DE102018008736A1

DE102018008736A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts auf einer bauplattform

Info

Publication number: DE102018008736A1
Application number: DE102018008736.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hartmann
Original assignee: Solukon Ingenieure GbR
Current assignee: Solukon Ingenieure GbR
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (1) auf einer Bauplattform (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:a) Herstellen der Bauplattform (2), und dannb) Herstellen des dreidimensionalen Objekts (1) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2), wobei zwischen der Bauplattform (2) und dem Objekt (1) eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird, und dannc) das Objekt (1) und die Bauplattform (2) über wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) in einer Spanneinrichtung (110) einer Reinigungsvorrichtung (100) gespannt werden, und dass dannd) wenigstens das Objekt (1) von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial durch die Reinigungsvorrichtung (100) gereinigt wird,Die Erfindung sieht vor, dasse) der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) während des Herstellens des Objekts (1) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2) ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts auf einer Bauplattform durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts auf einer Bauplattform durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus WO 2015/071184 A1 bekannt. Dort wird insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befreien eines auf einer Bauplattform durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts von unverfestigt gebliebenem Pulver vorgeschlagen, bei welchem die Bauplattform an einer Drehvorrichtung angebracht wird und dann die Bauplattform um einen Winkel von mindestens 90° aus der aufrechten Position heraus gedreht wird. Zusätzlich ist auch vorgesehen, das über die Bauplattform eingespannte Objekt Vibrationen auszusetzen, um loses Aufbaumaterial abzureinigen.
Nachteilig hierbei ist, dass durch Spannen der aus dem Objekt und der Bauplattform bestehenden Einheit an der Bauplattform eine meist exzentrische Einspannung dieser Einheit in Bezug auf deren geometrisches Zentrum oder deren Schwerpunkt entsteht und dann beim Drehen und/oder Rütteln der eingespannten Einheit während des Reinigungsprozesses zum einen ein relativ großer Platzbedarf notwendig ist und zum anderen auch die Lagerung der Spanneinrichtung/Dreheinrichtung/Rütteleinrichtung relativ hoch belastet wird.
Aufgabe der Erfindung
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass die oben beschriebenen Nachteile weitgehend vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts auf einer Bauplattform durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

a) Herstellen der Bauplattform, und dann
b) Herstellen des dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform, wobei zwischen der Bauplattform und dem Objekt eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird, und dann
c) das Objekt und die Bauplattform über wenigstens einen Spannabschnitt in einer Spanneinrichtung einer Reinigungsvorrichtung gespannt werden, und dass dann
d) wenigstens das Objekt von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial durch die Reinigungsvorrichtung gereinigt wird.

Das Herstellen des dreidimensionalen Objekts, wie beispielsweise eines Bauteils oder Modells erfolgt daher in einem Schichtbauverfahren mit Hilfe von Computerdaten, indem wiederholt dünne Schichten aus losem pulverförmigen Aufbaumaterial auf die Bauplattform aufgetragen werden und jede einzelne Schicht selektiv zu einem Bauteil- oder Modellquerschnitt verfestigt wird. Die Verfestigung erfolgt beispielsweise chemisch, indem mit Drucktechnologie Tröpfchen aus Kleber selektiv auf festgelegte Bereiche der Schichten aus losem pulverförmigen Aufbaumaterial aufgebracht werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, loses pulverförmiges Aufbaumaterial selektiv mit energiereicher Strahlung zu verschmelzen oder zu versintern.
Indem die erste Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials auf die Bauplattform aufgetragen und dann selektiv verfestigt wird, wird zwischen der Bauplattform und dem Objekt zugleich eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt, insbesondere eine Verklebung, wenn mit Drucktechnologie Tröpfchen aus Kleber selektiv auf festgelegte Bereiche der Schichten aus losem pulverförmigen Aufbaumaterial aufgebracht werden, oder eine Verschweißung, wenn loses Pulver selektiv mit energiereicher Strahlung zu verschmolzen oder versintert wird. Die Bauplattform und das Objekt werden bevorzugt aus demselben Material hergestellt.
Die Reinigung des Objekts von losem, nicht verfestigtem pulverförmigem Aufbaumaterial in der Reinigungsvorrichtung kann das komplette Auspacken des Objekts und der Bauplattform aus dem Pulverkuchen losen Pulvers beinhalten oder aber lediglich ein Abreinigen von Resten von losem Pulver von dem Objekt und der Bauplattform, welches nach dem Auspacken noch an dem Objekt und an der Bauplattform anhaftet.
Nach dem Verfahren der Erfindung ist vorgesehen, dass

e) der wenigstens eine Spannabschnitt während des Herstellens des Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform ausgebildet wird.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts auf einer Bauplattform durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, mit:

a) Einer Prozesskammer, in welcher das schichtweise Aufbringen und selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform erfolgt, wobei zwischen der Bauplattform und dem Objekt eine stoffschlüssige Verbindung entsteht,
b) einer Steuerung, welche das schichtweise Aufbringen und das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform steuert,
c) einer Reinigungsvorrichtung, welche wenigstens das Objekt nach der Herstellung von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial reinigt, wobei
d) das Objekt und die Bauplattform während des Reinigens in der Reinigungsvorrichtung über wenigstens einen Spannabschnitt in einer Spanneinrichtung der Reinigungsvorrichtung eingespannt sind. Erfindungsgemäß ist bei der Vorrichtung vorgesehen, dass
e) die Steuerung derart ausgebildet ist, dass der wenigstens eine Spannabschnitt während des Herstellens des Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform ausgebildet wird.

Mit anderen Worten wird der wenigstens eine Spannabschnitt, an welchem oder über welchen dann die Einheit aus Bauplattform und Objekt in der Spanneinrichtung der Reinigungsvorrichtung eingespannt wird, während der Herstellung des Objekts oder parallel mit der Herstellung des Objekts ebenfalls durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform ausgebildet oder erzeugt. Insbesondere wird schichtweise loses pulverförmiges Aufbaumaterial zur Herstellung sowohl des wenigstens einen Spannabschnitts als auch des Objekts auf die Bauplattform aufgetragen und dann verfestigt.
Insbesondere stellt der wenigstens eine Spannabschnitt keinen Abschnitt der Bauplattform dar. Die Anordnung des wenigstens einen Spannabschnitts an dem Objekt und/oder auf der Bauplattform ist dann flexibel und kann im Hinblick auf den Schwerpunkt oder ein geometrisches Zentrum der Einheit aus Bauplattform und Objekt beliebig und insbesondere nahe oder deckend in Bezug zu diesen ausgewiesenen Punkten gewählt werden. Dies ermöglicht ein platzsparendes und die Reinigungsvorrichtung weniger belastendes Spannen und Reinigen des Objekts.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform dient der wenigstens eine Spannabschnitt zu keinem anderen Zweck, als in der Spanneinrichtung der Reinigungsvorrichtung gespannt zu werden. Mit anderen Worten stellt der wenigstens eine Spannabschnitt einen zusätzlichen Abschnitt an dem Objekt oder auf der Bauplattform in Bezug auf die restlichen Abschnitte des Objekts oder der Bauplattform dar, welche in Bezug auf die Funktion der Bauplattform oder die Funktion und/oder die Ästhetik des Objekts ursprünglich vorgesehen oder notwendig sind.
Alternativ könnte der wenigstens eine Spannabschnitt auch multifunktional sein und durch einen Abschnitt des Objekts gebildet werden, wie er ursprünglich für das Objekt funktional und/oder ästhetisch vorgesehen oder notwendig ist.
Gemäß einer Weiterbildung kann der wenigstens eine Spannabschnitt separat oder räumlich getrennt vom Objekt auf der Bauplattform ausgebildet werden oder sein. Beispielsweise kann der wenigstens eine Spannabschnitt auf der Bauplattform als Block oder Platte schichtweise aufgebaut werden. Insbesondere wird der wenigstens eine Spannabschnitt auf einer zum Objekt weisenden Oberfläche der Bauplattform erzeugt bzw. angeordnet.
Gemäß einer Fortbildung dieser Maßnahme kann der wenigstens eine Spannabschnitt dann auf der Bauplattform belassen, d.h. auch nach dem Abtrennen des Objekts von der Bauplattform nicht von dieser getrennt werden und die Bauplattform zusammen mit dem wenigstens einen Spannabschnitt als Bauplattform zur Herstellung wenigstens eines weiteren dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von pulverförmigem Aufbaumaterials auf dieser Bauplattform verwendet werden. Dann muss der wenigstens eine Spannabschnitt lediglich ein einziges Mal auf der Bauplattform hergestellt werden.
Insbesondere kann das Objekt daher vor oder nach dem Reinigen von der Bauplattform getrennt werden.
Alternativ kann der wenigstens eine Spannabschnitt auch direkt an dem Objekt ausgebildet sein oder werden. Dabei kann der wenigstens eine Spannabschnitt vor oder nach dem Reinigen des Objekts von dem Objekt getrennt oder an dem Objekt belassen werden, beispielsweise dann, wenn wie oben bereits beschrieben der wenigstens eine Spannabschnitt multifunktional ist und durch einen Abschnitt des Objekts gebildet wird, wie er ursprünglich für das Objekt funktional und/oder ästhetisch vorgesehen oder notwendig ist.
Besonders bevorzugt erfolgt das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials mittels energiereicher Strahlung wie beispielsweise mittels elektromagnetischer Strahlung oder Laserstrahlung. Dann ist eine energiereiche Strahlung erzeugende Strahlungsquelle vorgesehen, wobei das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials mittels der energiereichen Strahlung erfolgt. Alternativ kann wie oben beschrieben auch ein Kleber zum Verfestigen verwendet werden. Dann ist eine Dosiereinrichtung zum Verteilen des Klebers auf der jeweiligen Pulverschicht vorgesehen.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme wird oder ist zum Spannen der Einheit aus Bauplattform und Objekt mittels der Spanneinrichtung während des Herstellens des wenigstens einen Spannabschnitts in dem wenigstens einen Spannabschnitt wenigstens eine Öffnung ausgebildet, in Bezug zu welcher wenigstens ein mittels eines Aktuators antreibbarer Spanndorn der Spanneinrichtung in eine in die Öffnung eingefahrene Position und in eine aus der Öffnung ausgefahrene Position betätigt wird oder betätigbar ist, wobei der wenigstens eine Spannabschnitt in der in die Öffnung eingefahrenen Position des Spanndorns an der Spanneinrichtung formschlüssig gespannt und in der aus der Öffnung ausgefahrenen Position des Spanndorns von der Spanneinrichtung gelöst ist.
Der Spanndorn und der diesen treibende Aktuator bilden dann Bestandteile der Spanneinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung wird oder ist wenigstens eine erste, mit einem ersten Spanndorn zusammen wirkende Öffnung und wenigstens eine zweite, mit einem zweiten, vom ersten Spanndorn separaten Spanndorn zusammen wirkende Öffnung ausgebildet, wobei die Mündungen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung voneinander weg weisen und wobei der erste Spanndorn und der zweite Spanndorn jeweils gegenläufig in die eingefahrene Position und in die ausgefahrene Position betätigt werden. Hieraus ergibt sich wegen der dann an gegenüberliegenden Seiten der Einheit aus Objekt und Bauplattform angeordneten Paare aus Öffnung und Spanndorn/Aktuator eine besonders steife Einspannung der Einheit aus Bauplattform und Objekt. Selbstverständlich können solche Paare von Öffnung und Spanndorn/Aktuator auch an mehr als zwei Seiten der Einheit aus Bauplattform und Objekt vorgesehen werden.
Gemäß einer Weiterbildung werden oder sind die wenigstens eine Öffnung und der wenigstens eine Spanndorn derart ausgebildet, dass sie ineinandergreifende, komplementär konische Querschnitte aufweisen. In diesem Fall wird die Einheit aus Bauplattform und Objekt vorteilhaft zentriert, wenn ein konischer Spanndorn in die Öffnung eintaucht und sich dann die konisch geformte radial äußere Umfangsfläche des Spanndorns an die komplementär konisch geformte radial innere Umfangsfläche der Öffnung anlegt.
Der wenigstens eine Aktuator, welcher den Spanndorn antreibt kann beispielsweise durch einen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch getriebenen Stellzylinder oder durch einen elektrischen Stellmotor gebildet werden.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme kann die Reinigungsvorrichtung eine Druckmittel-Reinigungseinrichtung aufweisen, welche in einem Druckmittelkanal einen reinigenden Druckmittelstrahl erzeugt, wobei eine Mündung des Druckmittelkanals wenigstens auf das Objekt gerichtet ist und mit Hilfe von aus der Mündung austretendem Druckmittel das Objekt von losem und unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt wird. Bei dem Druckmittel kann es sich insbesondere um Druckluft oder ein verdichtetes Schutzgas handeln.
Eine vorteilhafte Doppelfunktion des wenigstens einen Spannabschnitts ergibt sich, wenn der Druckmittelkanal der Druckmittel-Reinigungseinrichtung in dem wenigstens einen Spannabschnitt ausgebildet ist. Dann dient der wenigstens eine Spannabschnitt nicht nur dem Spannen der Einheit oder Bauplattform und Objekt in der Spanneinrichtung sondern auch für die Leitung des Druckmittels zur Reinigung des Objekts verwendet.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Reinigungsvorrichtung auch eine Schwenkeinrichtung aufweisen, durch welche die Spanneinrichtung um wenigstens eine Achse schwenkbar ist. Wenn dann die Einheit aus Bauplattform und Objekt in der Spanneinrichtung über den wenigstens einen Spannabschnitt eingespannt ist, kann die Spanneinrichtung mittels der Schwenkeinrichtung verschwenkt werden, damit loses nicht verfestigtes Aufbaumaterial durch Schwerkrafteinwirkung von dem Objekt abfällt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Reinigungsvorrichtung eine Rütteleinrichtung aufweisen, durch welche die Spanneinrichtung in wenigstens einer Ebene in Vibrationen versetzbar ist. Diese Vibrationen erzeugen dann in den losen nicht verfestigten Partikeln des pulverförmigen Aufbaumaterials für Fliehkräfte, welche diese Partikel dann von dem Objekt ablösen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Figurenliste
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 eine perspektivische Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der Erfindung;
2 eine Seitenansicht der Reinigungsvorrichtung von 1;
3 eine Schnittdarstellung der Reinigungsvorrichtung von 1 entlang der Linie A - A von 2;

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine perspektivische Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 100 einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts 1, beispielsweise eines Bauteils auf einer Bauplattform 2 durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials gemäß der Erfindung.
Die abgesehen von der Reinigungsvorrichtung 100 hier nicht dargestellte Vorrichtung beinhaltet eine Prozesskammer einer Schichtbauvorrichtung, in welcher das schichtweise Aufbringen und selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform 2 erfolgt, wobei dann zwischen der Bauplattform 2 und dem Objekt 1 eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Die Vorrichtung beinhaltet auch eine erste elektronische Steuereinrichtung, welche das schichtweise Aufbringen und das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform 2 steuert. Weiterhin beinhaltet die Vorrichtung die hier gezeugte Reinigungsvorrichtung 100, welche wenigstens das Objekt 1 nach der Herstellung von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial reinigt. Die Reinigung soll hier lediglich das Entfernen von Restpulver betreffen, welches nach dem Auspacken der Einheit aus Objekt 1 und Bauplattform 2 aus dem Pulverkuchen noch anhaftet. Die Reinigungsvorrichtung 100 wird beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte zweite elektronische Steuereinrichtung in koordinierter Weise gesteuert, welche eine CPU beinhaltet, deren Betrieb durch ein Computerprogramm gesteuert wird.
Der Bauprozess und der Reinigungsprozess werden hier beispielsweise an voneinander getrennten Orten und in voneinander getrennten Vorrichtungen, nämlich in einer Schichtbauvorrichtung und der hier gezeigten Reinigungsvorrichtung 100 vollzogen.
Das Objekt 1 und die Bauplattform 2 sind während des Reinigens in der Reinigungsvorrichtung 100 über hier beispielsweise vier blockförmige Spannabschnitte 7a bis 7d einer Spanneinrichtung 110 der Reinigungsvorrichtung 100 eingespannt.
1 zeigt das Objekt 1 in einer Form, in welcher es durch den schichtweisen Aufbau aus dem pulverförmigen Aufbaumaterial bereits fertiggestellt ist und nun die Reinigung des Objekts 1 von losem, nicht verfestigtem pulverförmigem Aufbaumaterial in der Reinigungsvorrichtung 100 ansteht. Zuvor wurde die Bauplattform 2 als separates Bauteil hergestellt und dann das dreidimensionale Objekt 1 durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform 2 in bekannter Weise hergestellt. Im hier vorliegenden Fall wurde das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials mittels energiereicher Strahlung, hier insbesondere mittels einer Lasersinterung (Laserstrahlung) vorgenommen. Dabei ist zwischen der Bauplattform 2 und dem Objekt 1 eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt worden.
Die erste elektronische Steuereinrichtung, welche Bestandteile der Vorrichtung in koordinierter Weise und dadurch den Schichtaufbauprozess steuert und welche eine CPU beinhaltet, deren Betrieb durch ein Computerprogramm gesteuert wird, steuerte den Schichtaufbauprozess derart, dass die vier blockförmigen Spannabschnitte 7 gemeinsam mit dem Objekt 1 durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform 2 ausgebildet werden.
Mit anderen Worten wurden die hier beispielsweise vier blockförmigen Spannabschnitte, über welche dann die Einheit aus Bauplattform 2 und Objekt 1 in der Spanneinrichtung 110 der Reinigungsvorrichtung 100 eingespannt wird, ebenfalls durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform 2 in demselben Herstellprozess ausgebildet oder erzeugt, durch welchen auch das Objekt 1 geformt oder erzeugt wird.
Insbesondere stellen hier die beispielsweise vier blockförmigen Spannabschnitte 7 keinen Teil oder Abschnitt der Bauplattform 2 selbst dar. Vielmehr sind die hier beispielsweise vier blockförmigen Spannabschnitte 7a bis 7d auf einer zum Objekt 1 weisenden Oberfläche der Bauplattform 2 erzeugt worden bzw. angeordnet, aber hier beispielsweise räumlich getrennt oder separat vom Objekt 1. Die hier beispielsweise vier blockförmigen Spannabschnitte 7a bis 7d dienen beispielsweise zu keinem anderen Zweck, als in der Spanneinrichtung 110 der Reinigungsvorrichtung 100 gespannt zu werden.
Durch die Anordnung der hier beispielsweise vier blockförmigen Spannabschnitte 7a bis 7d auf der Bauplattform 2 ist dann die Einheit aus Bauplattform 2 und Objekt 1 durch die Spanneinrichtung näher am Schwerpunkt oder das geometrische Zentrum der Einheit eingespannt als dies der Fall wäre, wenn die Einheit direkt an der Bauplattform 2 wie beim Stand der Technik gespannt werden würde, wie durch 1 leicht vorstellbar ist.
Wie aus 2 und 3 hervorgeht, wird beim Urformen durch Schichtaufbau in den beispielsweise hier vier blockförmigen Spannabschnitten 4a bis 4d jeweils eine Öffnung 11a bis 11d ausgebildet, in Bezug zu welcher jeweils ein mittels eines Aktuators 4a bis 4d antreibbarer Spanndorn 10a bis 10d der Spanneinrichtung in eine in die Öffnung 11a bis 11d eingefahrene Position und in eine aus der Öffnung 11a bis 11d ausgefahrene Position betätigt wird. Dann wird jeweils ein blockförmiger Spannabschnitt 7a bis 7d in der in die Öffnung 11a bis 11d eingefahrenen Position des zugeordneten Spanndorns 10a bis 10d an der Spanneinrichtung formschlüssig gespannt und in der aus der Öffnung 11a bis 11d ausgefahrenen Position des Spanndorns 10a bis 10d von der Spanneinrichtung gelöst.
Zum Spannen der Einheit aus Bauplattform 2 und Objekt 1 in der Spanneinrichtung der Reinigungsvorrichtung wird daher die Einheit zunächst gemäß 3 in der Spanneinrichtung derart platziert, dass die Mittelachsen der Spanndorne 10a bis 10d mit den Mittelachsen der Öffnungen 11a bis 11d fluchten, aber sich die Spanndorne 10a bis 10d in der in Bezug zu den Öffnungen 11a bis 11d ausgefahrenen Stellung befinden. Dann werden beispielsweise durch die Steuereinrichtung die Aktuatoren 4a bis 4d der Spanndorne 10a bis 10d betätigt, damit diese in die zugeordneten Öffnungen 11a bis 11d einfahren, was durch die gestrichelten Pfeile in 3 symbolisiert ist und dadurch die Spanndorne 10a bis 10d in Eingriff mit den Öffnungen 11a bis 11d geraten.
Wie aus 1 hervorgeht sind die Aktuatoren 4a bis 4d, hier beispielsweise in Form von pneumatischen Stellzylindern zusammen mit den durch sie betätigten Spanndornen 10a bis 10d über Aktuatoraufnahmen 5a bis 5d an einem Drehteller 6 befestigt.
Wie am besten 1 und 3 zeigen, sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auf einer Seite der Bauplattform 2 beispielsweise zwei erste, mit zwei ersten Spanndornen 10a zusammen wirkende Öffnungen 11a und auf der gegenüberliegenden Seite der Bauplattform 2 beispielsweise zwei zweite, mit zwei zweiten Spanndornen 10b zusammen wirkende Öffnung 11b ausgebildet, wobei die Mündungen der ersten Öffnungen 11a und der zweiten Öffnungen 11b voneinander weg weisen. Weiterhin sind die ersten Spanndorne 10a und die zweiten Spanndorne 10b in Bezug zu den Öffnungen 11a, 11b jeweils gegenläufig in die eingefahrene Position und in die ausgefahrene Position betätigbar.
Wie am besten anhand von 3 zu sehen, sind einander zugeordnete Öffnungen 11a, 11b und die Spanndorne 10a, 10b derart ausgebildet, dass sie ineinandergreifende, komplementär konische Querschnitte aufweisen. Dann wird die Einheit aus Bauplattform 2 und Objekt 1 vorteilhaft zentriert, wenn die im Querschnitt konischen Spanndorne 10a, 10b in die zugeordneten im Querschnitt konischen Öffnungen 11a, 11b eintauchen und sich dann die konisch geformten radial äußere Umfangsflächen der Spanndorne 10a, 10b an die komplementär konisch geformte radial innere Umfangsflächen der Öffnungen 11a, 11b anlegen.
Wie 1 zeigt, ist der Drehteller 6 hier beispielsweise um eine vertikale Achse mittels eines hier nicht gezeigten ersten Motors einer Schwenkeinrichtung 120 drehbar, insbesondere in einem Winkel von 0 bis 360 Grad, wie der teilkreisförmige Pfeil symbolisiert. Weiterhin ist der Drehteller 6 über einen Dreharm 8 an einem Drehlager 9 befestigt, welches eine Drehung des Dreharms 8 um eine horizontale Achse mittels eines zweiten Motors der Schwenkeinrichtung 120 ermöglicht. Mittels der Schwenkeinrichtung 120 kann dann durch die Spanneinrichtung 110 gespannte Einheit aus Objekt 1 und Bauplattform 2 in eine Vielzahl von Positionen gedreht werden, was ein schwerkraftbedingtes Lösen von losem, nicht verfestigtem pulverförmigen Aufbaumaterial durch die Reinigungsvorrichtung 100 erlaubt. Die Schwenkeinrichtung 120 samt Motoren ist dann Teil der Reinigungsvorrichtung 100 und wird beispielsweise ebenfalls von der zweiten elektronischen Steuereinrichtung gesteuert.
Weiterhin wirkt mit dem Drehteller 6 ein Rüttler 3 als weiterer Teil der Reinigungsvorrichtung 100 zusammen, welcher den Drehteller 6 und damit auch die Spanneinrichtung 110 und damit auch die darauf gespannte Einheit aus Bauplattform 2 und Objekt 1 in Vibrationen versetzt, um lose Pulverpartikel infolge von Fliehkräften von dem Objekt 1 und der Bauplattform abzulösen. Die Steuerung des Rüttlers 3 erfolgt wiederum durch die zweite elektronische Steuereinrichtung der Reinigungsvorrichtung 100.
Bezugszeichenliste

1: Objekt
2: Bauplattform
3: Rüttler
4a bis 4d: Aktuatoren
5a bis 5d: Aktuatoraufnahmen
6: Drehteller
7a bis 7d: Spannabschnitte
8: Dreharm
9: Drehlager
10a bis 10d: Spanndorne
11a bis 11d: Öffnungen
100: Reinigungsvorrichtung
110: Spanneinrichtung
120: Schwenkeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/071184 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (1) auf einer Bauplattform (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: a) Herstellen der Bauplattform (2), und dann b) Herstellen des dreidimensionalen Objekts (1) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2), wobei zwischen der Bauplattform (2) und dem Objekt (1) eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird, und dann c) das Objekt (1) und die Bauplattform (2) über wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) in einer Spanneinrichtung (110) einer Reinigungsvorrichtung (100) gespannt werden, und dass dann d) wenigstens das Objekt (1) von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial durch die Reinigungsvorrichtung (100) gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass e) der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) während des Herstellens des Objekts (1) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) zu keinem anderen Zweck dient, als in der Spanneinrichtung (110) der Reinigungsvorrichtung (100) gespannt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) separat vom Objekt (1) auf der Bauplattform (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) auf der Bauplattform (2) belassen und die Bauplattform (2) zusammen mit dem wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) als Bauplattform zur Herstellung eines weiteren dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von pulverförmigem Aufbaumaterials auf der Bauplattform verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) an dem Objekt (1) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) vor oder nach dem Reinigen des Objekts (1) von dem Objekt (1) abgetrennt oder an dem Objekt (1) belassen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1) vor oder nach dem Reinigen von der Bauplattform (2) getrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials mittels energiereicher Strahlung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herstellens des wenigstens einen Spannabschnitts (7a bis 7d) in dem wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) wenigstens eine Öffnung (11a bis 11d) ausgebildet wird, in Bezug zu welcher wenigstens ein mittels eines Aktuators (4a bis 4d) antreibbarer Spanndorn (10a bis 10d) der Spanneinrichtung (110) in eine in die Öffnung (11a bis 11d) eingefahrene Position und in eine aus der Öffnung (11a bis 11d) ausgefahrene Position betätigbar ist, wobei der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) in der in die Öffnung (11a bis 11d) eingefahrenen Position des Spanndorns (10a bis 10d) an der Spanneinrichtung (110) formschlüssig gespannt und in der aus der Öffnung (11a bis 11d) ausgefahrenen Position des Spanndorns (10a bis 10d) von der Spanneinrichtung (110) gelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste, mit einem ersten Spanndorn (10a bis 10d) zusammen wirkende Öffnung (11a bis 11d) und wenigstens eine zweite, mit einem zweiten, vom ersten Spanndorn separaten Spanndorn (10a bis 10d) zusammen wirkende Öffnung (11a bis 11d) ausgebildet wird, wobei die Mündungen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung (11a bis 11d) voneinander weg weisen und wobei der erste Spanndorn und der zweite Spanndorn (10a bis 10d) jeweils gegenläufig in die eingefahrene Position und in die ausgefahrene Position betätigt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (11a bis 11d) und der wenigstens eine Spanndorn (10a bis 10d) derart ausgebildet werden, dass sie ineinandergreifende, komplementär konische Querschnitte aufweisen.
Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (1) auf einer Bauplattform (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, mit: a) Einer Prozesskammer, in welcher das schichtweise Aufbringen und selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform erfolgt, wobei zwischen der Bauplattform (2) und dem Objekt (1) eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, b) einer Steuerung, welche das schichtweise Aufbringen und das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2) koordiniert steuert, c) einer Reinigungsvorrichtung (100), welche wenigstens das Objekt (1) nach der Herstellung von umgebendem, unverfestigt gebliebenem pulverförmigen Aufbaumaterial reinigt, wobei d) das Objekt (1) und die Bauplattform (2) während des Reinigens in der Reinigungsvorrichtung (100) über wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) in einer Spanneinrichtung (110) der Reinigungsvorrichtung (100) eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Steuerung derart ausgebildet ist, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) während des Herstellens des Objekts (1) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials auf der Bauplattform (2) ausgebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) zu keinem anderen Zweck dient, als in der Spanneinrichtung (110) der Reinigungsvorrichtung (100) gespannt zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (110) separat vom Objekt (1) auf der Bauplattform (2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) an dem Objekt (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine energiereiche Strahlung erzeugende Strahlungsquelle vorgesehen ist, wobei das selektive Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials mittels der energiereichen Strahlung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) wenigstens eine Öffnung (11a bis 11d) ausgebildet ist, in Bezug zu welcher wenigstens ein mittels eines Aktuators (4a bis 4d) antreibbarer Spanndorn (10a bis 10d) der Spanneinrichtung (110) in eine in die Öffnung (11a bis 11d) eingefahrene Position und in eine aus der Öffnung (11a bis 11d) ausgefahrene Position betätigbar ist, wobei der wenigstens eine Spannabschnitt (7a bis 7d) in der in die Öffnung (11a bis 11d) eingefahrenen Position des Spanndorns (10a bis 10d) an der Spanneinrichtung (110) formschlüssig gespannt und in der aus der Öffnung (11a bis 11d) ausgefahrenen Position des Spanndorns (10a bis 10d) von der Spanneinrichtung (110) gelöst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste, mit einem ersten Spanndorn (10a bis 10d) zusammen wirkende Öffnung (11a bis 11d) und wenigstens eine zweite, mit einem zweiten, vom ersten Spanndorn separaten Spanndorn (10a bis 10d) zusammen wirkende Öffnung (11a bis 11d) ausgebildet ist, wobei die Mündungen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung (11a bis 11d) voneinander weg weisen und wobei der erste Spanndorn und der zweite Spanndorn (10a bis 10d) jeweils gegenläufig in die eingefahrene Position und in die ausgefahrene Position betätigbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (11a bis 11d) und der wenigstens eine Spanndorn (10a bis 10d) derart ausgebildet sind, dass sie ineinandergreifende, komplementär konische Querschnitte aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (4a bis 4d) durch einen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch getriebenen Stellzylinder oder durch einen elektrischen Stellmotor gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung eine Druckmittel-Reinigungseinrichtung aufweist, welche in einem Druckmittelkanal einen reinigenden Druckmittelstrahl erzeugt, wobei eine Mündung des Druckmittelkanals wenigstens auf das Objekt gerichtet ist und mit Hilfe von aus der Mündung austretendem Druckmittel das Objekt (1) gereinigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal der Druckmittel-Reinigungseinrichtung in dem wenigstens einen Spannabschnitt (7a bis 7d) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (100) eine Schwenkeinrichtung (120) aufweist, durch welche die Spanneinrichtung (110) um wenigstens eine Achse schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (100) eine Rütteleinrichtung (3) aufweist, durch welche die Spanneinrichtung (110) in wenigstens einer Ebene in Vibrationen versetzbar ist.