WO2017041779A1 - Verfahren und vorrichtung zum auftragen von fluiden - Google Patents

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WO2017041779A1
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coater
blade
vibration
construction field
stroke
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Bastian HEYMEL
Josef Grasegger
Ingo Ederer
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Voxeljet Ag
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional objects.
  • European Patent EP 0 431 924 B1 describes a method for producing three-dimensional objects from computer data.
  • a particulate material is applied in a thin layer by means of coater (recoater) on a platform and this selectively printed by means of a print head with a binder material.
  • the particle area printed with the binder bonds and solidifies under the influence of the binder and optionally an additional hardener.
  • the build platform is lowered by one layer thickness or the coater / printhead unit is raised and a new layer of particulate material is applied, which is also selectively printed as described above. These steps are repeated until the desired height of the object is reached.
  • the printed and solidified areas create a three-dimensional object (molded part).
  • This object made of solidified particulate material is embedded after its completion in loose particulate material and is subsequently freed from it. This is done for example by means of a nipple. Thereafter, the desired objects remain, which are then affected by powder deposits, e.g. be freed by manual brushing.
  • CONFIRMATION COPY 3D printing based on powdered materials and the introduction of liquids with a printhead is the fastest method among the layering techniques.
  • This process can be used to process various fluids, such as particulate matter, including, but not limited to, natural biological raw materials, polymeric plastics, metals, ceramics and sands.
  • powder-based rapid prototyping processes such as e.g. the selective laser sintering or the electron beam sintering in each of which also a loose particulate material is applied in layers and selectively solidified by means of a controlled physical radiation source.
  • FDM fused-Deposiiton-Modeling Fused
  • the particulate material required for the entire layer is presented to a thin blade. This is then moved over the building area and sweeps out the submitted material and smoothes it.
  • Another type of layer application is the continuous presentation of a small volume of particulate material during the movement of the blade.
  • the blade is usually attached to the underside of a movable silo. Directly above or next to the blade, an adjustable gap is provided, through which the particulate material can flow out of the silo. The excitation of the outflow is done by the introduction of vibrations in the silo blade system.
  • a further object of the present invention was to provide a device and a method with which a simple adjustment of the coater angle, possibly during a coating process, is possible.
  • the disclosure relates to a method for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional models, by means of a device on a construction field, wherein a coater, comprising a blade, a fluid outlet and a reservoir, is provided and wherein the blade is moved over the construction field such that it can perform a vibration in the manner of a rotary movement and wherein the vibration is effected by a stroke generating linear actuator.
  • a coater comprising a blade, a fluid outlet and a reservoir
  • the disclosure also relates to a device for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional models, on a construction field, wherein a coater, comprising a blade, a fluid outlet and a reservoir, is provided, and wherein the blade over the Construction field is moved so that it can perform a vibration in the manner of a rotary motion and wherein a stroke generating linear actuator is provided for generating the vibration.
  • a coater comprising a blade, a fluid outlet and a reservoir, is provided, and wherein the blade over the Construction field is moved so that it can perform a vibration in the manner of a rotary motion and wherein a stroke generating linear actuator is provided for generating the vibration.
  • the disclosure relates to a fluid application coater, particularly in a method of making three-dimensional models, to a construction field comprising a blade, a fluid outlet, and a reservoir, and wherein the blade is movable over the construction field to provide it can perform a vibration in the manner of a rotational movement and is provided for generating the oscillation of a stroke generating linear actuator.
  • Figure 1 Schematic representation of a coater with a vibrating blade according to the prior art in the stationary (Fig. La) and oscillating state (Fig. Lb).
  • Figure 2 Schematic representation of a coater with a vibrating blade according to a preferred embodiment of
  • FIG. 3 Schematic representation of a coater with a vibrating blade according to a preferred embodiment of
  • Figure 4 Schematic representation of a coater with a closure according to another preferred embodiment of the invention.
  • Figure 5 Schematic representation of the coater with a
  • Figure 6 Schematic representation of the compression of the fluid via an adjustment of the coater angle.
  • Figure 7 Schematic representation of the coater filling in a in a straight, vertical (Fig. 7a) and a tilted position (Fig. 7b).
  • Figure 8 Schematic representation of the coater in operation and in a lifted state.
  • 3D printing processes are all processes known from the prior art which include the construction of components in enable three-dimensional shapes and are compatible with the described process components and devices.
  • “selective binder application” or “selective binder system application” can be carried out after each particle material application or, depending on the requirements of the molding and for the optimization of the molding production, also take place irregularly, i. non-linear and parallel after each particle material application. "Selective binder application” or “Selective binder system application” can thus be adjusted individually and in the course of the production of moldings.
  • “Shaped body” or “component” in the sense of the invention are all three-dimensional objects produced by means of the method according to the invention and / or the device according to the invention, which have a dimensional stability.
  • any known 3D printing apparatus can be used which includes the required components.
  • Conventional components include coater, building field, means for moving the building field or other components, metering device and heating means, and other components known to those skilled in the art. which are therefore not detailed here.
  • fluids it is possible to use all flowable materials known for 3D printing, in particular in powder form, as slag or as liquid, for example, sands, ceramic powders, glass powders and other powders of inorganic materials, metal powders, plastics, wood particles, Fiber materials, celluloses and / or lactose powder as well as other types of organic, powdery materials
  • the particulate material is preferably a dry free-flowing powder, but also a cohesive, cut-resistant powder can be used. This cohesiveness can also result from the addition of a binder material or an auxiliary material.
  • Construction field is the plane or, more broadly, the locus on which or in which the bed of particulate material grows during the construction process by repeated coating with particulate material.
  • the construction field is often passed through a floor, the building platform, through walls and an open deck surface Building level, limited.
  • the "printhead” is composed of various components, including the print modules, which are aligned relative to the printhead, and the printhead is oriented relative to the machine, allowing the location of a nozzle to be mapped to the machine coordinate system.
  • Coater or “recoater” is the unit by means of which the fluid is applied to the construction field.
  • This can consist of a fluid reservoir and a fluid application unit, according to the present invention, the fluid application unit comprises a fluid outlet and a coater blade.
  • Blade "vibrating blade” or “coater blade” in the context of the invention is the component that levels the applied fluid.
  • Fluid outlet in the sense of the invention is the opening by means of which the fluid is applied to the building field,
  • the "fluid outlet” has at least one outflow gap, but may also comprise a plurality of outflow gaps.
  • the "fluid outlet” may preferably be unitary with one or two fluid reservoirs.
  • the "reservoir” or “fluid reservoir” or “reservoir” here is the receptacle of the fluid. that he resonates when swinging the blade, or not. There are versions in which the blade forms part of the reservoir.
  • a “linear actuator” is to be understood to mean an actuator for generating the vibration of the blade, whose suspension points execute an approximately linear, oscillating motion relative to one another.
  • the "stroke” is to be understood as meaning the maximum linear movement of the actuator, whereby the stroke also serves to achieve an angular adjustment of the coater blade or of the coater, or possibly a closure of the fluid intake to reach.
  • Angle adjustment in the sense of the invention is the adjustment of the angle between the construction field and the coater blade or the “coater angle” is the angle including the construction field normal and the joining line of the fulcrum blade The coater oscillation takes place around this line as a zero line.
  • a vibration in the manner of a rotary movement in the context of the invention is the movement of the blade or coater blade over a pivot point, preferably this movement is generated by an actuator.
  • the invention relates in one aspect to a method for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional molded bodies, by means of a device on a construction field, wherein a coater, comprising a blade with a fluid outlet and a reservoir, is provided and wherein the blade over the construction field is moved so that they one after the manner of a rotary motion can perform and wherein a generation of the vibration is carried out by a stroke generating linear actuator.
  • the swinging range of the blade is widened. This is achieved by the use of a linear actuator, which can freely controllably generate a swing stroke.
  • the actuator can produce a stroke that is at least 3 times as large as the amplitude of oscillation, then the stroke can easily be changed to produce larger oscillation amplitudes, but can also serve to achieve an angular adjustment of the coater blade or of the coater if necessary, to achieve a closure of the fluid intake.
  • the stroke of the actuator Huberzeugung electrically, electrodynamically, electrostatically, pneumatically, hydraulically and / or mechanically generated. This can also be done using mechanical lever systems, if necessary.
  • an articulation of the coater on the device takes place at at least one pivot point.
  • Such an embodiment has proven to be advantageous because the vibration can be generated relatively easily.
  • the adjustment of the coater angle could be done by moving a start position of the actuator.
  • the adjustment of the coater angle can also take place during the operation of the device or the coating process.
  • the coater blade By choosing a large stroke, it is even possible according to the present invention for the coater blade to be lifted from the building field by pivoting the blade. It is this no additional lifting device or a reduction of the construction field necessary to achieve a sufficient distance.
  • a coating in both directions of travel is possible. This is possible because the coater angle can be easily adjusted, and thereby an adjustment of the coater angle is easily possible depending on the direction of movement and thereby coating can take place in both directions.
  • the present invention relates to a device for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional molded bodies, on a construction field, wherein a coater, comprising a blade and a reservoir, is provided and wherein the blade above the construction field so movable is that it can perform a vibration in the manner of a rotational movement and wherein for generating the vibration is provided a stroke generating linear actuator.
  • the actuator is designed such that it can generate at least 3 times as large a stroke compared to a vibration amplitude.
  • This Huberzeugung can be achieved by means of electrical, electro-dynamic, electrostatic, pneumatic, hydraulic and / or mechanical systems.
  • the coater is hinged to the device at at least one pivot point.
  • a corresponding counterpart for closing an opening of the coater is provided at an outer, the actuator opposite region of the maximum amplitude of oscillation of the blade corresponding counterpart.
  • the present invention relates to a coater for applying fluids, in particular in a method for producing three-dimensional molded bodies, to a construction field, comprising a blade and a storage container, and wherein the blade is movable above the construction field in such a way that it follows a vibration Can perform type of rotational movement, wherein a stroke generating linear actuator is provided for generating the vibration.
  • FIG. 1 A schematic representation of a coater with a prior art vibrating blade in the stationary and oscillating state is shown in FIG.
  • a coater (5) comprising a blade (1), a fluid outlet and a reservoir (2) are articulated to an articulation (6), a pivot point (3) on a device for producing three-dimensional molded parts.
  • Fig. La shows the dormant state and Fig. Lb) hinted the oscillating state.
  • the oscillation amplitude is determined by the eccentric. Since the vibration should be a relatively small, the amplitude of motion is determined by the eccentric as small.
  • a coater (5) with a vibrating blade (1) according to a preferred embodiment of the present invention is shown schematically.
  • the coater (5) is also articulated to the device via a pivot point (3).
  • the storage container (2) is arranged above the blade (1) and oscillates according to this embodiment with the blade (1).
  • the Huberzeugung now takes place here via a linear actuator (4), which in turn via a pivot point (6) on the blade (1) or the coater (5) is articulated.
  • FIG. 3 a A schematic representation of a coater with a vibrating blade according to a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.
  • the coater is shown with a first angle (FIG. 3 a) and after an adjustment with a second angle (FIG. 3 b).
  • Watch here is that the oscillating oscillating motion is the same in both versions.
  • These oscillating movements are relatively small movements (8).
  • a large actuator movement (7) can be performed and then oscillate around this turn the oscillation.
  • the pivot point (3) takes over the leadership and stabilization of the blade movement. Its rigidity and backlash significantly affect the coating result.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a coater (5) with a closure (9) according to another preferred embodiment of the invention.
  • 5 is a representation of the coater (5) with a closure (9) from FIG. 4, wherein an oscillating position (FIG. 5a) and a closing position (FIG. 5b) are illustrated.
  • the coater (5) can pivot to the left so far that it can be closed in a "closure station" (9).
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the coater filling in a in a straight, vertical (Fig. 7a) and a tilted position (Fig. 7b).
  • a lifting of the coater blade (2) by a distance (801) from the construction field (600) takes place, for example, by pivoting the blade. This is shown in FIG. On the left is the peeler (5) shown in operation and right in a lifted state. In the case of the conventional coater, a lifting device or a lowering of the construction field is necessary in order to achieve a sufficient distance. According to the preferred embodiment shown, the blade (1) can now be easily swiveled by the actuator, namely so far that a distance (801) to the construction field (600) is achieved. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Formteile, wobei ein Beschichter (5), umfassend eine Klinge (1), einen Fluidausslass und einen Vorratsbehälter, (2) vorgesegen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahren wird, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausfühen kann, wobei die Schwingung mittels eines Hubes durch einen linearen Aktor (4) erfolgt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGEN VON FLUIDEN
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen von Fluiden insbesondere bei einem Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte.
In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 Bl wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht mittels Beschichter (recoater) auf eine Plattform aufgetragen und dieses selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Parti kelbereich verbindet und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt oder die Beschichter-/Druckkopfeinheit angehoben und eine neue Schicht Partikelmaterial aufgetragen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, selektiv bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis die gewünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt (Formteil).
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 von Pulveranhaftungen z.B. durch händisches Abbürsten befreit werden.
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE Das 3D-Drucken auf Basis pulverförmiger Werkstoffe und dem Eintrag von Flüssigkeiten mit einem Druckkopf ist unter den Schichtbautechniken das schnellste Verfahren.
Mit diesem Verfahren lassen sich verschiedene Fluide, wie beispielsweise Partikelmaterialien, dazu zählen - nicht erschöpfend - natürliche biologische Rohstoffe, polymere Kunststoffe, Metalle, Keramiken und Sande, verarbeiten.
In ähnlicher Weise arbeiten auch andere Pulver-gestützte Rapid- Prototyping-Prozesse, wie z.B. das selektive Lasersintern oder das Elektron-Beam-Sintern bei denen jeweils ebenso ein loses Partikelmaterial schichtweise ausgebracht und mit Hilfe einer gesteuerten physikalischen Strahlungsquelle selektiv verfestigt wird.
Darüberhinaus gibt es auch weitere Verfahren, wie beispielsweise das Fused-Deposiiton-ModelingFused (FDM)- Schichtbauverfahren, bei dem jeweils die Querschnitte des Bauteils durch ein flüssiges, außerhalb einer Düse sich verfestigendes Medium aufgebaut werden, die Lage der Bauplattform um eine Schichtstärke zur letzten Position geändert wird und diese Schritte solange wiederholt werden, bis das Bauteil fertig ist
Im Folgenden werden alle diese Verfahren unter dem Begriff „dreidimensionale Druckverfahren" oder 3D- Druckverfahren zusammengefasst.
Diese Verfahren nutzen zum Teil unterschiedliche Möglichkeiten des Schichtauftrags. Bei einigen Verfahren wird das für die gesamte Schicht benötigte Partikelmaterial einer dünnen Klinge vorgelegt. Diese wird anschließend über den Baubereich bewegt und streicht das vorgelegte Material aus und glättet es dabei. Eine weitere Art des Schichtauftrags ist das kontinuierliche Vorlegen eines geringen Volumens von Partikelmaterial während der Verfahrbewegung der Klinge. Dazu ist die Klinge üblicherweise an der Unterseite eines beweglichen Silos befestigt. Direkt über oder neben der Klinge ist ein einstellbarer Spalt vorgesehen, durch welchen das Partikelmaterial aus dem Silo ausfließen kann. Die Anregung des Ausflusses geschieht dabei durch das Einbringen von Schwingungen in das Silo-Klingen-System.
Herkömmliche Beschichter mit dem Funktionsprinzip von Schwingklingen dienen üblicherweise lediglich zum Auftrag eines bestimmten Materials. Die Schwingung wird dabei durch einen Exzentermechanismus erzeugt. Bei einer Material-/ Parameteränderung, wie beispielsweise der Veränderung der Schwingamplitude, muss die Schwingklinge, bzw. der Schwingmechanismus mittels relativ aufwändiger externer Mechanismen mechanisch angepasst werden. Stand der Technik ist hier der Austausch von Exzentern zur Änderung der Schwingamplitude. Der Beschichterwinkel kann mittels Verdrehung des gesamten Beschichters bzw. mechanische Veränderung der Distanz zwischen Beschichter und dem Exzenter verstellt werden.
Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein einfaches und verlässliches Einstellen der Schwingamplitude möglich ist. Ferner war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein einfaches Justieren des Beschichterwinkels, ggf. während eines Auftragungsprozesses möglich ist.
Kurze Zusammenfassung der Offenbarung
In einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle, mittels einer Vorrichtung auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahren wird, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann und wobei die Schwingung durch einen einen Hub erzeugenden linearen Aktor erfolgt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung auch eine Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle, auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann und wobei zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugender linearer Aktor vorgesehen ist.
In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung einen Beschichter zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle, auf ein Baufeld, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann und zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugenden linearer Aktor vorgesehen ist.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1: Schematische Darstellung eines Beschichters mit einer Schwingklinge nach dem Stand der Technik im ruhenden (Fig. la) und schwingenden Zustand (Fig. lb).
Figur 2: Schematische Darstellung eines Beschichters mit einer Schwingklinge gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Figur 3: Schematische Darstellung eines Beschichters mit einer Schwingklinge gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei der Beschichters mit einem ersten Winkel (Fig. 3a) gezeigt ist und nach einer Winkelverstellung mit einem zweiten Winkel (Fig. 3b).
Figur 4: Schematische Darstellung eines Beschichters mit einem Verschluss gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5: Schematische Darstellung des Beschichters mit einem
Verschluss aus Fig. 4, wobei eine Schwingposition (Fig. 5a) und eine Verschlussposition (Fig. 5b) dargestellt sind.
Figur 6: Schematische Darstellung der Verdichtung des Fluids über eine Einstellung des Beschichterwinkels.
Figur 7: Schematische Darstellung der Beschichterfüllung in einem in einer geraden, senkrechten (Fig. 7a) und einer gekippten Position (Fig. 7b).
Figur 8: Schematische Darstellung des Beschichters im Betrieb und in einem abgehobenen Zustand.
Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden werden einige Begriffe näher definiert. Andernfalls sind für die verwendeten Begriffe die dem Fachmann bekannten Bedeutungen zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung sind„3D-Druckverfahren" alle aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, die den Aufbau von Bauteilen in dreidimensionalen Formen ermöglichen und mit den beschriebenen Verfahrenskomponenten und Vorrichtungen kompatibel sind.
„Selektiver Binderauftrag" oder„Selektiver Bindersystemauftrag" kann im Sinne der Erfindung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig erfolgen, d.h. nicht linear und parallel nach jedem Partikelmaterialauftrag. „Selektiver Binderauftrag" oder „Selektiver Bindersystemauftrag" kann somit individuell und im Verlauf der Formkörperherstellung eingestellt werden.
„Formkörper" oder„Bauteil" im Sinne der Erfindung sind alle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.
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, Dosiervorrichtung und Wärmemittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.
Als „Fluide" können alle für den 3D-Druck bekannten, fließfähigen Materialien verwendet werden, insbesondere in Pulverform, als Schlacke oder als Flüssigkeit. Dies können beispielsweise Sande, Keramikpulver, Glaspulver, und andere Pulver aus anorganischen Materialien, Metallpulver, Kunststoffe, Holzpartikel, Faserwerkstoffe, Cellulosen oder/und Laktosepulver sowie andere Arten von organischen, pulverförmigen Materialien. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes Pulver, aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver kann verwendet werden. Diese Kohäsivität kann sich auch durch Beimengung eines Bindermaterials oder eines Hilfsmaterials ergeben.
„Baufeld" ist die Ebene oder in erweitertem Sinn der geometrische Ort, auf dem oder in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst. Häufig wird das Baufeld durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt.
Der„Druckkopf" setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Unter anderem sind das die Druckmodule. Diese sind relativ zum Druckkopf ausgerichtet. Der Druckkopf ist relativ zur Maschine ausgerichtet. Damit kann die Lage einer Düse dem Maschinenkoordinatensystem zugeordnet werden.
„Beschichter" oder„Recoater" ist die Einheit mittels derer das Fluid in bzw. das Baufeld aufgebracht wird. Dieser kann aus einem Fluidvorratsbehälter und eine Fluidauftragseinheit bestehen, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung die Fluidauftragseinheit einen Fluidauslass und eine Beschichterklinge umfasst.
„Klinge"„Schwingklinge" oder„Beschichterklinge" im Sinne der Erfindung ist das Bauteil, das das aufgetragene Fluid nivelliert.
„Fluidauslass" im Sinne der Erfindung ist die Öffnung mittels derer das Fluid auf das Baufeld aufgebracht wird. Der „Fluidauslass" weist mindestens einen Ausflussspalt auf, kann aber auch mehrere Ausflussspalte umfassen. Der„Fluidauslass" kann vorzugsweise mit einem oder zwei Fluidvorratsbehältern eine Einheit bilden.
Der „Vorratsbehälter" bzw. „Fluidvorratsbehälter" oder „Reservoir" ist hierbei die Aufnahme des Fluids. Dieser Behälter kann so angeordnet sein, dass er beim Schwingen der Klinge mitschwingt, oder auch nicht. Es gibt Ausführungen, in denen die Klinge einen Teil des Vorratsbehälters bildet.
Unter einem "linearen Aktor" soll ein Aktor zur Erzeugung der Schwingung der Klinge zu verstehen sein, dessen Aufhängungspunkte eine annähend lineare, oszilliernde Bewegung zueinander ausführen.
Unter dem „Hub" ist die maximale lineare Bewegung des Aktors zu verstehen. Durch diese Bewegung wird gemäss der Erfindung die Schwingamplitude erzeugt. Vorzugsweise dient der Hub aber auch dazu eine Winkelverstellung der Beschichterklinge bzw. des Beschichters zu erreichen oder ggf. einen Verschluss des Fluidaulasses zu erreichen.
„Winkeleinstellung" im Sinne der Erfindung ist die Einstellung des Winkels zwischen Baufeld und der Beschichterklinge bzw. der„Beschichterwinker ist der Winkel, den Baufeldnormale und die Verbindungslinie Drehpunkt- Klinge einschließen. Die Beschichterschwingung findet um diese Linie als Nulllinie statt.
Eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung im Sinne der Erfindung ist die Bewegung der Klinge oder Beschichterklinge über einen Drehpunkt, vorzugsweise wird diese Bewegung mit einem Aktor erzeugt.
Verschiedene Aspekte der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, mittels einer Vorrichtung auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge mit einem Fluidauslass und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahren wird, dass sie eine nach Art einer Drehbewegung ausführen kann und wobei eine Erzeugung der Schwingung durch einen einen Hub erzeugenden linearen Aktor erfolgt.
Mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schwingbereich der Klinge erweitert. Dies wird durch die Verwendung eines linearen Aktors erreicht, der frei steuer-/regelbar einen Schwingungshub erzeugen kann.
Durch die freie Steuer-/Regelbarkeit des Hubes ist eine einfache Verstellung der Schwingamplitude möglich. Bei Beschichtern des Standes der Technik ist dazu eine komplizierte Kinematik oder eine Änderung der Anlenkung (z.B. Exzentrizität) notwendig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dabei der Aktor im Vergleich zur Schwingamplitude einen mindestens 3x so großen Hub erzeugen, dann kann der Hub zum Erzeugen größerer Schwingamplituden leicht umgestellt werden, kann aber ebenso dazu dienen eine Winkelverstellung der Beschichterklinge bzw. des Beschichters zu erreichen oder ggf. einen Verschluss des Fluidaulasses zu erreichen.
Vorzugsweise wird bei einem Verfahren nach der Erfindung der Hub des Aktors Huberzeugung elektrisch, elektrodynamisch, elektrostatisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch erzeugt. Dies kann auch gegebenenfalls unter Einsatz mechanischer Hebelsysteme erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Anlenkung des Beschichters an der Vorrichtung an mindestens einem Drehpunkt. Eine derartige Ausführung hat sich als vorteilhat gezeigt, da die Schwingung relativ einfach erzeugt werden kann.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Justierung eines Beschichterwinkels zum Baufeld ohne Verschiebung von Anlenkungspunkten und ggf. sogar während eines Beschichtungsprozesses erfolgen. Dabei könnte die Justierung des Beschichterwinkels durch Verschieben einer Startposition des Aktors erfolgen.
Dies ist deshalb vorteilhaft, da der Winkel des Beschichters zum Baufeld für das Beschichtungsergebnis sehr wichtig ist und auch für verschiedene Materialien angepasst werden muss. Bei Beschichtern des Standes der Technik muss zu seiner Verstellung der ganze Beschichter geschwenkt werden oder die Anlenkungspunkte verschoben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann nun also die Justierung des Beschichterwinkels auch während des Betriebes der Vorrichtung oder des Beschichtungsvorgangs erfolgen.
Durch die Wahl eines großen Hubes ist es gemäß der vorliegenden Erfindung sogar möglich, dass die Beschichterklinge vom Baufeld durch Schwenken der Klinge abgehoben wird. Es ist hierzu keine zusätzliche Anhebevorrichtung oder eine Absenkung des Baufelds nötig, um einen hinreichenden Abstand zu erzielen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beschichtung in beiden Verfahrrichtungen möglich. Dies ist möglich, da der Beschichterwinkel leicht eingestellt werden kann und dadurch eine Anpassung des Beschichterwinkels je nach Bewegungsrichtung leicht möglich ist und dadurch ein Beschichten in beide Richtungen erfolgen kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann und wobei zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugenden linearer Aktor vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist der Aktor derart ausgestaltet, dass er im Vergleich zu einer Schwingamplitude einen mindestens 3 mal so großen Hub erzeugen kann.
Diese Huberzeugung kann dabei mittels elektrischer, elektrodynamischer, elektrostatischer, pneumatischer, hydraulischer und/oder mechanischer Systeme erreicht werden.
Vorzugsweise ist der Beschichter an der Vorrichtung an mindestens einem Drehpunkt angelenkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an einem äußeren, dem Aktor entgegengesetzten Bereich der maximalen Schwingamplitude ein der Klinge entsprechendes Gegenstück zum Verschließen einer Öffnung des Beschichters vorgesehen. Durch Schwenken des Beschichters ist es nun also möglich, die Beschichteröffnung zu verschließen und dadurch einen gezielten Auftrag an bestimmten Orten zu ermöglichen und/oder ein unbeabsichtigtes Auslaufen des Reservoirs zu verhindern.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Beschichter zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, auf ein Baufeld, umfassend eine Klinge und einen Vorratsbehälter und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann, wobei zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugenden linearer Aktor vorgesehen ist.
Bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen.
Eine Schematische Darstellung eines Beschichters mit einer Schwingklinge nach dem Stand der Technik im ruhenden und schwingenden Zustand ist in Fig. 1 dargestellt.
Ein Beschichter (5) umfassend eine Klinge (1), einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter (2) sind an einer Anlenkung (6), einem Drehpunkt (3), an einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Formteile angelenkt. Fig. la) zeigt den ruhenden Zustand und Fig. lb) andeutungsweise den schwingenden Zustand. Die Schwingungsamplitude ist dabei durch den Exzenter festgelegt. Da die Schwingung eine relativ kleine sein soll , ist die Bewegungsamplitude durch den Exzenter als klein festgelegt.
In Fig. 2 ist ein Beschichter (5) mit einer Schwingklinge (1) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Beschichter (5) an die Vorrichtung ebenso über einen Drehpunkt (3) angelenkt. Der Vorratsbehälter (2) ist oberhalb der Klinge (1) angeordnet und schwingt gemäß dieser Ausführungsform mit der Klinge (1) mit. Die Huberzeugung erfolgt nun hier über einen linearen Aktor (4), der wiederum über einen Drehpunkt (6) an der Klinge (1) bzw. dem Beschichter (5) angelenkt ist. Durch Anregen des Aktors (4) keine eine Schwingung erzeugt werden, die relativ leicht unterschiedlich gewählt werden kann und womit sich ein erweiterter Schwingbereich ergibt.
Gemäß dieser gezeigten Ausführungsform schwingt alles, was unterhalb des Drehpunktes (3) angeordnet ist. Es schwingen also Vorratsbehälter bzw. Reservoir (2) und Klinge (1). Die Schwingung des Reservoirs (2) ist gemäss der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt notwendig. Allerdings keine eine Schwingung des Vorratsbehälters (2) dazu dienen, eine bessere Fluidisierung des Fluids zu erreichen.
Eine schematische Darstellung eines Beschichters mit einer Schwingklinge gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Hierbei ist der Beschichter mit einem ersten Winkel (Fig. 3a) gezeigt und nach einer Verstellung mit einem zweiten Winkel (Fig. 3b). Zusehen ist hierbei, dass die oszillierend Schwingbewegung bei beiden Ausführungen gleich ist. Diese oszillierenden Bewegungen sind relativ kleine Bewegungen (8). Zur Winkelverstellung der Klinge (1) bzw. des Beschichters (5) kann eine große Aktorbewegung (7) durchgeführt werden und dann um diese wiederum die Schwingung oszillieren.
Der Drehpunkt (3) übernimmt hier die Führung und Stabilisierung der Klingenbewegung. Seine Steifigkeit und Spielfreiheit beeinflusst wesentlich das Beschichtungsergebnis.
Fig.4 ist eine schematische Darstellung eines Beschichters (5) mit einem Verschluss (9) gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig.5 ist eine Darstellung des Beschichters (5) mit einem Verschluss (9) aus Fig. 4, wobei eine Schwingposition (Fig. 5a) und eine Verschlussposition (Fig. 5b) dargestellt sind.
Durch die Möglichkeit eines relativ großen Hubes des linearen Aktors (4) kann der Beschichter (5) so weit nach links schwenken, dass er in einer „Verschlussstation" (9) verschlossen werden kann.
Eine schematische Darstellung der Verdichtung des Fluids über eine Einstellung des Beschichterwinkels ist in Fig. 6 gezeigt. Das Fluid tritt hier über der Klinge (2) aus dem Vorratsbehälter (1) auf das unter der Klinge liegende Baufeld (600) aus und wird durch die um den Beschichterwinkel (601) schräggestellte Klinge von der ursprünglichen Schichtdicke (602) auf die Endschichtdicke (603) verdichtet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Verbesserung der Beschichterfüllung zu erreichen. Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Beschichterfüllung in einem in einer geraden, senkrechten (Fig. 7a) und einer gekippten Position (Fig. 7b).
Es hat sich gezeigt, dass durch gezieltes Ankippen des Vorratsbehälters (2) beim Befüllen, der Schüttkegel im Vorratsbehälter so verändert werden kann, dass nach der anschließenden Geradestellung zum Beschichten der Schüttkegel (10) eine deutlich bessere Form aufweist und dadurch den unerwünschten Effekt, dass das Partikelmaterials nach der Fluidisierung (durch Einschalten des Beschichters (5)) über den Reservoirrand läuft, stark verkleinert ist.
Durch ein kurzes Anschwingen des Vorratsbehälters (2) in einer angekippten Stellung ist es zusätzlich möglich, den Schüttkegel (10) weiter zu optimieren und/oder etwas Partikelmaterial abzuwerfen, bevor der Beschichter (5) wieder in seine Winkelposition zum Beschichten gebracht wird (Fig. 7).
Ein Abheben der Beschichterklinge (2) um eine Distanz (801) vom Baufeld (600) erfolgt beispielsweise durch Schwenken der Klinge. Dies ist in Figur 8 gezeigt. Links ist der Beeschichter (5) im Betrieb gezeigt und rechts in einem abgehobenen Zustand. Beim herkömmlichen Beschichter ist hierzu eine Anhebevorrichtung oder eine Absenkung des Baufelds nötig, um einen hinreichenden Abstand zu erzielen. Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann nun durch den Aktor die Klinge (1) leicht geschwenkt werden und zwar so weit, dass eine Distanz (801) zum Baufeld (600) erzielt wird. Bezugszeichenliste:
Klinge
Vorratsbehälter
Drehpunkt Beschichter
Huberzeugung
Beschichter
Anlenkpunkt
Aktorbewegung zur Winkeleinstellung
Schwingung
Verschluss
Schüttkegel
Baufeld
Beschichterwinkel
Schichtdicke
Endschichtdicke
Abhebedistanz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, mittels einer Vorrichtung auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahren wird, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingung mittels eines Hubes durch einen linearen Aktor erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktor im Vergleich zur Schwingamplitude einen mindestens 3 mal so großen Hub erzeugen kann.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Huberzeugung elektrisch, elektrodynamisch, elektrostatisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Anlenkung des Beschichters an der Vorrichtung an mindestens einem Drehpunkt erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Justierung eines Beschichterwinkels zum Baufeld ohne Verschiebung von Anlenkungspunkten und ggf. während eines Beschichtungsprozesses erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Justierung des Beschichterwinkels durch Verschieben einer Startposition des Aktors erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschichtung in beiden Verfahrrichtungen möglich ist.
8. Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, auf ein Baufeld, wobei ein Beschichter, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter, vorgesehen ist und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugenden linearer Aktor vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktor im Vergleich zu einer Schwingamplitude einen mindestens 3 mal so großen Hub erzeugen kann, vorzugsweise
dadurch gekennzeichnet, dass zur Huberzeugung elektrische, elektrodynamische, elektrostatische, pneumatische, hydraulische und/oder mechanische Systeme vorgesehen sind, vorzugsweise
dadurch gekennzeichnet, dass
der Beschichter an der Vorrichtung an mindestens einem Drehpunkt angelenkt ist, vorzugsweise
dadurch gekennzeichnet, dass
an einem äußeren, dem Aktor entgegengesetzten Bereich der maximalen Schwingamplitude ein der Klinge entsprechendes Gegenstück zum Verschließen einer Öffnung des Beschichters vorgesehen ist.
10. Beschichter zum Auftragen von Fluiden, insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Formkörper, auf ein Baufeld, umfassend eine Klinge, einen Fluidauslass und einen Vorratsbehälter und wobei die Klinge über dem Baufeld derart verfahrbar ist, dass sie eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Erzeugen der Schwingung ein einen Hub erzeugenden linearer Aktor vorgesehen ist.
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