DE19530296B4

DE19530296B4 - Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objektes

Info

Publication number: DE19530296B4
Application number: DE19530296A
Authority: DE
Inventors: Thomas Mattes; Christian Wilkening
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 1995-08-17
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2015-08-18
Also published as: DE19530296A1

Abstract

Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objektes durch Verfestigen eines durch elektromagnetische Strahlung verfestigbaren pulverförmigen Materials (4) in einer Arbeitsebene (5) mit einer oberhalb der Arbeitsebene (5) angeordneten Dosiervorrichtung (8) zum Zuführen des pulverförmigen Materials (4) zur Arbeitsebene (5), mit einer Fördervorrichtung (10) zum Fördern des pulverförmigen Materials (4) mit einem Gehäuse (12) mit einem ein Fördervolumen begrenzenden Raum (19), wobei der Raum (19) eingangsseitig einen durch ein erstes Ventil (13, 30) verschließbaren Eingang zum Füllen des Raumes mit dem pulverförmigen Material (4), einen mit Druckluft beaufschlagbaren Druckluftanschluß (26) und einen Ausgang aufweist, wobei der Ausgang der Fördervorrichtung (10) durch eine Leitung (11) mit der Dosiervorrichtung (8) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objektes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US 5 155 321 ist eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines Objektes mittels Lasersintern bekannt, bei der das pulverförmige Arbeitsmaterial von einem in einem Zylinder gleitenden Kolben von unterhalb einer Arbeitsebene nach oben in die Arbeitsebene geschoben wird. Der Zylinder kann von Hand gefüllt werden.

Bei einer Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines Objektes mittels Lasersintern mit einer oberhalb der Arbeitsebene angeordneten Dosiervorrichtung mit Vorratsbehälter ist das von Hand Füllen des Vorratsbehälters nicht mehr möglich.

Übliche mechanische Förderanlagen, wie beispielsweise Förderschnecken, weisen den Nachteil auf, daß das pulverförmige Material durch die mechanische Beanspruchung bei der Förderung beschädigt wird.

Aus der GB 995 051, DE-OS 26 25 263 und DE 39 07 361 A1 ist jeweils eine Fördervorrichtung zum Fördern von pulverförmigem Material bekannt, die ein Gehäuse mit einem ein Fördervolumen begrenzenden Raum aufweist, wobei der Raum eingangsseitig einen durch ein erstes Ventil verschließbaren Eingang zum Füllen des Raumes mit dem pulverförmigen Material, einen mit Druckluft beaufschlagbaren Druckluftanschluß und einen Ausgang aufweist.

Aus der DE 35 19 651 A1 ist es bekannt, Quetschventile zum Aus- oder Einschleusen von Schüttgut aus einem oder in einen Druckbehälter zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objekts zur Verfügung zu stellen, bei der das pulverförmige Material schonend transportiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruches 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Vorrichtung des Anspruches 1 ist es möglich, die oberhalb der Arbeitsebene angeordnete Dosiervorrichtung einfach mit dem pulverförmigen Material zu füllen, ohne daß das pulverförmige Material mechanisch beschädigt wird.

Durch die Fördervorrichtung ist es möglich, das pulverförmige Material mit minimaler mechanischer Beanspruchung zu fördern.

Insbesondere ist es auch möglich, kunststoffbeschichtetes Metall- oder Keramikpulver oder Formsand ohne Abrieb der relativ weichen Kunststoffschicht zu fördern.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines Objektes;
2 eine erste Ausführungsform der Fördervorrichtung; sowie
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Fördervorrichtung.
Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines Objektes mittels Lasersintern einen in einem oben offenen Behälter 1 in vertikaler Richtung verschiebbaren Träger 2 auf. Weiter ist ein Laser 3 zum Verfestigen des pulverförmigen Materials 4 in einer Arbeitsebene 5 zum Bilden des Objektes 6 vorgesehen. Oberhalb der Arbeitsebene 5 ist eine Aufbringvorrichtung 7 und eine Dosiervorrichtung 8 mit einem ersten Vorratsbehälter 9 angeordnet. Weiterhin ist eine Fördervorrichtung 10 vorgesehen, die mit der Dosiervorrichtung 8 über eine Leitung 11 verbunden ist.
Wie am besten aus 2 ersichtlich ist, weist in einer ersten Ausführungsform die Fördervorrichtung 10 ein Gehäuse 12 mit einer ersten Zylinderbohrung 15 mit einer sich in Arbeitsstellung vertikal erstreckenden Zylinderachse auf. Dadurch wird ein Raum 19 zur Aufnahme des zu fördernden Materials gebildet. Eingangsseitig ist der Raum 19 über ein Schlauchventil 13 mit einem oberhalb des Gehäuses 12 vorgesehenen zweiten Vorratsbehälter 20 verbunden. An einem in Arbeitsstellung unteren Ende der ersten Zylinderbohrung 15 schließt sich koaxial eine sich konisch verjüngende zweite Bohrung 17 an, an die sich koaxial eine zylindrische Ausgangsbohrung 18 anschließt.
Das Schlauchventil 13 ist als ein flexibler Schlauch 21 ausgebildet, der in einer zylindrischen Eingangsbohrung 16, die koaxial zum zylindrischen Raum 19 angeordnet ist, vorgesehen ist. Ein Ende des Schlauches 21 erstreckt sich bis zum Raum 19 und ein gegenüberliegendes Ende ist mit dem zweiten Vorratsbehälter 20 verbunden. Senkrecht zur Eingangsbohrung 16 sind zwei gegenüberliegende Stößelbohrungen 22, 23 mit einem Abstand in Richtung der Zylinderachse voneinander vorgesehen, die sich jeweils bis zur zweiten Eingangsbohrung 16 erstrecken. In den Stößelbohrungen 22, 23 sind jeweils ein verschiebbarer Stößel 24, 25 angeordnet, der jeweils durch nicht gezeigte Pneumatikzylinder angetrieben wird.
Nahe der Eingangsbohrung 16 ist in dem Gehäuse 12 bzw. in der Wand des Raumes 19 ein sich zu dem Raum 19 erstreckender Druckluftanschluß 26 vorgesehen.
Das Gehäuse 12 ist so angeordnet, daß die Eingangsbohrung 16 im wesentlichen koaxial zu der Ausgangsbohrung 18 ist. An die Ausgangsbohrung 18 ist über einen 90° Winkel die Leitung 11 angeschlossen. Die Leitung 11 führt zu einem oder mehreren Vorratsbehältern 9.
Weiterhin ist eine Steuerung 35 vorgesehen, die mit der Dosiervorrichtung 8, dem Laser 3, der Aufbringvorrichtung 7 und mit der Fördervorrichtung 10 verbunden ist.
Im Betrieb sind die Stößel 24, 25 in einer in 2 gezeigten ersten Stellung, in der sie den flexiblen Schlauch 21 zusammendrücken, so daß die Verbindung zwischen dem zweiten Vorratsbehälter 20 und dem Raum 19 unterbrochen ist bzw. das Schlauchventil 13 geschlossen ist. Die Steuerung 35 steuert nun die Pneumatikzylinder so an, daß die Stößel 24, 25 für eine vorbestimmte Zeitdauer einer Beschickungsphase in eine zweite Stellung gebracht werden, in der der flexible Schlauch 21 nicht mehr zusammengedrückt ist bzw. das Schlauchventil 13 geöffnet ist. Dann fließt aufgrund der Schwerkraft das pulverförmige Material 4 von dem zweiten Vorratsbehälter 20 in den Raum 19. Nach Ablauf der Beschickungsphase werden die Stößel 24, 25 wieder in die erste Stellung gebracht, womit die Verbindung zwischen dem zweiten Vorratsbehälter 20 und dem Raum 19 unterbrochen ist. Die Zeitdauer der Beschickungsphase ist so bemessen, daß der Raum 19 bis zu einer Höhe gefüllt ist, die unterhalb der Höhe des Druckluftanschlusses 26 liegt. Danach wird der Druckluftanschluß 26 für eine vorbestimmte Zeitdauer einer Förderphase mit Druckluft beaufschlagt. Dadurch wird in einem nicht mit pulverförmigen Material 4 gefüllten Abschnitt des Raumes 19 ein Überdruck aufgebaut und das in dem Raum 19 befindliche pulverförmige Material 4 wird durch die Leitung 11 zur Dosiervorrichtung 8 gefördert. Dieser beschriebene Zyklus wird taktweise durchgeführt, womit in einem vorbestimmten Zeitabstand jeweils eine vorbestimmte Menge des pulverförmigen Materials 4 zur Dosiervorrichtung 8 gefördert wird.
In einer zweiten Ausführungsform weist die Fördereinrichtung 10 ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 weist eine erste Zylinderbohrung 15 mit einer in Arbeitsstellung sich vertikal erstreckende Zylinderachse auf. An einem in Arbeitsstellung unteren Ende der ersten Zylinderbohrung 15 schließt sich koaxial eine sich konisch verjüngende zweite Bohrung 17 an. An die zweite Bohrung 17 schließt sich koaxial eine zylindrische Ausgangsbohrung 18 an, die ein Ausgang eines durch die erste Zylinderbohrung 15 und durch die zweite Bohrung 17 gebildeten Raumes 19 ist. Die zylindrische Ausgangsbohrung 18 ist über ein 90° Winkelstück mit der Leitung 11 verbunden ist.
An einem in Arbeitsstellung oberen Ende der ersten Zylinderbohrung 15 ist ein zylindrischer Einsatz 32 zum Abschluß des Raumes 19 koaxial eingepaßt. In dem zylindrischen Einsatz 32 ist koaxial eine zylindrische Eingangsbohrung 33 vorgesehen, deren eines Ende mit dem zweiten Vorratsbehälter 20 verbunden ist und deren gegenüberliegendes Ende sich bis zu einer unteren Fläche 31 des zylindrischen Einsatzes 32 erstreckt. Die zu dem Raum 19 hinweisende untere Fläche 31 ist gegenüber der Zylinderachse geneigt. Die Neigung ist so gewählt, daß die untere Fläche 31 die Zylinderachse unter einem Winkel von ca. 40–50° schneidet. Die untere Fläche 31 weist eine an die zylindrischen Eingangsbohrung 33 angrenzende obere Seite 37 und eine untere Seite 36 auf. Ein Abstand der oberen Seite 37 zu der zylindrischen Ausgangsbohrung 18 ist größer als ein Abstand der unteren Seite 36 zu der zylindrischen Ausgangsbohrung 18.
In dem Raum 19 ist weiter ein Verschluß- bzw. Ventilteil 34 vorgesehen, das die zylindrische Eingangsbohrung 33 abdeckt. Das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 besteht aus einem elastischen Material, wie z.B. Silikon, und ist blattförmig ausgebildet. Ein erster Abschnitt 40 des Ventilteils 34 ist durch Einspannen an der oberen Seite 37 der unteren Fläche 31 fixiert. Ein von der Fixierung abgewandter vorderer Abschnitt 42 des Ventilteils 34 liegt auf einem Rand der unteren Fläche 31 der zylindrischen Eingangsbohrung 33 frei auf.
Das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 und die zylindrische Eingangsbohrung 33 bilden ein eingangsseitig vorgesehenes Rückschlagventil 30, das sich zu dem Raum 19 hin öffnet.
Der Druckluftanschluß 26 ist in einer Zylinderwandung der ersten Zylinderbohrung 15 in einer Höhe angeordnet, die der Höhe des an die untere Fläche 31 anliegenden vorderen Abschnittes 42 entspricht. Der Druckluftanschluß 26 ist so auf das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 gerichtet, daß die einströmende Druckluft das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 in eine geschlossene Stellung bewegt und den vorderen Abschnitt 42 dichtend an den Rand der zylindrischen Eingangsbohrung 33 drückt.
Im Betrieb ist in einer geschlossenen Stellung das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 in einer solchen Stellung, daß das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 die zylindrische Eingangsbohrung 33 abdeckt und dichtend an dem Rand der zylindrische Eingangsbohrung 33 anliegt. Durch das Gewicht des in dem zweiten Vorratsbehälter 20 befindlichen pulverförmigen Materials 4 wird das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 in eine in 3 gestrichelt gezeichnete offene Stellung gebracht. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer einer Beschickungsphase wird der Druckluftanschluß 26 für eine vorbestimmte Zeitdauer einer Förderphase mit Druckluft beaufschlagt. Die Zeitdauer der Beschickungsphase ist so bemessen, daß der Raum 19 mit dem pulverförmigen Material bis zu einer Höhe gefüllt ist, die unterhalb einer Höhe eines Randes des vorderen Abschnittes 42 in der offenen Stellung liegt. Durch das Beaufschlagen des Druckluftanschlusses mit der Druckluft wird das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 in die geschlossene Stellung gebracht, und der vordere Abschnitt 42 des Verschluß- bzw. Ventilteil 34 wird dichtend an den Rand der zylindrischen Eingangsbohrung 33 gedrückt. Gleichzeitig baut sich in dem Abschnitt des Raumes 19, in dem sich kein pulverförmiges Material befindet, ein Überdruck auf, wodurch das in dem Raum 19 befindliche pulverförmige Material 4 durch die Leitung 11 zur Dosiervorrichtung 8 gefördert wird. Nach Beendigung der Förderphase wird das Verschluß- bzw. Ventilteil 34 durch das Gewicht des in dem zweiten Vorratsbehälter 20 befindlichen pulver förmigen Materials 4 wieder für die vorbestimmte Zeitdauer der Beschickungsphase in die offene Stellung gebracht. Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch, so daß in einem vorbestimmten Zeitabstand jeweils eine vorbestimmte Menge des pulverförmigen Materials 4 zur Dosiervorrichtung 8 gefördert wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist die in 2 oder 3 gezeigte Fördereinrichtung ausgangsseitig noch ein Ventil auf, das mit der Steuerung 35 verbunden ist. Dieses Ventil ist beispielsweise als Schlauchventil ausgebildet.
Im Betrieb ist während der Beschickungsphase das ausgangsseitige Ventil geschlossen und während der Förderphase geöffnet.

Claims

Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objektes durch Verfestigen eines durch elektromagnetische Strahlung verfestigbaren pulverförmigen Materials (4) in einer Arbeitsebene (5) mit einer oberhalb der Arbeitsebene (5) angeordneten Dosiervorrichtung (8) zum Zuführen des pulverförmigen Materials (4) zur Arbeitsebene (5), mit einer Fördervorrichtung (10) zum Fördern des pulverförmigen Materials (4) mit einem Gehäuse (12) mit einem ein Fördervolumen begrenzenden Raum (19), wobei der Raum (19) eingangsseitig einen durch ein erstes Ventil (13, 30) verschließbaren Eingang zum Füllen des Raumes mit dem pulverförmigen Material (4), einen mit Druckluft beaufschlagbaren Druckluftanschluß (26) und einen Ausgang aufweist, wobei der Ausgang der Fördervorrichtung (10) durch eine Leitung (11) mit der Dosiervorrichtung (8) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fördervorrichtung (10) eine Steuerung (35) für das erste Ventil (13, 30) aufweist, die so ausgebildet ist, daß in einer Beschickungsphase der Raum (19) um den Ausgang bis zu einer vorgegebenen Höhe derart mit pulverförmigem Material (4) beschickt wird, daß oberhalb des pulverförmigen Materials (4) ein freier Raum mit einem Wandabschnitt verbleibt, und daß der Druckluftanschluß (26) in den Wandabschnitt mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (13) als Schlauchventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (19) eingangsseitig ein den Eingang abdeckendes Sperrorgan (34) vorgesehen ist, welches bei Anliegen der Druckluft in eine geschlossene Stellung bewegt wird und ohne Anliegen der Druckluft durch das Gewicht des eingangsseitig zugeführten pulverförmigen Materials (4) in die geöffnete Stellung bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (34) an einer Seite des Eingangs mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Eingangsseite des ersten Ventils (13, 30) ein Vorratsbehälter (20) vorgesehen und so angeordnet ist, daß das pulverförmige Material (4) aufgrund der Schwerkraft von dem Vorratsbehälter (20) in den Raum (19) einfüllbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang ein zweites Ventil aufweist.