DE102011109411A1 - Splash guard - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Spritzschutzeinrichtung zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, welche während des Aufbaus eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auftreten beim selektiven Verfestigen einer Pulverschicht durch Energiestrahlung, wobei die Spritzschutzeinrichtung eine Aufnahme mit einem Träger aufweist, welcher mit wenigstens einer Schicht eines haftenden oder klebenden Materials versehen ist zur Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzer.The invention relates to a splash guard for receiving welding or molten spatter, which occur during the construction of a component by means of a generative manufacturing process in the selective solidification of a powder layer by energy radiation, the splash guard having a receptacle with a carrier, which with at least one layer of adhesive or adhesive material is provided for receiving welding or melting spatter.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzschutzeinrichtung zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, die beim selektiven verfestigen einer Pulverschicht aus einer Schmelze herausspritzen können, beim Aufbau eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.The present invention relates to a splash guard for receiving welding or molten spatter, which can spray out of a melt in the selective solidification of a powder layer, when building a component by means of a generative manufacturing process.
Bei generativen Fertigungsverfahren wird ein Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut. Ein Beispiel für ein generatives Fertigungsverfahren (engl. Additive Manufacturing (AM)) ist das sog. selektive Laserschmelzen (engl. Selective Laser Melting (SLM)), das zur Gruppe der Strahlschmelzverfahren gehört. Bei diesem Verfahren wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform schichtweise auf eine Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff der jeweiligen Schicht wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Zum Auftragen der nächsten Pulverschicht wird die Grundplatte hierbei um eine Schichtdicke abgesenkt und die neue Pulverschicht aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Anschließend wird das fertige Bauteil von dem überschüssigen Pulver gereinigt und kann je nach Bedarf entweder bearbeitet oder sofort verwendet werden.In generative manufacturing processes, a workpiece is built up layer by layer. An example of additive manufacturing (AM) is the so-called Selective Laser Melting (SLM), which belongs to the group of beam melting processes. In this method, the material to be processed in powder form is applied in layers on a base plate. The powdery material of the respective layer is locally completely remelted by means of laser radiation and forms a solid material layer after solidification. To apply the next powder layer, the base plate is lowered by one layer thickness and the new powder layer is applied. This cycle is repeated until all layers have been remelted. Subsequently, the finished component is cleaned of the excess powder and can either be processed as needed or used immediately.
Beim selektiven verfestigen der Pulverschicht können durch das Schmelzen oder Umschmelzen der Pulverschicht mittels des Lasers Schweiß- oder Schmelzspritzer entstehen. Diese Schweiß- oder Schmelzspritzer können nur teilweise abgesaugt werden, so dass ein Teil davon in das Pulverbett zurückgelangen kann. Hierdurch verschlechtert sich die Qualität des Pulvers und infolgedessen die Qualität der Schmelzung und des erstarrten Materials in diesem Bereich.In the case of selective solidification of the powder layer, melting or remelting of the powder layer by means of the laser can result in welding or melting spatter. These sweat or melt splashes can only be partially sucked off, so that part of them can get back into the powder bed. This degrades the quality of the powder and, as a result, the quality of fusion and of the solidified material in this area.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, das Zurückfallen von Schweiß- und Schmelzspritzern in das Pulverbett zu verhindern während des generativen Aufbaus eines Bauteils, insbesondere während der generativen Herstellung, Reparatur und/oder Austausch eines Bauteils.Against this background, the invention is based on the object of preventing the falling back of welding and melting spatters into the powder bed during the generative structure of a component, in particular during the generative production, repair and / or replacement of a component.
Gemäß der Erfindung wird ein Spritzschutzeinrichtung bereitgestellt, zum Aufnehmen von Schweiß- oder Schmelzspritzern, welcher während des Aufbaus eines Bauteils mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auftreten, beim selektiven Verfestigen einer Pulverschicht durch Energiestrahlung, wobei die Spritzschutzeinrichtung eine Aufnahme mit einem Träger aufweist, welcher mit wenigstens einer Schicht eines haftenden oder klebenden Materials versehen ist zur Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzer.According to the invention, there is provided a splash guard for receiving welding or molten spatter occurring during assembly of a component by a generative manufacturing method of selectively solidifying a powder layer by energy radiation, the splash guard comprising a receptacle having a support provided with at least one Layer of adhesive or adhesive material is provided for receiving welding or melting spatter.
Das Spritzschutzeinrichtung hat den Vorteil, dass Schweiß- oder Schmelzspritzer an dem haftenden oder klebenden Material aufgefangen und hängen bleiben können, so dass die Schweiß- oder Schmelzspritzer nicht mehr ungewollt zurück in eine Schmelze eines geschmolzenen Bereichs des Pulverbetts zurückfallen können. Dadurch kann die Qualität des so fertig gestellten Bauteils verbessert werden.The splash guard has the advantage that weld or molten spatter can be trapped and caught on the adhesive or adhesive material so that the weld or molten spatter can no longer unintentionally fall back into a melt of a molten area of the powder bed. As a result, the quality of the finished component can be improved.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, die Schweiß- und Schmelzspritzer die bei der selektiven Verfestigung einer Pulverschicht im Rahmen des generativen Aufbaus eines Bauteils entstehen aufzunehmen mittels einem haftenden oder klebenden Material, an dem diese Schweiß- oder Schmelzspritzer anhaften oder kleben bleiben können.The knowledge / idea on which the present invention is based is to record the welding and melting spatters which occur in the selective solidification of a powder layer within the framework of the generative structure of a component by means of an adhesive or adhesive material to which these weld or melt spatters adhere or stick can stay.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger eine Platte, wobei die Platte aus einem Material oder einer Materialkombination besteht, die für die Energiestrahlung durchlässig oder undurchlässig ist, wobei die undurchlässige Platte insbesondere eine Öffnung zum Hindurchführen der Energiestrahlung aufweist. Dadurch kann der plattenförmige Träger, auch wenn der für die Energiestrahlung selbst undurchlässig ist, mit dieser beispielsweise mitgeführt werden und während die Energiestrahlung durch die Öffnung in dem Träger bzw. der Aufnahme hindurchtreten kann, der Träger mit seiner Beschichtung gleichzeitig Schweiß- und Schmelzspritzer aufnehmen.In one embodiment of the invention, the carrier is a plate, the plate being made of a material or combination of materials that is transparent or impermeable to the energy radiation, the impermeable plate having, in particular, an opening for passing the energy radiation. Thus, the plate-shaped carrier, even if it is impermeable to the energy radiation itself, can be carried along with it, for example, and while the energy radiation can pass through the opening in the carrier or receptacle, the carrier with its coating simultaneously absorbs perspiration and molten spatter.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Platte eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte, welche vorzugsweise für die Energiestrahlung durchlässig ist. Die für die Energiestrahlung durchlässige Platte, kann, sofern die Beschichtung der Platte mit dem haftenden oder klebenden Material ebenfalls für die Energiestrahlung durchlässig ist, über der zu verfestigenden Pulverschicht beispielsweise fest oder stationär vorgesehen werden.In a further embodiment of the invention, the plate is a glass plate or a plastic plate, which is preferably transparent to the energy radiation. The energy radiation transmitting plate, if the coating of the plate with the adhesive material is also permeable to the energy radiation, may be provided fixedly or stationarily over the powder layer to be solidified, for example.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger ein bandförmiger Träger, insbesondere eine Folie, beispielsweise eine Plastik- oder Kunststofffolie.In another embodiment of the invention, the carrier is a band-shaped carrier, in particular a film, for example a plastic or plastic film.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der bandförmige Träger ein erstes und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende auf einer Rolle abwickelbar und das zweite Ende auf einer Rolle aufwickelbar vorsehbar ist, wobei insbesondere zusätzlich eine abziehbare Schutzschicht auf der Außenseite der Beschichtung des bandförmigen Trägers mit dem haftenden oder klebenden Material vorsehbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der bandförmige Träger am Anfang des Pulverbetts von der Rolle abgewickelt und über das Pulverbett geführt und am Ende des Pulverbetts auf die andere Rolle wieder aufgewickelt werden kann.In a further embodiment according to the invention, the band-shaped carrier has a first and a second end, wherein the first end can be unwound on a roll and the second end can be wound up on a roll, wherein in particular additionally a peelable protective layer on the outside of the coating of the band-shaped carrier with the adhesive or adhesive material is providable. This has the advantage that the band-shaped carrier can be unwound from the roll at the beginning of the powder bed and guided over the powder bed and wound up again at the end of the powder bed onto the other roll.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der bandförmige Träger umlaufend auf zwei Rollen anordenbar. Durch Drehen der Rollen kann der bandförmige Träger als ein laufendes Band entlang des Pulverbetts bewegt werden und dabei Schweiß- oder Schmelzspritzer mit seiner Beschichtung aus dem haftenden oder klebenden Material aufnehmen.According to a further embodiment of the invention, the band-shaped carrier can be arranged circumferentially on two rollers. By rotating the rollers, the belt-shaped carrier can be moved as a moving belt along the powder bed and thereby absorb welding or melting spatter with its coating of the adhesive or adhesive material.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Träger mit einer Materialbeschichtungseinrichtung koppelbar und durch die Materialbeschichtungseinrichtung mit wenigstens einer Schicht des haftenden oder klebenden Materials beschichtbar, wobei die Materialbeschichtungseinrichtung insbesondere eine Walze aufweist, mit welcher das Material auf den Träger aufwalzbar ist, wobei die Walze mit einem Vorratsbehälter für das zu beschichtende Material koppelbar ist. Dadurch kann der Träger beispielsweise am Anfang des Pulverbetts mit dem haftenden oder klebenden Material beschichtet werden und anschließend entlang des Pulverbetts geführt werden. Am Ende des Pulverbetts kann das verbrauchte Material des Trägers, das durch Schweiß- und Schmelzspritzer nun verunreinigt ist, durch eine Materialentfernungseinrichtung wieder entfernt werden. Hierzu ins einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Träger mit einer Materialentfernungseinrichtung koppelbar, welche die wenigstens eine Schicht des haftenden oder klebenden Materials des Trägers entfernt, insbesondere wenn die Schicht durch die Aufnahme von Schweiß- oder Schmelzspritzern verunreinigt ist, wobei die Materialentfernungseinrichtung insbesondere ein Abstreifer ist und beispielsweise am Ende des Pulverbetts mit dem Träger und dessen Beschichtung gekoppelt ist.In another embodiment according to the invention, the carrier can be coupled to a material coating device and coated by the material coating device with at least one layer of adhesive or adhesive material, wherein the material coating device in particular comprises a roller, with which the material aufalz the carrier, wherein the roller with a Reservoir for the material to be coated can be coupled. As a result, the carrier can be coated, for example, at the beginning of the powder bed with the adhesive or adhesive material and then guided along the powder bed. At the end of the powder bed, the spent material of the carrier, which is now contaminated by weld and melt spatter, can be removed again by a material removal device. For this purpose, in another embodiment of the invention, the carrier can be coupled to a material removal device which removes the at least one layer of the adhesive or adhesive material of the carrier, in particular if the layer is contaminated by the absorption of weld or molten spatter, the material removal device being in particular a wiper and for example, at the end of the powder bed is coupled to the carrier and its coating.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Aufnahme durch die Energiestrahlung lokal durchschmelzbar, durchbrennbar und/oder verdampfbar zum Hindurchführen der Energiestrahlung durch die Aufnahme. Dies eignet sich insbesondere, wenn die Aufnahme, d. h. der Träger und/oder die Beschichtung aus einem Material oder einer Materialkombination bestehen, die nicht durchlässig ist für die Energiestrahlung. In diesem Fall kann durch die Energiestrahlung die Aufnahme lokal entfernt oder zerstört werden, um eine darunter liegender Pulverschicht selektiv zu verfestigen und gleichzeitig mit dem intakten Teil der Aufnahme Schweiß- und Schmelzspritzer aufzunehmen.In a further embodiment according to the invention, the recording by the energy radiation is locally meltable, burnable and / or vaporizable for passing the energy radiation through the recording. This is particularly useful when recording, d. H. the support and / or the coating consist of a material or a combination of materials which is not permeable to the energy radiation. In this case, the energy radiation may locally remove or destroy the receptacle to selectively solidify an underlying powder layer while absorbing weld and fusion spatter with the intact portion of the receptacle.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. Show it:
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated, each provided with the same reference numerals.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.
In
Die Vorrichtung
Das in den
Das in
Mittels Energiestrahlung
Beim Schmelzen des Bauteilbereichs
Diese erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung
Haftklebstoffe sind nicht-aushärtende Klebstoffe, die nach der Fertigstellung der Klebstoff-Masse (Synthese, Teilvernetzung, etc.) ihren chemischen Zustand (Zusammensetzung, Molekulargewicht und -verteilung) bis zum Zeitpunkt der Verklebung, während des Verklebungsvorgangs und in der Anwendung selber nicht verändern. Innerhalb der Anwendungstemperatur verfügen sie über eine permanente Oberflächenklebrigkeit (Tack). Diese Klebrigkeit ermöglicht die Verklebungen durch leichten Anpressdruck, ohne Zuführen von Energie und z. T. mehrmaliges Verkleben. Kräfte können spontan übertragen werden. Typisch für Haftklebstoffe ist ein dynamischer Adhäsionsaufbau, der je nach Haftklebstofftyp, Temperatur und Anpressdruck sowie – dauer wenige Minuten bis mehrere Tage betragen und zu einer unterschiedlich hohen Endfestigkeit führen kann. Die Eigenschaften einer Haftklebstoff-Klebung werden entscheidend durch das visko-elastische und -plastische Verformungsverhalten unter Last bestimmt, z. B. das Kriechen bei Langzeitbelastung. Haftklebstoff-Systeme bestehen meistens aus einem funktionalen Träger der ein- oder beidseitig mit einer Haftklebstoff-Masse ausgestattet ist. Ein funktionaler Träger dient u. a. der mechanischen Stabilität und Festigkeit der Klebstoff Masse. Typische Materialien sind Papier, Polymerschäume, -folien, Metallfolien, Metall- und Kunststoffhalbzeuge. Prinzipiell können aber eine Vielzahl von technischen und natürlichen Materialien direkt oder mittels Transfer-Filmen zum Haftklebstoff-System aufgebaut werden.Pressure-sensitive adhesives are non-hardening adhesives which, after the completion of the adhesive mass (synthesis, partial crosslinking, etc.), do not change their chemical state (composition, molecular weight and distribution) until the time of bonding, during the bonding process and in the application itself , Within the application temperature they have a permanent surface tack (tack). This stickiness allows the bonds by light contact pressure, without supplying energy and z. T. repeated bonding. Forces can be transmitted spontaneously. Typical of pressure-sensitive adhesives is a dynamic adhesion structure which, depending on the pressure-sensitive adhesive type, temperature and contact pressure and duration, can be from a few minutes to several days and can lead to a different final strength. The properties of a pressure-sensitive adhesive bond are determined decisively by the visco-elastic and -plastic deformation behavior under load, eg. As the creep at long-term load. Pressure-sensitive adhesive systems usually consist of a functional carrier which is provided on one or both sides with a pressure-sensitive adhesive mass. A functional carrier is used, inter alia, the mechanical stability and strength of the adhesive mass. Typical materials are paper, polymer foams, foils, metal foils, metal and plastic semi-finished products. In principle, however, you can a variety of technical and natural materials can be built directly or via transfer films to the pressure-sensitive adhesive system.
Einkomponentenklebstoffe sind Klebstoffe, die entweder mit Hilfe der Luftfeuchtigkeit (aerob) oder unter Luftausschluss – unterstützt durch Kontakt mit Metalloberflächen (anaerob) – härten. ”Aktive” Metalle wirken als Katalysator und unterstützen deshalb den Aushärtevorgang.Single-component adhesives are adhesives that cure either by means of atmospheric moisture (aerobic) or in the absence of air - assisted by contact with metal surfaces (anaerobic). "Active" metals act as a catalyst and therefore support the curing process.
Wie in dem vergrößerten Ausschnitt der Aufnahme
In der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzschutzeinrichtung
Die Aufnahme
Die Aufnahme
Die Aufnahme
In dem Fall, dass der Träger
In
Die Spritzschutzeinrichtung
Der bandförmige Träger
Ebenso können aber auch der Träger
Als bandförmiger Träger
Wie zuvor mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel in
Dabei kann wenigstens eine der Rollen
In
Bei der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzschutzeinrichtung
Ms Materialbeschichtungseinrichtung
Die Aufnahme
Wie zuvor mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele in
In
In dem in
Wie in
Die erfindungsgemäße Spritzschutzeinrichtung
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but modified in many ways. In particular, the embodiments described above can be combined with one another, in particular individual features thereof.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- SpritzschutzeinrichtungSplash guard
- 33
- Bauteilcomponent
- 44
- Grundplattebaseplate
- 55
- Rahmenframe
- 66
- Pulverpowder
- 77
- Beschichtungseinrichtungcoater
- 88th
- Abstreifereinrichtungscraper
- 99
- Energiestrahlenergy beam
- 1010
- EnergiestrahlungsquelleEnergy radiation source
- 1111
- Bauteilbereichcomponent area
- 1212
- Pulverschichtpowder layer
- 1313
- Pulverbettpowder bed
- 1414
- Aufnahmeadmission
- 1515
- Trägercarrier
- 1616
- klebendes oder haftendes Materialadhesive or adhesive material
- 1717
- Fokusfocus
- 1818
- Rollerole
- 1919
- Rollerole
- 2121
- MaterialbeschichtungseinrichtungMaterial coating device
- 2222
- Schweiß- oder SchmelzspritzerWelding or melting spatter
- 2323
- MaterialentfernungseinrichtungMaterial removal device
- 2424
- Walzeroller
- 2525
- Vorratsbehälterreservoir
Claims (13)
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