DE102022103238B3 - System and method for processing additively manufactured plastic components - Google Patents
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Abstract
Es werden Techniken beschrieben, um unterschiedliche Typen von Partikeln (81, 82) mittels einer Trenneinrichtung (160) zu trennen, wobei die Trenneinrichtung (160) das Prinzip der elektrostatischen Separation verwendet. Die Partikel (81, 82) werden im Zusammenhang mit der Bearbeitung additiv gefertigten Kunststoffbauteilen (90) erhalten.Techniques are described for separating different types of particles (81, 82) by means of a separating device (160), the separating device (160) using the principle of electrostatic separation. The particles (81, 82) are obtained in connection with the processing of additively manufactured plastic components (90).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen Techniken, um additiv gefertigte Kunststoffbauteile zu bearbeiten, beispielsweise zu entpacken oder zu entpulvern oder um die Oberfläche zu behandeln. Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen insbesondere die Verwendung des Prinzips der elektrostatischen Separation, um unterschiedliche Partikel in diesem Zusammenhang voneinander zu trennen.Various examples of the invention relate to techniques for processing additively manufactured plastic components, for example for unpacking or depowdering or for treating the surface. Various examples of the invention relate in particular to the use of the principle of electrostatic separation to separate different particles from one another in this context.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Bauteile, zum Beispiel Kunststoffbauteile, die mittels eines additiven Fertigungsprozesses - beispielsweise einem 3-D Druckverfahren - hergestellt werden, werden typischerweise nach Abschluss des additiven Fertigungsprozesses (nach-)bearbeitet. Insbesondere können die Bauteile zum Beispiel entpackt oder entpulvert werden. Es kann auch eine Verdichtung der Oberfläche der additiv gefertigten Kunststoffbauteile erfolgen. Es sind entsprechende Anlagen bekannt, die ein solches Bearbeiten von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen ermöglichen.Components, for example plastic components, which are produced by means of an additive manufacturing process - for example a 3D printing process - are typically (post-)processed after the additive manufacturing process has been completed. In particular, the components can be unpacked or de-powdered, for example. The surface of the additively manufactured plastic components can also be densified. Appropriate systems are known which enable such processing of additively manufactured plastic components.
Oftmals kann es im Zusammenhang mit solchen Techniken erstrebenswert sein, bestimmte Prozessmaterialien wiederzuverwenden. Um eine Wiederverwendung von Prozessmaterialien zu gewährleisten, ist es erforderlich, diejenigen Stoffe, die wiederverwendet werden sollen, von anderen Stoffen zu trennen, beispielsweise von Fremdkörper-Verunreinigungen oder anderem Abfall.Often associated with such techniques, it may be desirable to reuse certain process materials. In order to ensure reuse of process materials, it is necessary to separate those substances that are to be reused from other substances, such as foreign body contamination or other waste.
KURZE ZUSAMMENFASSUNGSHORT SUMMARY
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Techniken anzugeben, welche eine Wiederverwendung von Prozessmaterialien im Zusammenhang mit der Fertigung und Bearbeitung von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen zu ermöglichen.It is the object of the present invention to specify techniques which enable process materials to be reused in connection with the production and processing of additively manufactured plastic components.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.This object is solved by the features of the independent patent claims. The features of the dependent claims define embodiments.
Gemäß einem Beispiel umfasst eine Anlage zum Bearbeiten von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen eine Prozesskammer. Außerdem umfasst die Anlage mindestens eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, um die additiv gefertigten Kunststoffbauteile in der Prozesskammer in mindestens einem Prozess zu bearbeiten. Außerdem umfasst die Anlage auch einen Abfluss. Dieser ist derart angeordnet, dass Partikel aus der Prozesskammer vom Abfluss abgeführt werden. Außerdem umfasst die Anlage auch eine Trenneinrichtung. Diese ist eingerichtet, um eine Trennung der Partikeln unterschiedlichen Typs mittels elektrostatischer Separation zu bewirken.According to one example, a system for processing additively manufactured plastic components includes a process chamber. In addition, the system includes at least one device that is set up to process the additively manufactured plastic components in the process chamber in at least one process. The system also includes a drain. This is arranged in such a way that particles from the process chamber are discharged from the drain. The system also includes a separating device. This is set up to bring about a separation of the particles of different types by means of electrostatic separation.
Mittels solcher Techniken kann es möglich sein, Partikel zumindest eines Typs wieder zu verwenden. Bestimmte Prozessmaterialien können also „recycelt“ werden. Dies liegt daran, dass diese Partikel des wiederzuverwendenden Typs nicht mit Partikeln anderer Typen verunreinigt sind. Die Trenneinrichtung, die mittels elektrostatischer Separation die Trennung bewirkt, kann die Partikel der unterschiedlichen Typen besonders gut also besonders sortenrein trennen.Using such techniques it may be possible to reuse particles of at least one type. Certain process materials can therefore be “recycled”. This is because these particles of the type to be reused are not contaminated with particles of other types. The separating device, which brings about the separation by means of electrostatic separation, can separate the particles of the different types particularly well, that is to say in a particularly pure manner.
Der Abfluss kann also eingerichtet sein, um Stoffe aus der Prozesskammer abzuführen. Dazu kann der Abfluss ein oder mehrere Abflussrohre aufweisen. Der Abfluss kann ein oder mehrere Öffnungen hinzu Prozesskammer aufweisen. Der Abfluss kann ein oder mehrere Abflussrohre aufweisen, die weg von der Prozesskammer führen.The drain can therefore be set up to discharge substances from the process chamber. For this purpose, the drain can have one or more drain pipes. The drain can have one or more openings to the process chamber. The drain may include one or more drain pipes leading away from the process chamber.
Es wäre z.B. denkbar, dass die Trenneinrichtung mit dem Abfluss verbunden ist. Beispielsweise könnte die Trenneinrichtung in einem solchen Abflussrohr angeordnet sein oder mit einem solchen Abflussrohr verbunden sein. Die Trenneinrichtung trennt also Partikel, die über den Abfluss gesammelt werden, also z.B. Prozessprodukte oder Fremdkörper-Verunreinigungen, usw.It would be conceivable, for example, that the separating device is connected to the drain. For example, the separating device could be arranged in such a drain pipe or be connected to such a drain pipe. The separating device separates particles that are collected via the drain, e.g. process products or foreign body contamination, etc.
Die Trenneinrichtung kann auch separat angeordnet sein. Beispielsweise kann ein händisches Umfüllen von Partikeln, die am Abfluss erhalten werden, in die Trenneinrichtung notwendig sein. Beispielsweise könnten Partikel nach dem Abfluss in einem Behälter gesammelt werden. Die im Behälter gesammelten Partikel können dann in die Trenneinrichtung umgefüllt werden.The separating device can also be arranged separately. For example, manual decanting of particles obtained at the drain into the separator may be necessary. For example, particles could be collected in a container after discharge. The particles collected in the container can then be transferred to the separator.
Die Trenneinrichtung könnte - wenn beispielsweise ein geschlossener Kreislauf von Prozessmitteln verwendet wird - auch vor einem Zufluss zur Prozesskammer angeordnet sein.If, for example, a closed circuit of process media is used, the separating device could also be arranged in front of an inflow to the process chamber.
Als allgemeine Regel kann die Anlage ein oder mehrere Prozesse implementieren. Beispielsweise können in unterschiedlichen Betriebsmodi unterschiedliche Prozesse implementiert werden.As a general rule, the plant can implement one or more processes. For example, different processes can be implemented in different operating modes.
Beispiele für Prozesse, die entweder individuell oder auch nacheinander in ein und derselben Prozesskammer der Anlage implementiert werden können, wären zum Beispiel: Entpacken der additiv gefertigten Kunststoffbauteile, zum Beispiel mittels eines Rüttelantriebs und/oder mittels Druckluft; Reinigen der additiv gefertigten Kunststoffbauteile, zum Beispiel mittels Druckluft; Entpulvern der additiv gefertigten Kunststoffbauteile mittels Strahlen mit Strahlmittel; sowie Behandeln einer Oberfläche der additiv gefertigten Kunststoffbauteile, beispielsweise mittels Strahlen mit Strahlmittel, um die Oberfläche zu glätten oder zu verdichten.Examples of processes that can be implemented either individually or sequentially in one and the same process chamber of the system would be, for example: unpacking the additively manufactured plastic components, for example using a vibrating drive and/or using compressed air; Cleaning of the additively manufactured plastic components, for example using compressed air; Depowdering of the additively manufactured plastic components by blasting with blasting media; and treating a surface of the additively manufactured plastic components, for example by means of blasting with blasting agent, in order to smooth or compact the surface.
Die Anlage könnte also eine Strahlanlage sein. Strahlanlagen werden zur Behandlung von Oberflächen von Bauteilen verwendet. Dabei wird Strahlmittel (manchmal auch als Strahlmedium oder Strahlgut bezeichnet) in eine Prozesskammer der Strahlanlage mittels einer Strahldüse oder eines Schleuderrads gestrahlt, wobei sich die zu behandelnden Prozessbauteile in der Prozesskammer befinden. Durch die physikalische Wechselwirkung der Partikel des Strahlmittels mit der Oberfläche der Bauteile wird die Oberfläche der Bauteile behandelt. Beispielsweise können Schmutz oder Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt werden, Porosität reduziert werden, optische Effekte erzielt werden, weitere Nachbearbeitungen beeinflusst werden, u sw.The system could therefore be a blasting system. Blasting systems are used to treat the surfaces of components. In this case, blasting agent (sometimes also referred to as blasting medium or blasting material) is blasted into a process chamber of the blasting system using a blasting nozzle or a blast wheel, with the process components to be treated being located in the process chamber. The surface of the components is treated by the physical interaction of the particles of the blasting medium with the surface of the components. For example, dirt or impurities can be removed from the surface, porosity can be reduced, optical effects can be achieved, further post-processing can be influenced, etc.
Bei der Bearbeitung von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen werden die Kunststoffbauteile also entpackt, entpulvert und die Oberfläche bearbeitet (beispielsweise verdichtet oder mattiert). In diesen Prozessen fallen am Abfluss der jeweiligen Prozesskammer Stoffgemische an, die z.B. aus Druckpulver und Strahlmittel oder auch aus unterschiedlichen Strahlmitteln oder einer Mischung von Strahlmittel oder Druckpulver mit Fremdkörper-Verunreinigungen (z.B. Staub, Dreck) bestehen. Ebenfalls kann es sich auch um unterschiedliche Druckpulver oder Pulverreste handeln wie z.B. Pulver von bereits gefärbten Bauteilen, das sich ggf. mit anderem Druckpulver mischen kann, Druckpulver aus unterschiedlichen Materialien oder durch den Druckprozess thermisch beeinträchtigtes und nicht-beeinträchtigtes Pulver.When processing additively manufactured plastic components, the plastic components are unpacked, depowdered and the surface processed (e.g. compressed or matted). In these processes, mixtures of substances occur at the outlet of the respective process chamber, which consist, for example, of printing powder and blasting agent or of different blasting agents or a mixture of blasting agent or printing powder with foreign body contamination (e.g. dust, dirt). It can also be different printing powder or powder residues, such as powder from components that have already been colored, which can possibly mix with other printing powder, printing powder made from different materials, or powder that has been thermally affected and not affected by the printing process.
Wenn diese Stoffgemische nicht zu einem gewissen Grad getrennt werden, erschwert das maßgeblich die Wiederverwendung. So kann z.B. verunreinigtes Strahlmittel nicht uneingeschränkt weiterverwendet werden. Ebenfalls leidet die Qualität der Strahlprozesse, wenn sich unterschiedliche Strahlmittel (z.B. Kunststoffstrahlmittel und Glasstrahlmittel) vermischen. Das führt dazu, dass das Strahlmittel wesentlich früher getauscht werden muss, da die Funktionsfähigkeit nicht mehr gegeben ist. Eine Entsorgung von Strahlmittel ist ebenfalls teuer und aufwändig, da diese oftmals Composite-Material enthalten.If these mixtures of substances are not separated to a certain degree, this makes reuse significantly more difficult. For example, contaminated blasting media cannot be reused without restriction. The quality of the blasting process also suffers when different blasting media (e.g. plastic blasting media and glass blasting media) mix. This means that the blasting agent is removed much earlier must be replaced because it is no longer functional. Disposal of blasting media is also expensive and time-consuming, as they often contain composite material.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können all solche Prozesse von einer Trenneinrichtung, die eine Trennung unterschiedliche Typen von Partikel mittels elektrostatische Separation bewirkt, profitieren.In the various examples described herein, all such processes can benefit from a separator that effects separation of different types of particles using electrostatic separation.
Solche Techniken beruhen auf der Erkenntnis, dass - um einen gewissen Grad an Sauberkeit in der Anlage zu gewährleisten (und eine Fremdkontamination zu verhindern) - eine Trennung beispielsweise von Strahlmittel, welches wiederverwendet werden soll und sonstigen Partikeln (Staub etc.) hilfreich ist. Für qualitativ hochwertige Prozesse, die Prozessprodukte wiederverwenden, ist es hilfreich, dass die verwendeten Prozessprodukte effizient gereinigt werden können, sodass diese in längeren Zyklen in einem Kreislauf wiederverwendet werden können.Such techniques are based on the knowledge that - to ensure a certain degree of cleanliness in the system (and to prevent foreign contamination) - it is helpful to separate, for example, blasting media that is to be reused and other particles (dust, etc.). For high-quality processes that reuse process products, it is helpful that the process products used can be cleaned efficiently so that they can be reused in longer cycles in a loop.
In Referenzimplementierungen erfolgt eine Trennung von Partikeln unterschiedlichen Typs mittels Filter und Sieb. Dabei werden in solchen Referenzimplementierungen durch Absaugungssysteme die Stoffe durch unterschiedliche Filterstufen geführt und/oder z.B. mittels eines Zyklons bzw. Trägheitsabscheiders getrennt. Die Abscheidung und Filterung in einzelne Fraktionen basiert bei solchen Referenzimplementierungen auf Partikelgröße bzw. Partikelmasse, sodass bestimmte Stoffgemische nicht sortenrein getrennt werden können. Speziell bei (im Besonderen gefärbten) Polyamid-12 (PA-12), Polyamid-11 (PA-11) oder TPU Partikeln, die z.B. Druckpulver bei der additiven Fertigung der Kunststoff-Bauteile verwendet werden, kann in Referenzimplementierungen beobachten werden, dass die Partikel beispielsweise auch durch auftretende Van-der-Waals-Kräfte, an Strahlmittel-Partikeln anhaften und eine Trennung mit Siebeinrichtungen nicht effizient bewerkstelligt wird. In weiteren Referenzimplementierungen erfolgt eine solche Trennung mittels Schwimm/Sink-Verfahren bzw. Dichtetrennung. Nachteile sind bei solchen Referenzimplementierungen jedoch das aufwändige Trocknen der Stoffe nach der Trennung und dass basierend auf der Dichte manche Partikel nicht gut getrennt werden kann.In reference implementations, particles of different types are separated by means of filters and sieves. In such reference implementations, the substances are guided through different filter stages by suction systems and/or separated, e.g. by means of a cyclone or inertial separator. In such reference implementations, the separation and filtering into individual fractions is based on particle size or particle mass, so that certain mixtures of substances cannot be separated according to type. Especially with (especially colored) polyamide-12 (PA-12), polyamide-11 (PA-11) or TPU particles, which are used e.g. printing powder in the additive manufacturing of plastic components, it can be observed in reference implementations that the Particles, for example, due to van der Waals forces, adhere to blasting agent particles and separation with screening devices is not efficiently accomplished. In further reference implementations, such a separation takes place by means of swim/sink methods or density separation. Disadvantages of such reference implementations, however, are the time-consuming drying of the substances after separation and that some particles cannot be separated well based on the density.
Eine Trenneinrichtung, die eingerichtet ist, um die Trennung mittels elektrostatische Separation zu bewirken, kann solche Nachteile beheben. Ein Trocknen ist nicht erforderlich. Es können auch Partikel unterschiedlicher Typen getrennt werden, die eine vergleichbare Partikelgröße oder Partikelmasse aufweisen, aber unterschiedliche dielektrische Konstanten.A separating device that is set up to bring about the separation by means of electrostatic separation can eliminate such disadvantages. Drying is not required. It is also possible to separate particles of different types that have a comparable particle size or particle mass but different dielectric constants.
Gemäß einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Bearbeiten von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen das Bearbeiten der additivgefertigten Kunststoffbauteile in mindestens einem Prozess in einer Prozesskammer. Außerdem umfasst das Verfahren das Trennen, in einer Trenneinrichtung, von Partikeln, die in der Prozesskammer während des Bearbeitens der additiv gefertigten Kunststoffbauteilen dem mindestens einen Prozess erhalten werden, mittels elektrostatischer Separation.According to one example, a method for processing additively manufactured plastic components includes processing the additively manufactured plastic components in at least one process in a process chamber. The method also includes separating, in a separating device, particles that are obtained in the process chamber during the processing of the additively manufactured plastic components in the at least one process, by means of electrostatic separation.
Gemäß einem Beispiel wird die Verwendung einer Trenneinrichtung offenbart, wobei die Trenneinrichtung basierend auf dem Prinzip der elektrostatischen Separation operiert und der Trennung von Partikeln dient, die über einen Abfluss einer Prozesskammer, in der additiv gefertigte Kunststoffbauteile bearbeitet werden, erhalten werden.According to one example, the use of a separating device is disclosed, with the separating device operating on the principle of electrostatic separation and serving to separate particles that are obtained via an outlet of a process chamber in which additively manufactured plastic components are processed.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features set out above and features described below can be used not only in the corresponding combinations explicitly set out, but also in further combinations or in isolation, without departing from the protective scope of the present invention.
Figurenlistecharacter list
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1 illustriert schematisch eine Anlage zur Bearbeitung von Kunststoffbauteilen gemäß verschiedenen Beispielen.1 schematically illustrates a system for processing plastic components according to various examples. -
2 illustriert schematisch eine Trenneinrichtung einer Anlage gemäß verschiedenen Beispielen.2 12 schematically illustrates a separation device of a plant according to various examples. -
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.3 Figure 12 is a flow diagram of an example method.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.The characteristics, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following ing description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.The present invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols designate the same or similar elements. The figures are schematic representations of various embodiments of the invention. Elements depicted in the figures are not necessarily drawn to scale. Rather, the various elements shown in the figures are presented in such a way that their function and general purpose can be understood by those skilled in the art. Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as an indirect connection or coupling. A connection or coupling can be implemented wired or wireless. Functional units can be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software.
Nachfolgend werden Techniken im Zusammenhang mit der Bearbeitung von additiv gefertigten Kunststoffpartikeln in einer Prozesskammer beschrieben.Techniques related to the processing of additively manufactured plastic particles in a process chamber are described below.
Es wird beschrieben, wie eine Trenneinrichtung verwendet werden kann, um Partikel, die in einer Prozesskammer anfallen bzw. dieser entnommen werden, zu trennen. Die Trenneinrichtung kann das Prinzip der elektrostatischen Separation von zuvor aufgeladenen Partikeln verwenden.It describes how a separating device can be used to separate particles that accumulate in a process chamber or are removed from it. The separator can use the principle of electrostatic separation of previously charged particles.
Die Nutzung der elektrostatischen Separation zur Reinigung von Strahl- und Druckmedien in der Nachbearbeitung der additiven Fertigung wird nachfolgend offenbart.The use of electrostatic separation to clean jet and print media in the post-processing of additive manufacturing is disclosed below.
Mittels der hierin beschriebenen Technik lassen sich also Stoffgemische (Druckpulver-Druckpulver, Druckpulver-Strahlmittel, Strahlmittel-Strahlmittel) und Fremdkörper-Verunreinigungen nach Bearbeitungsprozessen in unterschiedliche Fraktionen besonders sortenrein trennen, sodass z.B. Strahlmittel in längeren Zyklen verwendet werden kann. Um diese besonders sortenreine Trennung zu ermöglichen, wird die Trenneinrichtung verwendet, die - beispielsweise zusätzlich oder alternativ zu anderen Trenn-Konzepten wie Filter, Sieb, Zyklon etc. - ein Verfahren der elektrostatischen Separation (auch Elektroscheidung genannt) anwendet.Using the technology described here, mixtures of substances (printing powder-printing powder, printing powder-blasting agent, blasting agent-blasting agent) and foreign body contamination can be separated into different fractions after processing, so that e.g. blasting agent can be used in longer cycles. In order to enable this particularly pure separation, the separating device is used, which - for example in addition to or as an alternative to other separating concepts such as filters, sieves, cyclones, etc. - applies a process of electrostatic separation (also called electro separation).
In einem konkreten Beispiel wird die Trennung von Druckpulver (z.B. PA-12 Partikel, gefärbte PA-12 Partikel, usw.) und Strahlmittel (Polymer wie z.B. Polystyrol oder Glas-partikel, usw.) und nicht näher definierte Fremdpartikel (Staub und Dreck) ermöglicht.In a specific example, the separation of printing powder (e.g. PA-12 particles, colored PA-12 particles, etc.) and blasting agent (polymer such as polystyrene or glass particles, etc.) and unspecified foreign particles (dust and dirt) allows.
Die Kunststoffbauteile 90 können durch ein 3-D-Druckverfahren hergestellt werden, beispielsweise ein Pulverbettverfahren.The
Die Kunststoffbauteile 90 können aus einem Material hergestellt sein, welches ausgewählt aber nicht begrenzt aus der Gruppe, umfassend Polyamid, insbesondere Polyamid-11 und Polyamid-12, thermoplastisches Polyurethan, aluminiumgefülltes Polyamid, insbesondere aluminiumgefülltes Polyamid-12, glasgefülltes Polyamid, carbonverstärktes Polyamid, Sand, Gips, Metall, Verbundwerkstoff, thermoplastischen Kunststoffe, thermoplastische Elastomere, Polyolefine, Polystyrole, Polyester, Polyimide und thermoplastische Elastomere und Kombinationen, Blends oder Copolymere und gefüllte Varianten (z.B. mit Glas, Carbonfaser, Aluminium) hiervon.The
Verschiedene hierin beschriebene Techniken ermöglichen es insbesondere Kunststoffbauteile zu behandeln, die - zum Beispiel im Vergleich mit Metall-Bauteilen - vergleichsweise empfindlich gegenüber Belastung sind. Kunststoff-Bauteile können zum Beispiel brechen, wenn sie herunterfallen oder gegeneinander reiben. Der Vorteil beim 3D-Druck besteht aus dem großen Freiheitsgrad bei der Gestaltung von Prozessbauteilen. Dies bedeutet aber auf der anderen Seite, dass die Komplexität bei der Prozessierung von Kunststoff-Bauteilen zunimmt. Die Kunststoff-Bauteile müssen typischerweise sehr vorsichtig behandelt werden, um die Oberfläche oder Geometrieelemente der Kunststoff-Bauteile nicht zu beschädigen (durch die hohe Gestaltungsfreiheit bei der additiven Fertigung können die Kunststoff-Bauteile filigrane und/oder empfindliche Geometrieelemente aufweisen).Various techniques described herein make it possible in particular to treat plastic components which are comparatively sensitive to stress, for example in comparison with metal components. For example, plastic components can break if they fall or rub against each other. The advantage of 3D printing is the great degree of freedom in the design of process components. On the other hand, this means that the complexity in the processing of plastic components is increasing. The plastic components typically have to be handled very carefully in order not to damage the surface or geometric elements of the plastic components (due to the high level of design freedom in additive manufacturing, the plastic components can have filigree and/or sensitive geometric elements).
Beispiele für additive Fertigungsverfahren, die zur Herstellung der Kunststoffbauteile 90 verwendet werden können, wären z.B.: Pulverbettverfahren, wie (selektives) Lasersintern (SLS), Binder Jetting, Multijet Fusion Technologien (MJF), Highspeed Sintering (HSS), Selective Absorption Fusion (SAF), Cold Metal Fusion oder Laserschmelzverfahren; lichthärtenden Verfahren, wie Stereolithographie (SLA oder STL), Digital Light Production (DLP), Continuous Light Interface Production (CLIP), PolyJet Verfahren (PJM), DualCure-Verfahren, HotLithography sowie Extrusionsverfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF), MultiJet Modeling (MJM), Layer Plastic Deposition, Selective Thermoplastic Electrophotographic Process (STEP).Examples of additive manufacturing processes that can be used to produce the
Die Bauteile, die in einem pulverbasierten Fertigungs- bzw. Druckverfahren hergestellt werden, können aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aber nicht begrenzt aus der Gruppe, umfassend Polyamid, insbesondere Polyamid-11 (PA-11) und Polyamid-12 (PA-12), thermoplastisches Polyurethan, aluminiumgefülltes Polyamid, insbesondere aluminiumgefülltes Polyamid-12 glasgefülltes Polyamid, carbonverstärktes Polyamid, Sand, Gips, Metall, Verbundwerkstoff, thermoplastischen Kunststoffe, thermoplastische Elastomere, Polyolefine, Polypropylen (PP), Polystyrole, Polyester, Polyimide und thermoplastische Elastomere, thermoplastische Polyuretane (TPU),und Kombinationen, Blends oder Copolymere und gefüllte Varianten (z.B. mit Glas, Carbonfaser, Aluminium) hiervon.The components, which are produced in a powder-based manufacturing or printing process, can be made from a material selected but not limited to the group comprising polyamide, in particular polyamide-11 (PA-11) and polyamide-12 (PA-12 ), thermoplastic polyurethane, aluminium-filled polyamide, in particular aluminium-filled polyamide-12 glass-filled polyamide, carbon-reinforced polyamide, sand, gypsum, metal, composite material, thermoplastics, thermoplastic elastomers, polyolefins, polypropylene (PP), polystyrenes, polyesters, polyimides and thermoplastic elastomers, thermoplastic Polyurethane (TPU), and combinations, blends or copolymers and filled variants (e.g. with glass, carbon fiber, aluminum) thereof.
Druckpulver kann vergleichsweise kleine Partikel umfassen, z.B. mit einer Korngröße von kleiner als 200 µm.Printing powder can comprise comparatively small particles, e.g. with a grain size of less than 200 µm.
Korngrößen für Druckpulver aus PA-11 sind 15 bis 80 µm, aus PA-12 35 bis 90 µm, aus PP 25 bis 115 µm und aus TPU bei 20 bis 140 µm.Grain sizes for printing powder made from PA-11 are 15 to 80 µm, from PA-12 35 to 90 µm, from PP 25 to 115 µm and from TPU at 20 to 140 µm.
Als allgemeine Regel können in den beschriebenen Verfahren unterschiedlichste Typen von Druckpulvern verwendet werden. Das Druckpulver kann sich, je nach Typ, zum Beispiel hinsichtlich Korngröße, Granularität, chemischer Zusammensetzung und Morphologie unterscheiden. Weitere Charakteristiken sind Fließfähigkeit, Dichte und elektrostatische Eigenschaften. Ein Beispiel wäre Druckpulver PA-12 bzw. PA2200 oder Druckpulver PA-11 bzw. PA-1101 von 15 µm bis 85 µm. Die Anlage 100 umfasst mehrere Vorrichtungen 131, 132, 133, die jeweils eingerichtet sind, um die Kunststoffbauteile 90 in der Prozesskammer 130 in mindestens einem Prozess zu bearbeiten. As a general rule, a wide variety of printing powder types can be used in the processes described. Depending on the type, the printing powder can differ in terms of grain size, granularity, chemical composition and morphology, for example. Other characteristics are flowability, density and electrostatic properties. An example would be printing powder PA-12 or PA2200 or printing powder PA-11 or PA-1101 from 15 µm to 85 µm. The
Beispielsweise könnte die Vorrichtung 131 (eine Strahldüse) zum Strahlen von Strahlmittel, dass aus einem Strahlmittel-Behälter 170 über eine entsprechende Zuleitung 171 erhalten wird, eingerichtet sein. Die Vorrichtung 132 (eine Druckluftdüse) könnte eingerichtet sein, um Druckluft einzustrahlen. Die Vorrichtung 133 (ein Bauteilhalter) könnte einen Rüttel-Antrieb, ein Gitter oder ein Muldenband umfassen, der eingerichtet ist, um die Kunststoffbauteile 90 zu rütteln. Ein solcher Bauteilhalter könnte unterschiedliche Formen der Bewegung induzieren, beispielsweise translatorische und/oder rotatorische Bewegungen.For example, the device 131 (a blasting nozzle) could be set up for blasting blasting agent that is obtained from a blasting
Als allgemeine Regel wäre es denkbar, dass die Anlage 100 - hier konkret eine Strahlanlage - jeweils nur einzelne oder unterschiedliche Kombinationen der Vorrichtungen 131-133 umfasst. Dies kann je nach zu implementierendem Prozess variieren, beispielsweise je nachdem ob ein Entpacken, Entpulvern oder Behandeln der Oberfläche gewünscht ist.As a general rule, it would be conceivable for the
Die Anlage 100 umfasst einen Abfluss 172 der mit der Prozesskammer 130 gekoppelt ist. Ein Gemisch unterschiedlicher Partikel 81, 82 verlässt die Prozesskammer 130 über den Abfluss 172.The
Der Abfluss 172 kann zum Beispiel ein oder mehrere Abflussrohre aufweisen, die in einem unteren Bereich über Öffnungen Stoffe aus der Prozesskammer 130 aufnehmen können. Allgemein kann der Abfluss 172 dazu eingerichtet sein, Stoffe aus der Prozesskammer 130 abzuführen.The
Diese Partikel 81, 82 können Produkte eines jeweiligen Prozesses, der in der Prozesskammer 130 mittels der Vorrichtungen 131-133 implementiert wird, umfassen. Diese Partikel 81, 82 können auch Fremdkörper-Verunreinigungen wie Staub oder Dreck umfassen.These
Zumindest ein Typ der Partikel 81, 82 könnte dielektrisch sein.At least one type of
Zumindest ein Typ der Partikel 81, 82 könnte aus Kunststoff sein.At least one type of
Zumindest ein Typ der Partikel 81, 82 könnte in Pulverform vorliegen.At least one type of
Zumindest ein Typ der Partikel 81, 82 könnte eine Größe im Bereich von 40 µm bis 600 µm aufweisen.At least one type of
Zumindest ein Typ der Partikel 81, 82 könnte gefärbt sein.At least one type of
Um die unterschiedlichen Typen der Partikel 81, 82 zu trennen, umfasst die Anlage 100 eine Trenneinrichtung 160. Die Trenneinrichtung 160 kann mehrere Module umfassen. Die unterschiedlichen Module können unterschiedliche Trennungsprinzipien einsetzen. Zumindest eines der Trennungsprinzipien kann dabei elektrostatische Separation umfassen. Andere Trennungsprinzipien verwenden zum Beispiel ein Sieb und/oder Filter und/oder einen Zyklon bzw. Trägheitsabscheider.In order to separate the different types of
Die Trenneinrichtung 160 kann also elektrostatische Separation dazu verwenden, um Partikel unterschiedlichen Typs voneinander zu trennen.The
Die Trenneinrichtung 160 umfasst im dargestellten Beispiel der
Auch die Partikel 82 könnten aufgefangen und wiederverwendet werden.The
Dabei ist eine solche Implementierung der Trenneinrichtung 160 gemäß
Es wäre insbesondere auch denkbar, dass die Trenneinrichtung 160 z.B. zwischen dem Strahlmittel-Behälter 170 und der Prozesskammer 130 angeordnet ist; also entlang der Zuleitung 171. Derart kann eine „Vorfilterung“ von Partikeln erfolgen, bevor diese gestrahlt werden.In particular, it would also be conceivable for the
Die Anlage 100 weist auch eine Steuerung 111 auf. Beispielsweise könnte die Steuerung 111 mittels eines Prozessors implementiert sein, der Programmcode aus einem Speicher lädt und ausführt. Die Steuerung 111 könnte auch durch einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis implementiert sein. Eine FPGA-basierte Steuerung wäre denkbar.The
Die Steuerung 111 ist eingerichtet, um die unterschiedlichen Komponenten der Anlage 100, beispielsweise die Trenneinrichtung 160, die verschiedenen Vorrichtungen 131-133 usw. anzusteuern.The
Einige beispielhafte Prozesse, die von der Anlage 100 implementiert werden können, sind nachfolgend in TAB. 1 beschrieben.
TAB. 1: Verschiedene Beispiele für Prozesse, die in einer Anlage 100, wie sie voranstehend beschrieben wird, ausgeführt werden können. Je nach Prozess werden am Abfluss 172 unterschiedliche Stoffe erhalten. In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass mehrere solche Prozesse in entsprechenden Betriebsmodi der Anlage 100 ausgeführt werden. Dabei kann die Steuerung 111 eingerichtet sein, um zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi umzuschalten. Beispielsweise könnten unterschiedliche Vorrichtungen 131-133 aktiviert werden. Es könnte Strahlmittel aus unterschiedlichen Strahlmittel-Behältern gefördert werden, je nach Betriebsmodus.TAB. 1: Various examples of processes that can be carried out in a
Es können unterschiedliche Strahlmittel beim Entpulvern oder einer Oberflächenbehandlung eingesetzt werden (vgl. TAB. 1). Als allgemeine Regel können in den hierin beschriebenen Verfahren unterschiedlichste Typen von Strahlmittel verwendet werden. Das Strahlmittel kann sich, je nach Typ, zum Beispiel hinsichtlich Korngröße, Granularität, chemischer Zusammensetzung und Morphologie unterscheiden. Weitere Charakteristiken sind Fließfähigkeit, Dichte und elektrostatische Eigenschaften. Ein Beispiel wäre Strahlmittel aus Kunststoff, Glas, Keramik, Naturstoffen wie Nussschalengranulate,oder Sand mit einer Korngröße von 50 µm bis 650 µm oder Mischungen der verschiedenen Materialien wie z.B. gefülltes Kunststoffgranulat.Different blasting agents can be used for depowdering or surface treatment (see TABLE 1). As a general rule, a wide variety of abrasive types can be used in the processes described herein. Depending on the type, the abrasive can differ, for example, in terms of grain size, granularity, chemical composition and morphology. Other characteristics are flowability, density and electrostatic properties. An example would be blasting media made of plastic, glass, ceramics, natural materials such as nut shell granules, or sand with a grain size of 50 µm to 650 µm or mixtures of different materials such as filled plastic granules.
Die Partikel können optional eine Korngröße im Bereich von 200 µm bis 600 µm, weiter optional im Bereich von 400 µm bis 600 µm aufweisen.The particles can optionally have a grain size in the range from 200 μm to 600 μm, further optionally in the range from 400 μm to 600 μm.
Ein (Kunststoff)-Strahlmittel kann ein mindestens eine Partikelsorte umfassendes Mittel beim Strahlvorgang umfassen, dass zudem, falls erforderlich, noch mit Hilfe eines Mediums, insbesondere ein Gas, auf den zu behandelnden Gegenstand beschleunigt wird. Insbesondere kann dabei ein Kunststoffstrahlmittel zumindest teilweise aus einem Kunststoff aufgebaut sein.A (plastic) blasting agent can include an agent comprising at least one type of particle during the blasting process, which, if necessary, is also accelerated onto the object to be treated with the aid of a medium, in particular a gas. In particular, a plastic blasting agent can be constructed at least partially from a plastic.
Strahlmittel aus Polymer ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, gefülllte Polyamide z.B. mit Glas oder Metall gefüllte Polyamide, Harzen, Polyestern, Polystyrolen, Polyolefine, Polyvinylen, Kautschuken, Polyvinylchloriden, Polyphenylenen, Polyethern, Polyurethanen, Polysacchariden, Polyimiden, Polyamid-6 (PA-6), Polyacrylaten, Silikonen sowie Blends und Copolymeren davon, oder aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, passivierten Metallen, Eisen, Stahl, Mineralien, Rußpartikel, Kohlefasern, Farbpartikeln, Keramiken, Polymeren, Legierungen oder Gläsern.Polymer blasting media selected from the group consisting of polyamides, filled polyamides, for example glass or metal-filled polyamides, resins, polyesters, polystyrenes, polyolefins, polyvinyls, rubbers, polyvinyl chlorides, polyphenylenes, polyethers, polyurethanes, polysaccharides, polyimides, Polyamide-6 (PA-6), polyacrylates, silicones and blends and copolymers thereof, or from the group consisting of metals, passivated metals, iron, steel, minerals, soot particles, carbon fibers, color particles, ceramics, polymers, alloys or glasses.
Typische Korngrößen für Strahlmittel aus PA-6-Partiken oder gefüllten PA-6-Partikeln, insbesondere mit Glas-Partikeln gefülltes PA-6 sind 400 bis 550 µm, für Strahlmittel aus Polystyrol-Partikeln 400 bis 600 µm und für Strahlmittel aus Glas-Partikeln 200 µm bis 300 µm.Typical grain sizes for blasting media made from PA-6 particles or filled PA-6 particles, in particular PA-6 filled with glass particles, are 400 to 550 μm, for blasting media made from polystyrene particles 400 to 600 μm and for blasting media made from glass particles 200µm to 300µm.
Ein bidirektionaler Strahlmittel-Kreislauf zwischen dem Strahlmittel-Behälter 170 und der Prozesskammer 130 wird ausgebildet durch die Zuleitung 171, den Abfluss 172 und die Ableitung 174. Dadurch kann Strahlmittel aus dem Strahlmittel-Behälter 170 entnommen werden, in einem Strahl-Prozess in der Prozesskammer 130 eingesetzt werden, und dann wieder in den Strahlmittel-Behälter 170 für zukünftige Verwendung rückgeführt werden.A bidirectional blasting agent circuit between the blasting
Nachfolgend werden Details zur Trenneinrichtung im Zusammenhang mit
Optional kann die Trenneinrichtung zunächst eine grobe Separation Partikel unterschiedlicher Typen mittels eines Siebs oder eines Filters erreichen. Dazu in ein entsprechendes Modul 205 vorgesehen.Optionally, the separating device can first achieve a rough separation of particles of different types using a sieve or a filter. A
Dann kann optional eine Portionierung der nachfolgend mittels elektrostatischer Separation zu trennender Partikel erfolgen. Dazu ist ein Modul 210 vorgesehen.Then, optionally, the particles to be subsequently separated by means of electrostatic separation can be portioned. A
Alternativ oder zusätzlich könnte mittels des Moduls 210 auch eine Konditionierung der Partikel, die anschließend mittels elektrostatischer Separation getrennt werden, erfolgen. So wäre es beispielsweise denkbar, die Partikel zu trocknen. Möglich wäre auch die Zugabe von bestimmten Stoffen/Partikel/Formkörpern, die an zu trennenden Partikeln eines ersten Typs (z.B. Fremdkörper-Verunreinigungen) haften oder diese aufnehmen; sodass anschließend die Partikel ersten Typs von Partikeln zweiten Typs (z.B. Strahlmittel) getrennt werden können.Alternatively or additionally, the
Dann erfolgt in im Modul 215 eine elektrostatische Aufladung der Partikel. Bei der elektrostatischen Separation werden die zu trennenden Partikel zunächst elektrisch aufgeladen. Je nach dielektrischer Konstante des Materials der verschiedenen Partikel erfolgt eine unterschiedlich starke Aufladung bzw. eine unterschiedlich starke (positive/negative) Polung.The particles are then electrostatically charged in
Es gibt unterschiedliche technische Möglichkeiten, um die Aufladung im elektrischen Feld zu implementieren. Beispielsweise könnte die Trenneinrichtung die elektrostatische Separation durch eine Kontaktpolarisation, Aufladung durch ein Coronafeld, oder eine triboelektrische Aufladung erreichen. Bei der Kontaktpolarisation werden die unterschiedlichen Typen von Partikeln auf einer sich drehenden Walze in einem elektrischen Hochspannungsfeld bewegt. Bei beispielsweise einem leitenden Partikel erfolgt eine Ladungstrennung und gleichpolige Ladungen werden über die Walze abgeleitet. Ein nicht-leitender Partikel fällt entlang einer Parabel von der Walze, wohingegen ein leitender Partikel durch die elektrostatische Kraftwirkung von der Walze abgehoben wird.There are different technical possibilities to implement charging in the electric field. For example, the separating device could achieve the electrostatic separation by contact polarization, charging by a corona field, or triboelectric charging. In contact polarization, the different types of particles are moved on a rotating roller in a high-voltage electric field. In the case of a conductive particle, for example, a charge separation takes place and charges of the same polarity are discharged via the roller. A non-conductive particle falls off the roller along a parabola, while a conductive particle is lifted off the roller by the electrostatic force.
Bei der Koronaaufladung werden die Partikel auf einer sich drehenden Walze in einem entsprechenden Korona-Feld bewegt. Bei beispielsweise einem leitenden Partikel erfolgt eine Ladungstrennung und gleichpolige Ladungen werden - wie bei der Kontaktpolarisation - über die Walze abgeleitet. Ein nicht-leitender Partikel fällt entlang einer Parabel von der Walze, wohingegen ein leitender Partikel durch die elektrostatische Kraftwirkung von der Walze abgehoben wird.With corona charging, the particles are moved on a rotating roller in a corresponding corona field. In the case of a conductive particle, for example, a charge separation takes place and charges of the same polarity are discharged via the roller, as is the case with contact polarization. A non-conductive particle falls off the roller along a parabola, while a conductive particle is lifted off the roller by the electrostatic force.
Bei der triboelektrischen Aufladung werden unterschiedliche Partikel entsprechend der sogenannten tribologischen Reihe geladen. Berühren sich zum Beispiel zwei Kunststoff-Partikel unterschiedlichen Typs, so erfahren die Partikel gemäß der triboelektrischen Reihen eine unterschiedliche Aufladung. In einer Triboelektrischen Reihe wird die Elektronenaffinität eines Materials angegeben. Je näher das Material in der Reihe am positiven Pol steht (in Relation zu den anderen erfassten Materialien), umso mehr Elektronen wird es bei Berührung oder Reibung an ein Material abgegeben, welches näher am negativen Pol der Reihe steht.With triboelectric charging, different particles are charged according to the so-called tribological series. For example, if two plastic particles of different types touch, the particles experience a different charge according to the triboelectric series. The electron affinity of a material is specified in a triboelectric series. The closer the material in the row is to the positive pole (relative to the other materials being detected), the more electrons it will release when touched or rubbed to a material closer to the negative pole in the row.
Die Kontaktierung der verschiedenen Partikel zur triboelektrischen Aufladung kann zum Beispiel durch Wirbelschichten, eine pneumatische Beschleunigung mittels Förderrichtung, Mischertrommeln, einen Zyklon, ein Düsensystem, Vibration, etc. herbeigeführt werden.The contacting of the various particles for triboelectric charging can be brought about, for example, by fluidized beds, pneumatic acceleration by means of a conveying direction, mixer drums, a cyclone, a nozzle system, vibration, etc.
Optional können als Prozessprodukt zur Verbesserung der Trennergebnisse unterschiedliche Partikel zugeführt werden, aufgrund derer die triboelektrische Aufladung der zu trennenden Partikel verändert werden kann. Beispielsweise könnte eine solche Zuführung über einen separaten Zufluss in die Prozesskammer erfolgen. Das bedeutet, dass solche weiteren Partikel, die die triboelektrische Aufladung fördern, beispielsweise nicht über eine Strahldüse zugeführt werden, sondern separat vor der Trenneinrichtung zugeführt werden. Beispielsweise könnten solche Partikel nicht in die Prozesskammer zugeführt werden, sondern vor der Trenneinrichtung, beispielsweise in den Abfluss. Derart wird eine Kontamination der Kunststoffbauteile durch solche Partikel zur Förderung der triboelektrischen Aufladung vermieden.Optionally, different particles can be added as a process product to improve the separation results, based on which the triboelectric charging of the particles to be separated can be changed. For example, such a feed could take place via a separate inflow into the process chamber. This means that other particles that promote triboelectric charging are not fed in via a jet nozzle, for example, but are fed in separately in front of the separating device. For example, such particles could not be fed into the process chamber, but before the separating device, for example into the drain. In this way, contamination of the plastic components by such particles for promoting triboelectric charging is avoided.
Nach der Aufladung, in Modul 215 - befinden sich die Partikel in einem elektrischen Feld, so dass aufgrund der elektrischen Ladung der Partikel eine Kraft die Partikel beschleunigt. Die Kraft hängt ab von der Masse der Partikel und der elektrischen Ladung, so dass durch die unterschiedlichen wirkenden Kräfte für die unterschiedlichen Typen von Partikel unterschiedliche Beschleunigungen der Partikel im elektrischen Feld erreicht werden, wodurch die Trennung implementiert wird.After charging, in module 215 - the particles are in an electric field so that due to the electric charge on the particles, a force accelerates the particles. The force depends on the mass of the particles and the electric charge, so that due to the different acting forces for the different types of particles, different accelerations of the particles in the electric field are achieved, which implements the separation.
Die Trennung der Partikel, nachdem diese aufgeladen wurden, kann auch unterschiedlich implementiert werden. Beispielsweise kann - wie bereits obenstehend im Zusammenhang mit der Kontaktpolarisation oder der Korona-Aufladung beschrieben, ein elektrostatischer Walzenscheider, ein Kammerscheider/Freifallscheider, ein Aushebescheider mit einer Rutschfläche anstatt einer Walze, ein Bandscheider usw. verwendet werden.The separation of the particles after they have been charged can also be implemented in different ways. For example - as already described above in connection with contact polarization or corona charging - an electrostatic roller separator, a chamber separator/free fall separator, a lifting separator with a slide surface instead of a roller, a belt separator, etc. can be used.
In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass die Trenneinrichtung mehrere solche Scheideeinrichtungen - Module 220, 225 - nacheinander in Serienschaltung aufweist, um eine besonders gute Trennung zu implementieren. Es wäre aber auch nur eine Scheideeinrichtung ausreichend.In some examples, it would be conceivable for the separating device to have several such separating devices—
Beispielsweise können unterschiedliche elektrische Felder oder unterschiedliche Prinzipien für die Trennung in den beiden Modulen 220, 225 implementiert werden. Dadurch wird erreicht, dass in den verschiedenen Modulen 220, 225 beispielsweise unterschiedliche Typen von Partikeln getrennt werden können, zum Beispiel erst Typ A von Typ B und Typ C in Modul 220; und anschließend Typ B vom Typ C in Modul 225. Es könnte aber auch eine mehrfache Trennung desselben Typs von Partikeln erfolgen, um eine größere Sortenreinheit zu erzielen.For example, different electric fields or different principles for separation in the two
Die Module 220, 225 können zumindest in manchen Beispielen zusammen mit dem Modul 215 implementiert sein.
Mittels einer solchen Trenneinrichtung 160 ist es also im gezeigten möglich, Strahlmittel wiederzugewinnen und von anderen Partikeln zu trennen (wobei allgemein auch andere Partikeltypen getrennt werden können).By means of such a
Das wiedergewonnene Strahlmittel kann zurück in den Strahlmittel-Kreislauf (vgl.
Die Wiedergewinnung von Strahlmittel ist nur eine Möglichkeit, um Partikel unterschiedlichen Typs zu trennen.Abrasive recovery is just one way to separate particles of different types.
Nachfolgend werden einige allgemeine Beispiele von zu trennenden Typen von Partikeln beschrieben, im Zusammenhang mit TAB. 2.
TAB. 2: Verschiedene Beispiele für Typen von Partikeln, die mittels elektrostatischer Separation in der Trenneinrichtung voneinander getrennt werden können. Es sind auch andere Beispiele möglich. Beispielsweise könnte allgemein ein erster Typ von Partikeln Prozessprodukte eines Prozesses in der Prozesskammer der Anlage umfassen und ein zweiter Typ von Partikeln Fremdkörper-Verunreinigungen umfassen.TAB. 2: Various examples of types of particles that can be separated from one another by means of electrostatic separation in the separator. Other examples are also possible. For example, in general, a first type of particulate could include process products of a process in the process chamber of the facility and a second type of particulate could include foreign body contaminants.
In TAB. 2 wurden Beispiele beschrieben, wie mittels einer Trenneinrichtung unterschiedliche Typen von Partikeln voneinander getrennt werden können. Insbesondere kann dadurch das Trennung von Partikeln unterschiedlicher Typen auch für unterschiedliche Betriebsmodi, in denen eine entsprechende Anlage wie beispielsweise die Anlage 100 (vergleiche
In verschiedenen Beispielen ist es insbesondere möglich, den Betrieb der Trenneinrichtung 160 je nach Betriebsmodus, in dem die Anlage 100 betrieben wird, anzupassen. Beispielsweise könnte die Steuerung 111 eingerichtet sein, um die Trenneinrichtung 160 anzusteuern, um je nach Betriebsmodus (vergleiche TAB. 1 für einige Beispiele von Prozesses, die je nach Betriebsmodus verwendet werden können) unterschiedliche Betriebsparameterwerte für mindestens einen Betriebsparameter der elektrostatischen Separation und/oder der elektrostatischen Aufladung (allgemein der Trenneinrichtung) einzustellen. Beispielsweise könnte die Stärke des elektrischen Felds je nach Betriebsmodus variiert werden. Beispielsweise könnte eine Geschwindigkeit, mit der eine Walze zur Aufladung und zur Separation gedreht wird, je nach Betriebsmodus variiert werden.In particular, in various examples, it is possible to adjust the operation of the
Optionale Blöcke sind in
Zunächst werden in Block 3005 die Kunststoffbauteile hergestellt. Beispielsweise kann ein 3-D Druckverfahren oder ein anderes Fertigungsverfahren eingesetzt werden.First, in
Die Kunststoffbauteile werden dann in einem Pulverkuchen als Ergebnis des additiven Fertigungsverfahrens erhalten.The plastic components are then obtained in a powder cake as a result of the additive manufacturing process.
In anderen Beispielen können die Kunststoffbauteile bereits vorgefertigt sein. Das bedeutet, dass Block 3005 optional ist.In other examples, the plastic components can already be prefabricated. This means that
In manchen Beispielen wäre es möglich, dass die Kunststoffbauteile im Pulverkuchen erhalten werden oder bereits entpackt erhalten werden.In some examples, it would be possible for the plastic components to be received in the powder cake or already unpacked.
Dann erfolgt in Block 3010 das Bearbeiten der Kunststoffbauteile in einer Prozesskammer einer entsprechenden Anlage mittels eines entsprechenden Prozesses. Beispielsweise kann einer der Prozesse aus Tab. 1 verwendet werden. Insbesondere könnten die Kunststoffbauteile zum Beispiel entpackt oder entpulvert werden. Die Oberfläche könnte homogenisiert werden.Then, in
In Block 3015 werden dann Partikel, die in der Prozesskammer während des Bearbeitens der Kunststoffbauteile in Block 3010 erhalten werden, mittels elektrostatischer Separation getrennt. Dazu kann zum Beispiel die Trenneinrichtung 160, wie sie voranstehend im Zusammenhang mit
Durch die Trennung der Partikel unterschiedlichen Typs in Block 3015 wird es möglich, dass Partikel zumindest eines Typs wiederverwendet werden. Beispielsweise könnte die Wiederverwendung von Kunststoffpulver in einem weiteren additiven Fertigungsverfahren erfolgen (in
Nicht wiederverwendete Partikel könnten z.B. entsorgt werden oder einer anderen Verwendung zugeführt werden. So wäre es denkbar, dass z.B. Pulver, was für die additive Fertigungsverfahren nicht mehr geeignet ist, oder Strahlmittel was bereits gebrochen ist und nicht mehr wiederverwendet werden kann, bei anderen Verfahren (als Zusatz, Füllstoff, etc.) verwendet wird.Particles that are not reused could, for example, be disposed of or put to another use. For example, it would be conceivable that powder, which is no longer suitable for additive manufacturing processes, or blasting media that has already broken and can no longer be reused, is used in other processes (as an additive, filler, etc.).
In manchen Beispielen wäre es möglich, dass die entsprechende Anlage fähig ist, mehrere Prozesse in jeweils zugehörigen Betriebsmodi zu unterstützen. In einem solchen Fall könnte anschließenden Block 3020 überprüft werden, ob in einem weiteren Betriebsmodus ein anderer Prozess zur Bearbeitung der Kunststoffbauteile in einer weiteren Iterationen von Block 3010 ausgeführt werden sollte. Ist dies der Fall, so erfolgt in Block 3025 das Umschalten zwischen diesen beiden Prozessen. Das bedeutet, dass bestimmte Betriebsparameter der Anlage angepasst werden können. Beispielsweise könnte das Strahlmittel gewechselt werden. Die Temperatur oder der Druck könnte geändert werden. Es könnte eine Rüttelplatte aktiviert oder deaktiviert werden oder Druckluft aktiviert oder deaktiviert werden.In some examples, it would be possible that the corresponding plant is capable of supporting multiple processes in respective associated modes of operation. In such a case, following
Koordiniert mit diesem Umschalten zwischen den unterschiedlichen Prozessen erfolgt in Block 3025 auch das Umschalten zwischen unterschiedlichen Betriebsparameterwerten von mindestens einem Betriebsparameter der Trenneinrichtung, die zum Trennen der Partikel verwendet wird. Ein solches koordiniertes Umschalten bedeutet, dass anschließend in der nächsten Iteration von Block 3010 und Block 3015 andere Typen von Partikeln in der Prozesskammer vorhanden sind und durch die angepassten Betriebsparameterwerte des mindestens einen Betriebsparameters der Trenneinrichtung mittels der Trenneinrichtung getrennt werden können.Coordinated with this switching between the different processes, block 3025 also switches between different operating parameter values of at least one operating parameter of the separator used to separate the particles. Such a coordinated switching means that subsequently in the next iteration of
Zusammenfassend wurden obenstehend Techniken der elektrostatischen Separation im Zusammenhang mit der additiven Fertigung von Kunststoffbauteilen beschrieben. Materialien, die hier anfallen und getrennt werden können, sind z.B.: Polyamide, Polyamid-12-Partikel, Polyamid-11-Partikel; Polypropylen, Polyolefine, thermoplastisches Polyurethan, thermoplastische Elastomere, Polypropylen, gefülltes Kunststoffstrahlmittel (gefüllte Polymere oder Polystyrol), Glasstrahlmittel. Es kann auch Druckpulver mit vergleichsweise kleinen Korngrößen der entsprechenden Partikel, zum Beispiel kleiner als 200 µm getrennt werden. Insbesondere ist es mittels der beschriebenen Techniken möglich, Partikel eines ersten Typs - z. B. Druckpulver wie PA-12, PA-11, TPU oder PP - mit vergleichsweise kleinen Korngrößen etwa im Bereich von 15 µm bis 140 µm zu trennen von Partikeln eines zweiten Typs - z. B. Strahlmittel wie z.B. Glas, Polystyrol PA-6 - mit vergleichsweise großen Korngrößen im Bereich von 200 µm bis 600 µm. Denkbar wäre es, dass Partikel eines ersten Typs, die Korngrößen im Bereich von 15 µm bis 140 µm aufweisen, getrennt werden von Partikeln eines zweiten Typs, die z.B. Korngrößen im Bereich von 50 µm bis 300 µm aufweisen. Es könnten auch Partikel unterschiedlicher Typen aus verschiedenen Materialien, die aber überlappende Korngrößenverteilungen aufweisen, voneinander getrennt werden, beispielsweise Strahlmittel von Strahlmittel (obenstehend wurden verschiedene Materialien für Strahlmittel offenbart) mit Korngrößen im Bereich von 200 µm bis 600 µm.In summary, electrostatic separation techniques in connection with the additive manufacturing of plastic components were described above. Examples of materials that occur here and can be separated are: polyamides, polyamide 12 particles, polyamide 11 particles; Polypropylene, polyolefins, thermoplastic polyurethane, thermoplastic elastomers, polypropylene, filled plastic blast media (filled polymers or polystyrene), glass blast media. Printing powder with comparatively small grain sizes of the corresponding particles, for example less than 200 μm, can also be separated. In particular, it is possible by means of the techniques described, particles of a first type - z. B. printing powder such as PA-12, PA-11, TPU or PP - with comparatively small particle sizes in the range of about 15 microns to 140 microns to separate from particles of a second type - z. B. Blasting media such as glass, polystyrene PA-6 - with comparatively large grain sizes in the range of 200 µm to 600 µm. It would be conceivable that particles of a first type, which have grain sizes in the range from 15 µm to 140 µm, are separated from particles of a second type, which have grain sizes in the range from 50 µm to 300 µm, for example. Particles of different types from different materials, but which have overlapping grain size distributions, could also be separated from one another, for example blasting media from blasting media (various materials for blasting media were disclosed above) with grain sizes in the range from 200 μm to 600 μm.
Die Elektroscheidung ist hierbei ein effizienterer Prozess mit besseren Ergebnissen als konventionelles Sieben/Filtern.Electro-separation is a more efficient process with better results than conventional sieving/filtering.
Das Prinzip kommt auch als Elektrofilter bei der Reinigung von Gasen (Separieren von Staubpartikeln und Gas) zum Einsatz, oder bei dem Recycling von Kunststoff aus der Abfallverwertung (Trennung von unterschiedlichen Kunststoffen mit ähnlichen Dichten und Größen)The principle is also used as an electrostatic precipitator in the purification of gases (separation of dust particles and gas), or in the recycling of plastic from waste processing (separation of different plastics with similar densities and sizes).
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.Of course, the features of the embodiments and aspects of the invention described above can be combined with one another. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or taken on their own, without departing from the field of the invention.
Beispielsweise wurden voranstehend Techniken erläutern, bei denen die Trenneinrichtung mit einem Abfluss aus der Prozesskammer verbunden ist. Allgemein könnte die Trenneinrichtung auch separat von der Prozesskammer bzw. deren Abfluss angeordnet sein, z.B. in einem getrennten Gehäuse. In einem solchen Szenario könnte von Zeit zu Zeit Partikel, die aus der Prozesskammer entnommen werden, und z.B. in einem Behälter gesammelt wurden, der Trenneinrichtung zugeführt werden. Die Partikeltypen können dann getrennt werden und die gereinigten Stoffe können teilweise wieder in der Anlage verwendet werden.For example, techniques were explained above in which the separation device is connected to a drain from the process chamber. In general, the separating device could also be arranged separately from the process chamber or its drain, e.g. in a separate housing. In such a scenario, particles that are removed from the process chamber and, for example, collected in a container, could be fed to the separation device from time to time. The particle types can then be separated and some of the cleaned materials can be reused in the plant.
Ferner wurden voranstehend Techniken beschrieben, die zur Nachbearbeitung von Kunststoffbauteilen eingesetzt werden, die mittels eines additiven Fertigungsverfahrens erhalten wurden. Es wäre im Allgemeinen auch denkbar, diese Techniken für andere Bauteile einzusetzen. Beispiele wären zum Beispiel metallische Bauteile, Keramikbauteile, Quarz-Bauteile oder Bauteile aus einem Verbundwerkstoff. Es könnten Kunststoff-Bauteile nachbearbeitet werden, die in einem Spritzgussverfahren erhalten werden.Furthermore, techniques have been described above that are used for the post-processing of plastic components that were obtained by means of an additive manufacturing process. In general, it would also be conceivable to use these techniques for other components. Examples would be, for example, metallic components, ceramic components, quartz components or components made from a composite material. Plastic components that are obtained in an injection molding process could be reworked.
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