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Die Erfindung betrifft eine modular zusammensetzbare Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von Bauteilen.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass 3D-Drucker bzw. Fertigungsvorrichtungen mit ihren Prozesskammern / Bauteileinheiten so ausgelegt sind, dass diese ein geplantes Bauteilspektrum abdecken können. Hierbei sind die Fertigungsvorrichtungen jeweils in der Lage, innerhalb eines zur Verfügung stehenden maximalen Raums für ein zu erstellendes Bauteil eben ein Solches zu erstellen. Dabei existieren also verschiedene Serien von Fertigungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Größen, Bauformen und Methoden.
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Die
DE 10 2013 223 411 A1 beschreibt ein modulares System zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Auftragen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials. Dieses beinhaltet ein erstes Modul, das zur Durchführung eines ersten Verfahrens zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts geeignet ist, und mindestens ein zweites und ein drittes Modul, die zur Durchführung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts geeignet sind. Die ersten bis dritten Module sind so ausgestaltet, dass das zweite oder das dritte Modul oder beide selektiv und austauschbar mit dem ersten Modul verbunden werden können, so dass ihre Gehäuse direkt miteinander gekoppelt sind.
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Die
WO 2019 / 077 512 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die eine Bauplattformanordnung umfasst. Diese umfasst Bauplattformmodule, wobei jede so konfigurierbar ist, dass sie selektiv aktiviert oder deaktiviert werden kann, indem ein ihm zugeordnetes Klemmelement verriegelt oder entriegelt wird, wodurch das zugehörige Bauplattformmodul lösbar an der Basis verriegelt werden kann. Eine Bauplattform mit einer gewünschten Konfiguration kann dann durch Aktivieren der erforderlichen Bauplattformmodule ausgewählt werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von Bauteilen anzugeben, mit welcher Bauteile unterschiedlicher Größen kostengünstig und materialsparend herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die vorliegende Erfindung umfasst eine modular zusammensetzbare Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von Bauteilen.
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Dabei weist die modular zusammensetzbare Fertigungsvorrichtung oder die Fertigungsvorrichtung wenigstens eine Bauteileinheit, in welcher ein oder mehrere Bauteile mithilfe wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung schichtweise erstellbar ist, sowie wenigstens eine Führungseinrichtung für einen Beschichter der wenigstens einen Beschichtungseinheit auf.
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Die wenigstens eine Bauteileinheit weist eine Strahlquelle und/oder eine Strahloptik auf, mit welcher eine Schicht pulverförmigen Materials bestrahlbar ist, um das pulverförmige Material zu schmelzen und mit einer gegebenenfalls vorher auf gleiche Weise gebildeten Schicht zu verbinden.
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Ferner ist die wenigstens eine Bauteileinheit so ausgebildet, dass Seitenwände ihres Gehäuses entfernbar sind, sodass mindestens eine weitere derartige Bauteileinheit anschließbar ist. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Raum für ein zu erstellendes Bauteil nahezu beliebig erweitert werden. Denn die wenigstens eine Bauteileinheit bildet ein Modul, das mit mindestens einem weiteren derartigen Modul bzw. mit mindestens einer weiteren derartigen Bauteileinheit zu einer größeren Bauteileinheit oder Bauteilgruppe verbindbar ist.
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Ferner können zwei benachbarte Bauteileinheiten miteinander verschraubbar und/oder gegeneinander abdichtbar sein. Somit können relative Bewegungen verhindert werden und die Genauigkeit der zu erstellenden Bauteile erhöht werden. Aber es kann auch Material am Austreten aus dem Inneren der Bauteileinheiten gehindert werden.
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Außerdem kann eine Bauteileinheit und eine Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung miteinander verschraubbar und/oder gegeneinander abdichtbar sein. Somit kann ein Beschichter der Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung in die Bauteileinheit einfahren. Aber es kann auch Material aus dem Inneren der Bauteileinheit und der Beschichtungseinheit am Austreten gehindert werden.
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Die Strahlquelle und/oder die Strahloptik ist so ausgebildet, dass diese eine Schicht pulverförmigen Materials bestrahlen kann, die innerhalb und/oder außerhalb der zugehörigen wenigstens einen Bauteileinheit angeordnet ist.
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Die wenigstens eine Führungseinrichtung ist in wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung und in der wenigstens einen Bauteileinheit angeordnet.
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Die Führungseinrichtung dient dazu, eine Bewegung des Beschichters der Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung sowohl in wenigstens einer Bauteileinheit als auch in wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung zu ermöglichen. Der Beschichter kann, z. B. linear, beweglich ausgebildet sein, um in wenigstens eine Bauteileinheit einzufahren, um dort eine Schicht pulverförmigen Materials aufzubringen oder abzulegen.
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Ferner kann die wenigstens eine Führungseinrichtung eine Führungsschiene umfassen. Ein Beschichter wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung ist entlang einer solchen Führungsschiene verfahrbar und führbar. Die Führungseinrichtung oder deren Führungsschiene dient also dazu, eine relative Bewegung eines Beschichters der Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung zu ermöglichen. Die Führungsschiene kann so ausgebildet sein, dass diese mit einer weiteren Führungsschiene werkzeuglos oder mittels Verbindungselementen verbindbar ist. Auch kann die wenigstens eine Führungseinrichtung oder die Führungsschiene höhenverstellbar ausgebildet sein. Somit kann ein schichtweiser Aufbau eines zu erstellenden Bauteils realisiert werden, denn die wenigstens eine Führungseinrichtung oder die Führungsschiene kann jeweils um eine Schichtdicke in der Höhe verfahren werden.
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Des Weiteren kann die modular zusammensetzbare Fertigungsvorrichtung eine Ausrichteinrichtung aufweisen, mit welcher wenigstens eine Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung und/oder die wenigstens eine Bauteileinheit zueinander hinsichtlich Höhe, Neigung und/oder Drehung (um eine Hochachse) ausrichtbar sind, um ein störungsfreies Verfahren eines Beschichters wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung zu gewährleisten. Folglich kann mit dieser Ausgestaltung eine möglichst störungsfreie und exakte Bewegung eines Beschichters der Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung sowohl in wenigstens einer Bauteileinheit als auch in wenigstens einer Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung ermöglicht werden.
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Mehrere Bauteileinheiten können in einer Reihe angeordnet und miteinander verbunden sein. Somit ist der Bauraum vergrößerbar, wodurch mehrere Teile gleichzeitig fertigbar sind oder wodurch ein großes Bauteil, aufgeteilt in mehrere Bauteileinheiten fertigbar ist.
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Zudem kann an den beiden Enden einer Reihe von Bauteileinheiten jeweils eine Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung angeordnet sein. Dadurch kann die Produktionszeit verkürzt werden.
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Auch können mehrere Reihen von Bauteileinheiten nebeneinander angeordnet sein. Pro Reihe kann wenigstens eine Beschichtungseinheit der Fertigungsvorrichtung angeordnet sein.
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Ferner kann die wenigstens eine Beschichtungseinheit so ausgebildet sein, dass pro Schicht ein oder mehrere pulverförmige Materialien unterschiedlicher Werkstoffe selektiv bzw. in separaten Bereichen einer aufzubringenden Schicht auftragbar sind, um eine Schicht mit einem Material oder eine Schicht mit zwei oder mehr Materialien zu bilden.
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Ferner kann der Beschichter ausgebildet sein, ein oder mehrere pulverförmige Materialien unterschiedlicher Werkstoffe selektiv bzw. in separaten Bereichen einer aufzubringenden Schicht aufzutragen.
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Des Weiteren kann die wenigstens eine Beschichtungseinheit und/oder die wenigstens eine Bauteileinheit höhenverstellbar ausgebildet sein, sodass eine neue Schicht pulverförmigen Materials auf eine vorhergehende, bereits verfestigte Schicht aufbringbar ist.
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Zudem kann die wenigstens eine Bauteileinheit einen höhenverstellbaren Drucktisch aufweisen. Der Drucktisch dient z. B. zum Anordnen eines Werkstückträgers, auf dem ein Bauteil schichtweise erzeugt werden kann.
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Auch kann die wenigstens eine Beschichtungseinheit einen höhenverstellbaren Beschichter aufweisen.
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Die Höhenverstellbarkeit führt zur Platzierung einer Schicht auf einer anderen, wobei beim schichtweisen Erstellen eines Bauteils dieses kontinuierlich in der Höhe wächst.
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Im Grunde genommen kann die Fertigungsvorrichtung als 3D-Drucker bezeichnet werden, mit welchem z. B. eine Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), ein Binder Jetting oder ein druckunterstütztes Sintern realisierbar ist. Selbstverständlich sind auch noch weitere Verfahren, die unter den Begriff additive Fertigung fallen, vorstellbar.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke nochmals und ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft - vereinfacht dargestellt - eine Fertigungsvorrichtung bzw. einen 3D-Drucker dessen Zellen bzw. Bauteileinheiten miteinander verschraubbar und zur Umgebung abdichtbar sind.
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Dabei können die Seitenwände der Zellen / Bauteileinheiten so ausgeführt sein, dass diese entfernbar sind. Wird ein Drucker / eine Fertigungsvorrichtung erweitert, wird lediglich die Seitenwand der Zelle / Bauteileinheit geöffnet und eine neue Zelle / Bauteileinheit angeflanscht. Dadurch kann die Fertigungsvorrichtung einfach und kostengünstig erweitert werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine schematische Seitenansicht auf eine nicht erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung mit einer Bauteileinheit im Schnittbild; und
- 2 eine schematische Seitenansicht auf eine erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung mit zwei Bauteileinheiten im Schnittbild.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht auf eine bekannte Fertigungsvorrichtung 1 mit einer Bauteileinheit 5 im Schnittbild, wohingegen 2 eine schematische Seitenansicht auf eine Fertigungsvorrichtung 1' mit zwei Bauteileinheiten 5, 5' im Schnittbild zeigt.
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Der Einfachheit und Kürze halber werden nachstehend die beiden 1 und 2 gemeinsam beschrieben.
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Dabei hat gemäß 1 die Fertigungsvorrichtung 1 eine Bauteileinheit 5, in welcher ein Bauteil mithilfe einer Beschichtungseinheit 2 der Fertigungsvorrichtung 1 schichtweise erstellbar ist. Demgegenüber hat die Fertigungsvorrichtung 1' zwei Bauteileinheiten 5, 5', in welchen ein oder mehrere Bauteile mithilfe einer Beschichtungseinheit 2 der Fertigungsvorrichtung 1' schichtweise erstellbar sind.
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Wie in 2 angedeutet, sind die Bauteileinheiten 5, 5' so ausgebildet, dass Seitenwände 7' ihres Gehäuses 7 entfernbar sind, sodass mindestens eine weitere derartige Bauteileinheit 5, 5' anschließbar ist. Besser geschildert, ist in 2 bereits je eine Seitenwand 7' des Gehäuses 7 der Bauteileinheiten 5, 5' entfernt, und zwar an der Stelle, an der die beiden Bauteileinheiten 5, 5' aneinander anstoßen bzw. sich gegenseitig berühren.
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So hat also jede Bauteileinheit 5, 5' ein Gehäuse 7 mit abnehmbaren oder entfernbaren Seitenwänden 7', wobei die zwei benachbarten Bauteileinheiten 5, 5' aus 2 im Bereich der entfernten Seitenwand 7' miteinander verschraubt und gegeneinander abgedichtet sind.
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Des Weiteren zeigen die 1 und 2, dass die Fertigungsvorrichtungen 1, 1' jeweils eine Beschichtungseinheit 2 zum Aufbringen einer Schicht pulverförmigen Materials auf einen Werkstückträger oder auf eine bereits vorhandene Schicht in einer Bauteileinheit 5, 5' der Fertigungsvorrichtung 1, 1' hat, um ein oder mehrere Bauteile schichtweise zu erzeugen.
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Die Beschichtungseinheit 2 ist so ausgebildet, dass pro Schicht ein oder mehrere pulverförmige Materialien unterschiedlicher Werkstoffe selektiv bzw. in separaten Bereichen einer aufzubringenden Schicht auftragbar sind, um eine Schicht mit einem Material oder eine Schicht mit zwei oder mehr Materialien zu bilden.
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Gemäß den 1 und 2 sind Bauteileinheit 5, 5' und die Beschichtungseinheit 2 miteinander verschraubt und gegeneinander abgedichtet.
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Auch hat die Beschichtungseinheit 2 ein Gehäuse 3, das mit der Bauteileinheit 5 bzw. mit deren Gehäuse 7 verbunden und gegen das Gehäuse 7 der Bauteileinheit 5 abgedichtet ist.
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Des Weiteren zeigen die 1 und 2, dass die Bauteileinheiten 5, 5' jeweils eine Strahlquelle 6 und eine Strahloptik bzw. Laseroptik aufweisen, mit welcher eine Schicht pulverförmigen Materials bestrahlbar ist, um das pulverförmige Material zu schmelzen und mit einer vorangehenden Schicht zu verbinden.
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Dabei ist, wie in 2 gezeigt, die Strahlquelle 6 und/oder die Strahloptik bzw. Laseroptik so ausgebildet, dass diese eine Schicht pulverförmigen Materials bestrahlen kann, die innerhalb und außerhalb der zugehörigen Bauteileinheit 5 bzw. in einer benachbarten Bauteileinheit 5' angeordnet ist (angedeutet durch die äußersten Strahllinien S der Strahlquellen 6). Somit kann also die Strahlquelle 6 und/oder die Strahloptik bzw. Laseroptik einer ersten Bauteileinheit 5 eine Schicht in einer zweiten, benachbarten Bauteileinheit 5' bestrahlen.
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Außerdem ist in den 1 und 2 angedeutet, dass die Fertigungsvorrichtungen 1, 1' eine Führungseinrichtung 8, 8' für einen Beschichter 4 der Beschichtungseinheit 2 aufweist, welche in der Beschichtungseinheit 2 und in den Bauteileinheiten 5, 5' angeordnet ist.
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Dabei hat die Führungseinrichtung 8, 8' eine Führungsschiene, die so ausgebildet ist, dass diese mit einer weiteren Führungsschiene in einer weiteren Bauteileinheit 5, 5' werkzeuglos oder mittels Verbindungselementen verbindbar ist.
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Genau genommen weist jede Bauteileinheit 5, 5' eine Führungsschiene der Führungseinrichtung 8 auf, entlang welcher der Beschichter 4 der Beschichtungseinheit 2 verfahrbar und führbar ist. Auch hat die Beschichtungseinheit 2 eine Führungsschiene einer Führungseinheit 8', entlang welcher ein Beschichter 4 der Beschichtungseinheit 2 verfahrbar und führbar ist.
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Des Weiteren hat die modular zusammensetzbare Fertigungsvorrichtung 1' eine Ausrichteinrichtung (nicht dargestellt), mit welcher die Beschichtungseinheit 2 und die Bauteileinheiten 5, 5' zueinander hinsichtlich Höhe, Neigung und/oder Drehung (um eine Hochachse) ausrichtbar sind, um ein störungsfreies Verfahren eines Beschichters 4 der Beschichtungseinheit 2 zu gewährleisten.
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Wie bereits mehrfach angedeutet, hat die Beschichtungseinheit 2 einen Beschichter 4, der linear beweglich ausgebildet ist, um in die Bauteileinheiten 5, 5' einzufahren, um dort eine Schicht pulverförmigen Materials aufzubringen oder abzulegen.
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Dabei ist der Beschichter 4, z. B. entlang der Führungsschiene der Führungseinrichtungen 8, 8' verfahrbar ausgebildet. Auch ist der Beschichter 4 ausgebildet, ein oder mehrere pulverförmige Materialien unterschiedlicher Werkstoffe selektiv bzw. in separaten Bereichen einer aufzubringenden Schicht aufzutragen.
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Des Weiteren können mehrere Bauteileinheiten 5, 5' in einer Reihe angeordnet und miteinander verbunden sein (vgl. 2). Dabei kann an den beiden Enden einer Reihe von Bauteileinheiten 5, 5' jeweils eine Beschichtungseinheit 2 der Fertigungsvorrichtung 1' angeordnet sein (nicht dargestellt). Auch können mehrere Reihen von Bauteileinheiten 5, 5' nebeneinander angeordnet sein, wobei pro Reihe wenigstens eine Beschichtungseinheit 2 angeordnet sein kann (nicht dargestellt).
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Außerdem ist in den 1 und 2 nicht dargestellt, dass die Beschichtungseinheit 2 höhenverstellbar ausgebildet ist, sodass eine neue Schicht pulverförmigen Materials auf eine vorhergehende, bereits verfestigte Schicht aufbringbar ist.
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Weiterhin kann jede Bauteileinheit 5, 5' einen nicht dargestellten höhenverstellbaren Drucktisch aufweisen.
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Abschließend sei angemerkt, dass in 2 die Modularität der Fertigungsvorrichtung 1', d.h. deren Erweiterbarkeit und flexible Größe (in Anlehnung an Kleidergrößen) mit den Buchstaben M, L, XL, XXL angedeutet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Fertigungsvorrichtung
- 2
- Beschichtungseinheit
- 3
- Gehäuse der Beschichtungseinheit
- 4
- Beschichter
- 5, 5'
- Bauteileinheit
- 6
- Strahlquelle
- 7
- Gehäuse der Bauteileinheit
- 7'
- entfernbare Seitenwand
- 8
- Führungseinrichtung der Bauteileinheit
- 8'
- Führungseinrichtung der Beschichtungseinheit
- S
- Strahllinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2013 223 411 A1 [0003]
- WO 2019 / 077 512 A1 [0004]