannt, der mit zumindest drei Schritten mit zumindest einem Sensor je Schritt beobachtet wird. Hieraus wird ein Ergebnis der Überwachung abgeleitet, wobei der Sensor eine Ausprägung eines durch ihn erfassten Merkmals erkennen kann. Das Verfahren stützt sich vorzugsweise auf optische Sensoren und besonders bevorzugt Kameras, die Bildsignale als Sensorsignale erzeugen. Die Sensoren können jedoch auch andere Bildsignale als Sensorsignale erzeugende Vorrichtungen sein, wie beispielsweise Röntgenkameras, Infrarotkameras, Thermographiesensor, Laserscanner und dergleichen. Sensoren können je- doch auch Lichtschranken oder taktile Sensoren sein, die keine Bildsignale erzeugen. Ein beobachtetes Merkmal kann die Form und/oder das Maß eines im entsprechenden Schritt bearbeiteten Objektes sein, wobei die entsprechende Form bzw. das entsprechende Maß die Ausprägung dieses Merkmals darstellt. Entsprechend kann auch die Beschaffenheit zumindest einer Oberfläche eines bearbeiteten Objektes ein Merkmal sein, wobei die konkrete Oberflächenbeschaffenheit die Ausprägung dieses Merkmals sein kann. Vorteilhafterweise kann eine begrenzte Menge von Oberflächenbeschaffenheiten vorliegen oder vorgegeben sein. Darüber hinaus können auch Eigenschaften eines Inneren eines Objektes Merkmale sein, insbesondere wenn der Sensor Aufschluss über das Innere des Werkstücks geben kann, wie beispielsweise eine Röntgenvorrichtung oder eine Durchleuchtungsvorrichtung bei transparenten Objekten. Die Ausprägung dieses Merkmals ist dann die konkrete Realisierung der entsprechenden Eigenschaft im Inneren des Objektes. Die über einen vorgegebenen Zeitraum bzw. über eine Vielzahl von Betrachtungszeitpunkten ermittelten Ergebnisse können kategorisiert werden, um hieraus Informationen über den Gesamtablauf abzuleiten. Hierbei kann es sich um die Summe gleicher Merkmalsausprägungen bzw. gleicher hieraus geschlossener Ergebnisse über einen Analysezeitraum handeln. Durch die statistische Auswertung von z. B. Mittelwert, Streuung und Trends der Ergebnisse über die Zeit können sich weitere Aussagen über kontinuierliche Veränderungen des Systems ergeben. Die Sensorsignale der beobachteten Schritte werden jeweils mit entsprechenden Soll-Sensorsignalen verglichen, die beispielsweise in einem Einlernmodus festgelegt worden sein können. Ergebnis dieses Einlernmodus sind konkrete Merkmalsausprägungen, die mit Soll-Sensorsignalen verknüpft wurden. Die Soll-Sensorsignale sind zumindest bereichsweise jeweils einer Ausprägung zumindest eines Merkmals jenes Schrittes zugeordnet, der durch den das entsprechende Sensorsignal erzeugenden Sensor beobachtet wird. Aus diesem Vergleich kann die Ausprägung des zumindest einen Merkmals für neue Sensorsequenzen abgeleitet werden. Diese selbstständig wiedererkannten Ausprägungen werden zusammen mit ihren Eigenschaften wie z.B. Sensorort, bzw. Sensornummer, Zeitpunkt und Dauer der anhaltenden Ausprägung sowie dem zugehörigen generischen Merkmal zu der Ausprägung in einem Merkmalsspeicher abgelegt. Aus diesem Merkmalsspeicher heraus werden die Ausprägungen der Merkmale mehrerer Schritte zusammen mit ihren Eigenschaften zu zumindest einem der Betrachtungszeitpunkte gemeinsam mit weiteren Ausprägungen der entsprechenden Merkmale mit bestimmten Ausprägungen verglichen und aus dem gemeinsamen Vergleich einzelner Merkmale oder der Kombinatorik mehrerer synchroner bzw. spezifisch asynchroner Merkmale ein Ergebnis der Überwachung abgeleitet. Dieses Ergebnis kann über einen Überwa- chungszeitraum kumuliert werden und so statistisch ausgewertet werden oder echtzeitnah in das Fertigungs- und/oder Montagesystem zurückgekoppelt werden, um so einen Soll-Zu- stand anzunehmen. In der US 2021/0308950 A1 ist ein Verfahren zur qualitätssichernden additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels einer Vorrichtung offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine Aufbereitungseinheit für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, wenigstens einen entlang von zwei Achsen mittels mindestens zwei den Achsen zugeordneten Motoren verfahrbaren Druckkopf mit mindestens einer Austragsdüse, eine entlang einer Achse mittels mindestens eines der Achse zugeordneten Motors verfahrbare Bauplattform, Sensoren zur Erfassung physikalischer Werte des Motors und erforderlichenfalls wenigstens eines Druckkopfs und/oder wenigstens einer Aufbereitungseinheit, eine erste Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Druckkopfes, des Motors und zur Auswertung der Sensoren und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle. Das Verfahren umfasst eine Auswertung von Sensordaten, eine geregelte Ansteuerung der Motoren und erforderlichenfalls des Druckkopfs und/oder der Aufbereitungseinheit, durch die Steuer- und Regeleinheit. Mindestens ein plastifiziertes Material wird aus der Austragsdüse auf der Bauplattform abgelegt, wobei die Bauplattform und der Druckkopf verfahren werden, um schichtweise den Gegenstand herzustellen. Die erste Steuer- und Regeleinheit erhält von einer zweiten Steuer- und Regeleinheit gespeicherte Steuercodes und Einstelldaten mit Zeitangaben, inklusive Grenzwerten für die Einstelldaten, für die Steuerung der Motoren, des Druckkopfes und der Aufbereitungseinheit. Die erste Steuer- und Regeleinheit prüft die von den Sensoren gelieferten Daten auf ein Über- bzw. Unterschreiten der Grenzwerte, erzeugt daraus sog. Qualitätsdaten inklusive Einstelldaten mit Zeitangaben, Zustandsdaten, wie Sensordaten und ggf. Fehlerdaten, und liefert diese an die zweite Steuer- und Regeleinheit. Die gespeicherten Einstelldaten können entsprechend einem aufgetretenen Fehler, der eine Abweichung zwischen erwarteten und tatsächlichen Prozessdaten bewirkt, geändert werden. Die zweite Steuer- und Regeleinheit gibt die Qualitätsdaten über die Mensch-Maschine-Schnittstelle aus. Die zweite Steuer- und Regeleinheit beinhaltet außerdem eine weitergehende Analyse der Qualitätsdaten unter Verwendung von Informationen, die über einen längeren Zeitraum gewonnen wurden als die Informationen, die in der ersten Steuer- und Regeleinheit verwendet werden. Alternativ werden mit Hilfe von maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz Muster, die in den Sensordaten für Qualitätsmängel beobachtet werden, vorab von einem Lernmodell gelernt, und das Modell wird nach dem Lernen für die Bestimmung verwendet. Die Eingabe für ein Lernmodell ist nicht auf die Sensordaten beschränkt, sondern kann auch einen beabsichtigten Steuercode, die Fehlerdaten, die Einstell- und Zustandsinformationen der dreidimensionalen Fertigung, Bildinformationen und 3D-Messdaten umfassen. EP 2 996 006 A1 discloses a method for monitoring a manufacturing and/or assembly process, which is monitored in at least three steps with at least one sensor per step. A result of the monitoring is derived from this, whereby the sensor can recognize an expression of a feature detected by it. The method is preferably based on optical sensors and particularly preferably cameras that generate image signals as sensor signals. However, the sensors can also be other devices that generate image signals as sensor signals, such as X-ray cameras, infrared cameras, thermography sensors, laser scanners and the like. Sensors can, however, but also light barriers or tactile sensors that do not generate image signals. An observed feature can be the shape and/or the size of an object processed in the corresponding step, whereby the corresponding shape or the corresponding size represents the expression of this feature. Accordingly, the nature of at least one surface of a processed object can also be a feature, whereby the concrete surface nature can be the expression of this feature. Advantageously, a limited number of surface properties can be present or specified. In addition, properties of the interior of an object can also be features, particularly if the sensor can provide information about the interior of the workpiece, such as an X-ray device or a fluoroscopy device for transparent objects. The expression of this feature is then the concrete realization of the corresponding property inside the object. The results determined over a specified period of time or over a large number of observation times can be categorized in order to derive information about the overall process. This can be the sum of identical characteristic characteristics or identical results deduced from them over an analysis period. The statistical evaluation of, for example, mean value, dispersion and trends of the results over time can provide further information about continuous changes in the system. The sensor signals of the observed steps are each compared with corresponding target sensor signals, which may have been defined in a learning mode, for example. The result of this learning mode is concrete characteristic characteristics that have been linked to target sensor signals. The target sensor signals are each assigned, at least in some areas, to a characteristic of at least one characteristic of the step that is observed by the sensor generating the corresponding sensor signal. The characteristic of at least one characteristic for new sensor sequences can be derived from this comparison. These independently recognized characteristics are stored in a characteristic memory together with their properties such as sensor location or sensor number, time and duration of the persistent characteristic and the associated generic characteristic for the characteristic. From this feature memory, the characteristics of several steps together with their properties at at least one of the observation times are compared together with other characteristics of the corresponding characteristics with certain characteristics and a monitoring result is derived from the joint comparison of individual characteristics or the combination of several synchronous or specifically asynchronous characteristics. This result can be cumulated over a monitoring period and thus statistically evaluated or fed back into the production and/or assembly system in near real time in order to assume a target state. US 2021/0308950 A1 discloses a method for the quality-assured additive production of a three-dimensional object by means of a device. The device comprises a processing unit for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head with at least one discharge nozzle that can be moved along two axes by means of at least two motors assigned to the axes, a construction platform that can be moved along an axis by means of at least one motor assigned to the axis, sensors for recording physical values of the motor and, if necessary, at least one print head and/or at least one processing unit, a first control and regulating unit for controlling the print head, the motor and for evaluating the sensors, and a human-machine interface. The method comprises an evaluation of sensor data, a regulated control of the motors and, if necessary, the print head and/or the processing unit, by the control and regulating unit. At least one plasticized material is deposited from the discharge nozzle onto the build platform, with the build platform and the print head being moved to produce the object layer by layer. The first control and regulating unit receives stored control codes and setting data with time information, including limit values for the setting data, for controlling the motors, the print head and the processing unit from a second control and regulating unit. The first control and regulating unit checks the data supplied by the sensors to see if the limit values have been exceeded or not met, generates so-called quality data from this, including setting data with time information, status data such as sensor data and, if applicable, error data, and supplies this to the second control and regulating unit. The stored setting data can be changed according to an error that has occurred that causes a deviation between the expected and actual process data. The second control and regulating unit outputs the quality data via the human-machine interface. The second control unit also includes further analysis of the quality data using information acquired over a longer period of time than the information used in the first control unit. Alternatively, using machine learning or artificial intelligence, patterns observed in the sensor data for quality defects are learned in advance by a learning model, and the model is used for determination after learning. The input to a learning model is not limited to the sensor data, but may also include an intended control code, the defect data, the setting and state information of the three-dimensional manufacturing, image information, and 3D measurement data.

Die im Stand der Technik offenbarten Lösungen überprüfen somit entweder Komponenten von Herstellungsvorrichtungen mittels Sensoren auf deren prozesskonforme Funktion bzw. auf Abweichungen davon oder verwenden komplexe Modelle unter Berücksichtigung mehre- rer Prozessparameter, die mittels Sensoren detektiert werden, zur Feststellung von Anomalien von herzustellenden Objekten in Form von Abweichungen vom Prozess- bzw. Objektmodell. The solutions disclosed in the prior art therefore either check components of manufacturing devices using sensors for their process-compliant function or for deviations from it, or use complex models taking into account several other process parameters, which are detected by sensors, to determine anomalies of objects to be manufactured in the form of deviations from the process or object model.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes bzw. eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens anzugeben, welches ohne Verwendung mehrerer verschiedener Prozessparameter und komplexer Modelle die Feststellung einer Anomalie in einem herzustellenden Gegenstand ermöglicht. The invention is therefore based on the object of specifying a method for the additive production of a three-dimensional object or a device for carrying out the method, which enables the detection of an anomaly in an object to be manufactured without using several different process parameters and complex models.

Darstellung der Erfindung representation of the invention

Diese Aufgabe wird erstens durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur qualitätssichernden additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels einer Vorrichtung umfassend eine Aufbereitungseinheit für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, wenigstens einen Druckkopf mit mindestens einer Austragsdüse, eine entlang mehrere Achsen mittels jeweils mindestens eines jeder Achse zugeordneten Motors verfahrbare Bauplattform, Sensoren zu Erfassung physikalischer Werte der Motoren und erforderlichenfalls wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe umfassen den wenigstens einen Druckkopf und die Aufbereitungseinheit, eine Steuer- und Regeleinheit und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle für einen Bediener der Vorrichtung. Das Verfahren umfasst eine Auswertung von Sensordaten der Sensoren und eine geregelte Ansteuerung der Motoren und erforderlichenfalls des wenigstens einen Elements aus der Gruppe, umfassend den wenigstens einen Druckkopf und die Aufbereitungseinheit, durch die Steuer- und Regeleinheit, wobei mindestens ein plastifiziertes Material unter Druck aus der mindestens einen Austragsdüse auf der Bauplattform abgelegt wird und wobei die Bauplattform verfahren wird, um schichtweise den Gegenstand herzustellen, die folgenden Schritte umfassend: einen Abgleich vorher ermittelter statistischer Daten der Motoren mit während der Herstellung des Gegenstandes ermittelten Prozessdaten in der Steuer- und Regeleinheit zur Bestimmung von Abweichungen, wobei die statistischen Daten und die Prozessdaten die erfassten physikalischen Werte der Sensoren umfassen und wobei die statistischen Daten, bestehend aus Prozessparametern und einer Prozessvorhersage, die ein Prozessmodell bilden, welches den Herstellungsprozess des Gegenstandes abbildet, aus Prozessdaten wiederholter realer und/oder simulierter Herstellung identischer Gegenstände gewonnen werden, eine Bewertung der Abweichungen der statistischen Daten und der Prozessdaten in der Steuer- und Regeleinheit zur Feststellung von Anomalien des herzustellenden Gegenstandes und eine bewertungsabhängige Kommunikation der Steuer- und Regeleinheit mit einer künstlichen Intelligenz und/oder über die Mensch-Maschine-Schnittstelle mit dem Bediener zur Steuerung des Verfahrens, wobei die künstliche Intelligenz bei einer Abweichung der Prozessdaten von den statistischen Daten in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinheit die Steuerung des Verfahrens automatisch anpasst und/oder Handlungsempfehlungen an den Bediener ausgibt. This object is firstly achieved by a method according to the features of patent claim 1. This is a method for the quality-assured additive production of a three-dimensional object by means of a device comprising a preparation unit for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head with at least one discharge nozzle, a construction platform that can be moved along several axes by means of at least one motor assigned to each axis, sensors for detecting physical values of the motors and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head and the preparation unit, a control and regulating unit and a human-machine interface for an operator of the device. The method comprises an evaluation of sensor data from the sensors and a controlled control of the motors and, if necessary, of the at least one element from the group comprising the at least one print head and the processing unit, by the control and regulating unit, wherein at least one plasticized material is deposited under pressure from the at least one discharge nozzle on the construction platform and wherein the construction platform is moved in order to produce the object layer by layer, comprising the following steps: a comparison of previously determined statistical data of the motors with process data determined during the manufacture of the object in the control and regulating unit to determine deviations, wherein the statistical data and the process data comprise the recorded physical values of the sensors and wherein the statistical data, consisting of process parameters and a process prediction, which form a process model that depicts the manufacturing process of the object, are obtained from process data of repeated real and/or simulated manufacture of identical objects, an evaluation of the deviations of the statistical data and the process data in the control and regulation unit to detect anomalies in the object to be manufactured and an evaluation-dependent communication of the control and regulation unit with an artificial intelligence and/or via the human-machine interface with the operator to control the process, whereby the artificial intelligence automatically adapts the control of the process in conjunction with the control and regulation unit and/or issues recommendations for action to the operator if the process data deviate from the statistical data.

Der Bediener wird vorteilhaft von einer künstlichen Intelligenz unterstützt, Störungen oder Fehleinstellungen zu vermeiden oder Störungen schnell zu erkennen und aufgrund der hinterlegten und eingelernten Informationen zu beheben, um qualitativ hochwertige Produkte zu erstellen. Ein Gegensteuern kann bereits im jeweiligen Prozess erfolgen. Die künstliche Intelligenz greift dabei auf die Trainingsdaten zurück, lernt aber auch mit kontinuierlich dazu ggf. auch in interaktivem Kontakt mit einem Bediener. Kann oder soll die künstliche Intelligenz eine Störung nicht selbständig beheben, weil z.B. noch manuelle Eingriffe eines Bedieners erforderlich sind, kann sie den Bediener Schritt für Schritt anleiten. The operator is advantageously supported by artificial intelligence in avoiding faults or incorrect settings or in quickly recognizing faults and correcting them based on the stored and learned information in order to create high-quality products. Countermeasures can be taken during the respective process. The artificial intelligence draws on the training data, but also learns continuously, possibly in interactive contact with an operator. If the artificial intelligence cannot or should not correct a fault independently, for example because manual intervention by an operator is still required, it can guide the operator step by step.

Die vorher ermittelten statistischen Daten können aus Prozessdaten wiederholter realer und/oder simulierter Herstellung identischer Gegenstände gewonnen werden, um vorteilhaft Informationen vorliegen zu haben, die die Genauigkeit der Anomaliebestimmung verbessern. The previously determined statistical data can be obtained from process data of repeated real and/or simulated production of identical objects in order to advantageously have information that improves the accuracy of the anomaly determination.

Zweitens wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Secondly, the object is achieved by a device having the features of claim 12, which is adapted to carry out the method.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Advantageous further developments are the subject of the dependent patent claims.

In einer bevorzugten die Erfassung relevanter Prozessdaten vorteilhaft erleichternden Ausführungsform des Verfahrens umfassen die physikalischen Werte einen Motorstrom und/oder eine Motorspannung und/oder einen aus einem Motorstrom und einer Motorspannung bestimmten dynamischen elektrischen Widerstand und/oder einen mechanischen Widerstand, also physikalische Werte, die insbesondere an Hand der Leistung der Motoren vorteilhaft abzuleiten bzw. zu ermitteln sind. In a preferred embodiment of the method which advantageously facilitates the acquisition of relevant process data, the physical values comprise a motor current and/or a motor voltage and/or a dynamic electrical resistance determined from a motor current and a motor voltage and/or a mechanical resistance, i.e. physical values which can be advantageously derived or determined in particular on the basis of the performance of the motors.

Um vorteilhaft die Genauigkeit des Verfahrens zu verbessern, umfassen die Prozessdaten zur Bestimmung von Abweichungen vorzugsweise ergänzend zu den Motordaten der Achsen der Bauplattform einen Abgleich vorher ermittelter statistischer Daten des Druckkopfes und/oder der Aufbereitungseinheit mit Prozessdaten während der Herstellung des Gegenstandes in der Steuer- und Regeleinheit, wobei die statistischen Daten und die Prozessdaten die erfassten physikalischen Werte der Sensoren umfassen. In order to advantageously improve the accuracy of the method, the process data for determining deviations preferably include, in addition to the motor data of the axes the construction platform a comparison of previously determined statistical data of the print head and/or the preparation unit with process data during the manufacture of the object in the control and regulation unit, wherein the statistical data and the process data include the recorded physical values of the sensors.

Vorzugsweise umfassen die statistischen Daten Bauzeiten, Schichtzeiten, Materialverbrauch, Geschwindigkeiten, Energieverbrauch, Stromstärken, Längen von Konturen und Volumen von Füllungen und umfassen die Prozessdaten Schichtzeiten, Materialverbrauch, Temperaturen, Prozessdrücke und elektrische Signale, die mit weiteren Sensoren der Vorrichtung erfasst werden. Auch dies trägt vorteilhaft zur Genauigkeit der Anomaliebestimmung bei. Preferably, the statistical data include construction times, shift times, material consumption, speeds, energy consumption, current strengths, lengths of contours and volumes of fillings, and the process data include shift times, material consumption, temperatures, process pressures and electrical signals that are recorded with other sensors of the device. This also contributes advantageously to the accuracy of the anomaly determination.

Bevorzugterweise werden zur Bewertung von Abweichungen zusätzlich Prozessdaten in Relation zueinander betrachtet, um dadurch vorteilhaft ein Datenfeld zu gewinnen, das eine Beurteilung von Anomalien begünstigt. Preferably, in order to evaluate deviations, additional process data are considered in relation to one another in order to advantageously obtain a data field that favors an assessment of anomalies.

Begünstigt wird die Genauigkeit der Anomaliebestimmung vorteilhaft dadurch, dass die Vorrichtung vorzugsweise zusätzliche interne z.B. optische Messgeräte, wie z. B. einen Triangulationssensor zur Abstandsmessung, insbesondere einen laserbasierten Triangulationssensor, und/oder eine Kamera und/oder ein Interferometer, insbesondere ein Weißlicht-Interferometer, zur Erzeugung weiterer Prozessdaten umfasst und das Verfahren vorzugsweise eine Bestimmung der Oberflächentopographie bzw. der Oberflächenqualität mittels der weiteren Prozessdaten des Triangulationssensors und/oder der Kamera und/oder des Interferometers umfasst. Auch taktile Messgeräte sind denkbar. The accuracy of the anomaly determination is advantageously promoted by the fact that the device preferably comprises additional internal, e.g. optical measuring devices, such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera and/or an interferometer, in particular a white light interferometer, for generating further process data and the method preferably comprises a determination of the surface topography or the surface quality using the further process data of the triangulation sensor and/or the camera and/or the interferometer. Tactile measuring devices are also conceivable.

Um vorteilhaft dem Bediener eine leichtere Erfassung der Anomaliebestimmung zu ermöglichen, ist vorzugsweise eine Visualisierung der Prozessdaten zur direkten Qualitätskontrolle durch den Bediener vorgesehen. In order to enable the operator to more easily determine the anomaly, a visualization of the process data is preferably provided for direct quality control by the operator.

Um vorteilhaft die Einsatzmöglichkeiten zu vergrößern und die Genauigkeit der Anomaliebestimmung zu verbessern, erfolgt vorzugsweise die Visualisierung an der Mensch-Maschine- Schnittstelle und/oder an einem externen Rechner und/oder einem Produktions-Analyse- und Verwaltungstool z.B. mittels farblicher Markierungen und/oder Diagrammen und/oder Kamerabildern, wobei der Gegenstand in einer 2D- oder 3D-Abbildung dargestellt wird. In order to advantageously increase the application possibilities and improve the accuracy of the anomaly determination, the visualization is preferably carried out on the human-machine interface and/or on an external computer and/or a production analysis and management tool, e.g. by means of colored markings and/or diagrams and/or camera images, whereby the object is shown in a 2D or 3D image.

Um vorteilhaft die Ansteuerung und Regelung der Bauplattform zu erleichtern, wird vorzugsweise die Bauplattform mittels Linearachsen oder einem mehrgliedrigen Roboter verfahren. Bevorzugterweise lernt die Mensch-Maschine-Schnittstelle und/oder die Steuer- und Regeleinheit mittels künstlicher Intelligenz von Bedieneingaben des Bedieners und/oder gibt Handlungsempfehlungen an den Bediener aus, um dadurch vorteilhaft das Ergebnis von Eingriffen zu verbessern. In order to facilitate the control and regulation of the construction platform, the construction platform is preferably moved by means of linear axes or a multi-unit robot. Preferably, the human-machine interface and/or the control and regulation unit learns from the operator's inputs by means of artificial intelligence and/or issues recommendations for action to the operator in order to advantageously improve the result of interventions.

Ebenso können in der Steuer- und Regeleinheit mittels künstlicher Intelligenz die statistischen Daten durch Nutzung der Prozessdaten vorzugsweise verbessert werden, um vorteilhaft die Genauigkeit der Anomaliebestimmung weiter zu steigern. Likewise, in the control and regulation unit, the statistical data can be preferably improved by using the process data using artificial intelligence in order to advantageously further increase the accuracy of the anomaly determination.

Vorteilhaft lassen sich Produktivität und Qualität verbessern, indem der Bediener mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle vorzugsweise eine Abweichungsgrenze einstellen kann, bei deren Erreichen oder Überschreiten die Herstellung des Gegenstandes unterbrochen wird. Productivity and quality can be advantageously improved by allowing the operator to use the human-machine interface to set a deviation limit, which, if reached or exceeded, will interrupt the production of the object.

In einer vorteilhaft die Bedienbarkeit der Vorrichtung und die Ausführbarkeit des Verfahrens erleichternden Ausführungsform beinhaltet die Mensch-Maschine-Schnittstelle und/oder die Steuer- und Regeleinheit vorzugsweise eine künstliche Intelligenz. In an embodiment which advantageously facilitates the operability of the device and the executability of the method, the human-machine interface and/or the control and regulation unit preferably contains an artificial intelligence.

Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and by details from the figures, whereby further embodiments of the invention are shown.

Kurzbeschreibung der Figuren Short description of the characters

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be explained in more detail using an embodiment. Shown are:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, Fig. 1 is a flow chart of the method,

Fig. 2 eine mögliche visuelle Darstellung des Herstellungsprozesses auf einer Mensch- Maschine-Schnittstelle, Fig. 2 a possible visual representation of the manufacturing process on a human-machine interface,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung. Fig.3 is a schematic representation of a device for additive manufacturing.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of preferred embodiments

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bau- teile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht. The invention will now be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments are only examples that are not intended to restrict the inventive concept to a specific arrangement. Before the invention is described in detail, it should be pointed out that it is not restricted to the respective components of the device and the respective method steps, since these components parts and methods may vary. The terms used herein are intended to describe particular embodiments only and are not to be used in a limiting sense. In addition, when the description or claims use the singular or indefinite articles, this also refers to the plural of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise.

Fig. 1 zeigt das Verfahrensprinzip. Aus Prozessparametern 10 und einer Prozessvorhersage 20 wird ein Prozessmodell 30 gebildet, was den Herstellungsprozess eines Gegenstandes mittels eines Verfahrens zur qualitätssichernden additiven Herstellung des dreidimensionalen Gegenstandes 290 abbildet. Das Prozessmodel 30 kann aufgrund der Daten einer einmaligen Simulation und/oder Herstellung eines Gegenstandes gebildet werden. Aufgrund wiederholter realer und/oder simulierter Herstellung identischer Gegenstände kann die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden. Fig. 1 shows the principle of the method. A process model 30 is formed from process parameters 10 and a process prediction 20, which depicts the manufacturing process of an object using a method for quality-assured additive manufacturing of the three-dimensional object 290. The process model 30 can be formed based on the data from a one-time simulation and/or manufacturing of an object. The accuracy of the method can be improved by repeated real and/or simulated manufacturing of identical objects.

Diese - im Folgenden - statistischen Daten 10, 20, 30 bilden die Grundlage für eine spätere Bestimmung und Bewertung von Anomalien des herzustellenden Gegenstandes 290. Der Gegenstand wird mittels einer Vorrichtung hergestellt, umfassend eine Aufbereitungseinheit 230 für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, wenigstens einen Druckkopf 210 mit mindestens einer Austragsdüse 220, eine entlang mehrere Achsen, wie z.B. x-, y- und z-Koordinatenachsen, mittels jeweils mindestens eines jeder Achse zugeordneten Motors 200, 201, 202 verfahrbare Bauplattform 250, Sensoren 260 zur Erfassung physikalischer Werte der Motoren 200, 201 , 202 und ggf. des einen Druckkopfes 210 und/oder der Aufbereitungseinheit oder auch anderer Elemente der Vorrichtung. Die Bauplattform kann sich aber z.B. auch auf einem Robotarm befinden, wobei die Sensoren dann den Teilen/Achsen des Robotarms zugeordnet sein können. Vorgesehen sind ferner eine, je nach Ausführungsform interne und/oder externe, Steuer- und Regeleinheit 270 und eine, je nach Ausführungsform interne und/oder externe, Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 für einen Bediener der Vorrichtung. These - hereinafter - statistical data 10, 20, 30 form the basis for a later determination and evaluation of anomalies of the object 290 to be produced. The object is produced by means of a device comprising a processing unit 230 for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head 210 with at least one discharge nozzle 220, a construction platform 250 that can be moved along several axes, such as x, y and z coordinate axes, by means of at least one motor 200, 201, 202 assigned to each axis, sensors 260 for detecting physical values of the motors 200, 201, 202 and possibly of the one print head 210 and/or the processing unit or also other elements of the device. However, the construction platform can also be located on a robot arm, for example, in which case the sensors can be assigned to the parts/axes of the robot arm. Also provided is a control and regulation unit 270, which is internal and/or external depending on the embodiment, and a human-machine interface 280, which is internal and/or external depending on the embodiment, for an operator of the device.

Dabei umfasst das Verfahren eine Auswertung der Sensordaten und eine geregelte Ansteuerung der Motoren 200, 201 , 202 und erforderlichenfalls wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe umfassend den wenigstens einen Druckkopf 210 und die Aufbereitungseinheit 230 durch die Steuer- und Regeleinheit 270, wobei mindestens ein plastifiziertes Material z.B. unter Druck aus der Austragsdüse 220 auf der Bauplattform 250 abgelegt wird und wobei die Bauplattform 250 und/oder die Austragsdüse relativ zueinander verfahren werden, um schichtweise den Gegenstand 290 herzustellen. Im weiteren Verlauf des Verfahrens erfolgt ein Abgleich A vorher ermittelter statistischer Daten 10, 20, 30 der Motoren 200, 201 , 202 mit während der Herstellung des Gegenstandes ermittelten Prozessdaten 40 in der Steuer- und Regeleinheit 270 zur Bestimmung von Abweichungen, wobei die statistischen Daten 10, 20, 30 und die Prozessdaten 40 die erfassten physikalischen Werte der Sensoren 260 umfassen und wobei die statistischen Daten 10, 20, 30, bestehend aus Prozessparametern 10 und einer Prozessvorhersage 20, die ein Prozessmodell 30 bilden, welches den Herstellungsprozess des Gegenstandes 290 abbildet, aus Prozessdaten 40 wiederholter realer und/oder simulierter Herstellung identischer Gegenstände 290 gewonnen werden. The method comprises an evaluation of the sensor data and a controlled control of the motors 200, 201, 202 and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head 210 and the processing unit 230 by the control and regulation unit 270, wherein at least one plasticized material is deposited, e.g. under pressure, from the discharge nozzle 220 onto the construction platform 250 and wherein the construction platform 250 and/or the discharge nozzle are moved relative to one another in order to produce the object 290 layer by layer. In the further course of the method, a comparison A of previously determined statistical data 10, 20, 30 of the motors 200, 201, 202 with process data 40 determined during the manufacture of the object is carried out in the control and regulation unit 270 in order to determine deviations, wherein the statistical data 10, 20, 30 and the process data 40 comprise the recorded physical values of the sensors 260 and wherein the statistical data 10, 20, 30, consisting of process parameters 10 and a process prediction 20, which form a process model 30 which depicts the manufacturing process of the object 290, are obtained from process data 40 of repeated real and/or simulated manufacture of identical objects 290.

In einem weiteren Schritt wird eine Bewertung der Abweichungen 50 der statistischen Daten 10, 20, 30 und der Prozessdaten 40 in der Steuer- und Regeleinheit 270 zur Feststellung von Anomalien des herzustellenden Gegenstandes 290 durchgeführt und letztendlich erfolgt eine bewertungsabhängige Kommunikation der Steuer- und Regeleinheit 270 mit einer künstlichen Intelligenz Kl und/oder über die Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 mit dem Bediener zur Steuerung des Verfahrens, wobei die künstliche Intelligenz bei einer Abweichung der Prozessdaten 40 von den statistischen Daten 10, 20, 30 in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinheit 270 die Steuerung des Verfahrens automatisch anpasst und/oder Handlungsempfehlungen an den Bediener ausgibt. Die gestrichelt umrandeten Blöcke 70, 80 und 90 sind optionale Blöcke, auf deren Bedeutung noch eingegangen wird. Der entsprechende Aufbau der Vorrichtung ergibt sich aus Fig. 3. In a further step, an evaluation of the deviations 50 of the statistical data 10, 20, 30 and the process data 40 is carried out in the control and regulation unit 270 to determine anomalies of the object 290 to be manufactured and finally an evaluation-dependent communication takes place between the control and regulation unit 270 and an artificial intelligence K1 and/or via the human-machine interface 280 with the operator to control the process, whereby the artificial intelligence automatically adapts the control of the process in conjunction with the control and regulation unit 270 if the process data 40 deviates from the statistical data 10, 20, 30 and/or issues recommendations for action to the operator. The blocks 70, 80 and 90 with dashed lines are optional blocks, the meaning of which will be discussed later. The corresponding structure of the device can be seen in Fig. 3.

Die künstliche Intelligenz leitet dabei eine Problemlösung und/oder Handlungsempfehlung aus einer Wissensbasis ab, in der z.B. eine große Menge an Expertenwissen gesammelt ist, das Wissen und Erfahrungen eines langjährigen Maschinenbedieners umfasst, sowie Prozessdaten, Verfahrensparameter, Abläufe, Qualitätsparameter als auch Störungen enthalten, eingelernt oder erfasst sind, und dies aus vergangenen und aktuellen Prozessen bzw. Zyklen. Eine semantische Datenbank kann dazu oder auch ergänzend Informationen aus Handbüchern, Experteninformationen, Datenblätter, usw. enthalten. The artificial intelligence derives a solution to a problem and/or a recommendation for action from a knowledge base in which, for example, a large amount of expert knowledge has been collected, which includes the knowledge and experience of a long-standing machine operator, as well as process data, process parameters, procedures, quality parameters and faults that have been learned or recorded, and this from past and current processes or cycles. A semantic database can contain additional or supplementary information from manuals, expert information, data sheets, etc.

Trainingsdaten für die künstliche Intelligenz Kl sind z.B. statistische Werte, Prozessinformationen, Störungsklassen, Kontextinformationen sowie Prozessinformationen (z.B. Material). Auch Qualitätsparameter können eingelernt werden, wie z.B. Oberflächenqualität, Maßhaltigkeit, Glanz, Gewicht, Unterfüllung, Überfüllung, lokale Fehlstellen, Oberflächentopologie (z.B. Rauheit), Fremdmaterial, Fremdpartikel, Materialverschleppung. Zu den Trainingsdaten gehören auch andere vom Verfahrensablauf abhängige Parameter wie z.B. Materialverbrauch, Herstellungszeit oder dergleichen. So werden bei der Herstellungszeit insbesondere die Schichtbauzeit und die Gesamtbauzeit oder auch Herstellungszeit betrachtet und/oder eingelernt. Grundsätzlich können noch weitere Parameter/Kriterien betrachtet und/oder eingelernt werden Training data for the artificial intelligence Kl are, for example, statistical values, process information, fault classes, context information and process information (e.g. material). Quality parameters can also be learned, such as surface quality, dimensional accuracy, gloss, weight, underfilling, overfilling, local defects, surface topology (e.g. roughness), foreign material, foreign particles, material carryover. The training data also includes other parameters that depend on the process sequence, such as material consumption, production time or the like. For the production time, in particular the Shift construction time and the total construction time or production time are considered and/or learned. In principle, other parameters/criteria can be considered and/or learned

Durch die Wissensbasis ist die künstliche Intelligenz in der Lage eigene Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen abzuleiten, neues Wissen zu generieren sowie dem Bediener das Zustandekommen der Problemlösung und Handlungsempfehlung zu erläutern. Zu den wichtigsten Aufgaben der künstlichen Intelligenz und des Expertensystems gehören: die Interpretation von Daten durch den Vergleich der statistischen Daten 10, 20, 30 und der Prozessdaten 40, die Klassifizierung von Ereignissen, das Erkennen von Fehlerursachen und die Reduzierung von Fehlern, die Beseitigung kritischer Zustände durch z. B. Veränderung von Steuerdaten,The knowledge base enables artificial intelligence to draw its own conclusions and recommendations for action, generate new knowledge and explain to the operator how the problem solution and recommendation for action came about. The most important tasks of artificial intelligence and the expert system include: interpreting data by comparing statistical data 10, 20, 30 and process data 40, classifying events, identifying causes of errors and reducing errors, eliminating critical conditions by, for example, changing control data,

Stoppen des Verfahrens und/oder Interaktion mit dem Bediener, die dialogorientierte Beratung des Bedieners, die Vorhersage von Ereignissen auf Basis von Abweichungen der Prozessdaten 40 und der statistischen Daten 10, 20, 30. Stopping the process and/or interacting with the operator, providing dialog-oriented advice to the operator, predicting events based on deviations in the process data 40 and the statistical data 10, 20, 30.

Bei der Realisierung der künstlichen Intelligenz und des Expertensystems können verschiedene Modelle zum Einsatz kommen, wie fallbasierte, regelbasierte oder klassifizierende Systeme. Bei fallbasierten Systemen werden zur aktuellen Problemstellung ähnliche Fälle in der Wissensbasis gesucht und die Lösung auf die aktuelle Problemstellung übertragen. Regelbasierte Systeme arbeiten mit vorgegebenen Wenn-dann-Regeln und lösen das Problem durch das Finden und Anwenden der zur Problemstellung passenden Regeln. In einem klassifizierenden System generiert die künstliche Intelligenz mithilfe von Entscheidungsbäumen eigenständige Lernprozesse, wobei aus gegebenen Fakten Thesen für neue Problemstellungen abgeleitet werden. When implementing artificial intelligence and expert systems, various models can be used, such as case-based, rule-based or classifying systems. In case-based systems, similar cases to the current problem are searched for in the knowledge base and the solution is transferred to the current problem. Rule-based systems work with predefined if-then rules and solve the problem by finding and applying the rules that fit the problem. In a classifying system, artificial intelligence uses decision trees to generate independent learning processes, whereby theses for new problems are derived from given facts.

Ein typischer Ablauf, in dem eine künstliche Intelligenz mitwirkt, kann folgendermaßen aussehen: A typical process involving artificial intelligence might look like this:

Es wird eine Störung erkannt A fault is detected

Die Störung wird durch ein Kl-Modell anhand statistischer Werte, Prozessinformationen etc. klassifiziert (z.B. Überfüllung). The disturbance is classified by a Kl model based on statistical values, process information, etc. (e.g. overfilling).

Störungsklasse, Kontextinformation sowie Prozessinformation (z.B. Material) werden in einer semantischen Datenbank gesucht. Disturbance class, context information and process information (e.g. material) are searched in a semantic database.

Die Datenbank gibt die relevantesten Abschnitte zurück. Die Rückgabe der Datenbank, Störungsklasse, Kontextinformation, Prozessinformation und statistischen Werte werden in einem Prompt an den Chatbot/das Large Language Modell (LLM) übergeben. The database returns the most relevant sections. The return of the database, fault class, context information, process information and statistical values are passed to the chatbot/large language model (LLM) in a prompt.

Das LLM generiert basierend auf diesen Informationen eine Anleitung zur Behebung der Störung. Wenn möglich, führt die Steuerung diese Schritte selbstständig aus (z.B., wenn nur Parameter geändert werden müssen). Based on this information, the LLM generates instructions for correcting the fault. If possible, the control system carries out these steps independently (e.g. if only parameters need to be changed).

Falls dies nicht möglich ist, weil z.B. der Bediener händisch eingreifen muss, wird der Bediener Schritt für Schritt durchgeleitet. If this is not possible, e.g. because the operator has to intervene manually, the operator is guided through step by step.

Dabei können das LLM sowie die Datenbank wahlweise auf der Steuerung der Maschine o- der in der Cloud laufen. The LLM and the database can run either on the machine's control system or in the cloud.

Aus den statistischen Daten 10, 20, 30 der Motoren 200, 201 , 202 sind die Koordinaten jeden Materialaustrags bekannt. An jedem Punkt der Achsen 240, 241 , 242, also z.B. an jedem x-, y-, z-Koordinatenpunkt, können außerdem mechanische Widerstandsdaten der Motoren 200, 201 , 202 in den statistischen Daten 10, 20, 30 gespeichert werden oder sein, die Rückschlüsse auf die korrekte abgelegte Materialmenge erlauben. Je nach Position und Gewicht des Gegenstandes 290 sowie mechanischer Ausrüstung der Maschine erfahren die Achsen 240, 241 , 242 und somit deren Prozessdaten 40, z. B. in Form eines mechanischen Widerstands, beim Verfahren eine Veränderung des mechanischen Widerstands. Steigt z. B. der mechanische Widerstand bei einer Bewegung der Achsen (lokal) im Vergleich zu den statistischen Daten an kann an dieser Stelle eine Überfüllung des Bauteilquerschnittes vorliegen. Dies kann sich über Schichten hinweg bemerkbar machen. Ebenso verhält es sich bei einer Verringerung des mechanischen Widerstands im Vergleich zu den statistischen Daten 10, 20, 30. Diese kann auf eine Unterfüllung hindeuten. The coordinates of each material discharge are known from the statistical data 10, 20, 30 of the motors 200, 201, 202. At each point on the axes 240, 241, 242, e.g. at each x, y, z coordinate point, mechanical resistance data from the motors 200, 201, 202 can also be stored in the statistical data 10, 20, 30, which allow conclusions to be drawn about the correct amount of material deposited. Depending on the position and weight of the object 290 and the mechanical equipment of the machine, the axes 240, 241, 242 and thus their process data 40, e.g. in the form of mechanical resistance, experience a change in mechanical resistance during the process. If, for example, the resistance increases, the resistance increases. For example, if the mechanical resistance during movement of the axes (locally) is lower than the statistical data, the component cross-section may be overfilled at this point. This can be noticeable across layers. The same applies if the mechanical resistance is reduced compared to the statistical data 10, 20, 30. This can indicate underfilling.

Verschiedene Fehlerfälle 60 - 63, z. B. Fehlerfall 1 , Fehlerfall 2, ... Fehlerfall n, ... Fehlerfall n+i können so mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 ausgegeben werden. Neben den Fehlerfällen 60 - 63 können auch statistische Daten 10, 20, 30 und Prozessdaten 40 visualisiert 90 an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 ausgegeben werden. Die zur Mensch-Maschine-Schnittstelle gehöhrenden Bestandteile sind in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt. Various error cases 60 - 63, e.g. error case 1, error case 2, ... error case n, ... error case n+i can thus be output by means of the human-machine interface 280. In addition to the error cases 60 - 63, statistical data 10, 20, 30 and process data 40 can also be output in a visualized 90 manner at the human-machine interface 280. The components belonging to the human-machine interface are shown in dash-dotted lines in Fig. 1.

Fig. 2 zeigt exemplarisch die Darstellung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 mit Ausgabe- und Eingabebereichen. In einem Bereich ist der Bahnverlauf 100 in einer spezifischen Schicht dargestellt. Es kann aber auch ein Kamerabild 110 in einem anderen Bereich dargestellt sein, dass dem Bediener die direkte Inspektion des ausgetragenen Materials erlaubt. Ein dritter Bereich zeigt eine 3D Darstellung 120 des Gegenstands, sowie die Anzeige einer spezifischen Schicht im Gegenstand. In einem vierten Bereich ist ein Abweichungsverlauf 130 von Prozessdatenwerten P, z.B. des spezifischen Stroms der Achsen, von erwarteten Werten dargestellt. Über einen letzten Bedienbereich 140 ist es dem Bediener möglich Eingaben vorzunehmen. Die Ausgabebereiche können aber auch anstelle dessen bzw. zusätzlich mit einer Touchscreen-Funktion ausgestattet sein. Fig. 2 shows an example of a human-machine interface 280 with output and input areas. In one area, the path 100 is shown in a specific layer. However, a camera image 110 can also be shown in another area, which allows the operator to directly inspect the discharged material. A third area shows a 3D representation 120 of the object, as well as the display of a specific layer in the object. In a fourth area, a deviation curve 130 of process data values P, e.g. the specific current of the axes, from expected values is shown. The operator can make inputs via a final operating area 140. The output areas can also be equipped with a touchscreen function instead of or in addition to this.

Die Erfassung relevanter Prozessdaten 40 kann dadurch erleichtert werden, dass die physikalischen Werte einen Motorstrom und/oder eine Motorspannung und/oder einen aus einem Motorstrom und einer Motorspannung bestimmten dynamischen elektrischen Widerstand und/oder einen mechanischen Widerstand umfassen. Die Erfassung von Strömen und Spannungen lässt sich z. B. einfach mittels Messwiderständen und entsprechenden Analog/Digital- Wandlern durchführen. Ein Anstieg des mechanischen Widerstandes korreliert z. B. mit einem Anstieg des Motorstroms, so dass sich darüber die aufwendigere Ermittlung des mechanischen Widerstandes vermeiden lässt. The acquisition of relevant process data 40 can be made easier if the physical values include a motor current and/or a motor voltage and/or a dynamic electrical resistance determined from a motor current and a motor voltage and/or a mechanical resistance. The acquisition of currents and voltages can be carried out easily using measuring resistors and corresponding analog/digital converters, for example. An increase in mechanical resistance correlates, for example, with an increase in motor current, so that the more complex determination of mechanical resistance can be avoided.

Um die Genauigkeit des Verfahrens zu verbessern, kann die Bestimmung von Abweichungen ergänzend zu den Motordaten der Achsen 240, 241 , 242 der Bauplattform 250 einen Abgleich A vorher ermittelter statistischer Daten 10, 20, 30 des Druckkopfes 210 und/oder der Aufbereitungseinheit 230 mit weiteren Prozessdaten 70 während der Herstellung des Gegenstandes 290 in der Steuer- und Regeleinheit 270 umfassen, wobei die statistischen Daten 10, 20, 30 und die weiteren Prozessdaten 70 die erfassten physikalischen Werte der Sensoren 260umfassen. Steigt bspw. der mechanische Widerstand oder der Strom bei einer Bewegung der Achsen (lokal) an bei gleichzeitiger Erhöhung des Prozessdruckes, liegt an dieser Stelle eine Überfüllung des Bauteilquerschnittes vor. Liegt jedoch keine Erhöhung des mechanischen Widerstandes oder des Stroms der Achsen 240, 241 , 242 vor, aber ein Anstieg des Prozessdruckes aufgrund eines blockierten Düsenaustritts, kann eine Bauteilunterfüllung vorliegen, da nicht genug Material ausgetragen werden kann. In order to improve the accuracy of the method, the determination of deviations can, in addition to the motor data of the axes 240, 241, 242 of the construction platform 250, include a comparison of previously determined statistical data 10, 20, 30 of the print head 210 and/or the processing unit 230 with further process data 70 during the manufacture of the object 290 in the control and regulation unit 270, wherein the statistical data 10, 20, 30 and the further process data 70 include the recorded physical values of the sensors 260. If, for example, the mechanical resistance or the current increases (locally) during a movement of the axes while the process pressure increases at the same time, the component cross-section is overfilled at this point. However, if there is no increase in the mechanical resistance or the current of the axes 240, 241, 242, but an increase in the process pressure due to a blocked nozzle outlet, the component may be underfilled because not enough material can be discharged.

Für die Datenaufbereitung der statistischen Daten 10, 20, 30 können die zu fertigenden 3D Daten des Gegenstandes 290 in Schichten zerlegt und je nach gewählten Bauparametern und/oder Baustrategie Maschinenanweisungen generiert werden, die vorgeben, wieviel Material schichtweise entlang welcher Bahnen und pro Schicht abgelegt wird. Noch bevor das Bauteil gefertigt wird, können aus diesen Maschinenanweisungen Daten entnommen werden zur Prozessvorhersage. Die Daten können pro Schicht und/oder bauzeitbezogen ausgewertet werden und können folgende zu erwartende Informationen umfassen: Bauzeiten, Schichtzeiten, Materialverbrauch, Geschwindigkeiten, Energieverbrauch, Stromstärken, Längen von Konturen und Volumen von Füllungen. Während des Herstellungsprozesses können weitere Prozessdaten 70 kontinuierlich erfasst und analysiert werden. Diese Daten können folgende zu erwartende Informationen umfassen: Schichtzeiten, Materialverbrauch, Temperaturen (z. B. im Bauraum oder der Aufbereitungseinheit 230, insbesondere in Form einer Plastifiziereinheit), Prozessdrücke und elektrische Signale. For the data preparation of the statistical data 10, 20, 30, the 3D data of the object 290 to be manufactured can be broken down into layers and, depending on the selected construction parameters and/or construction strategy, machine instructions can be generated that specify how much material is deposited layer by layer along which paths and per layer. Even before the component is manufactured, data can be taken from these machine instructions for process prediction. The data can be evaluated per layer and/or construction time and can include the following expected information: construction times, shift times, material consumption, speeds, energy consumption, current strengths, lengths of contours and volumes of fillings. During the manufacturing process, additional process data 70 can be continuously recorded and analyzed. This data can include the following expected information: shift times, material consumption, temperatures (e.g. in the construction space or the preparation unit 230, in particular in the form of a plasticizing unit), process pressures and electrical signals.

Die Berücksichtigung der oben genannten statistischen Daten 10, 20, 30 und weiteren Prozessdaten 70 kann die Genauigkeit der Anomaliebestimmung weiter verbessern. Dies kann auch der Fall sein, wenn insbesondere Prozessdaten 40, 70 in Relation zueinander betrachtet werden. Taking into account the above-mentioned statistical data 10, 20, 30 and further process data 70 can further improve the accuracy of the anomaly determination. This can also be the case if process data 40, 70 in particular are considered in relation to one another.

Reale Schichtbauzeiten können z. B. von berechneten Zeiten abweichen aufgrund von zu lange verlaufenden Dosiervorgängen, was auf eine unzureichende Materialzuführung (z.B. Rieselprobleme) hindeuten kann. Actual layer construction times can deviate from calculated times, for example, due to dosing processes taking too long, which can indicate insufficient material supply (e.g. trickle problems).

Der Materialverbrauch wird über die Anzahl der Tropfen berechnet. Weicht dieser vom zu erwarteten Wert ab, könnte dies auf eine Leckage im System (Leckströmung Schließring, Undichtigkeit Düse/Zylinder, etc.) hindeuten, bedingt durch fehlerhafte Bauteile, eine Materialermüdung oder eine fehlerhafte Montage. Befindet sich diese Leckage an der Austragsdüse 220 innerhalb des Bauraums, könnte dies zu einer Verminderung der Bauteilqualität führen bis hin zum Prozessabbruch. The material consumption is calculated based on the number of drops. If this deviates from the expected value, this could indicate a leak in the system (leakage flow from the locking ring, leakage from the nozzle/cylinder, etc.) caused by faulty components, material fatigue or faulty assembly. If this leak is located at the discharge nozzle 220 within the build space, this could lead to a reduction in component quality and even to process termination.

Ein Absenken des Prozessdruckes kann auf eine Unterfüllung hindeuten, bedingt durch einen unzureichenden Materialaustrag. Ein Anstieg im Prozessdruck wiederum kann hervorgerufen werden durch eine lokale Überfüllung der Bauteilschicht, aber auch aufgrund eines teilweise blockierten Düsenaustritts, hervorgerufen durch Fremdkörper im Material oder unzureichend aufgeschmolzenes Material. Um festzustellen, warum es zu einem Anstieg kommt, könnte durch den Einsatz weiterer Sensoren verifiziert werden. A drop in process pressure can indicate underfilling caused by insufficient material discharge. An increase in process pressure can be caused by local overfilling of the component layer, but also due to a partially blocked nozzle outlet caused by foreign bodies in the material or insufficiently melted material. In order to determine why an increase occurs, it could be verified by using additional sensors.

Um die Anomalie noch genauer zu detektieren bzw. Fehler auszuschließen, können zusätzliche interne Messgeräte zur Bestimmung der Oberflächentopographie und der Überprüfung der Oberflächenqualität, wie z. B. einen Triangulationssensor zur Abstandsmessung, insbesondere einen laserbasierten Triangulationssensor, und/oder eine Kamera 300 und/oder ein Interferometer 310, insbesondere ein Weißlicht-Interferometer, von der Vorrichtung und vom Verfahren umfasst sein. Diese liefern weitere Prozessdaten 70, wie z. B. Bilddaten 80. Auf diese Weise können durch rechtzeitiges Feststellen und Eingreifen Prozessfehler und Prozessabbrüche vermieden werden. Liegen kleine Abweichungen vor, mindert es nicht zwangsläufig die Bauteilqualität, solange die Abweichungen im erlaubten Rahmen bleiben. In order to detect the anomaly even more precisely or to exclude errors, additional internal measuring devices for determining the surface topography and checking the surface quality, such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera 300 and/or an interferometer 310, in particular a white light interferometer, can be included in the device and the method. These provide further process data 70, such as image data 80. In this way, process errors and process interruptions can be avoided by identifying and intervening in good time. If there are small deviations, this does not necessarily reduce the component quality as long as the deviations remain within the permissible limits.

In einer weiteren die Genauigkeit der Anomaliebestimmung verbessernden Ausführungsform des Verfahrens kann dieses eine Visualisierung 90 der Prozessdaten 40, 70 inklusive der weiteren Prozessdaten 70 der zusätzlichen internen Messgeräte zur direkten Qualitätskontrolle durch den Bediener umfassen. Dabei können nach dem Fertigungsprozess die Prozessdaten 40, 70 z. B. schichtbezogen zur Qualitätskontrolle visualisiert dargestellt werden, um so evtl, kritische Bauteile ausselektieren zu können. Dabei können die Daten entlang des dargestellten Maschinenweges, z. B. in Form eines Bahnverlaufs 100, aufgezeigt werden. In a further embodiment of the method that improves the accuracy of the anomaly determination, this can include a visualization 90 of the process data 40, 70 including the further process data 70 of the additional internal measuring devices for direct quality control by the operator. After the production process, the process data 40, 70 can be visualized, e.g. layer-related, for quality control in order to be able to select out potentially critical components. The data can be shown along the machine path shown, e.g. in the form of a path 100.

Um die Einsatzmöglichkeiten zu vergrößern und wiederum die Genauigkeit der Anomaliebestimmung zu verbessern, kann die Visualisierung 90 an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 und/oder an einem externen Rechner und/oder einem Produktions-Analyse- und Verwaltungstool erfolgen und kann die Visualisierung 90 mittels farblicher Markierungen und/oder Diagrammen und/oder Kamerabildern 110 erfolgen, wobei der Gegenstand 290 in einer 2D- oder 3D-Abbildung 120 dargestellt werden kann. Messgrößen können z. B. in farblichen Abstufungen angezeigt werden, um kritische Bereiche schnell ersichtlich zu gestalten. Zur genaueren Analyse können visualisierte und farblich markierte statistischen Daten 10, 20, 30 zusammen mit Prozessdaten 40, 70, in z. B. Diagrammform, sowie den Kamerabildern 110 aus dem Prozess auf einer Oberfläche dargestellt werden. Wobei jede Schicht einzeln dargestellt wird. Auch eine 3D Darstellung 120 des Gegenstandes 290 inkl. der visualisierten Prozessdaten 40, 70 wäre denkbar. In order to increase the application possibilities and in turn improve the accuracy of the anomaly determination, the visualization 90 can take place on the human-machine interface 280 and/or on an external computer and/or a production analysis and management tool and the visualization 90 can take place by means of color markings and/or diagrams and/or camera images 110, wherein the object 290 can be shown in a 2D or 3D image 120. Measured variables can be displayed in color gradations, for example, in order to make critical areas quickly visible. For more precise analysis, visualized and color-coded statistical data 10, 20, 30 can be displayed on a surface together with process data 40, 70, e.g. in diagram form, as well as the camera images 110 from the process. Each layer is displayed individually. A 3D representation 120 of the object 290 including the visualized process data 40, 70 would also be conceivable.

Die Bestimmung von Anomalien kann auch verbessert werden, wenn die Bauplattform 250 mittels Linearachsen oder einem mehrgliedrigen Roboter 320 verfahren wird. Die Verwendung von Linearmotoren und Roboterarmen mit entsprechenden Sensoren ist störungsarm und hochgenau. The determination of anomalies can also be improved if the construction platform 250 is moved by means of linear axes or a multi-joint robot 320. The use of linear motors and robot arms with corresponding sensors is low-interference and highly accurate.

In einer für die Bedienbarkeit der Vorrichtung und die Ausführbarkeit des Verfahrens vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens lernt die Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 und/oder die Steuer- und Regeleinheit 270 mittels künstlicher Intelligenz Kl von Bedieneingaben des Bedieners und/oder gibt Handlungsempfehlungen an den Bediener aus. So können aufgezeichnete Parameter auf bestimmte Fehlerfälle zurückgeführt werden und unerfahrenen Bedienern kann das Ausführen einer einfachen und schnellen Fehlerbehebung ermöglicht werden. Auch trägt es zur Verbesserung der Genauigkeit der Anomaliebestimmung bei, wenn in der Steuer- und Regeleinheit 270 mittels künstlicher Intelligenz Kl die statistischen Daten 10, 20, 30 durch Nutzung der Prozessdaten 40, 70 verbessert werden. In an embodiment of the method that is advantageous for the operability of the device and the executability of the method, the human-machine interface 280 and/or the control and regulation unit 270 learns from the operator's inputs by means of artificial intelligence K1 and/or issues recommendations for action to the operator. In this way, recorded parameters can be traced back to specific error cases and inexperienced operators can be enabled to carry out simple and quick error correction. It also contributes to improving the accuracy of the anomaly determination if the statistical data 10, 20, 30 are improved in the control and regulation unit 270 by means of artificial intelligence Kl by using the process data 40, 70.

Die Produktivität und Qualität kann außerdem verbessert werden, wenn der Bediener mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 eine Abweichungsgrenze einstellen kann, bei deren Erreichen oder Überschreiten die Herstellung des Gegenstandes 290 unterbrochen wird. Für diesen Fall kann die Größe der erlaubten Abweichungen (prozentual) vom Bediener mittels der Bedienelemente 140 oder dem Touchscreen festgelegt werden, um entweder den Prozess weiterlaufen zu lassen oder diesen abzubrechen. Productivity and quality can also be improved if the operator can set a deviation limit using the human-machine interface 280, upon reaching or exceeding which the production of the object 290 is interrupted. In this case, the size of the permitted deviations (as a percentage) can be set by the operator using the controls 140 or the touch screen in order to either let the process continue or to abort it.

Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur qualitätssichernden additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes 290 umfasst gemäß Fig. 3 eine Aufbereitungseinheit 230 für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, wenigstens einen Druckkopf 210 mit mindestens einer Austragsdüse 220, eine in einer x-, y- und z-Koordinatenachse bzw. entlang mehrere Achsen 240, 241 , 242 mittels jeweils mindestens eines jeder Achse zugeordneten Motors 200, 201 , 202 verfahrbare Bauplattform 250, Sensoren 260 zur Erfassung physikalischer Werte der Motoren 200, 201 , 202 und ggf. des wenigstens einen Druckkopfes 210 und der Aufbereitungseinheit 230, eine interne und/oder externe Steuer- und Regeleinheit 270 und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 für einen Bediener der Vorrichtung. The device for carrying out the method for quality-assured additive production of a three-dimensional object 290 comprises, according to Fig. 3, a processing unit 230 for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head 210 with at least one discharge nozzle 220, a construction platform 250 that can be moved in an x, y and z coordinate axis or along several axes 240, 241, 242 by means of at least one motor 200, 201, 202 assigned to each axis, sensors 260 for detecting physical values of the motors 200, 201, 202 and optionally of the at least one print head 210 and the processing unit 230, an internal and/or external control and regulating unit 270 and a human-machine interface 280 for an operator of the device.

Vorteilhaft für die Bedienbarkeit der Vorrichtung und die Ausführbarkeit des Verfahrens ist es, wenn die Mensch-Maschine-Schnittstelle 280 und/oder die Steuer- und Regeleinheit 270 eine künstliche Intelligenz Kl beinhaltet. It is advantageous for the operability of the device and the executability of the method if the human-machine interface 280 and/or the control and regulation unit 270 contains an artificial intelligence Kl.

Weiterhin ist es für die Genauigkeit des Verfahrens vorteilhaft, wenn die Bauplattform 250 in der x-, y- und z-Koordinatenachse mittels Linearachsen verfahren wird. Diese können von Linearmotoren angetrieben sein und entsprechenden Sensoren für Strom, Spannung und mechanischen Widerstand enthalten. Furthermore, it is advantageous for the accuracy of the process if the construction platform 250 is moved in the x, y and z coordinate axes by means of linear axes. These can be driven by linear motors and contain corresponding sensors for current, voltage and mechanical resistance.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen. Bezugszeichenliste It is to be understood that this description is susceptible to various modifications, changes and adaptations which come within the range of equivalents to the appended claims. list of reference symbols

10 Prozessparameter 20 Prozessvorhersage 30 Prozessmodell 40 Prozessdaten 50 Bewertung der Abweichungen 60 Fehlerfall n 61 Fehlerfall n+1 62 Fehlerfall n+2 63 Fehlerfall n+i 70 Weitere Prozessdaten 80 Bilddaten 90 Visualisierung 100 Bahnverlauf 110 Kamerabild 120 3D-Darstellung des Gegenstands, Anzeige einer spezifischen Schicht 130 Abweichungsverlauf von Prozessdatenwerten von erwarteten Werten 140 Bedienelemente 200, 201, 202 Motoren 210 Druckkopf 220 Austragsdüse 230 Aufbereitungseinheit 240, 241, 242 Achsen 250 Bauplattform 260 Sensoren 270 Steuer- und Regeleinheit 280 Mensch-Maschine Schnittstelle 290 Gegenstand 300 Kamera 310 Interferometer 320 Roboter 10 Process parameters 20 Process prediction 30 Process model 40 Process data 50 Evaluation of deviations 60 Error case n 61 Error case n+1 62 Error case n+2 63 Error case n+i 70 Additional process data 80 Image data 90 Visualization 100 Path 110 Camera image 120 3D representation of the object, display of a specific layer 130 Deviation of process data values from expected values 140 Control elements 200, 201, 202 Motors 210 Print head 220 Discharge nozzle 230 Preparation unit 240, 241, 242 Axes 250 Construction platform 260 Sensors 270 Control and regulation unit 280 Human-machine interface 290 Object 300 Camera 310 Interferometer 320 Robot

Kl Künstliche Intelligenz P Prozessdatenwert A Abgleich von statistischen Daten und Prozessdaten Kl Artificial Intelligence P Process data value A Comparison of statistical data and process data

Claims

Patentansprüche patent claims 1. Verfahren zur qualitätssichernden additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels einer Vorrichtung umfassend 1. Method for the quality-assured additive production of a three-dimensional object by means of a device comprising - eine Aufbereitungseinheit (230) für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, - a processing unit (230) for at least one plasticizable or plasticized material, - wenigstens einen Druckkopf (210) mit mindestens einer Austragsdüse (220), - at least one print head (210) with at least one discharge nozzle (220), - eine entlang mehrerer Achsen (240, 241 , 242) mittels jeweils mindestens eines jeder Achse zugeordneten Motors (200, 201 , 202) verfahrbare Bauplattform (250), - a construction platform (250) which can be moved along several axes (240, 241, 242) by means of at least one motor (200, 201, 202) assigned to each axis, - Sensoren (260) zur Erfassung physikalischer Werte der Motoren (200, 201 , 202) und erforderlichenfalls wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe umfassend den wenigstens einen Druckkopf (210) und die Aufbereitungseinheit (230), - sensors (260) for detecting physical values of the motors (200, 201, 202) and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head (210) and the processing unit (230), - eine Steuer- und Regeleinheit (270) und - a control and regulation unit (270) and - eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) für einen Bediener der Vorrichtung, - a human-machine interface (280) for an operator of the device, - wobei das Verfahren eine Auswertung von Sensordaten der Sensoren (260) und eine geregelte Ansteuerung der Motoren (200, 201 , 202) und erforderlichenfalls des wenigstens einen Elements aus der Gruppe, umfassend den wenigstens einen Druckkopf (210) und die Aufbereitungseinheit (230), durch die Steuer- und Regeleinheit (270) umfasst, wobei mindestens ein plastifiziertes Material aus der mindestens einen Austragsdüse (220) auf der Bauplattform (250) abgelegt wird und wobei die Bauplattform (250) verfahren wird, um schichtweise den Gegenstand (290) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst: - wherein the method comprises an evaluation of sensor data from the sensors (260) and a controlled control of the motors (200, 201, 202) and, if necessary, of the at least one element from the group comprising the at least one print head (210) and the processing unit (230), by the control and regulation unit (270), wherein at least one plasticized material from the at least one discharge nozzle (220) is deposited on the construction platform (250) and wherein the construction platform (250) is moved in order to produce the object (290) layer by layer, characterized in that the method further comprises: - einen Abgleich (A) vorher ermittelter statistischer Daten (10, 20, 30) der Motoren (200, 201 , 202) mit während der Herstellung des Gegenstandes (290) ermittelten Prozessdaten (40) in der Steuer- und Regeleinheit (270) zur Bestimmung von Abweichungen, wobei die statistischen Daten (10, 20, 30) und die Prozessdaten (40) die erfassten physikalischen Werte der Sensoren (260) umfassen und wobei die statistischen Daten (10, 20, 30), bestehend aus Prozessparametern (10) und einer Prozessvorhersage (20), die ein Prozessmodell (30) bilden, welches den Herstellungsprozess des Gegenstandes (290) abbildet, aus Prozessdaten (40) wiederholter realer und/oder simulierter Herstellung identischer Gegenstände (290) gewonnen werden, - a comparison (A) of previously determined statistical data (10, 20, 30) of the motors (200, 201, 202) with process data (40) determined during the manufacture of the object (290) in the control and regulation unit (270) to determine deviations, wherein the statistical data (10, 20, 30) and the process data (40) comprise the recorded physical values of the sensors (260) and wherein the statistical data (10, 20, 30), consisting of process parameters (10) and a process prediction (20), which form a process model (30) which depicts the manufacturing process of the object (290), are obtained from process data (40) of repeated real and/or simulated manufacture of identical objects (290), - eine Bewertung der Abweichungen der statistischen Daten (10, 20, 30) und der Prozessdaten (40) in der Steuer- und Regeleinheit (270) zur Feststellung von Anomalien des herzustellenden Gegenstandes (290) und - an evaluation of the deviations of the statistical data (10, 20, 30) and the process data (40) in the control and regulation unit (270) to detect anomalies of the object to be manufactured (290) and - eine bewertungsabhängige Kommunikation der Steuer- und Regeleinheit (270) mit einer künstlichen Intelligenz (Kl) und/oder über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) mit dem Bediener zur Steuerung des Verfahrens, wobei die künstliche Intelligenz bei einer Abweichung der Prozessdaten (40) von den statistischen Daten (10, 20, 30) in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinheit (270) die Steuerung des Verfahrens automatisch anpasst und/oder Handlungsempfehlungen an den Bediener ausgibt. - an evaluation-dependent communication of the control and regulation unit (270) with an artificial intelligence (Kl) and/or via the human-machine interface (280) with the operator for controlling the method, wherein the artificial intelligence, in the event of a deviation of the process data (40) from the statistical data (10, 20, 30), Connection with the control and regulation unit (270) automatically adapts the control of the process and/or issues recommendations for action to the operator. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Werte einen Motorstrom und/oder eine Motorspannung und/oder einen aus einem Motorstrom und einer Motorspannung bestimmten dynamischen elektrischen Widerstand und/oder einen mechanischen Widerstand umfassen. 2. Method according to claim 1, characterized in that the physical values comprise a motor current and/or a motor voltage and/or a dynamic electrical resistance determined from a motor current and a motor voltage and/or a mechanical resistance. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Abgleich (A) vorher ermittelter statistischer Daten (10, 20, 30) des Druckkopfes (210) und/oder der Aufbereitungseinheit (230) mit Prozessdaten (40, 70) während der Herstellung des Gegenstandes (290) in der Steuer- und Regeleinheit (270) zur Bestimmung von Abweichungen umfasst, wobei die statistischen Daten und die Prozessdaten die erfassten physikalischen Werte der Sensoren (260) umfassen. 3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises a comparison (A) of previously determined statistical data (10, 20, 30) of the print head (210) and/or the processing unit (230) with process data (40, 70) during the manufacture of the object (290) in the control and regulating unit (270) for determining deviations, wherein the statistical data and the process data comprise the recorded physical values of the sensors (260). 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statistischen Daten (10, 20, 30) Bauzeiten, Schichtzeiten, Materialverbrauch, Geschwindigkeiten, Energieverbrauch, Stromstärken, Längen von Konturen und Volumen von Füllungen umfassen und dass die Prozessdaten (40, 70) Schichtzeiten, Materialverbrauch, Temperaturen, Prozessdrücke und elektrische Signale umfassen, die mit weiteren Sensoren (260) der Vorrichtung erfasst werden. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the statistical data (10, 20, 30) comprise construction times, shift times, material consumption, speeds, energy consumption, current intensities, lengths of contours and volumes of fillings and that the process data (40, 70) comprise shift times, material consumption, temperatures, process pressures and electrical signals which are recorded with further sensors (260) of the device. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung von Abweichungen zusätzlich Prozessdaten (40, 70) in Relation zueinander betrachtet werden. 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to evaluate deviations, additional process data (40, 70) are considered in relation to one another. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzliche interne optische Messgeräte, wie z. B. einen Triangulationssensor zur Abstandsmessung, insbesondere einen laserbasierten Triangulationssensor, und/oder eine Kamera (300) und/oder ein Interferometer (310), insbesondere ein Weißlicht-Interferometer, zur Erzeugung weiterer Prozessdaten (70), umfasst und dass das Verfahren eine Bestimmung der Oberflächentopographie bzw. der Oberflächenqualität mittels der weiteren Prozessdaten (70) des Triangulationssensors und/oder der Kamera und/oder des Interferometers umfasst. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises additional internal optical measuring devices, such as a triangulation sensor for distance measurement, in particular a laser-based triangulation sensor, and/or a camera (300) and/or an interferometer (310), in particular a white light interferometer, for generating further process data (70), and that the method comprises a determination of the surface topography or the surface quality by means of the further process data (70) of the triangulation sensor and/or the camera and/or the interferometer. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Visualisierung (90) der Prozessdaten (40, 70) zur Qualitätskontrolle durch den Bediener umfasst, die (90) an der Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) und/oder an einem externen Rechner und/oder einem Produktions-Analyse- und Verwaltungstool erfolgt und dass die Visualisierung (90) mittels farblicher Markierungen und/oder Diagrammen und/oder Kamerabildern (110) erfolgt, wobei der Gegenstand (290) in einer 2D- oder 3D-Abbildung (120) dargestellt wird. 7. Method according to claim 6, characterized in that it comprises a visualization (90) of the process data (40, 70) for quality control by the operator, which (90) is displayed on the human-machine interface (280) and/or on an external computer and/or a production analysis and management tool and that the visualization (90) is carried out by means of colored markings and/or diagrams and/or camera images (110), wherein the object (290) is represented in a 2D or 3D image (120). 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) und/oder die Steuer- und Regeleinheit (270) mittels künstlicher Intelligenz (Kl) von Bedieneingaben des Bedieners lernt und/oder Handlungsempfehlungen an den Bediener ausgibt. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the human-machine interface (280) and/or the control and regulating unit (270) learns from operator inputs by means of artificial intelligence (Kl) and/or issues recommendations for action to the operator. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Regeleinheit (270) mittels künstlicher Intelligenz (Kl) die statistischen Daten (10, 20, 30) durch Nutzung der Prozessdaten (40, 70) verbessert werden. 9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the control and regulating unit (270) the statistical data (10, 20, 30) are improved by using the process data (40, 70) by means of artificial intelligence (Kl). 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) eine Abweichungsgrenze einstellen kann, bei deren Erreichen oder Überschreiten die Herstellung des Gegenstandes (290) unterbrochen wird. 10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operator can set a deviation limit by means of the human-machine interface (280), upon reaching or exceeding which the production of the article (290) is interrupted. 11 . Vorrichtung zur qualitätssichernden additiven Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes (290) umfassend eine Aufbereitungseinheit (230) für mindestens ein plastifizierbares oder plastifiziertes Material, wenigstens einen Druckkopf (210) mit mindestens einer Austragsdüse (220), eine entlang mehrere Achsen (200, 201 , 202) mittels jeweils mindestens eines jeder Achse zugeordneten Motors (240, 241 , 242) verfahrbare Bauplattform (250), Sensoren zur Erfassung physikalischer Werte der Motoren (240, 241 , 242) und erforderlichenfalls wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe umfassend den wenigstens einen Druckkopf (210) und die Aufbereitungseinheit (230), eine Steuer- und Regeleinheit (270) und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (280) für einen Bediener der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen. 11. Device for the quality-assured additive production of a three-dimensional object (290), comprising a preparation unit (230) for at least one plasticizable or plasticized material, at least one print head (210) with at least one discharge nozzle (220), a construction platform (250) that can be moved along several axes (200, 201, 202) by means of at least one motor (240, 241, 242) assigned to each axis, sensors for detecting physical values of the motors (240, 241, 242) and, if necessary, at least one of the elements from the group comprising the at least one print head (210) and the preparation unit (230), a control and regulating unit (270) and a human-machine interface (280) for an operator of the device, characterized in that it is set up to carry out the method according to one of claims 1 to 10. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mensch-Maschine- Schnittstelle (280) und/oder die Steuer- und Regeleinheit (270) eine künstliche Intelligenz (Kl) beinhaltet. 12. Device according to claim 11, characterized in that the human-machine interface (280) and/or the control and regulation unit (270) contains an artificial intelligence (Kl).
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