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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Säuberung generativ gefertigter Teile nach deren Herstellung spielt insbesondere bei generativ hergestellten Teilen, die häufig aus einem aus Partikeln bestehenden, beispielsweise körnigen oder pulvrigen Material hergestellt werden, eine große Rolle. Derartige Teile können zum Beispiel Sandkerne sein. In Gießereien werden Sandkerne häufig in einer Serienfertigung zur Herstellung von Gussteilen in hoher Stückzahl benötigt. Typische Branchen für derartige Gussteile sind beispielsweise die Luft- und Raumfahrt, die Medizin oder der Maschinen- und Anlagenbau.
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Bei der generativen Fertigung von Sandkernen wird oft ein pulverbettbasiertes Verfahren eingesetzt. Das Bauteil wird durch das Aufbringen von Pulverschichten und deren stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Eine aufgetragene Pulverschicht kann beispielsweise durch einen Druckkopf an bestimmten Stellen mit Bindemitteln verknüpft werden und gegebenenfalls unter Zuführung von Energie verfestigt werden. Der Vorgang wird iterativ wiederholt. Somit entsteht im Pulverbett ein harter Sandkern, dessen Kontur von den einzelnen Schichten gebildet wird. Um den Sandkern herum verbleibt loser Sand, der am Sandkern anhaftende Rückstände bilden kann. Um den Sandkern entnehmen zu können, muss der feste Sandkern vom losen Sand befreit werden. Es muss drauf geachtet werden, dass der Sandkern dabei nicht beschädigt wird. Die Säuberung muss daher genau und insbesondere in der Serienfertigung schnell durchgeführt werden.
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Dies wird konventionell häufig durch den Einsatz von industriellen Saugern oder durch Druckluftstationen erreicht. Auch die Anwendung von Gitterelementen, die als Sieb dienen, findet in der Industrie Anwendung.
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Die
US 2005/0161146 A1 offenbart ein Verfahren, in dem ein aus mehreren Schichten bestehendes Teil durch thermische Verbindung der Schichten hergestellt wird.
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Weiterhin beschreibt die
US 2016/0228975 A1 ein Verfahren zur generativen Fertigung eines Produkts aus einem Pulverbett. Dabei wird ein zur Verbindung verschiedener Bereiche des Pulvers verwendetes Werkzeug nach der generativen Fertigung in eine weitere Arbeitsposition bewegt, um das entstandene Produkt nochmals zu bearbeiten.
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Die
DE 10 2013 215 748 A1 beschreibt eine Anlage, in der loses Pulvermaterial aus einem Pulverbett abgesaugt wird. Hierbei wird ein höhenverstellbarer Sauger verwendet.
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In der
DE 34 24 000 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Sand an Gussteilen vorgestellt. Dabei wird eine Schwingfördereinrichtung verwendet, die mit einem Abklopfelement gekoppelt ist.
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Die
WO 2014/009376 A1 zeigt ein weiteres Verfahren zur Trennung eines generativ hergestellten Teils von losem, unverfestigtem Partikelmaterial. Das lose Partikelmaterial wird nach unten hin aus einem das hergestellte Teil beinhaltenden Bauraum abgelassen.
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In der Offenlegungsschrift
WO 2007/139938 A2 wird eine Verwendung von Lochplatten vorgeschlagen, durch die Materialpartikel abführbar sind.
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In
CN 205816336 U wird eine Vorrichtung zur Entfernung von Pulverrückständen im Anschluss an ein 3D-Druckverfahren beschrieben. Das hergestellte Teil kann hierzu mit einem rotierbaren Werkstückträger gewendet werden. Ferner ist eine Vibrationseinheit vorgesehen, um das Teil zusätzlich in Vibration zu versetzen.
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Die bekannten Lösungen sind für den Einsatz in einer Serienfertigung jedoch nicht geeignet. Die Verfahren erfordern viel Zeit und eignen sich kaum für eine Fleißfertigung. Die Kosten für die Säuberung sind, bedingt durch hohen Einsatz an Energie und Personal, hoch und stellen somit ein Problem für die Serienfertigung dar. Ferner ist häufig eine Nachbearbeitung mit feineren Werkzeugen erforderlich, um den Sandkern vom restlichem losen Sand vollständig zu befreien. Diese Nachbearbeitungen führen dazu, dass die Fertigungszeit und die Fertigungskosten weiter steigen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils zu schaffen, mit dem die Säuberung schnell, sicher und mit geringem Aufwand erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils, umfassend die Schritte:
- - generative Herstellung des Teils aus einem rieselfähigen Material;
- - Entfernung von Rückständen des rieselfähigen Materials unter Verwendung eines Reinigungswerkzeug zur Zuführung von mechanischer Energie in das Teil.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Steuerungsdaten aus CAD-Daten des Teils abgeleitet werden und die mechanische Energie unter Nutzung der Steuerungsdaten entlang einer Kontur des Teils mit dem Reinigungswerkzeug in das Teil eingebracht wird.
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Die dem Teil zugeführte mechanische Energie bewirkt eine Trennung des noch an dem Teil anhaftenden rieselfähigen Materials von dem Teil. Die mechanische Energie kann direkt oder indirekt dem Teil zugeführt werden. Eine direkte Zuführung der mechanische Energie durch das Reinigungswerkzeug kann beispielsweise unter Kontakt des Teils mit dem Reinigungswerkzeug erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Kontaktierung des Teils mit einer Haftoberfläche oder einem flexiblen Reinigungsabschnitt des Reinigungswerkzeugs erfolgen. Eine indirekte Übertragung der mechanischen Energie auf das Teil kann beispielsweise durch Übertragung der mechanischen Energie durch die Luft, beispielsweise durch Schallwellen, erfolgen. Auch ein Luftstrom oder in Richtung des Teils beschleunigte starre Körper können zur indirekten Übertragung der mechanischen Energie dienen. Ferner kann mechanische Energie zunächst von dem Reinigungswerkzeug auf eine dem Teil vorgelagerte Struktur, beispielsweise eine Halterungsstruktur, mit der das Teil gehalten wird, übertragen werden und dann auf das Teil.
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Die CAD-Daten des Teils können geometrische aber auch werkstofftechnische Informationen über das Teil enthalten. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese CAD-Daten zur gezielten und effektiven Einbringung der mechanischen Energie in das Teil entlang seiner Kontur zu nutzen. Die Steuerungsdaten, die aus den CAD-Daten hierfür abgeleitet werden, können beispielsweise Soll-Vorgaben für eine Wirkrichtung oder auch eine Intensität der einzubringenden mechanischen Energie umfassen. Dem Fachmann ist ohne weiteres verständlich, dass die Steuerungsdaten in einer entsprechenden Steuerungseinrichtung verarbeitet werden müssen, die gegebenenfalls auf geometrische und prozesstechnische Informationen über eine umgebende Produktionsanlage zugreift. Die Steuerungsdaten werden zur Ansteuerung des Reinigungswerkzeugs und gegebenenfalls weiterer Betriebsmittel verwendet. Unter Nutzung der Steuerungsdaten wird dann gewährleistet, dass die mechanische Energie immer derart auf die Kontur des Teils einwirkt, dass eine optimale Ablösung des noch anhaftenden rieselfähigen Materials erzielt wird.
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Wird die mechanische Energie beispielsweise in Form mechanischer Schwingungen auf die Kontur des Teils aufgebracht, so können die Steuerungsdaten eine Amplitude und Frequenz der mechanischen Schwingungen und gegebenenfalls eine Emissionsrichtung umfassen, wenn das Reinigungswerkzeug die Schwingungen, beispielsweise Schallwellen, gerichtet emittiert. Unter Nutzung der geometrischen und zusätzlich werkstofftechnischen Informationen aus den CAD-Daten können die Schwingungen derart gesteuert werden, dass eine effektive Übertragung auf das Teil erreicht wird. Wird in einem weiteren Beispiel die mechanische Energie durch einen Luftstrom oder auch beschleunigte starre Körper auf das Teil aufgebracht, so können beispielsweise ein Volumenstrom, Druck oder Unterdruck, Strahlgeschwindigkeit sowie Wirkrichtung des Luftstroms oder Flugrichtung der starren Körper in den Steuerungsdaten enthalten sein. unter Nutzung der CAD-Daten gezielt auf das vorliegende Teil und seine Kontur angepasst werden.
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Das Verfahren der Erfindung bietet den Vorteil, dass die mechanische Energie immer optimal auf das vorliegende zu reinigende Teil angepasst in das Teil eingeleitet werden kann. Mit anderen Worten erfolgt die Säuberung unter Verrichtung mechanischer Arbeit an dem Teil von außen bzw. entlang dessen Kontur. Insbesondere in der Serienfertigung bietet das Verfahren der Erfindung den Vorteil, dass auch unterschiedliche Teile mit unterschiedlichen Konturen schnell hintereinander gesäubert werden können, wobei in Form der Steuerungsdaten, die aus den jeweiligen CAD-Daten abgeleitet werden, stets eine auf das jeweilige Teil angepasste mechanische Energieübertragung erfolgt. So können auch verwinkelte Teile, die auch Hinterschneidungen aufweisen können, effektiv und vollständig gereinigt werden. Das Verfahren lässt sich auch besonders einfach automatisieren. All dies erfolgte darüber hinaus mit besonders geringem Aufwand, da die für eine bestimmte Kontur eines Teils benötigten Steuerungsdaten lediglich einmal aus den CAD-Daten abgeleitet werden müssen und dann immer wieder verwendbar sind. Angemerkt sei, dass als Reinigungswerkzeug grundsätzlich jedes dem Fachmann bekannte Reinigungswerkzeug unter Ausnutzung eines auf mechanischer Energieübertragung basierenden Reinigungsprinzips für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist. Weitere Ausführungsbeispiele werden im Folgenden noch näher beschrieben.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Teil und das Reinigungswerkzeug wenigstens einmal relativ zueinander ausgerichtet werden, während die mechanische Energie in das Teil eingebracht wird. Mit anderen Worten wird eine relative Position oder auch Orientierung des Reinigungswerkzeugs und des Teils verändert, so dass der Eintrag der mechanischen Energie der Kontur folgt.
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So kann die mechanische Energie durch die relative Ausrichtung auch einer komplexen und sich ändernden Kontur des Teils folgend auf das Teil aufgebracht werden. Dies führt zu einer signifikant erhöhten Effektivität der Säuberung des Teils und erhöht entsprechend die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Teil zumindest zeitweise in wenigstens einem translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgrad bewegt wird, während die mechanische Energie in das Teil eingebracht wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann das Teil also transversal in Bezug auf das Reinigungswerkzeug verfahren werden oder auch um eine oder mehrere Raumachsen gedreht werden, um seine Konturen für das Reinigungswerkzeug aus verschiedenen Richtungen zugänglich zu machen.
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Dies bietet den Vorteil, dass der anlagentechnische Aufwand zur Durchführung des Verfahrens reduziert wird, da das Reinigungswerkzeug nicht selbst translatorisch verfahren werden muss. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren auch besonders gut in einer Serienproduktion einbinden, in der das zu reinigende Teil in der Regel ohnehin bewegt wird. Bevorzugt wird das Teil translatorisch relativ zu dem Reinigungswerkzeugverfahren und dabei zusätzlich um eine der translatorischen Verfahrrichtung entsprechenden Achse rotatorisch bewegt. Auf diese Weise ist für das Reinigungswerkzeug die komplette Oberfläche des Teils erreichbar, ohne dass das Reinigungswerkzeug dafür selbst bewegt werden muss.
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Um die Flexibilität und Effektivität des Reinigungsverfahrens weiter zu erhöhen, kann das Reinigungswerkzeug zusätzlich hinsichtlich seines Abstands von der zu reinigenden Kontur des Teils verlagert werden oder auch geschwenkt werden. So kann eine Wirkrichtung, in der die mechanische Energie auf das Teil aufgebracht wird, in Bezug auf die zu reinigende Kontur angepasst werden.
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Dies kann insbesondere Vorteile bieten, wenn das Reinigungswerkzeug zur Übertragung der mechanischen Energie auf das Teil ein beschleunigtes Medium, beschleunigte Festkörper oder auch eine Haftoberfläche oder einen flexiblen Reinigungsabschnitt vorsieht, mit denen das Teil direkt mechanisch kontaktiert wird.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Sensor zur Erfassung der Kontur des Teils relativ zum Reinigungswerkzeug verwendet wird und die Messdaten des Sensors in einen Regelkreis zur Verfolgung der Kontur eingebunden werden. Der Sensor kann beispielsweise ein Näherungssensor oder ein optischer Sensor sein. Rein exemplarisch kann, wenn das Reinigungswerkzeug die mechanische Energie mittels eines Luftstroms auf die Kontur des Teiles aufbringt, ein optischer Abstandssensor zur Regelung eines korrekten Abstands, beispielsweise einer Düse, von der Kontur verwendet werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form von Schallwellen in das Teil eingebracht wird. Die Schallwellen können beispielsweise als Körperschall oder auch als Luftschall auf das Teil übertragen werden. Das Reinigungswerkzeug kann hierfür eine entsprechende Schallquelle aufweisen. Beispielsweise kann das Reinigungswerkzeug einen Abschnitt eines Transportbandes oder eines Werkstückträgers des Teils kontaktieren. In Abhängigkeit davon, welcher Abschnitt der Kontur des Teils gerade einen Kontaktbereich des Reinigungswerkzeugs mit dem Transportband oder dem Werkstückträger passiert, wird dann ein an den Konturabschnitt des Teils angepasstes Schallsignal erzeugt. Die Anpassung kann beispielsweise hinsichtlich der Amplitude und Frequenz des Schallsignals erfolgen. Die Schallquelle kann auch eine Membran umfassen, welche relativ zu der Kontur positioniert ist, und Schallwellen über die Luft auf die Kontur des Teils zielgerichtet überträgt.
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In vorteilhafter Weise kann die Säuberung so ohne direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Reinigungswerkzeug und dem Teil selbst erfolgen, so das Verschleißerscheinungen vermieden werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig mittels eines Luftstroms in das Teil eingebracht wird. Der Luftstrom kann sowohl durch einen von dem Reinigungswerkzeug erzeugten Überdruck, als auch einen Unterdruck hervorgerufen werden. Mit anderen Worten kann der Luftstrom eine Gebläsefunktion oder eine Absaugfunktion übernehmen.
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Dies bietet den Vorteil, dass die mechanische Energie lokal auf einen Bereich der Kontur konzentriert einwirken kann. Die Reinigungsleistung kann so entsprechend gesteigert werden. Ferner kann loses rieselfähiges Material im selben Arbeitsschritt abgesaugt oder fortgeblasen werden.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig mittels beschleunigter starrer Körper in das Teil eingebracht wird. beispielsweise kann das Teil mit dem Reinigungswerkzeug mit Kugeln bestrahlt werden.
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Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise in Grenzbereichen einer Fügezone, in der das generativ hergestellte Teil auf das als Rückstände anhaftende und im umgebenden Pulverbett vorhandene rieselfähige Material trifft, verfestigte Bereiche, die eine Art Grat bilden können, sauber entfernt werden. Zusätzlich bewirken die durch die Kugeln in das Teil eingetragenen mechanischen Schwingungen ein Ablösen des übrigen anhaftenden rieselfähigen Materials.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form einer Anpresskraft über eine Haftoberfläche des Reinigungswerkzeugs in das Teil eingebracht wird. Die Haftoberfläche kann beispielsweise von einem durch das Reinigungswerkzeug geführten Klebeband gebildet sein, welches das anhaftende rieselfähige Material von den Konturen des Teils abnimmt.
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Auf diese Weise wird das abgenommene rieselfähige Material an Ort und Stelle gebunden und kann nicht in die Umgebung gelangen. Die Entsorgung des abgenommenen rieselfähigen Materials wird so vereinfacht.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form von Gleitreibung über einen flexiblen Reinigungsabschnitt des Reinigungswerkzeugs in das Teil eingebracht wird. Der flexible Reinigungsabschnitt kann beispielsweise eine Bürste oder ein Pinsel sein.
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Dies bietet beispielsweise bei empfindlichen Konturen den Vorteil, dass eine schonende Entfernung des noch anhaftenden rieselfähigen Materials erfolgen kann. Eine Bürste oder ein Pinsel gelangt zudem auch in sehr feine Oberflächenstrukturen des Teils
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das in dem Verfahren gereinigte generativ gefertigte Teil ein generativ hergestellter Sandkern ist. Das rieselfähige Material ist in diesem Fall Sand.
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Da Sandkerne insbesondere in Gießereiprozessen in Serie eingesetzt werden und somit in großen Stückzahlen benötigt werden, bietet das erfindungsgemäße Verfahren hier besondere Potenziale. Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen aus rieselfähigen Materialien hergestellten Teilen umgesetzt werden.
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Im Folgenden werden unterschiedliche Varianten, in denen mechanische Energie auf die Konturen des Teils aufgebracht werden kann, in Ergänzung zu dem oben Gesagten nochmals mit anderen Worten beschrieben. Es wird darüber hinaus offenbart, dass die unterschiedlichen Varianten, in denen mechanische Energie auf die Konturen des Teils aufgebracht werden kann, auch ohne Verwendung von Steuerungsdaten, die aus den CAD-Daten des Teils abgeleitet worden sind, eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäßen Vorteile, wonach die mechanische Energie schnell, flexibel und sicher entlang unterschiedlicher Konturen in unterschiedliche Teile einbringbar ist, können so jedoch nicht erreicht werden. Gleichwohl können die im folgenden beschriebenen Varianten zur Ausgestaltung des Reinigungswerkzeugs und der Art und Weise der Aufbringung der mechanischen Energie im oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen werden.
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So kann in einer ersten Variante ein Transportband mit Ultraschall beschallt werden. Durch kleine Schubspannungen, die in Festkörpern durch Ultraschall entstehen, wird der lose Sand vom Sandkern getrennt. Die Gravitation sorgt dafür, dass die losen Sandpartikel nach unten hin beschleunigt werden. Somit fällt der lose Sand herab in einen Auffangbehälter. In einer Erweiterung der ersten Variante wird eine Sonotrode verwendet. Die Sonotrode stellt eine Schallbrücke vom Ultraschallgenerator zum Werkstück her und kann gegebenenfalls die Intensität der Ultraschallschwingung anpassen. Die Sonotrode wird mit einem Träger des Sandkerns in Kontakt gebracht. Folglich trennt sich der überstehende lose Sand vom festen Sandkern. Durch Spalte im Transportband kann der herunterfallende Sand aufgefangen und wiederverwendet werden.
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In einer zweiten Variante wird ein Luftstrom, beispielsweise über einen Torluftschleier verwendet. Der Torluftschleier sorgt dafür, dass der Sandkern mit belüftet wird. Die Zirkulation der Luft sorgt dafür, dass der lose Sand hinabfällt und somit sich vom Sandkern löst. Eine Erweiterung der zweiten Variante ist das Anbringen einer verfahrbaren Luftdüse, die beispielsweise einen Luftvorhang erzeugt. Die Luftdüse wird an einem Außenring befestigt. Durch diese Anordnung kann jede Oberflächenposition am Bauteil mit Druckluft beaufschlagt werden. Durch Manipulation der Lage des Sandkerns können auch Hinterschnitte und geometrische Überhänge vom losen Sand befreit werden.
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In einer dritten Variante wird der Sandkern mit kleinen Kugeln beschossen. Die Geschwindigkeit und materielle Zusammensetzung der Kugeln wird je nach den Eigenschaften des Sandkerns bestimmt. Der Beschuss wird aus verschiedenen Richtungen durchgeführt, so dass die Oberfläche und eventuelle Hinterschnitte vollständig vom losen Sand befreit werden.
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In einer vierten Variante wird der Sand durch Luftschall in Schwingung versetzt. Durch diese Schwingung fällt der lose Sand vom Sandkern ab. Hierbei werden alle Sandkörner, die nicht in festen Verbindungen eingegangen sind, in Bewegung gesetzt. Um den Sand aus Kanalleitungen im Sandkern oder ähnlichem herauszulösen, muss der Kern gewendet werden. Hierbei kann das Sandbett auf einer dünnen Metallplatte platziert werden, um die Schallwellen auf den Sandkern zu reflektieren.
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In einer fünften Variante werden mit einem Sauger die Konturen des Sandkernes abgefahren. Als Ausgestaltung der fünften Variante, kann der Sauger mit einer Lichtschranke verknüpft werden und so die Oberfläche der Sandkerne abfahren. Die Lichtschranke kann auch unter Anwendung von Luftschleusen verwendet werden, durch die der Sandkern hindurchbewegt wird.
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Als sechste Variante wird ein Klebeband am Sandkern angebracht, welches den losen Sand vom Sandkern entfernt. Die Zusammensetzung des Klebstoffes kann je nach Eigenschaften des Sandkernes und des vorhandenen Bindemittels, mit dem die Sandkörner verbunden sind, bestimmt werden.
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Als siebte Variante ist der Einsatz von einem Pinsel der mit einem Sensor verknüpft ist vorgesehen. Dieser fährt die Oberfläche des Sandkerns ab. Der Sensor hilft hierbei, die Oberfläche des Sandkernes vom losen Sand zu unterscheiden.
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In allen Varianten ist der Sandkern vorzugsweise in seiner Position durch eine Drehung veränderbar, um vorhandene Hinterschnitte oder sich in den Sandkern erstreckende Strukturen vom losen Sand befreien zu können.
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Abschließend sei nochmals mit anderen Worten zusammengefasst, das die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung eines Teils betrifft, das in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt wird und an dem rieselfähiges Material aus dem Herstellungsprozess anhaftend verbleibt. Zur Entfernung des anhaftenden Materials wird mechanische Energie auf das Teil aufgebracht, um die anhaftenden Rückstände zu lösen. Der Eintrag der mechanischen Energie in das Teil wird dabei unter Verwendung eines Reinigungswerkzeugs vollzogen. Zur Steuerung des Energieeintrags in das Teil über das Reinigungswerkzeug werden CAD-Daten des Teils ausgewertet und Steuerungsgrößen extrahiert. Der Eintrag der mechanischen Energie lässt sich so auf eine spezifische vorliegende Kontur des zu reinigenden Teils flexibel anpassen.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 2 unterschiedliche Varianten zum Eintrag mechanischer Energie in das Teil zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei im oberen Teil von Figur 1ein erster Verfahrensschritt, im mittleren Teil von Figur 1ein zweiter Verfahrensschritt und im unteren Teil von Figur 1ein dritter Verfahrensschritt gezeigt ist.
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Im ersten Verfahrensschritt wird ein Teil 10 aus einem rieselfähigen Material 12 in einem bekannten generativen Fertigungsverfahren hergestellt. Bei dem rieselfähigen Material 12 handelt es sich um Sandkörner, die zunächst in Form gepresst werden und dann mit einem Bindemittel in einem Bereich versehen werden, welcher der Form das herzustellenden Teils 10 entspricht. Das Bindemittel wird dann unter Zuführung von thermischer Energie ausgehärtet. Nach Abschluss dieser hier nicht dargestellten an sich bekannten Schritte liegt das Teil 10 vor. Das Teil 10 ist hier ein Sandkern 52. Wenn auch nur exemplarisch für ein Teil 10 dargestellt, so werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl von Sandkernen 52 in einem Serienverfahren hergestellt.
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Das Teil 10 wird im zweiten Verfahrensschritt mit einem Transportband 14 in einem translatorischen Freiheitsgrad 16 bewegt. Das Teil 10 ist mit einer Haltevorrichtung 18 an dem Transportband 14 gelagert und über die Haltevorrichtung 18 in einem weiteren rotatorischen Freiheitsgrad 21 drehbar.
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Wie auch im ersten Verfahrensschritt zu sehen, ist auch im zweiten Verfahrensschritt erkennbar, dass noch rieselfähiges Material 12 an einer äußeren Oberfläche des Teils 10 anhaftet. Zur Entfernung dieser Rückstände 20 des rieselfähigen Materials 12 ist ein Reinigungswerkzeug 22 vorgesehen. Das Reinigungswerkzeug 22 ist entlang einer ersten Achse 24 höhenverstellbar und um eine zweite Achse 26 herum drehbar.
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Somit sind das Teil 10und das Reinigungswerkzeug 22 relativ zueinander ausrichtbar. Bewegungen des Teils 10bzw. Transportbandes 14 und des Reinigungswerkzeugs 22 werden von einer Steuerungseinrichtung 28 gesteuert.
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Zur Entfernung der Rückstände 20 führt das Reinigungswerkzeug 22 dem Teil 10mechanische Energie 30 zu. In dem vorliegenden Beispiel ist das Reinigungswerkzeug 22 als Sauger 32 ausgebildet. Die mechanische Energie 30 wird dem Teil 10daher mittels eines Luftstroms 34 zugeführt. Der Luftstrom 34 wird infolge eines durch den Sauger 32 erzeugten Unterdrucks erzeugt, wobei angesagte Luft 36 das Teil 10umströmt und somit Reibungskräfte auf das Teil 10überträgt. Somit wird mechanische Energie 30 auf das Teil 10 übertragen. Die das Teil 10umströmende Luft 36 saugt die Rückstände 20 des rieselfähigen Materials 12dabei von dem Teil 10 ab.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, hat das Teil 10in dem vorliegenden Beispiel eine dreieckige Kontur 38. Die Steuerungseinrichtung 28 verfügt über CAD-Daten 40 des Teils 10. Die CAD-Daten 40 umfassen geometrische Daten zur Kontur 38 des Teils 10, aber auch werkstofftechnische Daten des Teils 10. Aus diesen CAD Daten 40 leitet die Steuerungseinrichtung 28 Steuerungsdaten 42 ab. Diese Steuerungsdaten 42 werden an das Reinigungswerkzeug 22 und auch an das Transportband 14 sowie die Haltevorrichtung 18 geliefert. Auf Grundlage der Steuerungsdaten 42 werden die eben angesprochenen Komponenten derart bewegt, dass die mechanische Energie 30 entlang der Kontur 38 des Teils 10 mit dem Reinigungswerkzeug 22 in das Teil 10 eingebracht wird. Beispielsweise wird der Sauger 32 hinsichtlich seiner Bewegung entlang der ersten Achse 24 und um die zweite Achse 26 gesteuert und außerdem hinsichtlich seiner Saugleistung gesteuert. So wird zum einen stets eine optimale Position und Orientierung einer Düse 44 des Saugers 32 relativ zur Kontur 38 des Teils 10 gewährleistet. Dies erfolgt unter Abstimmung mit einer Drehbewegung im rotatorischen Freiheitsgrad 21 um eine Drehachse 46 der Haltevorrichtung 18, in Kombination mit der Bewegung des Transportbands 14 im translatorischen Freiheitsgrad 16. Zum anderen wird aus den werkstofftechnischen Daten, die ebenfalls aus den CAD-Daten 40 zur Erstellung der Steuerungsdaten 40 abgeleitet werden, anhand einer spezifischen Anhaftung des rieselfähigen Materials 12an dem Teil 10die Saugleistung des sauber 32 und dessen optimale Abstand zur Oberfläche bzw. der Kontur 38 des Teils 10gesteuert.
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In dem vorliegenden Beispiel hat das Reinigungswerkzeug 22 zusätzlich einen Sensor 48. Bei dem Sensor 48 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um einen auf Ultraschall basierenden Annäherungssensor. Dieser ist ausgebildet, die Kontur 38 des Teils 10relativ zum Reinigungswerkzeug 22 zu erfassen. Messdaten 50 des Sensors 48 werden an die Steuerungseinrichtung 28 geschickt und können beispielsweise zur Realisierung eines Regelkreises zur sicheren Verfolgung der Kontur 38 verwendet werden.
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In einem dritten Verfahrensschritt wird das von den Rückständen 20 des rieselfähigen Materials 12 vollständig befreite Teil 10 einem nachgelagerten Produktionsverfahren zugeführt. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Teil 10rein exemplarisch um einen generativ hergestellten Sandkern 52. Dieser kann nun beispielsweise als Einlegekern in einem Gießverfahren weiterverwendet werden.
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2 zeigt unterschiedliche Varianten zur Nutzung mechanischer Energie 30, um das Teil 10 aus 1 zu säubern. Die in 2 gezeigten Varianten können die im Verfahrensschritt zwei aus 1 gezeigte Variante mit dem Sauger 32 ersetzen oder ergänzen. Die in 2 gezeigten Reinigungswerkzeuge 22 können dabei analog zum Reinigungswerkzeug 22 aus 1 in unterschiedlichen Achsen beweglich sein. Die sonstigen Komponenten, beispielsweise das Transportband 14 und die Haltevorrichtung 18 entsprechen jenen aus der 1 und werden in 2 daher nicht nochmals im Detail erläutert.
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2A zeigt eine Variante, in der das Reinigungswerkzeug 22 ausgebildet ist, Schallwellen 54 zu erzeugen. Die Schallwellen 54 werden über die Haltevorrichtung 18 oder über das Transportband 14 von dem Reinigungswerkzeug 22 als mechanische Energie 30 auf das Teil 10 übertragen. In Abhängigkeit von der Kontur 38 des Teils 10 kann im Falle der Schallwellen 54 mit den Steuerungsdaten 42 beispielsweise eine Amplitude und eine Frequenz spezifisch angepasst werden. Hierzu kann beispielsweise die Eigenfrequenz des Teils 10 anhand der CAD-Daten 40 ermittelt werden.
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2B zeigt eine weitere Variante, in der das Reinigungswerkzeug 22 ebenfalls ausgebildet ist, Schallwellen 54 zu erzeugen. In der in 2B gezeigten Variante werden die Schallwellen jedoch nicht direkt in Form von Körperschall, sondern über Luft auf das Teil 10 übertragen. Die Steuerungsdaten 42 können hier ebenfalls beispielsweise eine Amplitude und eine Frequenz spezifisch anpassen. Dies gilt auch für einen Abstand des Reinigungswerkzeugs 22 von der Kontur 38
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In 2C ist eine Variante gezeigt, in der das Reinigungswerkzeug 22 ausgebildet ist, die mechanische Energie 30 mittels beschleunigter starrer Körper 56 in das Teil 10 einzubringen. Die starren Körper 56 können beispielsweise kleine Kugeln zum Kugelstrahlen sein.
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In der in 2D gezeigte Variante würde die mechanische Energie 30 anteilig in Form einer Anpresskraft FP auf das Teil 10 übertragen. Zur Übertragung der an Presskraft FP führt das Reinigungswerkzeug 22 eine Haftoberfläche 58, vorliegend exemplarisch in Form eines Klebebandes 60, über das Teil 10.
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Schließlich ist in 2E eine Variante gezeigt, in der die mechanische Energie 30 anteilig in Form von Gleitreibung R über einen flexiblen Reinigungsabschnitt 62 des Reinigungswerkzeugs 22 in das Teil 10 eingebracht wird. Der flexible Reinigungsabschnitt 62 kann beispielsweise eine Bürste 64 sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Teil
- 12
- rieselfähiges Material
- 14
- Transportband
- 16
- translatorischer Freiheitsgrad
- 18
- Haltevorrichtung
- 20
- Rückstände
- 21
- rotatorischer Freiheitsgrad
- 22
- Reinigungswerkzeug
- 24
- erste Achse
- 26
- zweite Achse
- 28
- Steuerungseinrichtung
- 30
- mechanische Energie
- 32
- Sauger
- 34
- Luftstrom
- 36
- angesaugte Luft
- 38
- dreieckige Kontur
- 40
- CAD-Daten
- 42
- Steuerungsdaten
- 44
- Düse
- 46
- Drehachse
- 48
- Sensor
- 50
- Messdaten
- 52
- Sandkern
- 54
- Schallwellen
- 56
- starre Körper
- 58
- Haftoberfläche
- 60
- Klebeband
- 62
- Reinigungsabschnitt
- 64
- Bürste
- R
- Geleitsreibung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0161146 A1 [0005]
- US 2016/0228975 A1 [0006]
- DE 102013215748 A1 [0007]
- DE 3424000 A1 [0008]
- WO 2014/009376 A1 [0009]
- WO 2007/139938 A2 [0010]
- CN 205816336 U [0011]