DE102019130951A1

DE102019130951A1 - Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von prozessiertem pulverförmigen Aufbaumaterial sowie Rückgewinnungseinrichtung und Kartusche für eine solche Rückgewinnungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019130951A1
Application number: DE102019130951.4A
Authority: DE
Inventors: Till Blaser; Roman Denisov; Michael Volk; Stefan Weber; Björn Ullmann
Original assignee: One Click Metal GmbH
Current assignee: One Click Metal GmbH
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-20
Also published as: US20220402037A1; WO2021094479A1; EP4058227A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial (14) in einer Anlage (10) zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Festigen des Aufbaumaterials (14) mittels eines auf das Aufbaumaterial (14) gerichteten Strahls (22), bei dem in einer Aufbaustation (16), welche eine Prozesskammer (24) umfasst, das Bauteil (12) auf einer Substratplatte (34) in einem Baumodul (33) durch schichtweises Verfestigen des Aufbaumaterials (14) hergestellt wird, und/oder bei dem in einer Auspackstation (18), welche eine Auspackkammer (61) umfasst, das in dem Baumodul (33) hergestellte Bauteil (12) aus dem Baumodul (33) entfernt und das prozessierte, nicht verfestigte Aufbaumaterial (14) von dem Bauteil (12) entfernt wird, bei dem mit einer Rückgewinnungseinrichtung (55) das prozessierte Aufbaumaterial (14) in einer Auffangvorrichtung (46) gesammelt wird und für eine weitere Zuführung in die Prozesskammer (24) zur Herstellung von weiteren Bauteilen (12) bereitgestellt wird, wobei die Rückgewinnungseinrichtung (55) zumindest eine Kartusche (51) umfasst, welche mit dem in der Auftragsvorrichtung (46) gesammelten prozessierten Aufbaumaterial (14) gefüllt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Rückgewinnung von prozessiertem, pulverförmigem Aufbaumaterial sowie eine Rückgewinnungseinrichtung und eine Kartusche für die Rückgewinnungseinrichtung.
Die DE 20 2013 009 787 U1 offenbart eine Anlage mit einer Aufbaustation zur Herstellung von Werkstücken durch selektives Verfestigen mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles. Diese Anlage umfasst des Weiteren eine Nachbehandlungsstation, welche mehrere aufeinanderfolgende Stationen, wie beispielsweise eine Wechselstation, eine Parkstation, eine Rotationsstation und eine Entnahmestation für das hergestellte Bauteil umfasst. In der Rotationsstation wird ein Baumodul mit dem darin positionierten und hergestellten dreidimensionalen Bauteil in eine Über-Kopf-Anordnung übergeführt. Das nicht verfestigte pulverförmige Aufbaumaterial wird über einen Auslass einer Pulverrückgewinnungsvorrichtung zugeführt. Diese umfasst eine Kreislaufleitung, welche das pulverförmige Ausbaumaterial aus dem Sammelbehälter in eine Siebstation überführt und von dort aus über eine weitere Kreislaufleitung der Aufbaustation zuführt, wobei diese Kreislaufleitung in einen Pulvereinlass an der Aufbaustation führt.
Aus der DE 10 2014 221 222 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur generativen Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Verbinden von pulverförmigem Aufbaumaterial auf einem Substrat durch einen einwirkenden Laserstrahl bekannt. Das aufzubringende Pulver wird in einer Patrone bereitgestellt und aus der Patrone wird schichtweise das Pulver auf die Bauplattform eines Bauzylinders aufgebracht, um das Bauteil herzustellen.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2016 014 513 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen mittels eines auf das pulverförmige Aufbaumaterial einwirkenden Strahles bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine erste und zweite Aufnahmevorrichtung für jeweils eine Kartusche, welche zur Aufnahme, Speicherung und/oder Ausgabe des pulverförmigen Materials vorgesehen ist. Diese Kartuschen sind an einer Unterseite eines Bodens in einer Prozesskammer angeordnet. Mittels einer entlang dem Boden verfahrbaren Beschichtungseinheit kann das Pulver zum Bauzylinder übergeführt werden, in welchem das dreidimensionale Bauteil durch selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebaut wird.
Aus der EP 2 921 286 A1 ist des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Laserstrahles bekannt.
Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Kartusche an einer Beschichtungseinheit positioniert wird, welche oberhalb eines Baumoduls zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials verfahren wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Rückgewinnung von einem prozessierten pulverförmigen Aufbaumaterial sowie eine Rückgewinnungseinrichtung und eine Kartusche für eine Rückgewinnungseinrichtung vorzuschlagen, die einen vereinfachten Kreislauf für die Wiederverwendung des prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterials ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Rückgewinnung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial gelöst, indem eine Auffangvorrichtung einer Rückgewinnungseinrichtung in einer Prozesskammer einer Aufbaustation und/oder in einer Auspackkammer einer Auspackstation vorgesehen ist, wobei die Rückgewinnungseinrichtung zumindest eine Kartusche umfasst, welche mit dem in der Auffangvorrichtung gesammelten prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial befüllt wird. Durch den Einsatz von Kartuschen wird ermöglicht, dass ein vereinfachter Aufbau für einen integrierten Kreislauf eines Aufbaumaterials ermöglicht ist, um das prozessierte, pulverförmige Aufbaumaterial aufzubereiten und für einen erneuten Herstellungsprozess eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen des aufbereiteten pulverförmigen Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles bereitzustellen. Darüber hinaus kann durch ein solches Kartuschensystem der Rückgewinnungseinrichtung ermöglicht werden, dass für das Bedienpersonal eine Minimierung des Kontaktes mit dem Aufbaumaterial erfolgt. Zudem ermöglicht die Wiederverwertbarkeit solcher Kartuschen der Rückgewinnungseinrichtung eine kostengünstige Ausgestaltung und erfüllt ökologische Ansprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mit dem prozessierten Aufbaumaterial gefüllte Kartusche in einer Siebstation positioniert wird und das durch die zumindest eine Kartusche bereitgestellte Aufbaumaterial einer Siebvorrichtung zugeführt wird und das prozessierte Aufbaumaterial mittels der Siebvorrichtung von einem Überkorn und/oder Verunreinigungen befreit wird. Dadurch kann in einfacher Weise nach dem Aufnehmen des prozessierten Aufbaumaterials in die Kartusche eine Überführung in eine Siebstation erfolgen. Unter Überkorn wird pulverförmiges Aufbaumaterial verstanden, dessen Korngröße größer als die ursprüngliche Korngröße des Aufbaumaterials ist. Das Überkorn kann durch Verbacken oder Verschmelzen von mehreren pulverförmigen Körnern erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in der Siebeinrichtung mittels einer auf ein Sieb einwirkenden Ultraschallanregung das prozessierte Aufbaumaterial von Überkorn und/oder Verunreinigungen befreit wird. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Aufbereitung des prozessierten Aufbaumaterials für einen nachfolgenden Arbeitssch ritt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine Kartusche mit dem aufbereiteten pulverförmigen und prozessierten Aufbaumaterial aus der Siebeinrichtung befüllt wird und vorzugsweise das Überkorn und/oder die Verunreinigungen in zumindest einer weiteren Kartusche abgeführt werden. Dies ermöglicht zum einen, dass die mit prozessiertem und aufbereitetem Aufbaumaterial gefüllte Kartusche zur Weiterverwendung einer Pulvervorratseinrichtung der Aufbaustation zugeführt werden kann. Zum anderen kann das verunreinigte oder nicht mehr verwendbare pulverförmige Aufbaumaterial in der zumindest einen Kartusche abgefüllt und in einfacher Weise ohne eine Kontaminierung der Umgebung entsorgt werden, wobei darauffolgend die Kartusche wieder für die Rückgewinnungsvorrichtung einsetzbar ist.
Die zumindest eine Kartusche mit dem aufbereiteten prozessierten Aufbaumaterial wird bevorzugt in einer Kartuschenaufnahme einer Pulvervorratseinrichtung der Aufbaustation positioniert. Dadurch kann über die Pulvervorratseinrichtung eine gesicherte Ausgabe des in der zumindest einen Kartusche gespeicherten pulverförmigen Aufbaumaterials für eine nachfolgende Herstellung des dreidimensionalen Bauteils in der Aufbaustation erfolgen.
Vorteilhafterweise wird in der Pulvervorratseinrichtung das prozessierte Aufbaumaterial aus der zumindest einen Kartusche in einen Pulvervorratstrichter übergeführt, aus welchem vorzugsweise mittels einer Dosiervorrichtung das pulverförmige Aufbaumaterial der Prozesskammer zugeführt wird. In Abhängigkeit der Größe der Pulvervorratseinrichtung können ein oder mehrere Kartuschen in einer jeweiligen Kartuschenaufnahme positioniert werden, um darauffolgend eine vorbestimmte Menge an prozessiertem Aufbaumaterial in den Pulvervorratstrichter überzuführen, so dass eine hinreichende Menge an prozessiertem Aufbaumaterial und/oder frischem pulverförmigem Aufbaumaterial für den nachfolgenden Herstellungsprozess des dreidimensionalen Bauteils bereitgestellt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das prozessierte Aufbaumaterial sowohl in der Aufbaukammer als auch in der Auspackkammer jeweils einer Auffangvorrichtung zugeführt wird und die zumindest eine Kartusche über die Auffangvorrichtung gefüllt wird. Dadurch kann sowohl das bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils nicht verfestigte Aufbaumaterial als auch das in der Baukammer sich befindliche nicht verfestigte Aufbaumaterial, welches in der Auspackstation gesammelt wird, weiterhin in den Kreislauf des Aufbaumaterials zurückgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die zumindest eine Kartusche mit einer Dosiereinrichtung in der Auffangvorrichtung befüllt wird. Dadurch kann ein Überlaufen der Kartusche und eine Kontamination der Umgebung mit dem prozessierten Aufbaumaterial verhindert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anlage zur Rückgewinnung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial gelöst, bei welchem eine Rückgewinnungseinrichtung zumindest eine Auffangvorrichtung für ein prozessiertes, pulverförmiges Aufbaumaterial aufweist, das für eine erneute Zuführung des prozessierten Aufbaumaterials in eine Prozesskammer zur Herstellung von Bauteilen vorgesehen ist, wobei die Rückgewinnungsvorrichtung zumindest eine Kartusche umfasst, welche an zumindest einer Kartuschenaufnahme anordenbar ist und mit dem in der Auffangvorrichtung gesammelten prozessierten Aufbaumaterial befüllbar ist. Diese zumindest eine Kartusche zur Aufnahme des prozessierten pulverförmigen Aufbaumaterials ermöglicht eine flexible Ausgestaltung für einen Kreislauf des Aufbaumaterials durch ein Kartuschensystem. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von solchen Kartuschen eine einfache Handhabung. Auch kann ein flexibler Aufbau oder eine flexible Anordnung der Anlage ermöglicht sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Prozesskammer der Aufbaustation und/oder die Auspackkammer der Auspackstation jeweils eine Auffangvorrichtung aufweisen und an jeder Auffangvorrichtung die zumindest eine Kartusche in zumindest einer Kartuschenaufnahme anschließbar ist. Dadurch wird zum einen ein hoher Rückgewinnungsgrad an prozessiertem Aufbaumaterial für die Wiederverwendung ermöglicht. Zum anderen wird durch das Positionieren der zumindest einen Kartusche in der zumindest einen Kartuschenaufnahme ein Kontaminieren der Umgebung mit dem prozessierten Aufbaumaterial beim Überführen in die zumindest eine Kartusche verhindert.
Des Weiteren ist bevorzugt eine Siebstation vorgesehen, in welche die zumindest eine Kartusche in zumindest einer Kartuschenaufnahme befestigbar ist und das prozessierte Aufbaumaterial an eine Siebeinrichtung ausgibt. Dadurch kann die Siebstation portionsweise die Menge des durch die Kartusche zugeführten prozessierten Aufbaumaterials nach und nach aufbereiten.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zumindest einen Kartuschenaufnahme in der Siebstation eine Dosiervorrichtung nachgeschalten ist, welche das prozessierte Aufbaumaterial dosiert auf eine nachfolgende Siebeinrichtung ausgibt. Dadurch kann eine vordefinierte Menge des prozessierten Aufbaumaterials nur der Siebeinrichtung zugeführt werden, um das prozessierte Aufbaumaterial von Überkorn und/oder Verunreinigungen zu befreien.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Siebeinrichtung nachgeschalten ein Auslass für Überkorn und/oder Verunreinigungen und ein Auslass für aufbereitetes prozessiertes Aufbaumaterial vorgesehen ist, die jeweils eine Kartuschenaufnahme aufweisen, in der zumindest eine Kartusche anschließbar ist.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufbaustation eine Pulvervorratseinrichtung mit zumindest einer Kartuschenaufnahme aufweist, in welche zumindest eine Kartusche mit aufbereitetem prozessierten Aufbaumaterial und/oder zumindest eine Kartusche mit frischem Aufbaumaterial einsetzbar ist. Bevorzugt können mehrere Kartuschenaufnahmen in der Pulvervorratseinrichtung vorgesehen sein, so dass für einen nachfolgenden Bearbeitungsprozess die hinreichende Menge an pulverförmigem Aufbaumaterial in der Pulvervorratsvorrichtung bevorratet wird.
Vorzugsweise ist der Pulvervorratseinrichtung eine Dosiervorrichtung nachgeschalten, durch welche das Aufbaumaterial aus der zumindest einen Kartusche der Prozesskammer in der Aufbaustation zuführbar ist. Insbesondere wird dabei das Aufbaumaterial einer Beschichtungs- und/oder Nivelliereinrichtung zugeführt, die beim einmaligen Überfahren eines Baumoduls eine dosierte Schicht an pulverförmigem Aufbaumaterial ausgibt. Das überschüssig ausgegebene Aufbaumaterial kann durch die Beschichtungs- und Nivelliereinrichtung aus der Prozesskammer abgeführt und in die Auffangvorrichtung übergeführt werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auffangvorrichtung zumindest eine Dosiervorrichtung zum Befüllen der zumindest einen Kartusche mit prozessiertem Aufbaumaterial aufweist. Dies ermöglicht, dass der Sammelbehälter der Kartusche bei Befüllen nicht überläuft.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Anlage sieht vor, dass die Kartuschenaufnahme einen Anschlussabschnitt aufweist, an dem eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche die an den Anschlussabschnitt positionierte Kartusche lösbar fixiert ist. Eine solche Verriegelungsvorrichtung kann in Form einer Schnapp- oder Clickverriegelung oder eines Bajonettverschlusses vorgesehen sein, der in einfacher Weise ein Lösen und Fixieren der Kartusche in der Kartuschenaufnahme ermöglicht.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an der Kartuschenaufnahme ein Motor mit einem Stellelement vorgesehen ist, welches mit einem Anschlusselement der Kartusche zur Ansteuerung der Verschlussklappe beim Einsetzen der Kartusche in die Kartuschenaufnahme verbindbar ist. Dadurch kann nach dem Einsetzen der Kartusche in die Kartuschenaufnahme durch die Maschinensteuerung der Anlage eine Ansteuerung der Kartusche zum Öffnen des Verschlusses im Behälter vorgesehen sein, um das Befüllen oder das Entleeren des Behälters mit pulverförmigem Aufbaumaterial anzusteuern.
Die Kartusche weist vorteilhafterweise einen Behälter mit einer länglichen Öffnung zur Aufnahme des pulverförmigen Aufbaumaterials auf, wobei diese längliche Öffnung mit zumindest einem Verschlusselement zum Befüllen und Entleeren ansteuerbar ist. Dadurch wird die Wiederverwendbarkeit solcher Kartuschen sowie ein Kartuschenkreislaufsystem ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass eine sich in einer Längsmittelachse der Öffnung des Behälters der Kartusche erstreckende Verschlussklappe vorgesehen ist, welche an einer Stirnseite ein Anschlusselement aufweist und vorzugsweise das Verschlusselement durch eine Drehbewegung um dessen Längsachse in die Öffnungsposition und Schließposition überführbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Ansteuerung der Kartusche zum Öffnen und Schließen des Behälters. Des Weiteren kann ein Öffnen und Schließen angesteuert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Rückgewinnungseinrichtung für prozessiertes, pulverförmiges Aufbaumaterial gelöst, bei welchem zumindest eine Kartusche vorgesehen ist, welche in einer Kartuschenaufnahme zum Befüllen und Entleeren von frischem pulverförmigem Aufbaumaterial und/oder prozessiertem pulverförmigem Aufbaumaterial positionierbar ist. Diese Rückgewinnungseinrichtung kann als ein Kartuschensystem oder Kartuschenkreislaufsystem ausgebildet sein, wodurch eine einfache Handhabung ermöglicht ist. Zudem ist eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anlagenkonzepte ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kartusche der Rückgewinnungseinrichtung sieht vor, dass die Kartusche durch eine Verriegelungseinrichtung an einem Anschlussabschnitt der Kartuschenaufnahme lösbar fixiert ist und vorzugsweise an der Kartuschenaufnahme ein Motor mit einem Stellelement vorgesehen ist, durch welches eine Verschlussklappe der Kartusche zum Öffnen und Schließen einer Öffnung des Behälters ansteuerbar ist. Vorteilhafterweise ist eine einfache Kopplung des Steuerelementes am Motor mit einem Anschlusselement der Verschlussklappe beim Einsetzen der Kartusche in die Kartuschenaufnahme ermöglicht. Dadurch können eine vereinfachte Handhabung und darauffolgend eine einfache Ansteuerung der Kartusche gegeben sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Kartusche für eine Rückgewinnungseinrichtung gelöst, welche die die Kartusche betreffenden und vorbeschriebenen Merkmale aufweist.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht von vorne auf eine Anlage zur Rückgewinnung von prozessiertem, pulverförmigem Aufbaumaterial mit einer Aufbaustation und einer Auspackstation,
2 eine perspektivische Ansicht einer Kartusche einer Rückgewinnungseinrichtung,
3 eine schematische Schnittansicht der Kartusche gemäß 2,
4 eine schematische Schnittansicht einer Verschlussklappe der Kartusche gemäß 2 in einer Schließposition,
5 eine schematische Schnittansicht einer Verschlussklappe der Kartusche gemäß 2 in einer Öffnungsposition,
6 eine perspektivische Ansicht einer Kartusche in einer Kartuschenaufnahme mit einer nicht verriegelten Verriegelungseinrichtung,
7 eine perspektivische Ansicht der Kartusche gemäß 2 in der Kartuschenaufnahme mit einer verriegelten Verriegelungseinrichtung,
8 eine schematische Schnittansicht der Kartusche und der Kartuschenaufnahme gemäß 6 in einer nicht verriegelten Position,
9 eine schematisch vergrößerte Ansicht des Details A in 8,
10 eine schematische Schnittansicht der Kartusche und Kartuschenaufnahme gemäß 7 in einer verriegelten Position, und
11 eine schematisch vergrößerte Ansicht des Details B in 10.

In 1 ist schematisch eine Seitenansicht einer Anlage 10 zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils 12 durch ein aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen Aufbaumaterials 14 dargestellt. Diese Anlage 10 umfasst beispielsweise eine Aufbaustation 16 sowie eine Auspackstation 18. Diese Aufbaustation 16 und die Auspackstation 18 umfassen jeweils ein Gehäuse 19 und sind getrennt zueinander vorgesehen. Alternativ können diese Aufbaustation 16 und die Auspackstation 18 auch in einem gemeinsamen Gehäuse 19 der Anlage 10 vorgesehen sein.
Die Aufbaustation 16 umfasst eine Strahlquelle 21 beispielsweise in Form einer Laserquelle. Diese Strahlquelle 21 gibt einen Strahl 22, insbesondere Laserstrahl 22, ab, der über eine Strahlführung einem Bearbeitungskopf 26 in der Prozesskammer 24 zugeführt wird. Der Strahl 22 wird über den Bearbeitungskopf 26 auf das Aufbaumaterial 14 gerichtet. Dieser Bearbeitungskopf 26 ist bevorzugt an einem Linearachsensystem 28 angeordnet. Dieses Linearachsensystem 28 ist bevorzugt als ein zweiachsiges System ausgebildet, so dass der Bearbeitungskopf 26 in der X-/Y-Ebene parallel und oberhalb einer Arbeitsfläche 31 in der Prozesskammer 24 verfahrbar ist.
In der Arbeitsfläche 31 ist ein Baumodul 33 vorgesehen, innerhalb dem eine Substratplatte 34 auf und ab bewegbar geführt ist. Auf dieser Substratplatte 34 wird durch selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials 14 das dreidimensionale Bauteil 12 hergestellt.
An dem Linearachsensystem 28 ist bevorzugt eine Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 vorgesehen. Diese Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 überfährt die Arbeitsfläche 31. Dabei kann zum einen das pulverförmige Aufbaumaterial 14 in das Baumodul 33 aufgebracht werden und gleichzeitig das überschüssig aufgebrachte Aufbaumaterial 14 durch die Nivelliereinrichtung von dem Baumodul 33 in einer Auffangvorrichtung 46 abgeführt werden.
Das Aufbaumaterial 14 besteht bevorzugt aus einem Metall- oder Keramikpulver. Auch andere für das Laserschmelzen und/oder das Lasersintern geeignete und verwendete Werkstoffe können eingesetzt werden. Die Prozesskammer 24 ist bevorzugt hermetisch abgeriegelt. Diese wird zur Herstellung des dreidimensionalen Bauteils 12 mit Schutzgas oder einem Inertgas gefüllt, um beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials 14 eine Oxidation zu vermeiden.
Die Aufbaustation 16 umfasst des Weiteren eine Pulvervorratseinrichtung 41. Diese Pulvervorratseinrichtung 41 weist einen Pulvervorratstrichter 42 auf, der vorzugsweise mit einem Füllstandssensor ausgestattet ist, um das bevorratete Niveau des Aufbaumaterials 14 zu erfassen. Über eine Dosiereinrichtung 43 wird eine vorbestimmte Menge an Aufbaumaterial 14 aus dem Pulvervorratstrichter 42 entnommen und der Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 in der Prozesskammer 24 zugeführt.
Das nach dem Belichtungsprozess nicht verfestigte Aufbaumaterial 14 wird mittels der Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 in eine Auffangvorrichtung 46 übergeführt. Diese Auffangvorrichtung 46 umfasst bevorzugt einen Auffangtrichter 47, dessen Öffnung in der Arbeitsfläche 31 integriert ist bzw. in der Arbeitsfläche 31 liegt. Diese Auffangvorrichtung 46 führt das über die Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 eingetragene prozessierte Aufbaumaterial 14 einer nachgeschalteten Dosiereinrichtung 43 zu.
Dieser Auffangvorrichtung 46 zugeordnet ist eine Kartuschenaufnahme 49 vorgesehen, welche zum Anschluss einer Kartusche 51 vorgesehen ist. Diese Kartusche 51 umfasst einen Behälter 52 zur Aufnahme von Aufbaumaterial 14. Über die Dosiervorrichtung 43 wird eine vorbestimmte Menge an prozessiertem Aufbaumaterial in die Kartusche 51 übergeführt.
Im Gehäuse 19 der Aufbaustation 16 kann ein Lagerort 54 für weitere Kartuschen 51 vorgesehen sein. In diesem Lagerort 54 können sowohl befüllte als auch leere Kartuschen 51 bevorratet sein.
Die zumindest eine Kartuschenaufnahme 49 und die zumindest eine Kartusche 50 bilden eine Rückgewinnungseinrichtung 55 für prozessiertes Aufbaumaterial 14.
Unter prozessiertem Aufbaumaterial 14 wird ein solches pulverförmiges Aufbaumaterial 14 verstanden, welches der Prozesskammer 24 zugeführt wurde und durch das selektive Verfestigen mittels des Strahles 22 nicht verfestigt wurde. Dieses nicht verfestigte pulverförmige Aufbaumaterial 14 wird aus der Prozesskammer 24 durch die Auftrags- und Nivelliereinrichtung 36 herausgeführt.
Unter einem frischen pulverförmigen Aufbaumaterial 14 wird ein Aufbaumaterial 14 verstanden, welches zum ersten Mal für die Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils 12 bereitgestellt und der Prozesskammer 24 für den Herstellungsprozess des dreidimensionalen Bauteils 12 zugeführt wird.
Bei der Aufbaustation 16 ist bevorzugt vorgesehen, dass die Pulvervorratseinrichtung 41 zumindest eine Kartuschenaufnahme 49, vorzugsweise vier Kartuschenaufnahmen 49, aufweist, in welche jeweils Kartuschen 51 zur Abgabe von pulverförmigem Aufbaumaterial 14 einsetzbar sind.
Die Auspackstation 18 umfasst eine Auspackkammer 61, in welcher das Baumodul 33, das zur Entnahme aus der Prozesskammer 24 bevorzugt mit einem Deckel verschlossen ist, einsetzbar, um diesen darauffolgend in der Auspackstation 18 zu entleeren. Die Substratplatte 34 mit dem Bauteil 12 wird aus dem Baumodul 33 entnommen und beispielsweise über eine Dreh-/Schwenkanordnung 62 in der Auspackkammer 61 von nicht verfestigtem Aufbaumaterial 14 gesäubert. Das in der Auspackkammer 61 auf einer Arbeitsfläche 31 sich ansammelnde prozessierte Aufbaumaterial 14 wird in eine Auffangvorrichtung 46 übergeführt, welche analog zu der Auffangvorrichtung 46 der Aufbaustation 16 ausgebildet ist. Über die Dosiereinrichtung 43 wird prozessiertes Aufbaumaterial 14 der Kartusche 51 zugeführt. Diese Kartusche 51 ist in der zumindest einen Kartuschenaufnahme 49 vorgesehen.
In der Auspackkammer 61 können Öffnungen 63 mit einem Handschuheingriff vorgesehen sein, um das Bauteil 12 von losem Aufbaumaterial 14 zu befreien und dieses der Auffangvorrichtung 46 zuzuführen. Auch kann eine Absaugvorrichtung zum Säubern des Bauteils 12 und/oder der Arbeitsfläche 31 vorgesehen sein.
Die mit dem prozessierten Aufbaumaterial 14 befüllte Kartusche 51 wird einer Siebstation 66 zugeführt. Diese Siebstation 66 kann in der Auspackstation 18 integriert sein. Die Siebstation 66 kann auch in der Aufbaustation 16 integriert sein. Die Siebstation 66 kann auch isoliert und getrennt zur Aufbaustation 16 und Auspackstation 18 angeordnet sein. Auch kann die Aufbaustation 16, die Auspackstation 18 und die Siebstation 66 eine gemeinsame Anlage in einem Gehäuse 19 bilden.
Die Siebstation 66 umfasst zumindest eine Kartuschenaufnahme 49 zur Aufnahme der wenigstens einen Kartusche 51. Das durch die zumindest eine Kartusche 51 abgegebene prozessierte Aufbaumaterial 14 wird bevorzugt mittels einer Dosiereinrichtung 43, insbesondere einer Dosierschnecke einer Siebeinrichtung 67, zugeführt. Diese Siebeinrichtung 67 umfasst ein Sieb 68, welches bevorzugt mittels Ultraschallschwingungen angeregt wird. Dadurch kann das prozessierte, pulverförmige Aufbaumaterial 14 gereinigt werden. Beispielsweise kann ein Grobkorn oder ein Überkorn und/oder Verunreinigungen durch das Sieb 68 zurückgehalten und in eine Auslassöffnung 69 übergeführt werden. Diese Auslassöffnung 69 ist mit einer Kartuschenaufnahme 49 verbunden, in welche die zumindest eine Kartusche 51 anordenbar ist. Das prozessierte, pulverförmige Aufbaumaterial 14, welches frei von Überkorn und/oder Verunreinigungen ist, wird über eine weitere Auslassöffnung 71 abgeführt. Diese weitere Auslassöffnung 71 mündet in zumindest eine Kartuschenaufnahme 49, in welcher zumindest eine Kartusche 51 zur Aufnahme des prozessierten und gereinigten pulverförmigen Aufbaumaterials 14 vorgesehen ist.
Darauffolgend wird die zumindest eine Kartusche 51 mit dem aufbereiteten prozessierten Aufbaumaterial 14 der Pulvervorratsvorrichtung 41 zugeführt und in zumindest einer Kartuschenaufnahme 49 zur Abgabe des Aufbaumaterials 14 fixiert.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Kartusche 51 und in 3 eine schematische Schnittansicht der Kartusche 51 gemäß 2 dargestellt.
Diese Kartusche 51 umfasst einen Behälter 52 zur Aufnahme des pulverförmigen Aufbaumaterials 14. Des Weiteren umfasst die Kartusche 51 einen Kartuschenverschluss 53. In diesem Kartuschenverschluss 53 ist eine Öffnung 57 vorgesehen, welche als eine längliche Öffnung vorgesehen ist. Eine Verschlussklappe 58, welche sich entlang der Längsmittelachse der Öffnung 57 erstreckt, kann durch ein Anschlusselement 59 in eine Schließstellung 76 als auch in eine Öffnungsstellung 77 (4 und 5) übergeführt werden.
In 4 ist eine weitere schematische Schnittansicht der Verschlussklappe 58 für die Kartusche 51 in der Schließstellung 76 dargestellt, Die 5 zeigt eine schematische Schnittansicht des Kartuschenverschlusses 53 mit der Verschlussklappe 58 in einer Öffnungsstellung 77. Diese Verschlussklappe 58 kann aus Metall, Aluminium oder aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Verschlussklappe 58 greift in der Schließstellung 76 an seitlich angeordneten Dichtelementen 78 an. Solche Dichtelemente 78 können aus einem gummielastischen Material, insbesondere TPE oder aus einem Silikon oder dergleichen, bestehen.
An einer Stirnseite der Öffnung 57 des Kartuschenverschlusses 53 ist bevorzugt eine weitere Dichtung 81 vorgesehen, welche zur abdichtenden Anlage an der Kartuschenaufnahme 49 nach dem Positionieren der Kartusche 51 auf der Kartuschenaufnahme 49 vorgesehen ist.
In 6 ist eine perspektivische Ansicht der Kartusche 51 in einer aufgesetzten Position auf der Kartuschenaufnahme 49 mit einer Verriegelungseinrichtung 86 in einer nicht verriegelten Position dargestellt. Die 7 zeigt die Verriegelungseinrichtung 86 in einer verriegelten Position.
Die 8 zeigt eine schematische Schnittansicht der Anordnung gemäß 6. Die 9 zeigt schematisch vergrößert das Detail A in 8. Die 10 zeigt eine schematische Schnittansicht der Anordnung gemäß 7. Die 11 zeigt schematisch vergrößert das Detail B in 10.
Die Kartuschenaufnahme 49 umfasst einen Anschlussabschnitt 88, welcher in der Form der Öffnung 57 des Kartuschenverschlusses 53 entspricht. Der Anschlussabschnitt 88 ist bevorzugt an einem Faltenbalg 89 oder einem elastisch nachgiebigen Verbindungselement vorgesehen. Dieser Faltenbalg 89 oder das elastische Verbindungselement greift dem Anschlussabschnitt 88 gegenüberliegend an der Auftragsvorrichtung 46, der Dosiervorrichtung 43, der Auslassöffnungen 69, 71 und dem Pulvervorratstrichter 42 oder dergleichen an.
An der Kartuschenaufnahme 49 ist des Weiteren ein Motor 93 mit einem Steuerelement 94 vorgesehen. Das Steuerelement 94 greift beim Aufsetzen der Kartusche 51 in die Kartuschenaufnahme 49 an dem Anschlusselement 59 ein, um die Verschlussklappe 58 zu öffnen und zu schließen.
Die Verriegelungsvorrichtung 86 umfasst einen Betätigungshebel 91, der mit einem Verriegelungsmechanismus verbunden ist, welcher an dem Kartuschenverschluss 53 angreift und den Kartuschenverschluss 53 zum Anschlussabschnitt 88 in einer definierten Position fixiert. Dies ist im Detail B in 11 dargestellt.
Durch den Verriegelungsmechanismus der Verriegelungsvorrichtung 86 wird der Anschlussabschnitt 88 in die Öffnung 57 des Kartuschenverschlusses 53 eingezogen. Dabei greift der Anschlussabschnitt 88, der an seiner Außenseite konisch verlaufend ausgebildet ist, in die Öffnung 57 ein und liegt an einer Schulter 90 der Öffnung 57 an. Dadurch ist eine definierte Anordnung und Positionierung des Anschlussabschnitts 88 in der Öffnung 57 gegeben, so dass beim Be- und Entfüllen des Behälters 52 der Kartusche 51 kein Aufbaumaterial austreten kann.
Nachfolgend wird anhand von 1 das Kartuschenkreislaufsystem der Rückgewinnungseinrichtung 55 näher beschrieben.
Das in die Prozesskammer 24 eingebrachte Aufbaumaterial 14, welches durch den Laserstrahl nicht verfestigt wurde, wird der Auffangvorrichtung 46 zugeführt. Über die Dosiervorrichtung 43 gelangt das prozessierte Aufbaumaterial 14 in die Kartusche 51. Diese Kartusche 51 wird in die Siebeinrichtung 67 übergeführt. Das in der Kartusche 51 befindliche Aufbaumaterial 14 kann über eine Dosiervorrichtung 43 der Siebstation 66 zugeführt werden. Das von Überkorn und/oder Verunreinigungen befreite Aufbaumaterial 14 wird wiederum in einer Kartusche 51 gesammelt, welche zur Wiederverwendung des prozessierten Aufbaumaterials 14 in die Kartuschenaufnahme 49 der Pulvervorratseinrichtung 41 eingesetzt wird. Ein analoger Ablauf ist für das nicht verfestigte und prozessierte Aufbaumaterial 14 in der Auspackstation 18 vorgesehen. Das prozessierte Aufbaumaterial 14 wird aus der Auspackkammer 61 in die Auffangvorrichtung 46 übergeführt und von einer Kartusche 51 aufgenommen. Diese wird wiederum der Siebeinrichtung 67 zugeführt, um das prozessierte Aufbaumaterial 14 zu reinigen. Das durch die Siebeinrichtung 67 gereinigte Aufbaumaterial 14 wird durch eine Kartusche 51 aufgenommen und darauffolgend der Kartuschenaufnahme 49 in der Pulvervorratseinrichtung 41 der Aufbaustation 16 zur weiteren Zuführung in die Prozesskammer 24 zugeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202013009787 U1 [0002]
DE 102014221222 A1 [0003]
DE 102016014513 A1 [0004]
EP 2921286 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial (14) in einer Anlage (10) zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen des Aufbaumaterials (14) mittels eines auf das Aufbaumaterial (14) gerichteten Strahls (22), - bei dem in einer Aufbaustation (16), welche eine Prozesskammer (24) umfasst, das Bauteil (12) auf einer Substratplatte (34) in einem Baumodul (33) durch schichtweises Verfestigen des Aufbaumaterials (14) hergestellt wird, und/oder - bei dem in einer Auspackstation (18), welche eine Auspackkammer (61) umfasst, das in dem Baumodul (33) hergestellte Bauteil (12) aus dem Baumodul (33) entfernt und das prozessierte, nicht verfestigte Aufbaumaterial (14) von dem Bauteil (12) entfernt wird, - bei dem mit einer Rückgewinnungseinrichtung (55) das prozessierte Aufbaumaterial (14) in einer Auffangvorrichtung (46) gesammelt wird und für eine weitere Zuführung in die Prozesskammer (24) zur Herstellung von weiteren Bauteilen (12) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass die Rückgewinnungseinrichtung (55) zumindest eine Kartusche (51) umfasst, welche mit dem in der Auftragsvorrichtung (46) gesammelten prozessierten Aufbaumaterial (14) befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit prozessiertem Aufbaumaterial (14) gefüllte Kartusche (41) in einer Siebstation (66) positioniert wird und dass das durch die zumindest eine Kartusche (51) bereitgestellte prozessierte Aufbaumaterial (14) einer Siebeinrichtung (67) zugeführt wird und das prozessierte Aufbaumaterial (14) mittels der Siebeinrichtung (67) von Überkorn und/oder Verunreinigungen befreit wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Siebeinrichtung (67) mittels einer auf ein Sieb (68) einwirkenden Ultraschallanregung das prozessierte Aufbaumaterial (14) von Überkorn und/oder Verunreinigungen befreit wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) mit aufbereitetem, prozessiertem Aufbaumaterial (14) in der Siebstation (66) befüllt wird und vorzugsweise das Ausschussmaterial in zumindest einer weiteren Kartusche (51) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) mit aufbereitetem, prozessiertem Aufbaumaterial (14) in einer Kartuschenaufnahme (49) einer Pulvervorratseinrichtung (41) der Aufbaustation positioniert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulvervorratstrichter (42) in der Pulvervorratseinrichtung (41) mit dem prozessierten Aufbaumaterial (14) aus der zumindest einen Kartusche (51) befüllt wird und vorzugsweise das prozessierte Aufbaumaterial (14) mittels einer Dosiervorrichtung (43) der Prozesskammer (26) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das prozessierte Aufbaumaterial (14) in der Aufbaustation (16) und in der Auspackstation (18) jeweils einer Auffangvorrichtung (46) zugeführt wird und die zumindest eine der jeweiligen Auffangvorrichtung (46) zugeordnete Kartusche (51) befüllt wird, welche nach dem Befüllen in die Siebstation (66) übergeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) mit einer Dosiereinrichtung (43) in der Auffangvorrichtung (46) befüllt wird.
Anlage zur Rückgewinnung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial (14) zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen mittels eines auf das Aufbaumaterial (14) einwirkenden Strahles (22) - mit einer Aufbaustation (16), welche eine Prozesskammer (24) umfasst, in welcher das Bauteil (12) auf einer Substratplatte (34) in einem Baumodul (33) schichtweise durch selektives Verfestigen des Aufbaumaterials (14) herstellbar ist, und/oder - mit einer Auspackstation (18), welche eine Auspackkammer (61) umfasst, in welcher das Bauteil (12) aus dem Baumodul (33) entnehmbar ist und prozessiertes Aufbaumaterial (14) sich von dem Bauteil (12) ablöst, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Rückgewinnungseinrichtung (55) vorgesehen ist, welche zumindest eine Kartusche (51) umfasst, die an zumindest einer Kartuschenaufnahme (49) anordenbar ist und mit dem in der Auffangvorrichtung (46) gesammelten prozessierten Aufbaumaterial (14) befüllbar ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (24) und die Auspackkammer (61) jeweils eine Auffangvorrichtung (46) aufweisen und an jeder Auffangvorrichtung (46) die zumindest eine Kartusche (51) in zumindest einer Kartuschenaufnahme (49) anschließbar ist.
Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (46) zumindest eine Dosiervorrichtung (43) zum Befüllen der zumindest einen Kartusche (51) mit prozessiertem Aufbaumaterial (14) aufweist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siebstation (66) vorgesehen ist, in welche die zumindest eine Kartusche (51) in der zumindest einen Kartuschenaufnahme (49) befestigbar ist und das prozessierte Aufbaumaterial (14) an eine Siebeinrichtung (67) abgibt.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zumindest einen Kartuschenaufnahme (49) in der Siebstation (66) und der Siebeinrichtung (67) eine Dosiervorrichtung (43) vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebeinrichtung (67) eine Auslassöffnung (69) für Überkorn und/oder Verunreinigungen aufweist und eine Auslassöffnung (71) für prozessiertes Aufbaumaterial (14) aufweist, welches von Überkorn und/oder Verunreinigungen befreit ist und vorzugsweise jeweils zumindest eine Kartuschenaufnahme (49) an der Auslassöffnung (69, 71) vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) mit aufbereitetem, prozessiertem Aufbaumaterial (14) oder mit frischem Aufbaumaterial (14) in zumindest einer Kartuschenaufnahme (49) einer Pulvervorratseinrichtung (41) einsetzbar ist und vorzugsweise über eine Dosiervorrichtung (43) das Aufbaumaterial (14) aus der zumindest einen Kartusche (51) der Prozesskammer (24) zuführbar ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartuschenaufnahme (49) einen Anschlussabschnitt (88) aufweist, an dem eine Verriegelungseinrichtung (86) vorgesehen ist, durch welche die auf den Anschlussabschnitt (88) positionierte Kartusche (51) fixierbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der zumindest einen Kartuschenaufnahme (49) ein Motor (93) mit einem Steuerelement (94) vorgesehen ist, welches mit dem Anschlusselement (59) eines Kartuschenverschlusses (53) der zumindest einen Kartusche (51) beim Einsetzen der Kartusche (51) in die Kartuschenaufnahme (49) verbindbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) einen Behälter (52) mit einer länglichen Öffnung in dem Behälterverschluss (53) aufweist.
Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich in der Längsmittelachse der Öffnung (57) des Kartuschenverschlusses (53) sich erstreckendes Verschlusselement (59) vorgesehen ist, welches an der Stirnseite das Anschlusselement aufweist, durch welches die Verschlussklappe zum Öffnen und Schließen ansteuerbar ist.
Rückgewinnungseinrichtung für prozessiertes, pulverförmiges Aufbaumaterial (14), welches einer Anlage (10) zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen mittels eines auf das Aufbaumaterial (14) einwirkenden Strahles (22) verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kartusche (51) vorgesehen ist, welche in zumindest einer Kartuschenaufnahme (49) zum Befüllen und Entleeren von frischem, pulverförmigem Aufbaumaterial (14) oder prozessiertem, pulverförmigem Aufbaumaterial (14) positionierbar ist.
Rückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kartusche (51) durch eine Verriegelungseinrichtung (86) an einem Anschlussabschnitt (88) der zumindest einen Kartuschenaufnahme (49) lösbar fixiert ist und vorzugsweise an der zumindest einen Kartuschenaufnahme (49) ein Motor (93) mit einem Steuerelement (94) vorgesehen ist, durch welches eine Verschlussklappe (58) des Kartuschenverschlusses (53) zum Öffnen und Schließen des Behälters (52) ansteuerbar ist.
Kartusche für eine Rückgewinnungseinrichtung von einem prozessierten, pulverförmigen Aufbaumaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartusche (51) die die Kartusche (51) betreffenden Merkmale nach einem der Ansprüche 9 bis 19 aufweist.