DE102016222959A1 - Device for automated and serial additive manufacturing of parts on substrate structures - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen (2) auf Substratstrukturen (3) zumindest aufweisend: eine Fertigungskammer (4) in welcher ein additiver Fertigungsprozess stattfinden kann, wenigstens eine Nebenkammer (5, 6), welche über eine jeweilige Schleuse (7, 8) mit der Fertigungskammer (4) verbindbar ist, einen Mechanismus (9, 16), welcher dazu eingerichtet ist, in einer der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) bevorratete Substratstrukturen (3) durch die jeweilige Schleuse (7, 8) in die Fertigungskammer (4) zu transportieren und/oder fertiggestellte Teile (2) aus der Fertigungskammer (4) durch die jeweilige Schleuse (7, 8) in eine der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) zu transportieren.Device (1) for automated and standard additive manufacturing of parts (2) on substrate structures (3) at least comprising: a production chamber (4) in which an additive manufacturing process can take place, at least one secondary chamber (5, 6), which via a respective lock (7, 8) with the production chamber (4) is connectable, a mechanism (9, 16), which is adapted to in one of at least one secondary chambers (5, 6) stocked substrate structures (3) through the respective lock (7, 8) in the production chamber (4) to transport and / or finished parts (2) from the production chamber (4) through the respective lock (7, 8) in one of the at least one secondary chambers (5, 6) to transport.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen auf Substratstrukturen.The invention relates to a device for automated and serial additive manufacturing of parts on substrate structures.

Aus der DE 10 2004 041633 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder keramischem, Werkstoff bekannt.From the DE 10 2004 041633 A1 is a device for the production of moldings by layered building of powdered, especially metallic or ceramic material known.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bestehenden technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern und eine weiter verbesserte Vorrichtung zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen aus Substratstrukturen anzugeben.On this basis, it is the object of the present invention to solve or at least alleviate the technical problems associated with the prior art and to provide a further improved apparatus for the automated and standard additive production of parts from substrate structures.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Vorrichtung möglich.This object is achieved with a device according to the features of the independent claim. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the device are possible.

Es wird eine Vorrichtung zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen auf Substratstrukturen gemäß Anspruch 1 vorgestellt.A device for automated and serial additive manufacturing of parts on substrate structures according to claim 1 is presented.

Die additive Fertigung findet insbesondere in der Fertigungskammer statt. Die additive Fertigung der Teile findet bevorzugt ausgehend von einem Pulver statt. Das Pulver kann beispielsweise als eine Schicht innerhalb der Fertigungskammer auf einer Substratstruktur bereitgestellt werden. Anschließend kann das Pulver durch lokal selektives Einwirken z. B. mit einem Laser derart verändert werden, dass aus dem Pulver das Material des herzustellenden Teils entsteht. Beispielsweise kann das Pulver lokal selektiv aufgeschmolzen werden. Hierdurch können sich einzelne Pulverpartikel des Pulvers miteinander verbinden und so das Material der gefertigten Teile ausbilden. Wird dieser Vorgang für eine Mehrzahl von Schichten wiederholt, kann schichtweise das herzustellende Teil entstehen. Das überschüssige Pulver (d.h. das Pulver, auf das nicht lokal selektiv eingewirkt wurde) kann am Ende des Fertigungsprozesses entfernt werden. Beispielsweise kann es sich bei der additiven Fertigung um selektives Laserstrahlschmelzen handeln, bei welchem das Pulver mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen wird.The additive manufacturing takes place in particular in the production chamber. The additive production of the parts preferably takes place starting from a powder. For example, the powder may be provided as a layer within the fabrication chamber on a substrate structure. Subsequently, the powder by locally selective action z. B. be changed with a laser such that the material of the produced part is formed from the powder. For example, the powder can be locally selectively melted. As a result, individual powder particles of the powder can combine with each other and thus form the material of the finished parts. If this process is repeated for a plurality of layers, the part to be produced can be produced in layers. The excess powder (i.e., the powder that has not been locally selectively affected) may be removed at the end of the manufacturing process. For example, additive manufacturing may be selective laser beam melting in which the powder is melted with a laser beam.

Zum Verschließen der Fertigungskammer und der Nebenkammern existieren jeweils Schleusen, welche dazu dienen die Fertigungskammer während der additiven Fertigung zu verschließen.For closing the production chamber and the secondary chambers, there are respective locks which serve to close the production chamber during additive production.

Der Mechanismus dient dazu Substratstrukturen und/oder fertige Teile in die Fertigungskammer zu transportieren und wieder aus der Fertigungskammer hinaus zu transportieren Der Mechanismus umfasst bevorzugt mindestens einen Antrieb und kann autark von außerhalb der Vorrichtung gesteuert werden. Der Mechanismus ist insbesondere ein Roboter. Besonders bevorzugt ist der Mechanismus dazu eingerichtet und ausgelegt die Zufuhr von Substratstrukturen in die Fertigungskammer sowie die Entnahme von Teilen aus der Fertigungskammer automatisch durchzuführen, ohne dass hierfür eine Überwachung durch einen Bediener erforderlich ist.The mechanism serves to transport substrate structures and / or finished parts into the production chamber and to transport them back out of the production chamber. The mechanism preferably comprises at least one drive and can be controlled autonomously from outside the device. The mechanism is in particular a robot. More preferably, the mechanism is arranged and designed to automatically perform the supply of substrate structures in the production chamber and the removal of parts from the production chamber, without the need for monitoring by an operator.

Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung, wenn der Mechanismus mindestens einen Greifmechanismus umfasst. Der Greifmechanismus ist bevorzugt nach Art eines Greifroboters ausgeführt und umfasst bevorzugt mindestens einen Greifarm.Particularly preferred is the device when the mechanism comprises at least one gripping mechanism. The gripping mechanism is preferably designed in the manner of a gripping robot and preferably comprises at least one gripping arm.

Der mindestens eine Greifmechanismus ist bevorzugt in der Fertigungskammer angeordnet und dazu eingerichtet, Substrate durch eine Schleuse zwischen der Fertigungskammer und einer Nebenkammer hindurch zu befördern. Der Greifmechanismus ist darüber hinaus bevorzugt so ausgeführt, dass Schleusen der Fertigungskammer geschlossen werden können, wenn der Greifmechanismus sich in einer Ruhestellung befindet. Dann ist es möglich, die Schleusen der Fertigungskammer für die Durchführung der additiven Fertigung zu verschließen. In einer ausgefahrenen Stellung erstreckt sich der Greifmechanismus in mindestens eine Nebenkammer und kann aus der Nebenkammer Substratstrukturen entnehmen und/oder Teile ablegen.The at least one gripping mechanism is preferably disposed in the manufacturing chamber and adapted to convey substrates through a gate between the production chamber and an auxiliary chamber. The gripping mechanism is also preferably designed so that locks of the production chamber can be closed when the gripping mechanism is in a rest position. Then it is possible to close the locks of the production chamber for the implementation of additive manufacturing. In an extended position, the gripping mechanism extends into at least one secondary chamber and can remove substrate structures from the secondary chamber and / or deposit parts.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst der Mechanismus mehrere Greifmechanismen. Dabei ist bevorzugt jeweils ein Greifmechanismus einer Schleuse zugeordnet und zum Transportieren von Teilen oder Substratstrukturen durch diese Schleuse eingerichtet.In a preferred embodiment, the mechanism comprises a plurality of gripping mechanisms. In each case, a gripping mechanism is preferably assigned to a lock and set up for transporting parts or substrate structures through this lock.

Außerdem bevorzugt ist die Vorrichtung, wenn der Mechanismus mindestens einen Schienenmechanismus umfasst. Der Schienenmechanismus umfasst in einer bevorzugten Ausführungsvariante mindestens eine Schiene, die von der Fertigungskammer ausgeht und sich bis in mindestens eine Nebenkammer erstreckt. Die Schiene ist dabei bevorzugt so ausgeführt, dass eine Schleuse zwischen der Fertigungskammer und der Nebenkammer trotz der Schiene verschlossen werden kann. In weiteren Ausführungsvarianten des Schienenmechanismus kann der Schienenmechanismus mindestens eine ausführbare Schiene umfassen, welche bei geschlossener Schleuse eingefahren ist und sich bei geöffneter Schleuse in ausgefahrenem Zustand durch die Schleuse hindurch erstrecken kann. Entlang der mindestens einen Schiene des Schienenmechanismus können Teile und/oder Substratstrukturen transportiert werden. An dem Schienenmechanismus ist bevorzugt mindestens ein Greifmechanismus befestigt, welcher dazu eingerichtet ist Teile und/oder Substratstrukturen zu greifen.Also preferred is the device when the mechanism comprises at least one rail mechanism. In a preferred embodiment, the rail mechanism comprises at least one rail which extends from the production chamber and extends into at least one secondary chamber. The rail is preferably designed so that a lock between the production chamber and the secondary chamber can be closed despite the rail. In further embodiments of the rail mechanism, the rail mechanism may comprise at least one executable rail, which is retracted when the lock is closed and can extend through the lock when the lock is open in the extended state. Along the at least one rail of the Rail mechanism parts and / or substrate structures can be transported. At least one gripping mechanism is attached to the rail mechanism, which is arranged to grip parts and / or substrate structures.

Die Fertigungskammer ist vorzugsweise derart abgeschlossen, dass beispielsweise eine Schutzgasatmosphäre darin erzeugt werden kann. Dazu ist die Fertigungskammer bevorzugt gasdicht verschließbar. Das Verschließen der Fertigungskammer geschieht mit Hilfe der beschriebenen Schleusen. Die Schutzgasatmosphäre kann die Qualität des herzustellenden Teils verbessern. Dies liegt insbesondere daran, dass chemische Reaktionen (insbesondere Oxidationsreaktionen) durch das Schutzgas unterbunden werden können. Insbesondere eine Oxidation des aufgeschmolzenen Pulvers kann durch ein Schutzgas unterbunden werden. Auch können durch eine Strömung des Schutzgases Prozessnebenprodukte (wie z. B. Spritzer oder Rauch) aus der Prozesskammer entfernt werden. Solche Prozessnebenprodukte könnten sich auf dem Pulver ablagern und damit die Qualität des herzustellenden Teils mindern.The production chamber is preferably finished such that, for example, a protective gas atmosphere can be generated therein. For this purpose, the production chamber is preferably closed gas-tight. The closing of the production chamber is done by means of the locks described. The protective gas atmosphere can improve the quality of the part to be produced. This is due in particular to the fact that chemical reactions (in particular oxidation reactions) can be prevented by the protective gas. In particular, oxidation of the molten powder can be prevented by a protective gas. Also, by a flow of the shielding gas, process by-products (such as spatter or smoke) may be removed from the process chamber. Such process by-products could deposit on the powder and thus reduce the quality of the part to be produced.

Die wenigstens eine Nebenkammer kann dazu dienen, die Substratstrukturen zu lagern und/oder die fertiggestellten Teile aufzunehmen. Vorzugsweise weist die Vorrichtung für die beiden genannten Zwecke jeweils mindestens eine Nebenkammer auf.The at least one secondary chamber may serve to support the substrate structures and / or to receive the finished parts. The device preferably has at least one secondary chamber for the two purposes mentioned above.

Durch die Nebenkammern kann der Fertigungsprozess automatisiert werden. Eine Substratstruktur kann zunächst aus einer Nebenkammer entnommen werden. Anschließend können ein oder mehrere Teile in der Fertigungskammer auf dieser Substratstruktur gefertigt werden. Schließlich können die gefertigten Teile der gleichen Nebenkammer oder in einer anderen Nebenkammer abgelegt werden.Through the secondary chambers, the manufacturing process can be automated. A substrate structure can first be removed from a secondary chamber. Subsequently, one or more parts in the production chamber can be manufactured on this substrate structure. Finally, the finished parts of the same secondary chamber or in another secondary chamber can be stored.

Insbesondere durch den Greifmechanismus kann die Automatisierung der Fertigung erleichtert werden.In particular, by the gripping mechanism, the automation of production can be facilitated.

Durch die Schleusen und die Nebenkammern kann der Verbrauch an Schutzgas verringert werden. Sind die Schleusen (z. B. während der Fertigung von Teilen) geschlossen, kann die Schutzgaskonzentration innerhalb der Fertigungskammer auf dem für den Fertigungsprozess gewünschten Niveau eingestellt sein. In den Nebenkammern ist eine geringere Schutzgaskonzentration ausreichend. Durch Öffnen einer der Schleusen (z. B. für einen Wechsel der Substratstruktur und/oder für ein Ablegen eines gefertigten Teils) gleichen sich die Schutzgaskonzentrationen der Fertigungskammer und der entsprechenden Nebenkammer an. Die Schutzgaskonzentration in der Fertigungskammer sinkt. Wären keine Nebenkammern vorgesehen (d.h. würden die Schleusen die Fertigungskammer mit der Umgebung verbinden), würde die Schutzgaskonzentration noch weiter (nahezu auf null) absinken. Für jeden Fertigungsvorgang müsste die Fertigungskammer mit neuem Schutzgas befüllt werden. Vorzugsweise ist zu keinem Zeitpunkt mehr als eine Schleuse geöffnet.Through the locks and the secondary chambers of the consumption of inert gas can be reduced. If the locks are closed (eg during the manufacture of parts), the inert gas concentration within the production chamber may be set at the level desired for the manufacturing process. In the secondary chambers, a lower inert gas concentration is sufficient. By opening one of the locks (eg for a change in the substrate structure and / or for depositing a finished part), the protective gas concentrations of the production chamber and the corresponding secondary chamber are equalized. The protective gas concentration in the production chamber decreases. If no secondary chambers were provided (i.e., the gates would connect the production chamber to the environment), the blanket gas concentration would drop further (almost to zero). For each manufacturing process, the production chamber would have to be filled with new inert gas. Preferably, more than one lock is opened at any time.

Ein besonders niedriger Schutzgasverbrauch kann in der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erreicht werden, in der die Fertigungskammer mit den Schleusen gasdicht verschließbar ist.A particularly low shielding gas consumption can be achieved in the preferred embodiment of the device, in which the production chamber with the locks gas-tight manner is closed.

Die Schleusen können beispielsweise mit Türen oder Klappen ausgeführt sein, die eine Schleusenöffnung gasdicht verschließen können. Insbesondere sind bevorzugt Dichtungen vorgesehen, die einen Spalt zwischen der Tür oder Klappe und der Schleusenöffnung abdichten.The locks can be designed, for example, with doors or flaps that can seal a lock opening gas-tight. In particular, seals are preferably provided which seal a gap between the door or flap and the lock opening.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist eine erste Nebenkammer, der wenigstens einen, Nebenkammern, eine erste Außenschleuse auf, durch welche Substratstrukturen in die erste Nebenkammer einbringbar sind.In a further preferred embodiment of the device, a first secondary chamber, the at least one, secondary chambers, a first outer lock, through which substrate structures in the first secondary chamber can be introduced.

Die erste Nebenkammer ist dazu bestimmt, die Substratstrukturen zu lagern. Die erste Außenschleuse verbindet die erste Nebenkammer mit der Umgebung der Vorrichtung. Ist die erste Außenschleuse geöffnet, können die Substratstrukturen in die erste Nebenkammer eingebracht werden. Dabei ist die Schleuse zwischen der ersten Nebenkammer und der Fertigungskammer vorzugsweise verschlossen. Wird eine Mehrzahl von Substratstrukturen in die erste Nebenkammer eingebracht, kann die erste Außenschleuse über mehrere Fertigungsvorgänge hinweg geschlossen bleiben. Das kann den Schutzgasverbrauch wie weiter oben beschrieben senken.The first secondary chamber is intended to store the substrate structures. The first outer lock connects the first secondary chamber with the environment of the device. If the first outer lock is open, the substrate structures can be introduced into the first secondary chamber. The lock between the first secondary chamber and the production chamber is preferably closed. If a plurality of substrate structures introduced into the first secondary chamber, the first outer lock can remain closed over several manufacturing processes away. This can reduce the protective gas consumption as described above.

Aus gleichem Grund ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung bevorzugt, in welcher eine zweite Nebenkammern der wenigstens einen Nebenkammern eine zweite Außenschleuse aufweist, durch welche fertiggestellte Teile aus der zweiten Nebenkammer entnehmbar sind.For the same reason, a further embodiment of the device is preferred, in which a second secondary chambers of the at least one secondary chambers has a second outer lock, through which finished parts of the second secondary chamber can be removed.

Die zweite Nebenkammer ist dazu bestimmt, die fertiggestellten Teile aufzunehmen. Die Verringerung des Schutzgasverbrauchs tritt auch hier insbesondere dann auf, wenn die zweite Außenschleuse über mehrere Fertigungsvorgänge hinweg geschlossen bleibt.The second secondary chamber is intended to receive the finished parts. The reduction in the protective gas consumption also occurs here, especially when the second outer lock remains closed over several manufacturing processes away.

Die Nebenkammern bilden dann mit jeweils einer Schleuse zwischen der jeweiligen Nebenkammer und der Fertigungskammer und mit jeweils einer Außenschleuse zwischen der jeweiligen Nebenkammer und der Umgebung Doppelschleusen. Solche Doppelschleusen können gewährleisten, dass zu keinem Zeitpunkt eine direkte Verbindung zwischen der Fertigungskammer und der Umgebung existiert.The secondary chambers then each form a lock between the respective secondary chamber and the production chamber and each with an external lock between the respective secondary chamber and the environment double locks. Such double locks can ensure that there is no direct connection between the production chamber and the environment at any time.

Besonders bevorzugt ist, wenn die Nebenkammern jeweils Absaugvorrichtungen haben mit welchem Schutzgas aus den Nebenkammern entfernt werden kann, bevor eine Außenschleuse zur Umgebung geöffnet wird. So kann ein Verlust von Schutzgas an die Umgebung nahezu vollständig unterbunden werden. It is particularly preferred if the secondary chambers each have suction devices with which protective gas can be removed from the secondary chambers before an external lock is opened to the environment. Thus, a loss of inert gas to the environment can be almost completely prevented.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in der Fertigungskammer eine bewegliche Saugvorrichtung angeordnet, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver abgesaugt werden kann.In a further preferred embodiment of the device, a movable suction device is arranged in the production chamber, with which a powder produced in additive manufacturing can be sucked off.

Bei der additiven Fertigung kann überschüssiges Pulver zurückbleiben. Dieses wird vorzugsweise entfernt, bevor die fertiggestellten Teile die Fertigungskammer verlassen. Das ist z. B. vorteilhaft, weil so das Pulver nicht zu einer Verunreinigung der Umgebung der Vorrichtung führen kann. Eine derartige Verunreinigung sollte insbesondere dann vermieden werden, wenn das Pulver gesundheitsschädlich und/oder umweltschädlich ist. Auch kann durch das Entfernen des Pulvers innerhalb der Fertigungskammer das Pulver gesammelt werden und gegebenenfalls wiederverwendet werden. Die bewegliche Saugvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Schlauch aus einem flexiblen Material, insbesondere aus Kunststoff. Durch einen Unterdruck innerhalb des Schlauchs kann das Pulver in diesen hineingesaugt werden. Besonders bevorzugt ist es, dass die bewegliche Saugvorrichtung einen Mechanismus umfasst, der den Schlauch automatisiert bewegen kann. Dieser Mechanismus kann beispielsweise ein Roboterarm sein. Durch eine automatisierte Bewegung der beweglichen Saugvorrichtung kann das Pulver abgesaugt werden, ohne dass die Fertigungskammer geöffnet werden muss. Auch kann so für eine Vielzahl von gefertigten Teilen auf immer gleiche Weise das Pulver entfernt werden, was Schwankungen in der Qualität der gefertigten Teile reduzieren kann. Insbesondere kann durch die Automatisierung auch ein Arbeitsaufwand reduziert werden.In additive manufacturing, excess powder can be left behind. This is preferably removed before the finished parts leave the production chamber. This is z. B. advantageous because so the powder can not lead to contamination of the environment of the device. Such contamination should be avoided in particular if the powder is harmful to health and / or harmful to the environment. Also, by removing the powder within the manufacturing chamber, the powder can be collected and optionally reused. The movable suction device preferably comprises a hose made of a flexible material, in particular of plastic. By a negative pressure within the hose, the powder can be sucked into this. It is particularly preferred that the movable suction device comprises a mechanism that can move the tube automatically. This mechanism may be, for example, a robot arm. By an automated movement of the movable suction device, the powder can be sucked without the production chamber must be opened. Also, for a variety of manufactured parts in the same way the powder can be removed, which can reduce fluctuations in the quality of the finished parts. In particular, a workload can be reduced by the automation.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist in der Fertigungskammer eine bewegliche Druckluftvorrichtung angeordnet, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver gelockert werden kann.In a further preferred embodiment of the device, a movable compressed-air device is arranged in the production chamber with which a powder produced in additive manufacturing can be loosened.

Insbesondere bei gefertigten Teilen mit feinen Strukturen kann überschüssiges Pulver schwer zu entfernen sein. Gegebenenfalls reicht eine Saugleistung der beweglichen Saugvorrichtung dazu nicht aus. Die zuvor beschriebenen Vorteile des (automatisierten) Entfernens des Pulvers können noch verstärkt werden, indem das Pulver gelockert wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung daher sowohl die bewegliche Saugvorrichtung, als auch die bewegliche Druckluftvorrichtung. Especially with manufactured parts with fine structures excess powder can be difficult to remove. Optionally, a suction power of the movable suction device is not sufficient. The above-described advantages of (automated) removal of the powder can be further enhanced by loosening the powder. Preferably, therefore, the device comprises both the movable suction device and the movable compressed air device.

In dem Fall kann durch die bewegliche Druckluftvorrichtung aufgelockertes Pulver unmittelbar durch die bewegliche Saugvorrichtung abgesaugt werden.In that case, powder loosened by the movable pneumatic device can be directly sucked by the movable suction device.

Es ist aber auch möglich, dass nur die bewegliche Druckluftvorrichtung vorgesehen ist. In dem Fall kann z. B. das Pulver von den fertiggestellten Teilen entfernt werden und sich z. B. auf einem Boden der Fertigungskammer sammeln. Von dort kann es z. B. automatisiert oder manuell entfernt werden. Das Auflockern des Pulvers kann in dieser Ausführungsform durch die Druckluft erfolgen. Die bewegliche Druckluftvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Schlauch aus einem flexiblen Material, mit welchem Druckluft an die gewünschte Stelle innerhalb der Fertigungskammer geleitet werden kann. Besonders bevorzugt ist es, dass die bewegliche Druckluftvorrichtung einen Mechanismus umfasst, der den Schlauch automatisiert bewegen kann. Dieser Mechanismus kann beispielsweise ein Roboterarm sein. Aus der automatisierten Bewegung der beweglichen Druckluftvorrichtung ergeben sich ebenfalls die Vorteile, die zuvor für die automatisierte Bewegung der beweglichen Saugvorrichtung beschrieben wurden.But it is also possible that only the movable compressed air device is provided. In that case, z. B. the powder can be removed from the finished parts and z. B. collect on a floor of the production chamber. From there it can be z. B. automated or manually removed. The loosening of the powder can be done in this embodiment by the compressed air. The movable compressed air device preferably comprises a flexible material hose with which compressed air can be directed to the desired location within the manufacturing chamber. It is particularly preferred that the movable compressed air device comprises a mechanism that can move the tube automatically. This mechanism may be, for example, a robot arm. The automated movement of the mobile pneumatic device also provides the advantages previously described for the automated movement of the mobile suction device.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Greifmechanismus derart ausgeführt, dass die Substratstruktur in der Fertigungskammer um 180° gedreht werden kann. Dazu hat der Mechanismus bevorzugt mindestens ein Drehgelenk.In a further preferred embodiment of the device, the gripping mechanism is designed such that the substrate structure in the production chamber can be rotated through 180 °. For this purpose, the mechanism preferably has at least one rotary joint.

Es ist bevorzugt, dass die Drehung der Substratstruktur um 180° derart erfolgen kann, dass Ober- und Unterseite der Substratstruktur ihre Position tauschen (d.h., dass die Substratstruktur „auf den Kopf gedreht wird). Überschüssiges Pulver kann so von den gefertigten Teilen abfallen. Das Drehen der Substratstruktur kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschrieben Möglichkeiten der Absaugung des Pulvers durch die bewegliche Saugvorrichtung und der Auflockerung des Pulvers durch die bewegliche Druckluftvorrichtung erfolgen.It is preferred that the rotation of the substrate structure can be 180 ° such that the top and bottom of the substrate structure change position (i.e., the substrate structure is "turned upside down"). Excess powder can thus fall off the manufactured parts. The rotation of the substrate structure can be done in addition to or as an alternative to the above-described possibilities of extracting the powder by the movable suction device and the loosening of the powder by the movable compressed air device.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine Ultraschallquelle auf, welche dazu eingerichtet ist, die Substratstruktur mit einer Ultraschallanregung zu beaufschlagen.In a further preferred embodiment, the device has at least one ultrasound source, which is set up to act on the substrate structure with an ultrasound excitation.

Durch die Ultraschallanregung kann das Pulver gelockert werden. Dies kann insbesondere bei Teilen mit feinen Strukturen vorteilhaft sein. An solchen feinen Strukturen haftet das Pulver üblicherweise besonders stark. Das Lockern des Pulvers durch Beaufschlagung mit Ultraschallanregung kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschrieben Möglichkeiten der Absaugung des Pulvers durch die bewegliche Saugvorrichtung, der Auflockerung des Pulvers durch die bewegliche Druckluftvorrichtung und des Drehens der Substratstruktur erfolgen.The ultrasound excitation can loosen the powder. This can be advantageous in particular in the case of parts having fine structures. In such fine structures, the powder usually adheres particularly strong. The loosening of the powder by application of ultrasonic excitation may additionally or alternatively to the previously described possibilities of extraction of the powder by the movable suction device, the loosening of the Powder done by the movable compressed air device and the rotation of the substrate structure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ausrichtungsvorrichtung auf, mit welcher die Position einer Substratstruktur in der Fertigungskammer einstellbar ist.In a further preferred embodiment, the device has an alignment device with which the position of a substrate structure in the production chamber can be adjusted.

Bei der Ausrichtungsvorrichtung kann es sich z. B. um eine Anordnung von Leitblechen, Nuten und/oder Stiften handeln, die eine Positionierung der Substratstruktur innerhalb der Fertigungskammer erleichtern können. Bevorzugt sind an den Substratstrukturen korrespondierende Ausrichtungsvorrichtungen vorgesehen, die mit den Ausrichtungsvorrichtungen der Vorrichtung in der Fertigungskammer zusammenwirken, um die Substratstrukturen auszurichten. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausrichtungsvorrichtung auch einen oder mehrere Sensoren umfassen, die über eine Computersteuerung (insbesondere in Wechselwirkung mit dem Greifmechanismus) eine präzise Positionierung der Substratstruktur innerhalb der Fertigungskammer erleichtern können. Die Sensoren können z. B. optische und/oder mechanische Sensoren umfassen.In the alignment device, it may, for. B. can be an array of baffles, grooves and / or pins, which can facilitate positioning of the substrate structure within the production chamber. Preferably, corresponding alignment devices are provided on the substrate structures that cooperate with the alignment devices of the device in the manufacturing chamber to align the substrate structures. Alternatively or additionally, the alignment device may also comprise one or more sensors which, via computer control (in particular in interaction with the gripping mechanism), may facilitate precise positioning of the substrate structure within the manufacturing chamber. The sensors can z. B. optical and / or mechanical sensors.

Die Qualität der gefertigten Teile kann von der Positionierung der Substratstruktur innerhalb der Fertigungskammer abhängen. Bei manuellen Prozessen wird die Substratstruktur für jeden Fertigungsvorgang einzeln positioniert, woraus sich Schwankungen der Resultate ergeben können. Bei der automatisierten und serienmäßigen Fertigung kann in dieser Ausführungsform durch Wiederholbarkeit der Positionierung der Substratstruktur die Qualität der gefertigten Teile verbessert werden. Insbesondere können Schwankungen der Qualität der gefertigten Teile verringert oder sogar eliminiert werden.The quality of the finished parts may depend on the positioning of the substrate structure within the manufacturing chamber. In manual processes, the substrate structure is positioned individually for each manufacturing process, which can result in variations in the results. In the case of automated and serial production, the repeatability of the positioning of the substrate structure in this embodiment can improve the quality of the manufactured parts. In particular, fluctuations in the quality of the finished parts can be reduced or even eliminated.

Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:

  • 1: eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen auf Substratstrukturen, und
  • 2: eine Querschnittsansicht einer alternativen Vorrichtung zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen auf Substratstrukturen.
The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to the figure. The figure shows a particularly preferred embodiment, to which the invention is not limited. In particular, it should be noted that the figure and in particular the illustrated proportions are only schematic. It shows:
  • 1 FIG. 3 is a cross-sectional view of an apparatus for automated and serial additive manufacturing of parts on substrate structures, and FIG
  • 2 : A cross-sectional view of an alternative device for automated and serial additive manufacturing of parts on substrate structures.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen 2 auf Substratstrukturen 3. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Fertigungskammer 4, in welcher ein additiver Fertigungsprozess stattfinden kann. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Nebenkammer 5, welche über eine erste Schleuse 7 mit der Fertigungskammer 4 verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, Substratstrukturen 3 zu lagern. Hier sind drei Substratstrukturen 3 in der ersten Nebenkammer 5 eingezeichnet. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1 eine zweite Nebenkammer 6, welche über eine zweite Schleuse 8 mit der Fertigungskammer 4 verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, fertiggestellte Teile 2 aufzunehmen. Zudem umfasst die Vorrichtung 1 einen Greifmechanismus 9, welcher dazu eingerichtet ist, in der ersten Nebenkammer 5 bevorratete Substratstrukturen 3 durch die erste Schleuse 7 in die Fertigungskammer 4 zu transportieren und/oder fertiggestellte Teile 2 aus der Fertigungskammer 4 durch die zweite Schleuse 8 in die zweite Nebenkammer 6 zu transportieren. Der Greifmechanismus 9 ist derart ausgeführt, dass die Substratstruktur 3 in der Fertigungskammer 4 um 180° gedreht werden kann, wobei eine Drehachse dieser Drehung horizontal und innerhalb der Zeichnungsebene der 1 angeordnet ist. 1 shows a device 1 for automated and standard additive manufacturing of parts 2 on substrate structures 3 , The device 1 includes a production chamber 4 in which an additive manufacturing process can take place. In addition, the device includes 1 a first secondary chamber 5 , which have a first lock 7 with the production chamber 4 is connected and which is adapted to substrate structures 3 to store. Here are three substrate structures 3 in the first secondary chamber 5 located. In addition, the device includes 1 a second side chamber 6 , which has a second lock 8th with the production chamber 4 connected and which is set up, finished parts 2 take. In addition, the device includes 1 a gripping mechanism 9 , which is adapted to, in the first secondary chamber 5 stocked substrate structures 3 through the first lock 7 in the production chamber 4 to transport and / or finished parts 2 from the production chamber 4 through the second lock 8th in the second secondary chamber 6 to transport. The gripping mechanism 9 is designed such that the substrate structure 3 in the production chamber 4 rotated by 180 °, wherein a rotation axis of this rotation is horizontal and within the plane of the drawing 1 is arranged.

Über eine erste Außenschleuse 10 ist die erste Nebenkammer 5 mit der Umgebung der Vorrichtung 1 verbunden. Durch die erste Außenschleuse 10 können Substratstrukturen 3 in die erste Nebenkammer 5 eingebracht werden. Über eine zweite Außenschleuse 11 ist die zweite Nebenkammer 6 mit der Umgebung der Vorrichtung 1 verbunden. Durch die zweite Außenschleuse 11 können fertiggestellte Teile 2 aus der zweiten Nebenkammer 6 entnommen werden.About a first outer lock 10 is the first secondary chamber 5 with the environment of the device 1 connected. Through the first outer lock 10 can be substrate structures 3 in the first secondary chamber 5 be introduced. About a second outer lock 11 is the second secondary chamber 6 with the environment of the device 1 connected. Through the second outer lock 11 can finished parts 2 from the second secondary chamber 6 be removed.

Weiterhin ist in der Fertigungskammer 4 eine bewegliche Saugvorrichtung 12 angeordnet, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver abgesaugt werden kann. Zusätzlich ist in der Fertigungskammer 4 eine bewegliche Druckluftvorrichtung 13 angeordnet, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver gelockert werden kann. Weiterhin weist Vorrichtung 1 eine Ultraschallquelle 14 auf, welche dazu eingerichtet ist, die Substratstruktur 3 mit einer Ultraschallanregung zu beaufschlagen. Außerdem weist die Vorrichtung 1 eine Ausrichtungsvorrichtung 15 auf, mit welcher die Position einer Substratstruktur 3 in der Fertigungskammer 4 einstellbar ist.Furthermore, in the production chamber 4 a movable suction device 12 arranged, with which a resulting in the additive manufacturing powder can be sucked off. In addition, in the production chamber 4 a movable compressed air device 13 arranged, with which a resulting in the additive manufacturing powder can be loosened. Furthermore, device 1 an ultrasound source 14 which is adapted to the substrate structure 3 to apply an ultrasonic excitation. In addition, the device 1 an alignment device 15 on, with which the position of a substrate structure 3 in the production chamber 4 is adjustable.

Die in 2 gezeigte Ausführungsvariante umfasst zusätzlich zu einem Greifmechanismus 9 einen Schienenmechanismus 16 an welchem der Greifmechanismus 9 befestigt ist. Der Schienenmechanismus 16 erstreckt sich durch die erste Schleuse 7 und die zweite Schleuse 8 und der Greifmechanismus kann entlang des Schienenmechanismus verfahren werden, um Substratstrukturen 3 aus der ersten Nebenkammer 5 zu entnehmen und Teile 2 in der zweiten Nebenkammer 6 abzulegen.In the 2 embodiment shown includes in addition to a gripping mechanism 9 a rail mechanism 16 at which the gripping mechanism 9 is attached. The rail mechanism 16 extends through the first lock 7 and the second lock 8th and the gripping mechanism may be moved along the rail mechanism to substrate structures 3 from the first secondary chamber 5 to remove and parts 2 in the second secondary chamber 6 store.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004041633 A1 [0002]DE 102004041633 A1 [0002]

Claims (11)

Vorrichtung (1) zur automatisierten und serienmäßigen additiven Fertigung von Teilen (2) auf Substratstrukturen (3) zumindest aufweisend: - eine Fertigungskammer (4) in welcher ein additiver Fertigungsprozess stattfinden kann, - wenigstens eine Nebenkammer (5, 6), welche über eine jeweilige Schleuse (7, 8) mit der Fertigungskammer (4) verbindbar ist, - einen Mechanismus (9, 16), welcher dazu eingerichtet ist, in einer der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) bevorratete Substratstrukturen (3) durch die jeweilige Schleuse (7, 8) in die Fertigungskammer (4) zu transportieren und/oder fertiggestellte Teile (2) aus der Fertigungskammer (4) durch die jeweilige Schleuse (7, 8) in eine der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) zu transportieren.Device (1) for automated and standard additive manufacturing of parts (2) on substrate structures (3) at least comprising: a production chamber (4) in which an additive manufacturing process can take place, at least one secondary chamber (5, 6) which can be connected to the production chamber (4) via a respective lock (7, 8), - A mechanism (9, 16) which is adapted to transport in one of the at least one secondary chambers (5, 6) stored substrate structures (3) through the respective lock (7, 8) in the production chamber (4) and / or finished parts (2) from the production chamber (4) through the respective lock (7, 8) in one of the at least one secondary chambers (5, 6) to transport. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus (9, 16) mindestens einen Greifmechanismus (9) umfasst.Device (1) according to Claim 1 wherein the mechanism (9, 16) comprises at least one gripping mechanism (9). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mechanismus (9, 16) mindestens einen Schienenmechanismus (16) umfasst.Device (1) according to Claim 1 or 2 wherein the mechanism (9, 16) comprises at least one rail mechanism (16). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fertigungskammer (4) mit den Schleusen (7, 8) gasdicht verschließbar ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the production chamber (4) with the locks (7, 8) is gas-tight closable. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Nebenkammer (5) der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) eine erste Außenschleuse (10) aufweist, durch welche Substratstrukturen (3) in die erste Nebenkammer (5) einbringbar sind.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein a first secondary chamber (5) of the at least one secondary chambers (5, 6) has a first outer lock (10) through which substrate structures (3) in the first secondary chamber (5) can be introduced. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Nebenkammer (6) der wenigstens einen Nebenkammern (5, 6) eine zweite Außenschleuse (11) aufweist, durch welche fertiggestellte Teile (2) aus der zweiten Nebenkammer (6) entnehmbar sind.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein a second secondary chamber (6) of the at least one secondary chambers (5, 6) has a second outer lock (11), through which finished parts (2) from the second secondary chamber (6) can be removed , Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Fertigungskammer (4) eine bewegliche Saugvorrichtung (12) angeordnet ist, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver abgesaugt werden kann.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein in the production chamber (4) a movable suction device (12) is arranged, with which a resulting in the additive manufacturing powder can be sucked. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Fertigungskammer (4) eine bewegliche Druckluftvorrichtung (13) angeordnet ist, mit welcher ein bei der additiven Fertigung anfallendes Pulver gelockert werden kann.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein in the production chamber (4) a movable compressed air device (13) is arranged, with which a resulting in the additive manufacturing powder can be loosened. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mechanismus (9, 16) derart ausgeführt ist, dass die Substratstruktur (3) in der Fertigungskammer (4) um 180° gedreht werden kann.Device according to one of the preceding claims, wherein the mechanism (9, 16) is designed such that the substrate structure (3) in the production chamber (4) can be rotated through 180 °. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin aufweisend mindestens eine Ultraschallquelle (14), welche dazu eingerichtet ist, die Substratstruktur (3) mit einer Ultraschallanregung zu beaufschlagen.Device (1) according to one of the preceding claims further comprising at least one ultrasonic source (14) which is adapted to act on the substrate structure (3) with an ultrasonic excitation. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin aufweisend eine Ausrichtungsvorrichtung (15), mit welcher die Position einer Substratstruktur (3) in der Fertigungskammer (4) einstellbar ist.Device (1) according to one of the preceding claims, further comprising an alignment device (15) with which the position of a substrate structure (3) in the production chamber (4) is adjustable.
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