DE102009036153A1

DE102009036153A1 - Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile

Info

Publication number: DE102009036153A1
Application number: DE102009036153A
Authority: DE
Inventors: Robert Hofmann; Peter Mischke
Original assignee: MODELLBAU ROBERT HOFMANN GmbH
Current assignee: MODELLBAU ROBERT HOFMANN GmbH
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile 2 aus pulverartigem Baumaterial 3 unter Einbringung von Strahlungsenergie, insbesondere Lasersinter- und/oder Laserschmelzvorrichtung, mit einem Bauraum 4, in den ein Wechselbehälter 5 einbringbar ist, in dem eine höhenverlagerbare Bauplattform 6 angeordnet ist, die mit dem zur Verfestigung mittels Strahlungsenergie vorgesehenen pulverartigem Baumaterial 3 beschichtbar ist, wobei die Vorrichtung 1 nach Art eines beidseitig offenen Portals ausgebildet ist und dazu ein Portal-Querelement 10 und wenigstens zwei im Wesentlichen säulenartige, mit dem Portal-Querelement 10 verbundene Trägerelemente 11, 12 aufweist und der Bauraum 4 unterhalb des Querelementes 10 und zwischen den Trägerelementen 11, 12 angeordnet ist, wobei der Wechselbehälter 5 von entweder beiden offenen Portalseiten zuführbar und/oder entnehmbar ist oder durch das Portal hindurchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile aus pulverartigem Baumaterial unter Einbringung von Strahlungsenergie, insbesondere eine Lasersinter- und/oder Laserschmelzvorrichtung.
Eine gattungsähnliche Vorrichtung ist aus DE 199 39 616 C5 bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung weist einen Bauraum auf, in den Wechselbehälter eingebracht werden können. In den Wechselbehältern ist eine höhenverlagerbare Bauplattform angeordnet, die mit dem zur Verfestigung mittels Strahlungsenergie vorgesehenen Pulvermaterial beschichtet werden kann. Die bekannte Vorrichtung weist darüber hinaus ein Gehäuse auf, in dem der Baubereich vorgesehen ist. Das Gehäuse ist an drei Seiten geschlossen, eine Frontseite ist mit einer Türe verschließbar, sobald ein Wechselbehälter im Bauraum platziert ist.
Zum Einbringen des Wechselbehälters sieht die bekannte Vorrichtung eine Transporteinrichtung vor, Wechselbehälter können vor der Türe des Bauraumes über eine Weiche in den Bauraum gelenkt werden, zum Bauvorgang wird die Türe verschlossen. Nach Abschluss des Bauvorganges und Öffnen der Türe werden die Wechselbehälter aus der gleichen frontseitigen Bauraumöffnung wieder entnommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass Bauvorgänge flüssiger abgewickelt werden können, eine bessere zeitliche Auslastung der Vorrichtung erfolgen kann, die Vorrichtung einfacher zu warten ist und der Zu- und Wegtransport der Wechselbehälter vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–17.
Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die Vorrichtung nach Art eines beidseitig offenen Portals auszubilden und dazu ein Portal-Querelement und wenigstens zwei im Wesentlichen säulenartige, mit dem Portal-Querelement verbundene Trägerelemente vorzusehen und den Bauraum unterhalb des Querelementes und zwischen den Trägerelementen anzuordnen. Der Wechselbehälter soll von beiden offenen Portalseiten zuführbar und/oder entnehmbar sein oder auch durch das Portal hindurchführbar ist.
Wenn im Kennzeichen von einem beidseitig offenen Portal gesprochen wird, so soll dies nicht bedeuten, dass zum eigentlichen Bauvorgang das Portal nicht von beiden Seiten mit Türen verschlossen werden kann. Wichtig ist jedenfalls, dass beim Zu- und Abtransport das Portal zu beiden Seiten hin zu öffnen ist, sodass in besonders vorteilhafter Weise Wechselbehälter „der Reihe nach” unter dem Portal hindurchgeführt werden können, das heißt z. B. die Wechselbehälter von der einen Seite dem Bauraum zugeführt werden und nach dem Bauvorgang zur anderen Portalseite hinaus befördert werden.
Wenn im Zusammenhang mit dieser Erfindung von Wechselbehältern gesprochen wird, so können darunter unterschiedliche Arten von Modulen verstanden werden. Wechselbehälter sind zum Einen behälterartige Anordnungen, die eine absenkbare Bauplattform beinhalten, auf der schichtweise Pulver aufgelagert werden kann und die zusätzlich mit einer Pulverhandlingsanordnung versehen sind, d. h. einen Pulvervorratsbehälter, eine Beschichtereinrichtung und einen Pulverüberlaufbehälter aufweisen. Außerdem können zusätzlich Vorrichtungen im „Wechselbehälter” enthalten sein, die eine Pulverentleerung nach Abschluss von Baumaßnahmen aus dem Wechselbehälter ermöglichen.
Andererseits können unter Wechselbehälter aber auch Module verstanden werden, die geeignet sind, ein vorher z. B. generativ aufgebautes Werkstück oberflächlich zu überarbeiten, d. h. derart zu haltern, dass das Werkstück der aus dem Portalquerelement ausgeleiteten Strahlungsenergie von unterschiedlichen Seiten ausgesetzt werden kann. Das Werkstück kann dabei im Wechselbehälter von unterschiedlichen Seiten bestrahlt werden und ist zu diesem Zweck in einer Art Roboterhaltung gelagert, die geeignet ist, das Werkstück zu drehen, zu schwenken und zu wenden, um es von allen Seiten mit Strahlungsenergie bearbeiten zu können.
Unter Bearbeitung werden z. B. auch Beschriftungsmaßnahmen verstanden, die mit der vorhandenen Strahlungsenergie durchgeführt werden können. Die Halterung für die Werkstücke ist bei derartigen Modulen so vorgesehen, dass sie eine hohe Widerholgenauigkeit aufweist, d. h. vorher fertig gestellte Werkstücke so eingespannt werden können, dass sie mit extremer Genauigkeit reproduzierbar positioniert werden können.
Eine portalartige Einrichtung ist auch insofern von Vorteil, als sie einen modularen Aufbau gestattet, es können nämlich mehr oder weniger identische säulenartige Trägerelemente mit Querelementen mit unterschiedlicher Länge L verbaut werden, wodurch sich wenigstens ein Bauraum unterschiedlicher Breite B unter dem Querelement ergibt. Je nach Art der Wechselbehältergröße können im Wesentlichen identische Trägerelemente mit unterschiedlichen Querelementen verbaut werden, dadurch wird die Herstellung der Vorrichtung verbilligt, auch besteht für den Endnutzer die Möglichkeit, bereits vorhandene Trägerelemente, die wesentliche Steuerelemente der Gesamtvorrichtung enthalten, mit unterschiedlichen Portal-Querelementen zu kombinieren, falls die Anlage auf einen breiteren Bauraum hochgerüstet werden soll. An dem Querelement können wenigstens zwei Scannerelemente zur Einkopplung der Strahlungsenergie von oben in den oder die Wechselbehälter angeordnet werden. Grundsätzlich ist es möglich, unter einem Portal-Querelement zwei Bauräume anzuordnen und in den zwei Bauräumen gleichzeitig wenigstens zwei Wechselbehälter vorzusehen.
In besonders vorteilhafter Weise können an dem Portal-Querelement in geeigneten Abständen Verrastungs- oder Verriegelungselemente für die Wechselbehälter vorgesehen werden. Wechselbehälter werden in der Regel mit Gegenelementen versehen, die in konusartige Positionier-Verrastungen eingezogen werden, damit zum Bauvorgang die Wechselbehälter eine genau festgelegte Position haben. Dazu werden die Wechselbehälter etwas angehoben und unter gleichzeitiger Positionierung oder Verriegelung der Wechselbehälter an dem Portalaufbau angeschlossen.
An der einen Portalseite lasst sich eine Wechselbehälterzuführeinrichtung und auf der anderen Portalseite eine Wechselbehälterabführeinrichtung anordnen. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Wechselbehälter zum Bauvorgang auf der einen Seite der Vorrichtung vorbereitet werden können und auf der anderen Seite der Vorrichtung z. B. ein Abkühl-, Warte- oder Entnahmebereich vorgesehen werden kann. Die Wechselbehälter können auf wenigstens einer umlaufenden Bahn durch das Portal transportiert werden. Es ist aber auch möglich, mehrere umlaufende Bahnen vorzusehen, die beispielsweise entweder ineinander liegen, wodurch die Bahnen unterschiedliche Längen haben oder auch nach Art einer liegenden Acht angeordnet werden können, wenn der Bahnverlauf von oben betrachtet wird. Der zwischen den Türen liegende Portalinnenbereich kann während eines Bauvorganges mit Schutzgas geflutet werden. Zusätzlich ist es möglich, die Wechselbehälter mit der kompletten Pulverzuführ- und Abführeinrichtung zu versehen und außerdem auf den Oberseiten der Wechselbehälter Klappen oder Verschlusselemente vorzusehen, die die Wechselbehälter vor dem Entfernen aus dem Bauraum abschließen. Falls in vorteilhafter Weise der Bauraum während des Bauvorganges schutzgasgeflutet ist, wird durch den Verschluss des Innenbereiches des Wechselbehälters die Schutzgasatmosphäre quasi aus der Vorrichtung mit hinaus genommen. Es ist auch mit Vorteil möglich, an den Wechselbehältern Schutzgasquellen in Form von Druckflaschen etc. vorzusehen, um sicherzustellen, dass die Schutzgasatmosphäre über längere Zeiträume in den Wechselbehältern aufrecht erhalten werden kann.
Genauso ist es möglich, an den Wechselbehältern und im Portalbereich eine Schutzgaszuführeinrichtung vorzusehen, die aus einer Schutzgasquelle der Vorrichtung, die beispielsweise in einem Trägerelement angeordnet sein kann, Schutzgas gezielt in den Innenbereich des Wechselbehälters überführt. Flanschartige Vorrichtungen und dergleichen, die automatisch beim Einbringen des Wechselbehälters aneinander angekoppelt werden, sind hierfür geeignet.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen
1: eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile in Form eines beidseitig offenen Portals;
2: eine Darstellung gemäß 1 mit eingebrachtem Wechselbehälter;
3: eine Darstellung gemäß 1 und 2 mit zwei weiteren zur Einfahrt in den Portalaufbau vorbereiteten Wechselbehältern;
4: eine Seitenansicht mit verdeckten Kanten gemäß 3, wobei unter dem Portalaufbau ein Wechselbehälter eingefahren ist, zwei weitere Wechselbehälter zur Einfahrt in die Vorrichtung vorbereitet sind und ein vierter Wechselbehälter aus der Vorrichtung bereits herausgefahren ist;
5: eine perspektivische Anordnung der Vorrichtung mit Wechselbehältern gemäß 4;
6: eine Darstellung gemäß 5, wobei die zur Einfahrt in die Vorrichtung vorgesehenen Wechselbehälter zum Teil unterschiedliche Breiten aufweisen;
7: eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung mit einem breiten eingefahrenen Wechselbehälter;
8: eine Draufsicht gemäß 7, wobei gleichzeitig zwei Wechselbehälter unterschiedlicher Breite unter der Vorrichtung angeordnet sind;
9: eine Draufsicht gemäß 7 und 8, wobei drei gleich breite Wechselbehälter unter die Vorrichtung eingefahren sind.
Die in den Zeichnungsfiguren dargestellte Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile 2 aus pulverartigem Baumaterial 3 unter Einbringung von Strahlungsenergie weist einen Bauraum 4 auf, in den wenigstens ein Wechselbehälter 5 eingebracht werden kann. In einer Baukammer 8 des Wechselbehälters 5 ist eine Bauplattform 6 höhenverlagerbar angeordnet, die Bauplattform 6 kann über eine nicht näher dargestellte Beschichtervorrichtung mit dem zur Verfestigung mittels Strahlungsenergie vorgesehenen pulverartigen Baumaterial 3 beschichtet werden.
Das Formteil 2, das Baumaterial 3 und die Bauplattform 6, die innerhalb der Baukammer 8 des Wechselbehälters 5 in Pfeilrichtung 7 höhenverstellbar gelagert ist, ergeben sich schematisch insbesondere aus einer Detailansicht des längsseitigen Wechselbehälters 5 in 4. In den anderen Zeichnungsfiguren sind diese Details 2, 3, 6 und 7 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Die Vorrichtung 1 ist nach Art eines beidseitig offenen Portals ausgebildet und weist dazu einen Portal-Querelement 10 und wenigstens zwei im Wesentlichen säulen-, kasten- oder schrankartige, mit dem Portal-Querelement verbundene Trägerelemente 11, 12 auf. Der Bauraum 4 ist unterhalb des Querelementes 10 und zwischen den beiden Trägerelementen 11, 12 angeordnet. Ein Wechselbehälter 5 kann von beiden offenen Portalseiten zugeführt und entnommen werden.
Wenn die Trägerelemente 10, 11 als im Wesentlichen säulenartig bezeichnet werden, so ist damit umfasst, dass die Trägerelemente 10, 11 als runde, quadratische oder rechteckige Kastenelemente ausgebildet sind, in welchen Funktionselemente der Vorrichtung 1 angeordnet sein können. Wichtig ist, dass die Trägerelemente 11, 12 das Portal-Querelement 10 abstützen, das die beiden Trägerelemente 11, 12 und den wenigstens einen Bauraum 4 nach Art einer Brücke überspannt.
Auch das Portal-Querelement 10 kann kastenartig ausgebildet sein und beispielsweise eine Front- und eine Rückseite 15, 16 aufweisen, die durch Deckelelemente verschließbar sind. Im Innenraum sind Steuerungsvorrichtungen, ein oder mehrere Laser, ein oder mehrere Scanner oder auch Elemente einer Beschichtungseinrichtung angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Beschichtereinrichtung in die Wechselbehälter 5 zu integrieren. Die Frontseite 15 und die Rückseite 16 des Querelementes 10 können durch geeignete Deckelelemente verschlossen werden. Gleiches gilt für die Front- und Rückseiten 17, 18 der Trägerelemente 11, 12, die z. B. Steuerungselemente, Elemente einer Schutzgaseinrichtung und dergleichen umfassen können.
Die Vorrichtung 1 weist insoweit einen modularen Aufbau auf, als z. B. mehr oder weniger identische säulenartige Trägerelemente 11, 12 mit Querelementen 10 unterschiedlicher Länge L verbaut werden können, dadurch können Bauräume 4 unterschiedlicher Breite B unter dem Querelement 10 gebildet werden.
An oder in dem Querelement 10 können wenigsten zwei Scannerelemente 20 zur Einkopplung der Strahlungsenergie von oben in den oder die Wechselbehälter 5 angeordnet werden. Dabei besteht die Möglichkeit, entweder mit beiden Scannerelementen 20 Laserstrahlung in einen breiten Wechselbehälter 5 oder auch in zwei schmalere Wechselbehälter 5 einzukoppeln. Unter einem Portal-Querelement 10 können auch wenigstens zwei Wechselbehälter 5 gleichzeitig angeordnet sein. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Bauraum durch eine Wandung getrennt ist. Es handelt sich dabei um einen zusammenhängenden Bauraum 4, der in zwei Bauraumabschnitte aufgeteilt ist und die Bauraumabschnitte jeweils einen Wechselbehälter 5 aufnehmen.
Auf einer Portalseite, z. B. auf der Frontseite der Vorrichtung 1 kann eine Wechselbehälterzuführeinrichtung und auf der anderen Portalseite, d. h. auf der Rückseite der Vorrichtung 1 eine Wechselbehälterabführeinrichtung angeordnet sein. Die Zuführ- und Abführeinrichtungen sind lediglich durch Pfeilelemente 25, 26 angedeutet und können auf unterschiedlichste Weise ausgebildet sein, beispielsweise durch Schienen, durch Leitelemente, Planken oder sonstige Leitelemente und dergleichen. Es kann vorgesehen sein, eine Wechselbehälterzuführung automatisch erfolgen zu lassen oder auch die Wechselbehälter 5 manuell entlang von Leitlinien und dergleichen in die Vorrichtung 1 einzufahren. In einem Entnahmebereich können Heizelemente, beispielsweise Heizstrahler oder auch sonstige wärmeerzeugende Elemente vorgesehen sein, um eine Abkühlung der Wechselbehälter-Innenbereiche nach einer vorgegebenen Temperaturkurve zu steuern, auch das Vorsehen von Kühlelementen zu einer beschleunigten Abkühlung der erzeugten Formteile 2 ist möglich.
Die Wechselbehälter 5 können in einer vorgesehenen Mehrzahl auf wenigstens einer umlaufenden Transportbahn 30a, 30b, 30c durch das Portal der Vorrichtung 1 geführt werden, die beiden Transportbahnen 30a, 30b umgreifen das linksseitige Trägerelement 12, die Transportbahn 30c umgreift das rechtseitige Trägerelement 12, vgl. 7–9. Die Transportbahn 30a liegt innerhalb der Transportbahn 30b, wobei es natürlich vorgesehen sein kann, dass die Transportbahnen 30a, 30b, 30c auch ineinander übergehen und/oder sich kreuzen.
Die beiden Säulenelemente 11, 12, die im Ausführungsbeispiel dargestellt sind, können mit unterschiedlichen Vorrichtungselementen bestückt werden, es können aber auch z. B. drei Säulenelemente 11 , 12 vorhanden sein, nämlich ein linksseitiges, ein rechtsseitiges und ein mittleres Säulenelement, falls die Anlage mit einem sehr langen Querelement 10 ausgestattet wird.
Auch können die Wechselbehälter 5 mit Baukammern 8 versehen sein, die in ihrer Dimensionierung und/oder in ihrer Geometrie unterschiedlich ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Formteil
3: Baumaterial
4: Bauraum
5: Wechselbehälter
6: Bauplattform
7: Pfeilrichtung
8: Baukammer
10: Querelement
11: Trägerelement
12: Trägerelement
15: Frontseite v. 10
16: Rückseite V. 10
17: Frontseite v. 11/12
18: Rückseite v. 11/12
20: Scannerelemente
25: Pfeil
26: Pfeil
30a, 30b, 30c: Transportbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19939616 C5 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile (2) aus pulverartigem Baumaterial (3) unter Einbringung von Strahlungsenergie, insbesondere Lasersinter- und/oder Laserschmelzvorrichtung, mit einem Bauraum (4), in den ein Wechselbehälter (5) einbringbar ist, in dem eine höhenverlagerbare Bauplattform (6) angeordnet ist, die mit dem zur Verfestigung mittels Strahlungsenergie vorgesehenen pulverartigem Baumaterial (3) beschichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) nach Art eines beidseitig offenen Portals ausgebildet ist und dazu ein Portal-Querelement (10) und wenigstens zwei im Wesentlichen säulenartige, mit dem Portal-Querelement (10) verbundene Trägerelemente (11, 12) aufweist und der Bauraum (4) unterhalb des Querelementes (10) und zwischen den Trägerelementen (11, 12) angeordnet ist, wobei der Wechselbehälter (5) von entweder beiden offenen Portalseiten zuführbar und/oder entnehmbar ist oder durch das Portal hindurchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen modularen Aufbau insoweit aufweist, als die säulenartigen Trägerelemente (11, 12) mit Querelementen (10) unterschiedlicher Länge L verbaubar sind, wodurch wenigstens ein Bauraum (4) unterschiedlicher Breite B unter dem Querelement (10) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Querelement (10) wenigstens zwei Scannerelemente zur Einkopplung der Strahlungsenergie von oben in den oder die Wechselbehälter (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass unter einem Portal-Querelement (10) wenigstens zwei Bauräume (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den wenigstens zwei Bauräumen (4) wenigstens zwei Wechselbehälter (5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Portalseite eine Wechselbehälterzuführeinrichtung und auf der anderen Portalseite eine Wechselbehälterabführeinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Portalseite ein Entnahmebereich angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselbehälter (5) unterschiedlicher Breite unter dem Portal-Querträger (10) verankerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wechselbehälter (5) unterschiedlicher Breite gleichzeitig unter dem Portal-Querträger (10) verankerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselbehälter (5) auf wenigstens einer umlaufenden Transportbahn (30a, 30b, 30c) durch das Portal transportierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Portal wenigstens zwei Wechselbehälter-Transportbahnen (30a, 30b, 30c) übergreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transportbahn (30a) um ein erstes säulenartiges Trägerelement (10) und eine zweite Transportbahn (30c) um ein zweites säulenartiges Trägerelement (11) umläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite der Vorrichtung (1) Tür- und/oder Klappenelemente zum Abschluss des Bauraums (4) während eines Bauvorganges angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Portalinnenbereich während eines Bauvorganges mit Schutzgas flutbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Portalseite eine Schleuseneinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Säulenelemente (11, 12) mit unterschiedlichen Vorrichtungselementen bestückt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Säulenelement (11, 12) ein Energieversorgungs-Vorrichtungselement umfasst.