DE102015106219A1

DE102015106219A1 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten

Info

Publication number: DE102015106219A1
Application number: DE102015106219.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog; Florian Bechmann; Frank Schödel; Jens Stammberger; Christian Diller
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 14 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 9 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen mit den Merkmalen des Oberbegriffes 1. Derartige Vorrichtungen, mit denen generativ ein Werkstück oder Modell aufgebaut werden kann, umfassen in der Regel ein Gehäuse, in dem ein Baubehälter untergebracht ist. In dem Gehäuse ist weiterhin eine Aufbringvorrichtung zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf eine Tragevorrichtung im Baubehälter oder eine zuvor gebildete Schicht angeordnet, eine derartige Aufbringvorrichtung umfasst in der Regel einen horizontal über der Bauoberfläche verfahrbaren Beschichter, dem das Baumaterial aus einer Dosiereinrichtung zugeführt wird. Eine im Gehäuse untergebrachte Bestrahlungsvorrichtung dient dazu, die aufgebrachten Schichten des Aufbaumaterials an den Stellen der Schicht zu bestrahlen, die dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechen.
Um überschüssiges Baumaterial, das beim Bilden einer Schicht nicht benötigt wird, aufzunehmen, ist ein Überlaufbehälter für das Baumaterial vorgesehen, das vom Beschichter über die zu beschichtende Fläche hinausgeschoben wird.
Darüber hinaus ist es im Stand der Technik bereits bekannt, zum Entfernen des Baumaterials aus dem Baubehälter beim Entpacken des fertiggestellten Werkstückes und zum Reinigen des gesamten Baubereiches Saugeinrichtungen zu verwenden, die einen Saugschlauch und eine daran angeordnete Sauglanze aufweisen. Mit der Sauglanze ist es möglich, auch enge Stellen in der Baukammer oder in der Prozesskammer zu erreichen und abzusaugen.
Aus DE 10 2007 018 601 B4 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, die ein Absaugelement in Form einer Sauglanze aufweist. Über die Sauglanze kann Baumaterial in einen gesonderten Behälter abgesaugt werden.
Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass sie hinsichtlich des Pulverhandlings vereinfacht und einfacher und gefahrloser zu betreiben ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die Saugeinrichtung so auszugestalten, dass sie unmittelbar mit dem Überlaufbehälter der Vorrichtung zusammenwirkt. Dazu ist vorgesehen, dass ein vorderer Schlauchabschnitt und ein hinterer Schlauchabschnitt vorgesehen werden, wobei der hintere Abschnitt derart ausgebildet ist, dass er mit einem Dichtadapter die gesamte Überlauföffnung im Prozesskammerboden derart abdeckt, dass ein in dem Überlaufbehälterbereich erzeugter Unterdruck zu einem Ansaugen von Pulver oder Baumaterialrestbeständen durch die Mündung der Sauglanze führt. Die Erfindung sieht damit zunächst einmal vor, dass im Überlaufbehälterbereich ein Unterdruck aufgebaut wird, der zu einem Unterdruck im Sauglanzenbereich führt, weil die Saugmündung unmittelbar an den Überlaufbehälter angeschlossen wird. Baumaterial, das mit der Saugmündung angesaugt wird, landet in dem Unterdruck beaufschlagen Überdruckbehälter, in dem sich auch weiteres Baumaterial, das aus Beschichtungsrückständen stammt, befindet.
Zur Verbindung mit dem Überlaufbehälter bzw. mit der Überlauföffnung im Prozesskammerboden umfasst die Absaugeinrichtung eine Dichtplatte, deren Oberfläche größer ist als der lichte Querschnitt der Öffnung des Überlaufbehälters. Diese Dichtplatte wird auf die Öffnung des Überlaufbehälters aufgesetzt und dichtet diese in Betriebsstellung ab, sodass eine Unterdruckbeaufschlagung des Überlaufbehälters saugend im Bereich der Saugmündung wirkt. Zur Verbindung der Dichtplatte mit der Öffnung des Überlaufbehälters kann eine Schnapp-Rastverbindung, eine Schraubverbindung, eine bajonettartige Verbindung oder dgl. vorgesehen werden. Es ist auch möglich, an der Oberseite der Dichtplatte in die Öffnung des Überlaufbehälters eintauchende Vorsprünge anzuordnen. Besonders vorteilhaft hat sich eine Dichtung erwiesen, die im aufgeblasenen Zustand die Dichtplatte in der Öffnung des Überlaufbehälters fixiert. Die Dichtung kann eine Schlauchdichtung sein, die im nicht angeblasenen Zustand zusammen mit der Dichtplatte auf die Öffnung des Überlaufbehälters aufgesetzt wird. Sodann wird die Dichtung angeblasen und fixiert die Dichtplatte sehr gut abdichtend über dem Volumen des Überlaufbehälters.
Vorteilhafterweise kann im Prozesskammerseitenbereich der Vorrichtung eine Haltevorrichtung für die gesamte Absaugvorrichtung angeordnet werden. Diese Haltevorrichtung umfasst auch eine Halterung für die Dichtplatte, sowie Halteelemente, in die die Saugmündung und der Saugschlauch eingehängt werden kann. Die Saugvorrichtung verbleibt somit auch im nicht benutzten Zustand in der Prozesskammer und wird nicht durch Umwelteinflüsse belastet.
Ein Ende des Saugschlauches endet im Mittelbereich der Dichtplatte oder durchsetzt diese dort. Es ist aber auch möglich, einen Adapter auf der Dichtplatte anzuordnen, der das Ende des Saugschlauches aufnimmt. Aus Sicherheitsgründen kann es vorteilhaft sein, dass die Spitze der Saugmündung über eine Massekabelverbindung erdend mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden ist. Dadurch werden Entladungen vermieden, die explosionsempfindliche Pulvermaterialien, wie z. B. Aluminiumpulver entzünden könnten.
Vorteilhafter Weise erstreckt sich die Länge der Dichtplatte über die gesamte Breite des Prozesskammerbodens, sodass die Öffnung des Überlaufbehälters sehr breit gewählt werden kann.
Die Dichtplatte wird vorteilhafter Weise mit ihren Längsenden in Befestigungselementen im Bereich der Öffnung des Überlaufbehälters oder im Bereich der Halterung im Seitenbereich der Prozesskammer gehalten.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten mit den wesentlichen Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1;
2 eine Draufsicht auf einen Prozesskammerboden einer solchen Anlage mit Dosierkammeröffnung, Baubehälteröffnung und Überlauföffnung;
3 eine Detaildarstellung der Saugvorrichtung mit Dichtplatte in einer ersten Ausführungsform;
4 eine Detaildarstellung einer Saugvorrichtung mit Dichtplatte in einer zweiten Ausführungsform;
5 eine Darstellung einer in eine Haltevorrichtung im Prozesskammerseitenbereich eingesetzten Saugvorrichtung.
Zunächst wird auf Zeichnungsfigur 1 Bezug genommen. Dort ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 14 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 9 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das eine Prozesskammer 3 mit einem Prozesskammerboden 4 umschließt. Unter der Ebene des Prozesskammerbodens 4 sind eine Dosiereinrichtung 5 zum Zustellen von Baumaterial 9 und ein Baubehälter 6 mit einer höhenverstellbaren Tragevorrichtung 7 angeordnet. Benachbart zum Baubehälter 6 ist unter der Ebene des Prozesskammerbodens 4 ein Überlaufbehälter 8 angeordnet. Die Dosiereinrichtung 5, der Baubehälter 6 und der Überlaufbehälter 8 sind oben offen, d.h. der Prozesskammerboden 4 weist über der Dosiereinrichtung 5, dem Baubehälter 6 und dem Überlaufbehälter 8 Öffnungen auf.
Die Öffnung des Baubehälters 6 ist mit Bezugszeichen 13 versehen, die Überlauföffnung des Überlaufbehälters 8 trägt das Bezugszeichen 15.
Um das Aufbaumaterial 9, das auf die Tragevorrichtung 7 oder eine bereits verfestigte Schicht des Objektes 14 aufgetragen ist, zu verfestigen, ist eine Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen, die einen Laser 16 und einen Scanner 17 umfasst. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bestrahlungsvorrichtung über der Prozesskammer 3 angeordnet, der von dem Scanner 17 kommende Laserstrahl 19 durchsetzt ein Fenster 18 in der Prozesskammerdecke.
Erfindungsgemäß ist in der Prozesskammer 3 eine Absaugeinrichtung 20 angeordnet, die einen mit einer Saugmündung 21 versehenen vorderen Schlauchabschnitt 22 und einen an die Überlauföffnung 15 ankoppelbaren hinteren Schlauchabschnitt 23 aufweist, wobei der hintere Schlauchabschnitt 23 oder ein an diesem angeordneter Adapter 24 die gesamte Überlauföffnung 15 in Prozesskammerboden 4 derart abdeckt, dass ein an den Überlaufbehälterbereich erzeugter Unterdruck zu einem Ansaugen von Baumaterial 9 oder Baumaterialrestbeständen durch die Saugmündung 21 führt.
Der Adapter 24 umfasst eine Dichtplatte 25, deren Oberfläche größer ist als der lichte Querschnitt der Überlauföffnung. Diese Dichtplatte 25 deckt die Überlauföffnung 15 in einer Betriebs- oder Endmontagestellung dichtend ab.
Die Dichtplatte 25 kann mittels einer Schnapp-Rast-Verbindung, Schraubverbindung, Bajonettverbindung oder Klemmverbindung auf der Überlauföffnung 15 befestigt werden. In 3 ist zu sehen, dass das eine Ende der Dichtplatte 25 mit einem Vorsprung versehen ist, der geeignet ist, unter einen Gegenvorsprung am Rand der Überlauföffnung 15 zu greifen. Das andere Ende der Dichtplatte 25 weist einen Hebelverschluss 28 auf, der zum Fixieren der Dichtplatte 25 auf der Überlauföffnung 15 geeignet ist. An der Unterseite 26 der Dichtplatte 25 sind in die Überlauföffnung 15 eintauchende Vorsprünge 27 angeordnet.
In einer alternativen Ausführungsform, die in Zeichnungsfigur 4 dargestellt ist, ist die Dichtplatte 25 auf ihrer Unterseite 26 mit einer aufblasbaren Dichtung 30 versehen, die im angeblasenen Zustand die Dichtplatte 25 in der Überlauföffnung 15 fixiert.
Aus Zeichnungsfigur 5 ist ersichtlich, dass in einem Seitenbereich 31 der Prozesskammer 3 eine Haltevorrichtung 32 für die Absaugvorrichtung 20 angeordnet ist. Die Haltevorrichtung 32 umfasst eine Halterung für die Dichtplatte 25 sowie für den Schlauch 22, 23 und die Saugmündung 21.
Aus den Zeichnungen 3, 4 und 5 ist ersichtlich, dass der hintere Schlauchabschnitt 23 im Mittelbereich der Dichtplatte 25 endet bzw. diese dort durchsetzt.
Ferner ist ersichtlich, dass die Spitze der Saugmündung 21 über eine Massekabelverbindung 35 mit dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 verbunden ist. Das Massekabel der Massekabelverbindung 35 führt in einen Verbindungsbereich 36 zwischen Dichtplatte 25 und dem hinteren Schlauchabschnitt 23, wobei der Sauglanzenschlauch eine metallische Verbindung zur Saugmündung 21 aufweist.
Die Länge der Dichtplatte 25 erstreckt sich über die gesamte Breite des Prozesskammerbodens 4.
Im Bereich des Überlaufbehälters 8 kann ein variabler Unterdruck eingestellt werden, so dass die Saugleistung über die Saugvorrichtung 20 den unterschiedlichen Gegebenheiten (Abfuhr großer Pulvermengen, Endreinigung, unterschiedliche Pulverarten etc.) angepasst werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Prozesskammer
4: Prozesskammerboden
5: Dosiereinrichtung
6: Baubehälter
7: Tragevorrichtung
8: Überlaufbehälter
9: Aufbaumaterial
12: Aufbringvorrichtung
13: Öffnung v. 6
14: dreidimensionales Objekt
15: Öffnung v. 8
16: Bestrahlungsvorrichtung
17: Scanner
18: Fenster
19: Laserstrahl
20: Absaugeinrichtung
21: Saugmündung
22: vorderer Schlauchabschnitt
23: hinterer Schlauchabschnitt
24: Adapter
25: Dichtplatte
26: Unterseite v. 25
27: Vorsprung
28: Hebelverschluss
30: Dichtung
31: Seitenbereich v. 3
32: Haltevorrichtung
35: Massekabelverbindung
36: Verbindungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007018601 B4 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (14) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (9) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, – mit einem Gehäuse (2), – einen darin untergebrachten Baubehälter (6), – einer Aufbringvorrichtung (12) zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials (9) auf eine Tragevorrichtung (7) im Baubehälter (6) oder eine zuvor gebildete Schicht, – einer Dosiereinrichtung (5) zur Zuführung des Aufbaumaterials (9), – einer Bestrahlungsvorrichtung (16) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials (9) an den den jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen sowie – einem Überlaufbehälter (8) mit einer in einem Prozesskammerboden (4) benachbart zur Öffnung (13) der Baukammer (6) angeordneten Überlauföffnung (15), gekennzeichnet durch – eine Absaugeinrichtung (20), die einen mit einer Saugmündung (21) versehenen vorderen Schlauchabschnitt (22) und einen an die Überlauföffnung (15) des Überlaufbehälters anschließbaren hinteren Schlauchabschnitt (23) aufweist, wobei der hintere Schlauchabschnitt (23) oder ein an diesem angeordneter Adapter derart ausgebildet ist, dass er die gesamte Überlauföffnung (15) im Prozesskammerboden (4) derart abdeckt, dass ein in dem Überlaufbehälterbereich erzeugter Unterdruck zu einem Ansaugen von Baumaterial (9) oder Baumaterialrestbeständen durch die Saugmündung (21) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24) eine Dichtplatte (25) umfasst, deren Oberfläche größer ist als der lichte Querschnitt der Überlauföffnung (15).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte (25) die Überlauföffnung (15) in einer Betriebsstellung dichtend abdeckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte (25) mittels einer Schnapp-Rast-, Schraub-, Bajonettverbindung oder Schraubverbindung auf der Öffnung des Überlaufbehälters (15) befestigbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite (26) der Dichtplatte (25) in die Überlauföffnung (15) eintauchende Vorsprünge (27) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite (26) der Dichtplatte (25) eine aufblasbare Dichtung (30) angeordnet ist, die im aufgeblasenen Zustand die Dichtplatte (25) in der Überlauföffnung (15) fixiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Prozesskammerseitenbereich (31) der Vorrichtung (1) eine Haltevorrichtung (32) für die Absaugvorrichtung (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (32) eine Halterung für den Schlauch und die Saugmündung (21) die Dichtplatte (25) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Schlauchabschnitt (23) im Mittelbereich der Dichtplatte (25) endet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der Saugmündung (21) über eine Massekabelverbindung (35) mit dem Gehäuse (2) der Vorrichtung (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massekabelverbindung (35) in einen Verbindungsbereich (36) zwischen Dichtplatte (25) und Sauglanzenschlauch führt und der Sauglanzenschlauch eine metallische Verbindung zur Saugmündung (21) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge der Dichtplatte (25) über die gesamte Breite des Prozesskammerbodens (4) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte (25) mit ihren Längsenden in Befestigungselemente im Bereich der Öffnung des Überlaufbehälters bzw. der Halterung eingreift.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Überlaufbehälters (8) ein variabler Unterdruck einstellbar ist.