DE102018006473A1

DE102018006473A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen durch Schichtaufbautechnik mittels Verschlussvorrichtung

Info

Publication number: DE102018006473A1
Application number: DE102018006473.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Grasegger; Bastian Heymel; Wolfgang Mühlbauer
Original assignee: Voxeljet AG
Current assignee: Voxeljet AG
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2020035100A1; US20210316507A1; EP3837105A1; US11964434B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels Schichtaufbautechnik wobei eine spezielle Verschlussvorrichtung zum Einsatz kommt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik.
In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht auf eine Plattform aufgetragen und dieses selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Plattform um eine Schichtdicke in einen Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt.
Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Partikelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann vom Restpulver z.B. durch Abbürsten befreit werden.
Ein wichtiger Arbeitsschritt ist der Pulverauftrag. Hierbei sind eine korrekte Dosierung und ein gezieltes und gesteuertes Auftragen des Pulvermaterials wichtig. Die Beschichtergeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit mit der das Partikelmaterial aufgebracht werden kann, hat einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungszeit der Bauteile und damit auch auf die Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Maschine.
Zur besseren Dosierung des Pulvermaterials können Beschichter beispielsweise eine einstellbare Öffnung, häufig in Spaltform, aufweisen. Dieser Spalt kann sich beispielsweise über einen Großteil der Breite des Beschichters erstecken.
Ein Problem bei bekannten Beschichtern, die einen regelbaren Schlitz oder eine regelbare Öffnung verwenden ist, dass die Spaltgröße oder die Spaltöffnung vergrößert werden muss, um eine größere Partikelmaterialmenge abgeben zu können. Dadurch wird unter Umständen die Regelbarkeit des Partikelaustritts beeinflusst, denn es kann dazu kommen, dass der Spalt oder Schlitz nicht mehr regelbar ist, da bereits im Stillstand Partikelmaterial austritt.
Dieses Problem tritt insbesondere bei Beschichtern auf, die mittels Schüttkegel den Spalt oder Schlitz verschließen und diesen durch eine Vibration öffnen und so den Partikelmaterialaustritt steuern.
Beispiele hierfür sind sogenannte Schwingklingenbeschichter wie beschrieben in DE10117875A1 oder DE10216013A1 .
Um in einer großen Öffnung des Beschichters trotzdem einen Schüttkegel zum Verschließen ausbilden zu können, müsste die Beschichterklinge in Dimensionen ausgebildet werden, die konstruktiv problematisch wären, da dann die nutzbaren Beschichterdimensionen die Baufeldgröße unwirtschaftlich machen würden. Insbesondere müsste eine sehr lange Beschichterklinge verwendet werden, um einen Schüttkegel aufbauen zu können, der einen Verschluss des Spaltes bewirken kann. Eine groß dimensionierte Beschichterklinge würde aber den bebaubaren Raum verkleinern und so die Wirtschaftlichkeit vermindern.
Ein weiteres Problem ist die Anfahrgeschwindigkeit bzw. die Verzögerung beim Spaltöffnen von durch Schüttkegel verschlossenen Schwinklingenbeschichteröffnungen durch Vibration und die damit verbundenen Qualitätsprobleme durch unzureichenden Partikelmaterialauftrag. Das Problem hierbei besteht darin, dass der Beschichter mit einer bestimmten Geschwindigkeit verfährt bzw. angefahren wird. Dabei legt der Beschichter über dem Baufeld eine gewisse Strecke zurück, während die Vibration im Schwingklingenbeschichter dazu führt, dass der Schüttkegelverschluss zusammenbricht und Partikelmaterial ausfließen kann. Allerdings kann es passieren, dass das Partikelmaterialausfließen zu spät beginnt und damit auf einem gewissen Teil des Baufeldes nicht ausreichend Partikelmaterial aufgebracht wird. Es kann somit im Resultat dazu führen, dass in diesem Zeitfenster entweder zu wenig Volumen an Partikelmaterial oder überhaupt kein Partikelmaterial in bestimmten Bereichen des Baufeldes aufgebracht werden.
Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung konstruktive Mittel bereitzustellen, die ein verbessertes 3D-Druckverfahren erlauben oder zumindest die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern oder ganz zu vermeiden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Beschichter in der Art zu modifizieren, dass eine große Menge an Partikelmaterial aus einem Beschichter auf die Bauplattform aufgetragen werden kann und gleichzeitig die Spaltöffnung des Beschichters vollständig verschließbar ist und der Beschichter dennoch in hoher Geschwindigkeit verfahren werden kann, um vorteilhafte und/oder verkürzte Herstellungszeiten erreichen zu können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren, ein Materialsystem und/oder eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik reduzieren hilft oder diese ganz vermeidet oder verhindert.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Verschlussvorrichtung geeignet für eine 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung, umfassend ein ansteuerbares Verschlussmittel.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung, die ein ansteuerbares Verschlussmittel umfasst.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei partikelförmiges Baumaterial in einer definierten Schicht mittels Beschichter auf ein Baufeld aufgetragen wird, selektiv verfestigt wird, um ein 3D-Formteil zu erhalten, wobei der Beschichter eine Verschlussvorrichtung beinhaltet, die ein ansteuerbares Verschlussmittel umfasst.
Figurenliste

1a zeigt einen Aspekt der Offenbarung, wobei ein Beschichterbehälter 105 mit Partikelmaterial 101 dargestellt ist. Die Beschichterklinge 102 ist der Bauplattform zugewandt (nicht dargestellt) und bildet mit der einstellbaren Blende 103 (Verschlussmittel) einen Beschichterspalt 100, in dem sich zum Verschließen des Spaltes ein Schüttkegel aus Partikelmaterial 104 bildet. Die einstellbare Blende 103 kann mit geeigneten Mitteln angesteuert werden und so der Beschichterspalt 100 weiter geöffnet werden. Derart kann beispielsweise eine erhöhte Menge an Partikelmaterial auf die Bauplattform (nicht dargestellt) aufgetragen werden und somit die Verfahrgeschwindigkeit des Beschichters erhöht werden. Soll der Beschichterspalt wieder geschlossen werden, wird die Blende 103 angesteuert und der Beschichterspalt verkleinert, sodass sich wieder ein Schüttkegel ausbilden kann, sobald die Schwingung der Beschichterklinge 102 eingestellt wird.
1b zeigt den Vorgang des Partikelmaterialauftrages, wobei in Vorschubbewegung 108 der Beschichter verfahren wird. Die Beschichterklinge 102 (siehe 1a) wird in Schwingung versetzt mit einer Schwingbewegung 109, sodass sich der Schüttkegelverschluss öffnet und Partikelmaterial ausfließt und sich eine Walze aus Partikelmaterial 107 bildet und eine aufgelegte Schicht aus Partikelmaterial 106 aufgetragen wird.
2 beschreibt einen weiteren Aspekt der Offenbarung.
2a zeigt einen Beschichterbehälter 105 mit Partikelmaterial 101 gefüllt und Beschichterklinge 102 und einstellbare Blende 103 mit Verschlussblech 201 und Steuerwalze 200. In dieser Position des Verschlussbleches 201 kann kein Partikelmaterial aus dem Spalt austreten.
In 2b wird die Steuerwalze 200 angesteuert und durch eine Drehung das Verschlussblech 201 in Richtung 203 bewegt und so der Beschichterbehälter geöffnet, sodass das ausfließende Partikelmaterial 204 eine Pulverwalze bildet und eine Partikelmaterialschicht beim Überfahren des Beschichterbehälters über die Bauplattform auf der Bauplattform ausgebildet wird.
3a und 3b beschreiben einen weiteren Aspekt der Offenbarung. Es ist ein Beschichterbehälter 105 mit Partikelmaterial 101 dargestellt sowie die Verschlussvorrichtung, die eine verlängerte Klinge 302, eine einstellbare Blende 103, vorgespanntes Verschlussblech 301, Verschlussdichtung 300 und Steuerwalze 200 umfasst.
4 beschreibt einen weiteren Aspekt der Offenbarung, wobei die Ansteuerung, d.h. das Öffnen und Verschließen der Öffnung mittels Verschlussblech 201, durch Ansteuern mit einer Kulisse erfolgt.
In 4a ist der Spalt geschlossen und in 4b ist das Verschlussblech 201 geklappt oder parallel verschoben und so der Spalt des Beschichterbehälters geöffnet. Hierbei wird eine Kugel 400 in der Kulisse verschoben.
5 beschreibt einen weiteren Aspekt der Offenbarung, wobei 5a einen geschlossenen und 5b einen geöffneten Spalt des Beschichterbehälters zeigt. Hierbei wird eine vertikal bewegliche Blende 500 und eine horizontal bewegliche Kulisse 501 eingesetzt. 502 zeigt den mit der Blende verbundenen Zylinder und 503 die Kulissenführung bzw. 504die Kulissenbewegung.
6 beschreibt einen weiteren Aspekt der Offenbarung, wobei ein vereinfachtes Ausflussdiagramm für ein Doppelbeschichtersystem mit den Ausflüssen des angesteuerten (aktiv - nach der Erfindung) und des nicht angesteuerten (passiv - Stand der Technik) Beschichters dargestellt ist. Es wird deutlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verschlusssystem ein größeres Volumen auf die Bauplattform auftragbar ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Verschlussvorrichtung bereitgestellt wird, die vollständig verschließbar ist und nach dem Anfahren erhöhte Mengen von Partikelmaterial abgeben und auf die Bauplattform auftragen kann.
Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe der Erfindung näher erläutert.
„3D-Formteil“, „Formkörper“ oder „Bauteil“ im Sinne der Erfindung sind alles mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.
„Bauraum““ ist der geometrische Ort in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst oder durch den die Schüttung bei kontinuierlichen Prinzipien durchläuft. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt. Bei kontinuierlichen Prinzipien existieren meist ein Förderband und begrenzende Seitenwände. Der Bauraum kann auch durch eine sogenannte Jobbox ausgestaltet sein, die eine in die Vorrichtung ein- und ausfahrbare Einheit darstellt und eine Batch-Herstellung erlaubt, wobei eine Jobbox nach Prozessabschluss ausgefahren wird und sofort eine neue Jobbox in die Vorrichtung eingefahren werden kann, sodass das Herstellungsvolumen und somit die Vorrichtungsleistung erhöht wird.
„Bauplattform“ oder „Baufeld“ im Sinne der Offenbarung ist die Fläche, auf die das Partikelmaterial aufgetragen wird und auf der das Partikelmaterial selektiv verfestigt wird, um ein vorbestimmtes dreidimensionales Formteil aufzubauen.
Als „Partikelmaterialien“ oder „partikelförmige Baumaterialien“ oder „Baumaterialien“ können alle für den Pulver-basierten 3D Druck bekannten Materialien verwendet werden, insbesondere Polymere, Keramiken und Metalle. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes Pulver, es kann aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver oder eine partikelbeladene Flüssigkeit verwendet werden. In dieser Schrift werden Partikelmaterial und Pulver synonym verwendet.
Der „Partikelmaterialauftrag“ ist der Vorgang bei dem eine definierte Schicht aus Pulver erzeugt wird. Dies kann entweder auf der Bauplattform oder auf einer geneigten Ebene relativ zu einem Förderband bei kontinuierlichen Prinzipen erfolgen. Der Partikelmaterialauftrag wird im Weiteren auch „Beschichtung“ oder „Recoaten“ genannt.
„Selektiver Flüssigkeitsauftrag“ kann im Sinne der Erfindung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig, beispielsweise mehrfach bezogen auf einen Partikelmaterialauftrag, erfolgen. Dabei wird ein Schnittbild durch den gewünschten Körper aufgedruckt.
Als „Vorrichtung““ zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter, Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder anderer Bauteile bei kontinuierlichen Verfahren, Dosiervorrichtungen und Wärme- und/oder Bestrahlungsmittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.
„Verschlussvorrichtung“ oder „Verschlusseinheit“ im Sinne der Offenbarung vereinigt die positiven Merkmale, die mit einer Schwingklingenkonstruktion erzielt werden können und erlaubt gleichzeitig ein schnelleres Anfahren der Beschichtervorrichtung sowie den Auftrag von größeren Partikelmaterialvolumen. Eine derartige „Verschlussvorrichtung“ umfasst oder beinhaltet mindestens eine Schwingklinge und eine Verschlussmittel, das mit geeigneten Mitteln ansteuerbar ist, z.B. durch einen Exzenter, einen Ziehkeil oder/und eine Kulisse.
Die „Packungsdichte“ beschreibt die Ausfüllung des geometrischen Raumes durch einen Feststoff. Sie hängt von der Natur des Partikelmaterials und der Auftragsvorrichtung ab und ist eine wichtige Ausgangsgröße für den Sinterprozess.
Das Baumaterial wird immer in einer „definierten Schicht“ oder „Schichtstärke“ aufgebracht, die je nach Baumaterial und Verfahrensbedingungen individuell eingestellt wird. Sie beträgt beispielsweise 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm.
„Spalt“ oder „Spaltöffnung“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet das Mittel durch das Partikelmaterial vom Recoater bzw. auf die Bauplattform aufgebracht wird und mittels dem/der die Auftragsmenge von Partikelmaterial gesteuert werden kann. Durch den „Spalt“ oder die „Spaltöffnung“ tritt das Partikelmaterial aus dem Beschichter aus und fließt auf die Bauplattform. Der „Verschluss““ oder „Beschichterverschluss“ steuert die freigegebene Partikelmaterialmenge.
Eine „Beschichterklinge“ oder „Schwingklinge“ im Sinne der Offenbarung betrifft ein der Bauplattform zugewandtes Mittel einer Beschichtervorrichtung, die mit weiteren Mitteln kombiniert sein kann, um den Partikelmaterialauftrag zu steuern. Die „Beschichterklinge“ kann mit einem anderen Teil oder Mittel der Beschichtervorrichtung einen Spalt bilden, der im Stillstand durch einen Schüttkegel verschlossen wird. In der vorliegenden Offenbarung wird die „Beschichterklinge“ mit einem ansteuerbaren Verschluss, z.B. einem Federstahlblech, verschlossen und geöffnet und so der Partikelmaterialauftrag auf das Baufeld gesteuert.
Eine „Verschlussvorrichtung“ im Sinne der Offenbarung betrifft die Kombination von Beschichterklinge, ansteuerbarem Verschluss und Aktor in einem Partikelmaterialbeschichter.
Ein „Verschlussmittel“ oder „Verschluss“ oder „Beschichterverschluss“ im Sinne der Offenbarung ist ein Mittel, das es ermöglicht den Spalt des Beschichters gesteuert zu schließen und zu öffnen. Es kann z.B. ein Federstahlblech sein.
Ein „Ansteuermittel“ oder „Aktor“ im Sinne der Offenbarung dient zum Öffnen und Schließen des Verschlussmittels.
„Öffnungsgeschwindigkeit“ im Sinne der Offenbarung bedeutet die Zeitdauer, die vergeht bis das Verschlussmittel von seiner geschlossenen Stellung bis zu seiner maximalen Öffnung angesteuert wird.
„Verschlussöffnungsprozess““ im Sinne der Offenbarung ist der Vorgang bei dem das Verschlussmittel von seiner geschlossenen zu seiner geöffneten Stellung gebracht wird. Dementsprechend ist ein „Verschlussschließungsprozess“ der umgekehrte Ablauf.
„Verfahrgeschwindigkeit“ im Sinne der Offenbarung bezieht sich auf die Geschwindigkeit des Vor- oder Zurückfahren des Beschichters. Die Verfahrgeschwindigkeit und die Öffnungsgeschwindigkeit sind wichtige Größen, die den Verfahrensablauf, die Herstellungsgeschwindigkeit für 3D-Formteilen und das Steuern des Anfahrens und des Druckprozesses beeinflussen. Somit beeinflussen diese Größen auch die Wirtschaftlichkeit einer 3D-Druckvorrichtung.
Die Aspekte der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt eine Verschlussvorrichtung geeignet für eine 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung, umfassend ein Verschlussmittel, vorzugsweise ein Stahlblech, bspw. Federstahlblech, wobei das Verschlussmittel ansteuerbar ist und durch ein Ansteuermittel geöffnet werden kann, wobei das Ansteuermittel ein Excenter, ein Ziehkeil und/oder eine Kulisse ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine besonders vorteilhafte Lösung bereitgestellt, um das der Anmeldung zu Grunde liegende Problem zu lösen.
Mit dem erfinderischen Verschlusssystem und Beschichter wird es möglich den Pulverdurchsatz bzw. den Partikelmaterialauftrag des Beschichters zur erhöhen und dadurch höherer Verfahrgeschwindigkeiten zu erreichen und die Auftragsgeschwindigkeit und das Auftragsvolumen pro Zeiteinheit zu steigern.
Mit den oben dargestellten Vorrichtungskomponenten in der dargestellten Kombination konnten überraschender Weise sehr vorteilhafte Verfahrensergebnisse erreicht werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die oben ausgeführten Probleme oder Nachteile zumindest vermindert oder ganz vermieden.
Die hier beschriebene Verschlussvorrichtung kann in 3D-Druckvorrichtungen und/oder Beschichtervorrichtungen eingebaut werden, die fluides partikelförmiges Material zum Schichtaufbau und zum Aufbau der 3D-Formteile verwenden und auftragen. Die Beschichtervorrichtung kann ein einfacher Pulverbeschichter oder ein Doppelbeschichter sein.
Die Verschlussvorrichtung kann ein Ansteuermittel beinhalten, die dazu dient das Verschlussmittel, z.B. ein Stahlfederblech, zu öffnen oder/und die Spaltbreite (Spaltgröße) zu steuern. Eine Verschlussvorrichtung weist somit mindestens ein Verschlussmittel, eine Beschichterklinge und eine Partikelmaterialzufuhr oder einen Partikelmaterialbehälter auf, wobei die Teile so miteinander verbunden sind, dass ein Auftrag auf ein Baufeld gesteuert erfolgen kann. Das Ansteuermittel kann das Verschlussmittel von 1 bis 5 mm öffnen.
Mit der Verschlussvorrichtung ist es auch möglich die Öffnungsgeschwindigkeit zu steuern und entsprechend Partikelmaterial in gezielter Weise auf die Bauplattform aufzutragen. Dabei ist die Geschwindigkeit, die benötigt wird, um eine Maximalöffnung des Verschlussmittels zu erreichen. Dabei kann die Öffnungsgeschwindigkeit (Maximalöffnung des Spaltes) von 0,5/10 bis 3/10 Sekunden betragen, vorzugsweise beträgt diese von 1/10 bis 2/10 Sekunden.
Mit dem Beschichter und/oder Verschluss wie hier beschrieben wird es in vorteilhafter Weise möglich nicht nur die Auftragsmenge, sondern auch die Anfahrgeschwindigkeit zur Abgabe von Partikelmaterial besser zu steuern. Weiterhin kann so das Problem von fehlendem Partikelmaterialauftrag beim Anfahren des Beschichters vermieden werden, wodurch sich Qualitätsvorteile in den Bauteilen ergeben. Damit steigt auch die Wirtschaftlichkeit, da sich der Ausschuss verringert.
Weiterhin wird bei bekannten Beschichtern immer eine große Menge an Abfallpartikelmaterial anfallen, das nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand und den damit verbundenen Kosten wieder rezyklisiert werden kann. Mit dem Beschichter bzw. Verschluss wie hierin beschrieben können diese Nachteile des Standes der Technik vermieden oder zumindest vermindert werden.
Auch erleichtert ein Verschluss wie hier beschrieben die stufenweise Anordnung von Beschichtern wie weiter unten im Detail beschrieben.
Bei herkömmlichen Schwingbeschichtern ist der Ausfluss nur durch eine mechanische Verstellung des Spalts außerhalb des Prozesses einstellbar, während die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einstellung und sogar Regelung des Spalts während des Betriebs ermöglicht.
Die Verschlussvorrichtung kann in einem Beschichter eingebaut sein, der in die Verfahrrichtung eine Beschichteröffnung aufweist. Es kann sich dabei im Wesentlichen um einen wie im oben beschriebenen Stand der Technik beschriebenen Schwingklingenrecoater handeln. Es kann auch ein Doppelbeschichter sein, der in jede Verfahrrichtung eine Schwingklingenöffnung aufweist und mit dem somit in beide Verfahrrichtungen Partikelmaterial auf das Baufeld aufgetragen werden kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung eine 3D-Druckvorrichtung oder/und eine Beschichtervorrichtung, umfassend ein Verschlussmittel wie oben beschrieben, wobei die durch die Beschichtervorrichtung beim Anfahren oder während der Fahrt über das Baufeld zurückgelegte Strecke ab Beginn des Verschlussöffnungsprozesses bis zur Öffnung des Verschlusses 2 cm bis 10 cm, vorzugsweise 3 cm bis 7 cm, bei einer Verfahrgeschwindigkeit der Beschichtervorrichtung oder der Verschlussvorrichtung von 350 mm/Sekunde beträgt.
Die hier beschriebene 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung kann umfassen: eine wie oben beschriebene Verschlussvorrichtung und eine wie oben beschriebene Beschichterklinge.
Die Beschichterklinge kann aus allen geeigneten Materialien gefertigt sein und sie besteht vorzugsweise aus einem Edelstahlblech.
Die Beschichterklinge kann mit allen dem Fachmann bekannten Mitteln in Schwingung versetzt werden. Die Schwingung wird z.B. mittels einem oder mehreren Exzentern erzeugt.
In der hier beschriebenen 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung kann das Pulvermaterial (Partikelmaterial) mittels einer Kombination der hier beschriebenen Verschlussvorrichtung und einer Vibration der Beschichterklinge freisetzbar werden. Damit werden vorteilhafter Weise die Vorteile eines Schwingklingenbeschichters verwirklicht und die Nachteile von begrenzt auftragbaren Partikelmaterialvolumen vermieden.
Der Beschichterverschluss kann sowohl durch die Abdeckung des Spaltes erfolgen, als auch durch die Veränderung des Schüttkegels im Spalt durch Änderung des Aspektverhältnisses (also dem Verhältnis von Spalthöhe zu Spaltlänge) des Spaltes durch geeignete Maßnahmen, vorzugsweise Verkleinerung der Spalthöhe durch Bewegung der Blende.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei eine wie oben beschriebenen Verschlussvorrichtung oder 3D-Druckvorrichtung oder Beschichtervorrichtung verwendet wird.
Zum Aufbringen der Druckflüssigkeit werden bekannte Druckköpfe mit geeigneter Technik verwendet. Die Flüssigkeit kann mittels eines oder mehrerer Druckköpfe selektiv aufgebracht werden. Vorzugsweise sind der oder die Druckköpfe in ihrer Tropfenmasse einstellbar. Der oder die Druckköpfe können die Flüssigkeit in einer oder in beiden Verfahrrichtungen selektiv aufbringen. In dem Verfahren wird erreicht, dass das partikelförmige Baumaterial selektiv verfestigt, vorzugsweise selektiv verfestigt und gesintert wird.
Innerhalb des Bauprozesses werden Baumaterial und Druckflüssigkeit zyklisch aufgetragen. Dabei wird das Baufeld um die gewählte Schichtstärke abgesenkt bzw. die Auftragseinheiten entsprechend angehoben. Diese Vorgänge werden zyklisch wiederholt.
Insbesondere vorteilhaft ist ein wie hier beschriebener Verschluss in Kombination mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren oder/und der Vorrichtungsanordnung und er zeichnet sich durch verschiedene Vorteile aus:

Der oben beschriebene Verschluss wird kombiniert mit einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik, wobei partikelförmiges Baumaterial in einer definierten Schicht auf ein Baufeld aufgetragen wird und eine Binderflüssigkeit selektiv auf das Baumaterial aufgebracht wird, um einen gewissen Betrag verfahren wird und diese Schritte wiederholt werden, bis das gewünschte Objekt erzeugt ist, wobei die Schritte des Auftragens und Aufbringens im Wesentlichen gleichzeitig stattfinden.

Das Verfahren wie oben beschrieben, ist dadurch gekennzeichnet, dass das partikelförmige Baumaterial mit einem Beschichter aufgetragen wird oder/und die Binderflüssigkeit mit einem Druckkopf aufgebracht wird.
Dabei kann das wie oben beschriebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet sein, dass das Vorrichtungsmittel Druckkopf dem Vorrichtungsmittel Beschichter in einem definierten Abstand, vorzugsweise in einem Abstand von 1000 mm - 300 mm, mehr bevorzugt von 300 mm - 50 mm, noch mehr bevorzugt unmittelbar, folgt.
Weiterhin kann in dem wie oben beschriebenen Verfahren das Vorrichtungsmittel mit einer Geschwindigkeit von 0,02 m/s bis 1 m/s verfahren werden, vorzugsweise dass die verschiedenen Vorrichtungsmittel mit derselben oder einer unterschiedlichen Geschwindigkeiten verfahren werden.
In einer Ausführungsform ist das wie oben beschriebene Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungsmittel zurückgefahren werden und der Rücklauf der Vorrichtungsmittel im Eilgang erfolgt, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s bis 5 m/s.
Ein weiteres wie oben beschriebenes Verfahren, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen und das Aufbringen im Vor- wie im Rücklauf stattfindet.
Besonders vorteilhaft kann durch den wie oben beschriebenen Verschluss die Materialauftragung präzise gesteuert werden, was sich positiv auf den Verfahrensablauf sowie auf die Qualität der so hergestellten Teile auswirk.
Ein weiteres wie oben beschriebenes Verfahren, ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorrichtungsmittel von Beschichter und Dosiereinheit, vorzugsweise jeweils 2 bis 20, mehr bevorzugt 4 bis 15, mehrere Schichten in einer Überfahrt bilden.
Dabei kann das wie oben beschriebene Verfahren, dadurch gekennzeichnet sein, dass mehrere Vorrichtungsmittel mehrere Schichten in einer Überfahrt sowohl im Vor- als auch im Rücklauf bilden, vorzugsweise ist es dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorrichtungsmittel mehrere Schichten auf einer kontinuierlich arbeitenden Fördereinheit aufbauen.
Auch kann das wie oben beschrieben Verfahren, dadurch gekennzeichnet sein, dass als Basisverfahren ein Schrägdruckverfahren, ein Batchverfahren oder/und ein kontinuierliches Verfahren verwendet wird.
Weiterhin kann der wie oben beschriebene Verschluss vorteilhaft kombiniert werden in einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik, die mindestens zwei, vorzugsweise 3 - 20, Druckmittel mindestens zwei, vorzugsweise 2 - 20, Beschichtermittel nachgeordnet aufweist, vorzugsweise die mindestens zwei Beschichtermittel und mindestens zwei Druckmittel aufweist, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckmittel und das Beschichtermittel auf der gleichen Achse angeordnet sind, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckmittel als Linehead ausgeführt ist, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das/die Druckmittel und das/die Beschichtermittel mit einer Geschwindigkeit von 0,02 m/s bis 5 m/s verfahren werden können, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das/die Druckmittel und das/die Beschichtermittel so angeordnet und ausgeführt sind, dass sie im Vor- wie im Rücklauf arbeiten können, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das/die Druckmittel und das/die Beschichtermittel in verschiedenen Ebenen, vorzugsweise in ihrer Höhe, vorzugsweise in der Z-Achse, verstellbar sind, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass das/die Druckmittel und das/die Beschichtermittel versetzt angeordnet sind, vorzugsweise dass sie so angeordnet sind, dass sie mehrere Schichten übereinander auftragen und aufbringen können, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine kontinuierlich arbeitende Fördereinheit aufweist, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie als ein Schrägdrucker, ein Batchdrucker oder ein kontinuierlich arbeitender Drucker ausgeführt ist, vorzugsweise die dadurch gekennzeichnet it, dass sie als ein In einer Ausführungsform konnten die Erfinder mit einer Kombination von Verfahren bzw. Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Verschluss eine Volumenleistung bei zufriedenstellendem Qualitätsniveau nicht nur signifikant steigern, sondern auch noch besser steuerbar machen.
Die hier beschriebene Parallelisieren der Vorgänge von Beschichten und Bedrucken kann mittels des oben beschriebenen Verschlusses noch präziser gesteuert werden. Die verschiedenen Druckvorgänge werden im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt und sind vorteilhafterweise sehr genau steuerbar durch die Verwendung des oben beschriebenen Verschlusses, wobei es möglich ist, mehrere Beschichter und Druckeinheiten hintereinander anzuordnen und in einer Überfahrt mehrere Schichten abzulegen und selektiv zu verfestigen. Dazu sind keine Steigerungen der Verfahrgeschwindigkeiten oder sonstige Maßnahmen nötig, die die Qualität der produzierten Produkte negativ beeinflussen.
Bezugszeichenliste

100: Beschichterspalt
101: Partikelmaterial
102: Beschichterklinge
103: einstellbare Blende
104: Schüttkegel aus Partikelmaterial
105: Beschichterbehälter
106: aufgelegte Schicht aus Partikelmaterial
107: (schüttkegelbegrenzte) Walze aus Partikelmaterial
108: Vorschubbewegung
109: Schwingbewegung der Klinge
200: Steuerwalze
201: Verschlussblech
202: Drehung der Steuerwalze
203: Bewegung des Verschlussblechs
204: ausfließendes Partikelmaterial
300: Verschlussdichtung
301: vorgespanntes Verschlussblech
302: verlängerte Klinge
400: Kugel
401: Betätigungsschieber
402: Kulisse in der Blende
500: vertikal bewegliche Blende
501: horizontal bewegliche Kulisse
502: mit der Blende verbundener Zylinder
503: Kulissenführung
504: Kulissenbewegung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0431924 B1 [0002]
DE 10117875 A1 [0008]
DE 10216013 A1 [0008]

Claims

Verschlussvorrichtung geeignet für eine 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung, umfassend ein Verschlussmittel, vorzugsweise ein Federstahlblech, wobei das Verschlussmittel ansteuerbar ist und durch ein Ansteuermittel geöffnet werden kann, wobei das Ansteuermittel ein Excenter, ein Ziehkeil und/oder eine Kulisse ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtervorrichtung ein Pulverbeschichter, vorzugsweise ein Doppelbeschichter ist.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verschlussmittel durch das Ansteuermittel von 1 bis 5 mm in seiner maximalen Öffnungsbreite geöffnet werden kann.
Verschlussvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit (Maximalöffnung) von 0,5/10 bis 3/10 Sekunden beträgt, vorzugsweise von 1/10 bis 2/10 Sekunden beträgt.
3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung, umfassend ein Verschlussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei die von der Beschichtervorrichtung zurückgelegte Strecke ab Beginn des Verschlussöffnungsprozesses bis zur Öffnung des Verschlusses 2 cm bis 10 cm, vorzugsweise 3 cm bis 7 cm, bei einer Verfahrgeschwindigkeit der Beschichtervorrichtung oder der Verschlussvorrichtung von 350 mm/Sekunde beträgt.
3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung nach Anspruch 5, umfassend eine Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine Beschichterklinge.
3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung nach Anspruch 6, wobei Pulvermaterial mittels einer Kombination von Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer Vibration der Beschichterklinge freisetzbar ist.
Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei eine Verschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eine 3D-Druckvorrichtung oder/und Beschichtervorrichtung nach Anspruch 5 verwendet wird.