AT524995A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Stützstrukturen aus einem Gegenstand, sowie Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands durch additive Fertigung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands (2), sowie ein Verfahren (200) und eine Vorrichtung (100, 101) zur Entfernung von Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) aus einem Gegenstand (2) gezeigt, wobei der Gegenstand (2) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde und bei dem zumindest eine Stützstruktur (1, 1.1-1.13) zwischen einem ersten Element (3) und einem zweiten Element (4) des Gegenstands (2) vorgesehen ist und jeweils zumindest eine Verbindung (5) mit diesen aufweist und bei dem die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) zusammen mit dem ersten und zweiten Element (3, 4) ein Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) bildet, wobei zumindest eine der Verbindungen (5) durch Anregung des Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) mittels mechanischer Schwingungen gelöst wird. Um ein effizienteres und sicheres Entfernen der Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) zu ermöglichen, ohne die Elemente des Gegenstands selbst zu beschädigen, wird vorgeschlagen, dass mittels zumindest eines Aktuators, welcher mit dem Gegenstand (2) gekoppelt ist, zumindest eine mechanische Anregungsschwingung in diesen eingebracht und dem Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) zugeleitet wird, und das Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) mit zumindest einer ihr zugeordneten Resonanzschwingung angeregt wird um die zumindest eine Verbindung (5) zu lösen, wobei zu zumindest einem Zeitpunkt die Auslenkung der Resonanzschwingung die Belastungsgrenze an zumindest einem Punkt im Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) übersteigt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Stützstrukturen aus einem Gegenstand,

sowie Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands durch additive Fertigung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Stützstrukturen aus einem Gegenstand, welcher durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde und bei dem zumindest eine Stützstruktur zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element des Gegenstands vorgesehen ist und jeweils zumindest eine Verbindung mit diesen aufweist und bei dem die Stützstruktur zusammen mit dem ersten und zweiten Element ein Schwingungssystem bildet, wobei zumindest eine der Verbindungen durch Anregung des

Schwingungssystems mittels mechanischer Schwingungen gelöst wird.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch additive Fertigung, bei dem der Gegenstand zumindest ein erstes und ein zweites Element aufweist, die durch einen Freiraum voneinander beabstandet sind, und bei dem während der Fertigung jeweils zumindest eine Verbindung zwischen dem ersten Element bzw. dem zweiten Element und zumindest einer Stützstruktur vorgesehen werden und bei dem zumindest eine der Verbindungen im Anschluss an die additive Fertigung des Gegenstands durch Einbringen von

mechanischen Schwingungen gelöst wird.

Stand der Technik

Im Rahmen von additiven Fertigungsverfahren, wie etwa 3d-Druck von Kunststoffen, Metallen oder Beton, Lasersintern, Auftragsschweißen, oder dgl., besteht oftmals die Notwendigkeit Stützstrukturen oder Hilfsstrukturen vorzusehen, etwa um freistehende oder überhängende Strukturen realisieren zu können. Ohne den Einsatz von entsprechenden Stützstrukturen könnten beispielsweise horizontale Elemente ohne darunterliegende Strukturen mittels 3d-

Druck nicht realisiert werden.

Diese Stützstrukturen bzw. Hilfsstrukturen können weiters z.B. für den Wärmetransport und/oder für die mechanische Stützung, Stabilisierung oder Formgebung eingesetzt werden. Die Stützstrukturen werden dabei meist als letzter Bearbeitungsschritt entfernt, was aber insbesondere bei innenliegenden Strukturen oder bei sehr kleinen Strukturen oft nicht oder nur

sehr begrenzt möglich ist.

Auch beim Schweißen/Auftragsschweißen wird die Formgebung bzw. Formbeibehaltung

gelegentlich durch Hilfsstrukturen ermöglicht bzw. erleichtert.

Am größten ist die Bedeutung von Stützstrukturen im 3d-Druck, wo der Einsatz von

Stützstrukturen die Herstellbarkeit von Gegenständen bzw. Formen begrenzt. Die

Wirtschaftlichkeit der 3d-Druck-Verfahren hängt auch maßgeblich von einer effizienten

Entfernung der Stützstrukturen ab.

Im 3d-Druck, im Besonderen in seinem Teilbereich, der auf Verklebung oder Verschmelzung bzw. Sinterung von Material basiert, und im Speziellem bei Metall-basiertem 3d-Druck, spielen Stützstrukturen eine besonders große Rolle. Durch die hohen Temperaturen zum lokalen Aufschmelzen des Materials beim Lasersintern, treten insbesondere thermische Verspannungen in den Bauteilen bzw. Gegenständen auf. Um die daraus folgenden Verformungen zu unterdrücken, sind Stützstrukturen teilweise unumgänglich. Einerseits halten sie die aufbauenden Bauteile in Form und Position, anderseits sind sie für den Wärmetransport und Temperaturausgleich unumgänglich. Allerdings betragen die Arbeitskosten der Entfernung der Stützstrukturen in der Regel über die Hälfte der mit der Produktion verbundenen Arbeitskosten.

Dadurch ist die Wirtschaftlichkeit eines solchen Fertigungsverfahrens stark eingeschränkt.

Im großformatigen 3d-Druck, vor allem im Bauwesen, spielt nach dem Stand der Technik die schwere Entfernbarkeit von Hilfsstrukturen ebenfalls eine die Herstellungskosten und die

Effizienz des Verfahrens dominierende Rolle.

Beim Nano 3d-Druck (FEBID und FIBID) ist die Größe der herstellbaren Strukturen durch eine maximale Bauhöhe beschränkt, die nur durch den Einsatz von (gedruckten)

Stützkonstruktionen erhöht werden kann.

Aus dem Stand der Technik ist etwa bekannt, solche Stützstrukturen durch manuelles Abtragen (z.B. mittels Schleifen, Sägen, Fräsen, Schmelzen und Herausschlagen, etc.) zu entfernen. Ein solches Abtragen ist jedoch durch den großen Arbeitsaufwand mit hohen Kosten verbunden. Zudem lassen sich manche sehr kleinen oder innenliegenden, bzw. schwer zugänglichen

Stützstrukturen nur sehr schwer manuell entfernen.

Aus dem Stand der Technik (WO 2018/093958 Al) sind Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen aus 3d-gedruckten Gegenständen aus Metall („Selective Laser Sintering“) bekannt. Dabei werden während des Drucks Stützstrukturen eingesetzt, um etwa freihängende Bereiche zu unterstützen. Nach dem Drucken werden die Gegenstände dann zur Entfernung der Stützstrukturen mittels Ultraschall unter Einsatz einer Ultraschall-Vorrichtung behandelt, wobei der Gegenstand vollständig in einer Flüssigkeit eingetaucht ist. Dabei werden zur Entfernung der Stützstrukturen longitudinale Ultraschallwellen einer bestimmten Frequenz verwendet, wobei ein Ultraschallsensor an der Stützstruktur angebracht wird, welcher die Resonanz der Stützstruktur aufzeichnet, während das gesamte Bauteil mit den Ultraschallwellen beaufschlagt wird. Die Frequenz der Ultraschallwellen wird dabei solange modifiziert, bis die maximale Resonanz der Stützstruktur gefunden wird, also die

Resonanzfrequenz der Stützstruktur erreicht ist.

Ein derartiges Verfahren, welches eine Flüssigkeit als Übertragungsmedium verwendet, ohne

weitere Gegenmaßnahmen zu ergreifen, leidet unter einer Serie von Nachteilen.

Allen voran reduziert die Flüssigkeit durch mechanische Dämpfung die Güte der Resonanzschwingungen der Stützstrukturen drastisch (die Güte wird dabei oftmals um einen Faktor von über 100, nicht selten auch um einen Faktor von weit über 1000, reduziert). Dies hat entscheidende Nachteile auf die Anregung der Resonanzschwingungen. Einerseits steigt bei stetiger Resonanzanregung die Amplitude entsprechend niedrig an, da gleichzeitig durch Dämpfung Energie aus dem Schwingungssystem abfließt, was die Effizienz des Verfahrens deutlich reduziert. Andererseits werden die zum Lösen der Verbindungen und Entfernen der Stützstrukturen benötigten Anregungsenergien sehr hoch, was wiederum zu einer

Beschädigung anderer empfindlicher Sollstrukturen führt.

Bei Einsatz von Ultraschall können zudem Kavitationen auftreten, die feine Sollstrukturen beschädigen können, was die Einsatzfähigkeit des Verfahrens für sehr feine Strukturen reduziert. Des Weiteren ist man nur auf Longitudinalwellen beschränkt, wodurch das Spektrum

an anregbaren Schwingungsmoden weiter eingeschränkt wird.

Des Weiteren kann die Flüssigkeit mit dem Material des Gegenstands unerwünschte chemische Wechselwirkungen hervorrufen und diesen beschädigen. Bei sehr großen Teilen ist das Positionieren in einem entsprechend großen Behälter unpraktisch und teuer bzw. sogar

unmöglich.

Derartige Verfahren leiden somit grundsätzlich darunter, dass die Stützstrukturen kaum gezielt und selektiv zu Bruch gebracht werden können, ohne entsprechend andere empfindliche

Strukturen des Bauteiles selbst zu beschädigen.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen aus einem Gegenstand, welcher durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde, dahingehend zu verbessern, dass eine effiziente und sichere Entfernung der

Stützstrukturen ermöglicht wird, ohne die Elemente des Gegenstands selbst zu beschädigen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen der eingangs erwähnten Art, bei dem gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung mittels zumindest eines Aktuators, welcher mit dem Gegenstand gekoppelt ist, zumindest eine mechanische Anregungsschwingung in diesen eingebracht und dem Schwingungssystem zugeleitet wird, und das Schwingungssystem mit zumindest einer ihr

zugeordneten Resonanzschwingung angeregt wird, um die zumindest eine Verbindung zu

lösen, wobei zu zumindest einem Zeitpunkt die Auslenkung der Resonanzschwingung die Belastungsgrenze an zumindest einem Punkt, insbesondere an zumindest einer Stelle im

Schwingungssystem übersteigt.

Als zumindest ein Punkt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei eine Stelle räumlicher Ausdehnung bezeichnet, welche Teil des Gegenstands ist, und insbesondere durch eine räumliche Anordnung bzw. einen räumlichen Bereich von zusammengehörenden und angrenzenden Punkten im Gegenstand gebildet ist. Insbesondere befindet sich die Stelle in einer Verbindung zwischen einem ersten oder zweiten Element und einer Stützstruktur. In der Regel wird die Belastungsgrenze in einem Bereich von zusammengehörigen Punkten bzw. Stellen in der Verbindung überschritten, so dass die Verbindung zwischen Stützstruktur und erstem oder

zweitem Element vollständig gelöst wird.

Indem zumindest eine mechanische Anregungsschwingung in den Gegenstand eingebracht wird und das Schwingungssystem durch die Anregungsschwingung mit einer Resonanzschwingung angeregt wird, kann eine hohe lokale Auslenkung bzw. Amplitude der Resonanzschwingung im Schwingungssystem erreicht werden. Insbesondere liegt die Frequenz der Anregungsschwingung dabei in der Nähe einer Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz des

Schwingungssystems um eine effiziente Anregung der Resonanzschwingung zu ermöglichen.

Durch Anregung der Resonanzschwingung mit einer Anregungsfrequenz (Frequenz der Anregungsschwingung), die im Wesentlichen einer Eigenfrequenz des Schwingungssystems entspricht, kann im Falle einer ausreichend hohen Güte Q bzw. geringen Dämpfung D die Energie mehrerer Anregungsschwingungen in der Resonanzschwingung aufgesammelt werden. Hierdurch kommt es zu einer Resonanzüberhöhung der Resonanzschwingung und es können sehr hohe Auslenkungen bzw. Amplituden erreicht werden. Durch das kontinuierliche Aufsammeln der Energie aus der Anregungsschwingung, weist die Resonanzschwingung vorzugsweise zumindest zu einem Zeitpunkt am Punkt der zu lösenden Verbindung die höchste

Energiedichte im gesamten Gegenstand auf.

Übersteigt die Auslenkung bzw. Amplitude der Resonanzschwingung zu einem Zeitpunkt die Belastungsgrenze der Stützstruktur in zumindest einem Punkt im Gegenstand, insbesondere in einem Punkt der Verbindung, so kommt es infolge der aufgesammelten Energie aus der Anregungsschwingung zu einer Resonanzkatastrophe und die zumindest eine Verbindung zwischen der Stützstruktur und einem ersten oder zweiten Element des Gegenstands wird

erfindungsgemäß gelöst.

In anderen Worten wird somit ein Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen aus einem Gegenstand gezeigt, welcher mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere

eines Urformverfahren, bevorzugt eines 3d-Druck-Verfahrens, besonders bevorzugt mittels

eines 3d-Druck-Verfahrens für Metalle, hergestellt wurde, wobei die Stützstrukturen durch mechanische Anregung entfernt bzw. aufgebrochen werden. Dazu wird Energie von mehreren Aktuatoren in Form von Anregungsschwingungen an die Stützstrukturen zugeleitet und in diesen aufgesammelt bzw. gespeichert, womit die Schwingungsamplitude in der Stützstruktur bis zum Bruch der Stützstruktur oder einer Verbindung der Stützstruktur gesteigert wird. Erfindungsgemäß übersteigt mindestens ein Schwingungsparameter (Auslenkung, Energie, etc.) an mindestens einer Stelle der zumindest einen aufzubrechenden Stützstruktur den entsprechenden Wert der Anregungsschwingung am Ort der Erzeugung oder Einkopplung in den Gegenstand. Dabei können die Anregungsschwingungen, deren Energie aufsummiert wird, von einem oder mehreren Aktuatoren stammen, was unter anderem die Anzahl der aufzusammelnden Schwingungen beeinflusst, bis die Überlastungsgrenze an einer Stelle der

Stützstruktur erreicht ist.

Vorzugsweise weist das Schwingungssystem hinsichtlich der Resonanzschwingung eine Güte O von größer gleich 1/2, insbesondere von größer gleich 2, besonders bevorzugt von größer gleich 10 auf.

Die Güte des Schwingungssystems ist entscheidend für die Fähigkeit der Resonanzschwingung Energie aus den Anregungsschwingungen aufzusammeln und somit ortsselektiv zu einer Resonanzüberhöhung der Amplitude zu führen. Die Güte O wird dabei über die Dämpfung D des Systems als 0 = 1 / 2D definiert. Um eine hohe Güte in dem Schwingungssystem zu erreichen, muss das Schwingungssystem somit eine möglichst geringe Dämpfung aufweisen. Zur Dämpfung der Resonanzschwingung tragen dabei zahlreiche Einflussfaktoren bei, wie etwa das die Stützstruktur umgebende Medium, die Verbindungen zwischen Stützstruktur und erstem bzw. zweitem Element des Gegenstands, sowie weitere Schwingungssysteme im Gegenstand mit hoher Güte. In weiterer Folge führt die Dämpfung ebenso zu einer Verschiebung und Verbreiterung der Resonanz, wobei sich die Eigenfrequenz der Resonanzschwingung bei Dämpfung gegenüber der ungedämpften Eigenfrequenz um den Faktor (1-D?)”? verschiebt.

Die Anregungsfrequenz der Anregungsschwingung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung dabei so gewählt, dass eine ausreichend gute Anregung der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems erfolgt, eine resonante Anregung weiterer

Schwingungssysteme in dem Gegenstand jedoch nicht stattfindet.

Als Schwingungssystem im Sinne der Erfindung wird das System aufweisend zumindest das erste und zweite Element, sowie die zu entfernende Stützstruktur im Gegenstand bezeichnet, wobei die Stützstruktur jeweils mittels zumindest einer Verbindung mit dem ersten und zweiten

Element verbunden ist. Eine solche Verbindung kann etwa eine stoffschlüssige Verbindung

sein, wie diese im Zuge eines additiven Fertigungsverfahrens ausgebildet wird. In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann eine solche Verbindung aber auch eine kraftschlüssige Verbindung sein, wobei bspw. die Stützstruktur zwischen erstem und zweitem

Element eingeklemmt ist, oder ein Element auf der Stützstruktur auflastet.

Das erste Element und/oder das zweite Element des Gegenstands können im Rahmen der Erfindung als Sollstrukturen, weitere (nicht oder später zu entfernende) Stützstruktur oder eine Grundplatte des Gegenstands sein. Als Sollstrukturen werden dabei jene Strukturen des Gegenstands bezeichnet, welche nach Entfernung sämtlicher temporärer Elemente, wie insbesondere den Stützstrukturen, in dem Gegenstand verbleiben. Eine Grundplatte kann etwa eine plane Fläche sein, auf welcher der Gegenstand gebildet wird, von der der Gegenstand nach Fertigstellung bzw. nach Durchführung des gegenständlichen Verfahrens wieder abgelöst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit zur zuverlässigen und selektiven Entfernung aller Arten von Stützstrukturen, die zwischen beliebigen Elementen des

Gegenstands temporär vorgesehen sind.

Insbesondere entspricht die dem Schwingungssystem zugeordnete Resonanzschwingung der Anregung zumindest einer Eigenmode des Schwingungssystems. Die zumindest eine Eigenmode des Schwingungssystems kann dabei bevorzugt eine Deformationsschwingung der Stützstruktur sein. Unter einer Deformationsschwingung kann dabei eine Biegeschwingung,

eine Streckschwingung, eine Rotationsschwingung oder dgl. verstanden werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können mehrere Aktuatoren mit dem Gegenstand gekoppelt sein und mehrere mechanische Anregungsschwingungen mit unterschiedlichen Anregungsfrequenzen in den Gegenstand einbringen. So kann jede der Anregungsschwingungen eine andere Resonanzschwingung und damit eine andere Eigenmode des Schwingungssystems anregen. Die Resonanzschwingungen des Schwingungssystems überlagern sich dabei zu einer resultierenden Gesamtschwingung, welche beispielsweise gleichzeitig eine Streckschwingung und eine Rotationsschwingung aufweisen kann. Durch die gleichzeitige Anregung mehrerer Resonanzschwingungen kann ein effizienteres Lösen der zumindest einen Verbindung der Stützstruktur erreicht werden, wobei die Amplituden der einzelnen Anregungsschwingungen reduziert werden können und so die Gefahr der

Beschädigung von Sollstrukturen vermindert wird.

Bevorzugt stehen die Anregungsfrequenzen der mehreren Anregungsschwingungen dabei in keinem rationalen Verhältnis zueinander. Der Quotient der Anregungsfrequenzen ist dabei vorzugsweise eine irrationale Zahl, so dass eine Anregung derselben Resonanzschwingung

durch mehrere Anregungsfrequenzen vermieden wird.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können mehrere Aktuatoren mit dem Gegenstand gekoppelt sein und mehrere Anregungsschwingungen mit im Wesentlichen denselben Anregungsfrequenzen in den Gegenstand einbringen. Die Anregungsschwingungen können sich dabei vorzugsweise am Ort der Stützstruktur konstruktiv zu der Resonanzschwingung im Schwingungssystem überlagern, womit auf einfache Weise eine Erhöhung der Amplitude der Resonanzschwingung im Schwingungssystem erreicht und das

Lösen der Verbindung weiter erleichtert werden kann.

Sind die Aktuatoren zudem an unterschiedlichen Orten mit dem Gegenstand gekoppelt, so kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden. Insbesondere wenn die Phasenverschiebung der in den Gegenstand eingebrachten Anregungsschwingungen derart angepasst wird, dass die Anregungsschwingungen am Ort der Stützstruktur dieselbe Phase aufweisen und sich somit konstruktiv überlagern. Dabei kann die Anregung von anderen Strukturen oder Elementen im Gegenstand vermieden werden, da sich die Anregungsschwingungen nur an Punkten übereinstimmender Phase konstruktiv überlagern und

sich im restlichen Bereich des Gegenstands gegenseitig auslöschen oder abschwächen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist der zumindest eine Aktuator an einem Element oder einer Stützstruktur des Gegenstands angebracht. Durch das direkte Anbringen des Aktuators an einer Struktur des Gegenstands kann die Effizienz der Kopplung zwischen Aktuator und Gegenstand und des Einleitens der Anregungsschwingungen in das Schwingungssystem verbessert werden. In einer bevorzugten Variante kann der zumindest eine Aktuator an einer Grundplatte des Gegenstands angebracht sein, wodurch ein besonders einfach

auszuführendes Verfahren erreicht werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine mechanische Aktuator unmittelbar bzw. direkt mechanisch mit dem Gegenstand gekoppelt, d.h. dass die mechanische Kopplung zwischen Aktuator und Gegenstand nicht über ein Fluid als indirektem Schwingungsüberträger erfolgt. Durch die direkte Einleitung der mechanischen Schwingungen über den Aktuator in den Gegenstand kann eine ungünstige Dämpfung durch

ein eventuelles Fluid vermieden werden und so die Schwingungsgüte deutlich erhöht werden.

In einer alternativen Ausführungsvariante ist der zumindest eine Aktuator hingegen über eine Flüssigkeit mit dem Gegenstand gekoppelt. Bevorzugt ist die zu entfernende Stützstruktur dabei jedoch nicht in der Flüssigkeit eingetaucht. Eine ungewünschte Dämpfungskomponente durch die Flüssigkeit, die direkt mit dem Schwingungssystem gekoppelt ist und so die Güte des Schwingungssystems drastisch reduziert, kann somit vermieden werden. Die Kopplung des Gegenstands mit dem Aktuator über eine Flüssigkeit kann sich insbesondere bei engen

räumlichen Gegebenheiten oder bei schwer zugänglichen Strukturen eignen, wobei die

Flüssigkeit dabei lediglich als Überträgermedium für die Einbringung der

Anregungsschwingungen in den Gegenstand fungiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann der Gegenstand während des Verfahrens frei aufgehängt oder frei schwebend gehalten werden. So können Dämpfungskomponenten in dem —Schwingungssystem und ein Abfluss von Schwingungsenergie aus der Stützstruktur in die Dämpfung vermieden werden. Eine solche freie Aufhängung kann etwa durch Entkopplung des Gegenstands über elastische Puffer, Luftkissen, etc. oder über die Aufhängung mittels Federn, Seilen oder dgl. erfolgen. Ebenso ist vorstellbar, dass der Gegenstand bspw. magnetisch schwebend gehalten wird. Bevorzugt kann die Aufhängung dabei so ausgestaltet sein, dass die Resonanzfrequenzen der Aufhängung selbst in ausreichendem Abstand zu den Resonanzfrequenzen des Schwingungssystems der Stützstruktur liegen und somit durch die Anregungsschwingung keine resonante Anregung der Aufhängung erfolgt. Die erreichbare Güte der Resonanzschwingung im Schwingungssystem kann so zumindest 100, bevorzugt zumindest 1.000, besonders bevorzugt zumindest 10.000

betragen.

Weiters können, wenn die Aktuatoren über elektrische Leitungen mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, diese elektrischen Leitungen derart ausgebildet sein, dass diese nur sehr geringe Dämpfung zu der Aufhängung hinzufügen. Dazu können die elektrischen Leitungen beispielsweise aus sehr dünnen Drähten aus flexiblen Litzen (bspw. geflochten Litzen) bestehen, oder in einer weiteren Ausführungsvariante die Steuereinrichtung direkt zusammen mit den Aktuatoren vorgesehen sein. Weiters könnten die Steuerung und die Aktuatoren mit einer kabellosen Energieversorgungen (bspw. mittels Batterien) versorgt werden, so dass keine elektrischen Leitungen nach außen notwendig sind, die eine zusätzliche Dämpfung auf die Aufhängung ausüben. In wieder einer weiteren Ausführungsvariante kann die Steuerung mit den Aktuatoren kabellos kommunizieren (bspw. per Funk, per drahtlosem Netzwerk, per

optischer Signalübertragung oder dergleichen).

In einer weiteren Ausführungsvariante kann zusätzlich zur Anregung des Schwingungssystems mit der zumindest einen Resonanzschwingung, ein mechanischer Impuls in die Stützstruktur eingeleitet werden. Während die —Resonanzschwingung einerseits über die Anregungsschwingung angeregt wird, kann der mechanische Impuls ebenso in die Resonanzschwingung einkoppeln und kurzfristig deren Amplitude erhöhen. Der Impuls kann beispielsweise mittels eines kurzen harten Schlags in den Gegenstand eingekoppelt werden und dort ein breites Frequenzspektrum mit hoher Amplitude anregen. Dabei kann die Auslenkung der Stützstruktur die Bruchgrenze in der Verbindung überschreiten und so ein plötzliches Lösen

der Verbindung herbeiführen.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann die Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung ermittelt werden und die Anregungsfrequenz der Anregungsschwingung in Abhängigkeit der ermittelten Resonanzfrequenz, insbesondere in einer Regelschleife (Regelkreis), angepasst werden. Durch kontinuierliche resonante Anregung des Schwingungssystems der Stützstruktur bzw. der zu lösenden Verbindung kann diese Verbindung infolge der Schwingungen verhärten. Durch die fortschreitende Verhärtung der Verbindung kommt es zu einer stetigen Verschiebung der Resonanzfrequenz der zugehörigen Resonanzschwingung, wodurch die Anregungsschwingung nachgeführt werden muss, um eine resonante Anregung der Resonanzschwingung bis zum Lösen der Verbindung sicherzustellen. So kann insbesondere verhindert werden, dass durch Verschiebung der Resonanzfrequenzen die Anregungsfrequenz statt des _Stützstruktur-Schwingungssystems Sollstruktur-

Schwingungssysteme resonant anregt und dabei Sollstrukturen beschädigt oder zerstört.

Die Resonanzfrequenz zumindest einer Resonanzschwingung des Schwingungssystems kann dabei kontinuierlich ermittelt werden, bspw. indem als Anregungsschwingung ein Frequenzsweep über die Aktuatoren in das Schwingungssystem eingebracht wird und die Frequenzantwort über Sensoren gemessen wird. Nach dem die Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung ermittelt wurde, kann die Anregungsfrequenz dann auf die ermittelte Resonanzfrequenz festgelegt werden und das Verfahren wieder mit der Einleitung der Anregungsschwingung in die Stützstruktur fortgesetzt werden. Hierdurch kann stets eine möglichst effiziente Anregung der Resonanzschwingung des Schwingungssystems sichergestellt werden um ein möglichst zielgerichtetes Lösen der zumindest einen Verbindung zwischen Stützstruktur und erstem und zweitem Element zu gewährleisten. Die Ermittlung der Resonanzfrequenz und anschließende Anpassung der Anregungsschwingung kann vorzugsweise kontinuierlich in einer Regelschleife erfolgen, so dass das Verfahren auf

Änderungen bzw. Verschiebungen der Resonanzfrequenz unmittelbar reagieren kann.

In einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung kann dabei als Regelschleife eine Phasenregelschleife (PLL — phase-locked loop) verwendet werden. Dabei wird die Phase der Anregungsschwingung stets an die Phase der Resonanzschwingung angepasst und dieser nachgeführt. Stimmen die Phasen der Anregungs- und Resonanzschwingung überein, so

entspricht auch die Anregungsfrequenz der Resonanzfrequenz.

Die Anregungsschwingung kann in einer Ausführungsvariante als kontinuierliche Sinusschwingung mit einer bestimmten Anregungsfrequenz in das StützstrukturSchwingungssystem eingebracht werden. Hierdurch kann zwar eine gezielte Anregung von bestimmten Resonanzschwingungen erreicht werden, bei Verschiebungen der Resonanzfrequenz muss die Anregungsfrequenz allerdings nachgeführt werden, um eine

Anregung der gewünschten Struktur weiterhin zu erreichen.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Anregungsschwingung auch eine gepulste Sinusschwingung aufweisen. Durch den zeitlich begrenzten Sinus-Puls kann insbesondere bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Aktuatoren die Orts-Selektivität der resonanten Anregung der Resonanzschwingung deutlich erhöht werden. Durch parallele Aussendung von Wellenpakten aus mehreren Aktuatoren, welche sich phasengleich und gleichzeitig am Ort der Stützstruktur überlagern, kann die Schwingungsenergie vorteilhafterweise ausschließlich ins Stützstruktur-Schwingungssystem eingetragen werden. Das Risiko der Beschädigung von Sollstrukturen wird zudem drastisch reduziert. Ein besonders effizientes und zuverlässiges

Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen kann so bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Anregungsschwingung auch ein Bandrauschen aufweisen. Ein solches Bandrauschen kann sich beispielsweise im Frequenzspektrum als Gauß-Kurve mit Mittelwert bei der nominalen Anregungsfrequenz darstellen. Die Halbwertsbreite (FWHM) der Gauß-Kurve bzw. der Normalverteilung bestimmt dabei die Breite des Bandrauschens. Im Falle eines Terzrauschens entspricht die Breite beispielsweise einer Terz der Anregungsfrequenz bzw. des Mittelwerts. Die Verwendung eines Bandrauschens als Anregungsschwingung kann sich insbesondere durch eine geringere Anfälligkeit gegenüber Frequenzverschiebungen der Resonanzschwingung auszeichnen. So kann bspw. bei Verschiebung um die Halbwertsbreite noch immer eine Anregung mit der

halben maximalen Anregungsamplitude erfolgen.

Gemäß wieder einer weiteren Ausführungsvariante kann die Anregungsschwingung einen Frequenzsweep aufweisen. Als Frequenzsweep wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schwingung mit sich zeitlich verändernder Frequenz verstanden, wobei die Änderung der Frequenz beispielsweise linear (linearer Frequenzsweep), quadratisch, logarıthmisch oder dgl. erfolgen kann. Durch die Verwendung eines Frequenzsweeps als Anregungsschwingung kann eine zeitliche Veränderung der Resonanzfrequenz insbesondere ohne weitere Regelungstechnik nachgefahren werden, wobei die Anregungsfrequenz kontinuierlich entsprechend des Frequenzsweeps steigt oder fällt. So kann beispielsweise durch Berechnung oder Simulation der prognostizierte Frequenzverlauf der Resonanzschwingung der Stützstruktur, welcher beispielsweise durch Verhärtung der zu lösenden Verbindung entsteht, und entsprechender Überlagerund des prognostizierten Frequenzverlaufs mit dem Frequenzsweep die Anregungsfrequenz immer in der Nähe der Resonanzfrequenz gehalten werden. Der Frequenzsweep kann dabei bei einer Ausgangsfrequenz starten und sich stetig zu einer

Endfrequenz hin verändern.

Die zuvor erwähnten Ausführungsvarianten zur Anregungsfrequenz können auch beliebig miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise ein linearer Frequenzsweep mit einer

kontinuierlichen Sinusschwingung kombiniert werden. Ebenso kann der Frequenzsweep aber

auch mit einer gepulsten Sinusschwingung aus mehreren Aktuatoren kombiniert werden, wobei alle zeitliche getakteten und in ihrer Phase ausgerichteten gepulsten Sinusschwingungen entsprechend dem Frequenzsweep kontinuierlich in ihrer Anregungsfrequenz verändert werden. Ebenso ist auch vorstellbar, dass der Frequenzsweep mit einem Bandrauschen oder mit

einer gepulsten Sinusschwingung mit überlagertem Bandrauschen kombiniert wird.

Die Erfindung hat sich weiters die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Entfernung von

Stützstrukturen der eingangs erwähnten Art effizienter und kostengünstiger zu gestalten.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die zumindest einen mechanischen Aktuator aufweist, welcher mit dem Gegenstand zum KEinleiten einer mechanischen Anregungsschwingung gekoppelt ist, und die eine mit dem zumindest einen Aktuator gekoppelte Steuerung aufweist, welche dazu programmiert ist, die Anregungsschwingung zu steuern und das Schwingungssystem mit zumindest einer ihr zugeordneten Resonanzschwingung derart anzuregen, dass zu zumindest einem Zeitpunkt die Auslenkung der Resonanzschwingung die Belastungsgrenze an zumindest einem Punkt, insbesondere an

zumindest einer Stelle im Schwingungssystem übersteigt.

Der Aktuator ist dabei vorzugsweise direkt mit dem Gegenstand koppelbar, so dass die mechanische Anregungsschwingung aus dem Aktuator direkt dem Schwingungssystem zugeleitet werden kann um die Resonanzschwingung anzuregen. Die Steuerung der Vorrichtung ist derart programmiert, dass insbesondere die Frequenz und/oder die Phase und/oder die Amplitude der Anregungsschwingung gesteuert werden kann. Hierbei kann stets sichergestellt werden, dass die Resonanzschwingung des Schwingungssystems angeregt wird, wobei die Resonanzschwingung durch eine Schwingungsmode der Deformationsschwingung der Verbindung zwischen Stützstruktur und erstem oder zweitem Element des Gegenstands gebildet ist. Die Anregungsschwingung wird dabei so über die Steuerung gesteuert, dass die Auslenkung dieser Resonanzschwingung zu einem Zeitpunkt die Belastungsgrenze an einem Punkt im Schwingungssystem, insbesondere die Belastungsgrenze der Verbindung, übersteigt

und so die Verbindung erfindungsgemäß gelöst wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die Vorrichtung mehrere mit der Steuerung verbundene und mit dem Gegenstand mechanisch gekoppelte Aktuatoren aufweisen. Die Steuerung der Vorrichtung ist dabei vorzugsweise dazu programmiert, mehrere Anregungsschwingungen gleichzeitig in den Gegenstand einzuleiten, welche sich im Schwingungssystem zu der Resonanzschwingung überlagern. Eine solche Überlagerung der Anregungsschwingungen kann, wie oben für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, am Ort der zu lösenden Verbindung der Stützstruktur eine Resonanzschwingung mit sehr hoher

Amplitude erzeugen, die ein leichteres und zuverlässigeres Lösen der Verbindung ermöglicht.

Die Vorrichtung kann dabei gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung eine Grundplatte aufweisen, mit welcher der zumindest eine Aktuator starr verbunden und direkt gekoppelt ist. Auf der Grundplatte kann der Gegenstand mit der zu entfernenden Stützstruktur positioniert werden, womit eine direkte und effiziente Einleitung der Anregungsschwingung in das Schwingungssystem ermöglicht wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Grundplatte ebenso zur Fertigung des Gegenstands verwendet werden. Der Gegenstand wird dabei mittels eines additiven Fertigungsverfahrens (wie bspw. 3d-Druck) direkt auf der Grundplatte samt der Stützstruktur angefertigt. Durch gezielte Steuerung des Aktuators mittels der Steuerung der Vorrichtung kann im Anschluss an die Fertigung die Stützstruktur gezielt

und effizient ohne weitere Vorbereitungsschritte entfernt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können die mehreren mechanischen Aktuatoren entlang zumindest einer Seite der Grundplatte angeordnet sein. Vorzugsweise weist die Grundplatte einen umlaufenden Randbereich und einen mittigen Positionierbereich auf, wobei der Positionierbereich zur Aufnahme des Gegenstands ausgebildet ist und die mechanischen Aktuatoren im Randbereich der Grundplatte angeordnet sind. Eine besonders

vielseitig und flexibel einsetzbare Vorrichtung kann so bereitgestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante können die mechanischen Aktuatoren als Piezoaktuatoren ausgebildet sein, welche kraftschlüssig mit dem Gegenstand gekoppelt sind. Piezoaktuatoren können sich insbesondere für das Einbringen von höherfrequenten

Anregungsschwingungen in den Gegenstand eignen.

In wieder einer weiteren Ausführungsvariante können die mechanischen Aktuatoren als elektrodynamische Aktuatoren ausgebildet sein, welche eine elektrodynamisch linear schwingende Masse aufweisen. Der elektrodynamische Aktuator kann dabei ähnlich einem Lautsprecher bzw. einem Bass-Shaker (Körperschallwandler) zur Erzeugung von niederfrequenten Schwingungen ausgeführt sein. Zudem können solche Aktuatoren, wie auch Piezoaktuatoren, mehrere Frequenzen weitgehend unabhängig voneinander gleichzeitig

aussenden.

In wieder einer weiteren Ausführungsvariante können die mechanischen Aktuatoren als elektrodynamische Aktuatoren ausgebildet sein, welche eine elektrodynamisch rotierbare Masse und/oder Unwucht aufweisen. Durch die rotierbare Masse bzw. Unwucht wird wiederum eine Anregungsschwingung in den damit kraftschlüssig gekoppelten Gegenstand eingebracht. Solche elektrodynamischen Aktuatoren eignen sich im Besonderen für das Einbringen von mittel- bis niederfrequenten Anregungsschwingungen in den Gegenstand mit besonders hohem

Wirkungsgrad.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Vorrichtung einen Impulsgenerator aufweisen. Ein solcher Impulsgenerator kann durch einen harten Schlag mit hohem Impuls eine zusätzliche Anregung auf den Gegenstand ausüben, die zusätzlich zu der Anregungsschwingung zu einem

plötzlichen Lösen der Verbindung beitragen kann.

Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Steuerung eine Messeinrichtung zur Messung der Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung und eine Regeleinrichtung zur Regelung der Anregungsfrequenz der zumindest einen Anregungsschwingung auf. Die Messeinrichtung ist dabei mit der Regeleinrichtung verbunden und die Regeleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Anregungsfrequenz in Abhängigkeit der Resonanzfrequenz anzupassen. So kann die Vorrichtung zuverlässig auf Änderungen in der Resonanzfrequenz, beispielsweise durch Verhärtung der zu lösenden Verbindung in Folge der Anregung, reagieren und die

Anregungsfrequenz der Anregungsschwingung entsprechend anpassen.

Die Regeleinrichtung kann in einer Variante eine Regelschleife aufweisen, welcher beispielsweise als Phasenregelschleife (PLL — „phase-locked loop‘) ausgebildet sein kann. Die Regelschleife bzw. die Phasenregelschleife kann zuverlässig die Anregungsschwingung derart

anpassen, dass diese im Wesentlichen immer mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt.

Die Steuerung der Vorrichtung ist zudem vorzugsweise dazu programmiert, ein Verfahren

gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.

Die Erfindung hat sich weiters die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mittels additiver Fertigung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches eine zuverlässige Herstellung eines Gegenstands unter Verwendung von Stützstrukturen und

die anschließende Entfernung dieser Stützstrukturen ermöglicht.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Stützstruktur während der additiven Fertigung derart ausgebildet wird, dass ein Schwingungssystem bestehend aus erstem und zweitem Element und der Stützstruktur gebildet wird, wobei das Schwingungssystem zumindest eine Resonanzschwingung bezogen auf die Stützstruktur aufweist, deren vorgegebene Resonanzfrequenz niedriger ist als die Resonanzfrequenzen von

Resonanzschwingungen bezogen auf das erste oder zweite Element.

Weißt das Schwingungssystem eine Resonanzschwingung auf, deren Resonanzfrequenz niedriger ist als die Resonanzfrequenzen bezogen auf Resonanzschwingungen des ersten oder zweiten Elements, so kann auf zuverlässige Weise eine resonante Anregung von anderen als der zu entfernenden Strukturen vermieden werden. Insbesondere kann dabei gewährleistet

werden, dass durch resonante Anregung nur die Verbindung zwischen der zu entfernenden

Stützstruktur und dem ersten oder zweiten Element gelöst wird und die restlichen Sollstrukturen

des Gegenstands nicht beschädigt werden.

Vorzugsweise ist dabei die vorgegebene Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung bezogen auf die Stützstruktur niedriger als die Resonanzfrequenzen bezogen auf das erste oder zweite Element. Durch die niedrigere Frequenz wird die Wahrscheinlichkeit für eine resonante Anregung anderer Sollstrukturen im Gegenstand weiter vermindert. Insbesondere liegt die vorgegebene Resonanzfrequenz um einen vorgegebenen Toleranzbereich unterhalb der Resonanzfrequenzen bezogen auf das erste oder zweite Element, da insbesondere durch resonante Anregung der Stützstruktur bzw. der Verbindung deren Resonanzfrequenz durch Verhärtung ansteigen kann, wodurch der Abstand zu den Resonanzfrequenzen der Sollstrukturen abnimmt, die Resonanzfrequenz aber weiterhin im Toleranzbereich liegt. Ein besonders zuverlässiges Verfahren zur Fertigung von Gegenständen kann so bereitgestellt

werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann zwischen erstem Element und einem weiteren Element oder zwischen zweitem Element und einem weiteren Element des Gegenstands eine Abstützung vorgesehen sein. Die Abstützung kann dabei vorzugsweise die Resonanzfrequenzen der Resonanzschwingungen bezogen auf das erste Element bzw. bezogen auf das zweite Element weiter erhöhen und so deren Abstand zu der Resonanzfrequenz bezogen

auf die Stützstruktur weiter vergrößern.

In einer Ausführungsvariante kann die zumindest eine Stützstruktur derart ausgebildet sein, dass deren Verbindung zum ersten und/oder zweiten Element eine Sollbruchstelle aufweist. Ist eine Sollbruchstelle in einer Verbindung, also am Übergang von Stützstruktur zu erstem oder zweitem Element, vorgesehen, so kann einerseits die zugehörige Resonanzfrequenz weiter verringert werden und andererseits ein Schwachpunkt mit geringer Belastungsgrenze bzw. mit geringer Bruchgrenze eingebaut werden, an welchem die Verbindung bereits bei Anregung mit

geringen Resonanzschwingungs-Amplituden versagt und sich löst.

Die Sollbruchstelle kann dabei beispielsweise in Form einer Querschnittsverjüngung und/oder einer scharfen Kante ausgebildet sein. Eine Querschnittsverjüngung kann etwa durch eine Sanduhr-Form gebildet sein oder beispielsweise eine Kegel-Form aufweisen, dessen Spitze die Querschnittsverjüngung darstellt. Alternativ kann die Sollbruchstelle auch durch eine Kante

gebildet sein, welche ein Lösen der Verbindung erleichtern kann.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante können anhand des herzustellenden Gegenstands die Resonanzschwingungen der Elemente ohne Stützstrukturen ermittelt werden und die Stützstruktur derart ausgebildet werden, dass die zumindest eine Resonanzschwingung des

Stützstruktur-Schwingungssystems bezogen auf die Stützstruktur eine Resonanzfrequenz

aufweist, die geringer ist als die niedrigste Resonanzfrequenz der Resonanzschwingungen der

Elemente des Gegenstands ohne Stützstrukturen.

In einer Ausführungsvariante kann eine solche Ermittlung der Resonanzschwingungen bzw. der zugehörigen Resonanzfrequenzen der Elemente des Gegenstands ohne Stützstrukturen beispielsweise durch Computersimulation oder Kalkulation anhand der Konstruktionszeichnungen und -daten erfolgen. Mittels Computersimulation bzw. Kalkulation

kann dabei eine Fourier-Analyse sämtlicher Frequenzen in dem Gegenstand erfolgen.

In einer alternativen Ausführungsvariante kann die Ermittlung der Resonanzschwingungen bzw. der zugehörigen Resonanzfrequenzen der Elemente des Gegenstands ohne Stützstrukturen durch Messung der Resonanzfrequenzen an einem Prototyp erfolgen. Dabei kann beispielsweise ein Prototyp mit generischen Stützstrukturen gefertigt werden und anschließend die Stützstrukturen per Hand entfernt werden. Danach kann die Resonanzantwort des Gegenstands durch Aufzeichnung mittels eines Sensors bei Anregung des Gegenstands bspw. mit einem Frequenzsweep bestimmt werden. Aus der Resonanzantwort kann mittels Fourier-

Analyse das Resonanzspektrum im Frequenzraum ermittelt werden.

Anhand des erhaltenen Resonanzspektrums des Gegenstands ohne Stützstrukturen kann die Stützstruktur nun so entworfen und ausgebildet werden, dass ihre Resonanzfrequenz unter allen

Resonanzfrequenzen im ermittelten Resonanzspektrum des Gegenstands liegt.

In einer weiteren Ausführungsvariante können mehrere Stützstrukturen in mehreren Stützstruktur-Schwingungssystemen in dem Gegenstand vorgesehen werden, und die Resonanzfrequenzen der zumindest einen Resonanzschwingung des StützstrukturSchwingungssystems bezogen auf die jeweilige Stützstruktur gemeinsam ein Frequenzband ausbilden. Werden mehrere Stützstrukturen vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass deren Resonanzfrequenzen gemeinsam ein Frequenzband ausbilden, so kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden. Die Resonanzfrequenzen in dem Frequenzband können beispielsweise gemeinsam durch Anregung mittels einer Anregungsfrequenz resonant angeregt werden, so dass das Verfahren deutlich beschleunigt werden kann. Vorteilhafterweise können die Stützstrukturen weiters so ausgebildet sein, dass deren Resonanzfrequenzen allesamt in dem Frequenzband unterhalb der Resonanzfrequenzen der Sollstrukturen liegen. Damit kann das

Risiko der Beschädigung von Sollstrukturen weiter reduziert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird zum Lösen der zumindest einen Verbindungen und zur Entfernung der Stützstruktur im Anschluss an die additive

Fertigung des Gegenstands ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der Figuren

näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Entfernung einer Stützstruktur aus einem Gegenstand gemäß einer ersten Ausführungsvariante,

Fig.2 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 3a eine schematische Querschnittsansicht einer Stützstruktur gemäß einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 3b eine schematische Querschnittsansicht einer Stützstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 4a eine schematische Querschnittsansicht einer Stützstruktur gemäß einer dritten Ausführungsvariante,

Fig. 40 eine schematische Querschnittsansicht einer Stützstruktur gemäß einer vierten Ausführungsvariante,

Fig. 5a eine schematische ÖQuerschnittsansicht Stützstruktur gemäß einer fünften Ausführungsvariante,

Fig. 5b eine schematische Querschnittsansicht Stützstruktur gemäß einer sechsten Ausführungsvariante,

Fig.6 eine schematische Querschnittsansicht eines Schwingungssystems mit zwei Stützstrukturen gemäß einer siebten Ausführungsvariante, und

Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht eines Schwingungssystems mit einer Vielzahl

von Stützstrukturen gemäß weiteren Ausführungsvarianten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die im Folgenden konkret beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung sind lediglich als exemplarische Ausführungsvarianten anzusehen und sind nicht als einschränkend für den

Schutzumfang, wie dieser gemäß den Ansprüchen definiert ist, anzusehen.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 100 zur Entfernung von Stützstrukturen 1 aus einem Gegenstand 2 gemäß einer ersten Ausführungsvariante gezeigt. Anhand der Vorrichtung 100 kann erfindungsgemäß ein Verfahren 200 zur Entfernung der Stützstrukturen 1 aus dem Gegenstand 2 ausgeführt werden. Besondere Ausgestaltungen des Verfahrens 200 ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung.

Der Gegenstand 2 ist dabei durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt, wobei in dem

Gegenstand 2 zumindest eine Stützstruktur 1 zwischen einem ersten Element 3 und einem

zweiten Element 4 des Gegenstands 2 vorgesehen ist. Die Stützstruktur 1 weist jeweils zumindest eine Verbindung 5 mit dem ersten Element 3 und mit dem zweiten Element 4 auf und bildet zusammen mit diesen ein Schwingungssystem 6. Solche Schwingungssysteme 6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7 (6, 6.1-6.7) mit Stützstrukturen 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13 (1, 1.1-1.13) zwischen einem ersten und zweiten Element 3, 4 sind im Detail in den Figuren 3a, 3b und 4-7 dargestellt. Eine ausführliche Beschreibung zu den

genannten Figuren ist weiter unten gegeben.

Die Vorrichtung 100 gemäß Fig. 1 weist dabei eine Grundplatte 7 auf, auf welcher der Gegenstand 2 in einem mittigen Positionierbereich 8 vorgesehen ist und mit der Grundplatte 7

mechanisch gekoppelt ist.

Das erste Element 3 und/oder das zweite Element 4 des Gegenstands 2 können wahlweise eine Sollstruktur sein (also eine Struktur die nicht entfernt werden soll), oder aber auch die

Grundplatte 7 selbst, auf der der Gegenstand 2 vorgesehen ist.

Bei dem Gegenstand 2 handelt es sich um einen Gegenstand 2, welcher durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde, also beispielsweise durch 3d-Druck oder dergleichen. Der Gegenstand 2 kann dabei wahlweise nach der Herstellung im Positionierbereich 8 der Grundplatte 7 vorgesehen werden, oder direkt im Positionierbereich 8 der Grundplatte 7 gefertigt werden, womit die Grundplatte 7 als Teil des Gegenstands 2 gesehen werden kann. So kann in einer Ausführungsvariante die Grundplatte 7 beispielsweise das erste Element 3 des Gegenstands 2 selbst bilden. Nach Abschluss des Verfahrens 200, also nach Entfernung der Stützstrukturen 2 kann der Gegenstand 2 wieder von der Grundplatte 7 entfernt bzw. gelöst

werden.

Der Gegenstand 2 ist in Fig. 1 als transparente Kontur mit einer Vielzahl von Stützstrukturen 1 dargestellt, wobei die Stützstrukturen 1 dabei an beliebigen Stellen innerhalb des Gegenstands

2 vorgesehen sein können.

In einem umlaufenden Randbereich 9 der Grundplatte 7 weist die Vorrichtung 100 mehrere Aktuatoren 10 auf, welche mit der Grundplatte 7 mechanisch gekoppelt sind und so

mechanische Anregungsschwingungen in den Gegenstand 2 einleiten können.

Die Vorrichtung 100 weist dabei in ihrem unteren Randbereich 9 der Grundplatte 7 ein Array von Piezoaktuatoren 11 auf. Die Piezoaktuatoren 11 können dabei wahlweise je nach Ansteuerung als Aktuatoren 10 zum Einleiten von mechanischen Schwingungen, oder als Sensoren zum Messen des Resonanzverhaltens bzw. der Resonanzantwort des Gegenstands 2

eingesetzt werden.

Weiters weist die Vorrichtung 100 in ihrem oberen Randbereich 9 der Grundplatte 7 eine Reihe bestehend aus acht elektrodynamischen Aktuatoren 12 auf. Solche elektrodynamische Aktuatoren 12 (auch als „Shaker“ bezeichnet) können ebenso zur Einleitung von (vorwiegend nieder- bis mittelfrequenten) Anregungsschwingungen in den Gegenstand 2 eingesetzt werden. Die einzelnen Aktuatoren 12 können dabei in einer Ausführungsvariante unabhängig voneinander Anregungsschwingungen mit verschiedenen Anregungsfrequenzen erzeugen. In einer weiteren Ausführungsvariante können die Aktuatoren 12 auch gemeinsam angesteuert werden um eine einzelne Anregungsschwingung mit einer bestimmten Anregungsfrequenz zu

erzeugen.

Des Weiteren sind auf der Grundplatte 7 im linken und rechten Randbereich 9 jeweils zwei Unwuchtaktuatoren 13 angeordnet, die insbesondere niederfrequente Schwingungen mit hoher Amplitude in den Gegenstand 2 einleiten können. Die Unwuchtaktuatoren 13 weisen dabei jeweils einen Elektromotor (insbesondere einen Servomotor mit Positionserfassung) auf, an dessen Welle 14 ein Querträger 15 angebracht ist, was exemplarisch für den linken oberen Aktuator 13 dargestellt wurde. An diesem Querträger 15 ist ein Unwuchtgewicht 16 vorgesehen, welches vorzugsweise entlang des Querträgers 15 verschiebbar gelagert ist. Vorzugsweise kann der Querträger 15 dabei in Rotation versetzt werden und nach Erreichen einer vorgegebenen Solldrehzahl das Unwuchtgewicht 16 nach außen verlagert werden, so dass eine mechanische Schwingung durch die Unwucht in die Grundplatte 7 eingekoppelt wird. Durch das schnelle Erreichen der Drehzahl und der nachträglichen Erzeugung der Unwucht,

wird eine Anregung ungewünschter Frequenzen weiter unterbunden.

Die unterschiedlichen Aktuatoren 10 weisen dabei unterschiedliche Frequenzbänder auf, in denen sie besonders vorteilhaft funktionieren. So sind Unwuchtaktuatoren 13 bevorzugt für Anregungen von etwa 0 - 400 Hz, lineare elektrodynamische Aktuatoren 12 bevorzugt für Anregungen von etwa 3 - 2000 Hz, und Piezoaktuatoren 11 bevorzugt für Anregungen von etwa 1 kHz — 5 MHz geeignet.

In einer weiteren Ausführungsvariante, welche in den Figuren nicht näher dargestellt ist, können auch Impulsgeneratoren mit der Grundplatte 7 gekoppelt sein, um einen kurzen hohen Impuls in den Gegenstand 2 einzuleiten und somit ein plötzliches Lösen der Verbindungen 5

zwischen Stützstruktur 1 und erstem bzw. zweitem Element 3, 4 erleichtern.

Wie in Fig. 1 weiter gezeigt, sind die Aktuatoren 10 über Leitungen 17 (insbesondere Busleitungen) mit einer Steuerung 18 verbunden. Insbesondere im Falle von Busleitungen als Leitungen 17, kann jeder Aktuator 10 von der Steuerung 18 getrennt und eigenständig angesteuert werden. Die Steuerung 18 ist dabei so programmiert, das eine gewünschte

Anregungsschwingung mit einer vorgegebenen Anregungsfrequenz in den Gegenstand 2

eingeleitet wird und dort das Schwingungssystem 6 der Stützstruktur 1 mit einer ihr zugeordneten Resonanzschwingung angeregt wird. Die Einleitung der

Anregungsschwingungen erfolgt dabei über entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren 10.

Die Steuerung 18 ist insbesondere dazu programmiert, dass das gemäß der Ausführungsvariante

beschriebene Verfahren 200 auszuführen.

Die Steuerung 18 ist weiter dazu ausgebildet und programmiert, dass die Piezoaktuatoren 11 auch als Piezosensoren verwendet werden können. Dabei kann die Steuerung 18 zwischen den Betriebsmodi als Aktuator 10 und Sensor beliebig umschalten. So kann auch wahlweise ein

Teil der Piezoaktuatoren 11 als Sensoren verwendet werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Piezoaktuatoren 11 äquidistant in einer Reihe entlang der gesamten Seite des Positionierbereichs 8 der Grundplatte 7 angeordnet. Durch parallele Ansteuerung der Piezoaktuatoren 11 zum Aussenden von Schwingungen mit gleicher Phase, kann eine parallele Wellenfront ausgesendet werden und das Resonanzverhalten des Gegenstands 2 durch Messung der Schwingungsantwort mittels Piezosensoren bestimmt werden. So kann sich die Vorrichtung 100 zur Auffinden von Resonatoren in dem Gegenstand 2 und zur Bestimmung deren Resonanzfrequenz verwendet werden. Die Piezoaktuatoren 11 können im Modus als Sensor Schwingungen nach Ort, Frequenz und Amplitude sehr genau aufnehmen und analysieren. Dadurch können bei bekannter Anregung für jeden Ort der Grundplatte 7 die Schwingungseigenschaften, wie etwa die Schwingungsgüte, die

Resonanzfrequenz sowie die Richtungen der Schwingungsmodi bestimmt werden.

Die elektrodynamischen Aktuatoren 12 und die Unwuchtaktuatoren 13 können ebenso durch die Steuerung 18 zum Aussenden von Anregungsschwingungen mit vorgegebenen

Anregungsfrequenzen verwendet werden.

Im Rahmen des Verfahrens 200 wird somit mittels der Aktuatoren 10, die mit der Grundplatte 7 verbunden sind und so mit dem Gegenstand 2 mechanisch gekoppelt sind, eine mechanische Anregungsschwingung erzeugt und in den Gegenstand 2 eingebracht. Die mechanische Anregungsschwingung wird dem Schwingungssystem 6 bestehend aus Stützstruktur 1 und erstem und zweitem Element 3, 4, sowie den Verbindungen 5 zwischen diesen, zugeleitet, womit das Schwingungssystem 6 mit einer zugehörigen Resonanzschwingung angeregt wird. Durch die Auslenkung der Resonanzschwingung wird insbesondere am Ort der Verbindung 5 zwischen Stützstruktur 1 und erstem oder zweitem Element 3, 4 die Belastungsgrenze

überschritten und die jeweilige Verbindung 5 gelöst.

Durch Aussendung der Anregungsschwingung von den Aktuatoren 10 und Anregung einer

Resonanzschwingung des Schwingungssytems 6, kann die Auslenkung der

>

Resonanzschwingung und somit der Verbindung 5 zu einem Zeitpunkt die Belastungsgrenze an zumindest einem Punkt übersteigen, wobei die Verbindung 5 gelöst wird. Insbesondere ist

die Belastungsgrenze dabei die Bruchgrenze in der Verbindung 5.

Die dem Schwingungssystem 6 zugeordnete Resonanzschwingung entspricht dabei der Anregung von zumindest einer Eigenmode des Schwingungssystems 6. Die dabei bevorzugt anzuregenden KEigenmoden des Schwingungssystems ©6 stellen insbesondere

Deformationsschwingungen der Stützstruktur 1 dar.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, weist die Steuerung 18 eine Messeinrichtung 19 auf, welche zur Messung der Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung ausgebildet ist. Die Steuerung 18 weist zudem eine Regeleinrichtung 20 auf, die zur Regelung der Anregungsfrequenz der zumindest einen Anregungsschwingung ausgebildet ist. Die Messeinrichtung 19 kann dabei die Signale aus den Piezoaktuatoren 11 zur Messung der Resonanzfrequenzen verwendet werden, während die Regeleinrichtung 20 die Aktuatoren 10 zur Erzeugung der Anregungsschwingung mit einer durch die Regeleinrichtung 20 bestimmten Anregungsfrequenz ansteuert. Die Messeinrichtung 19 ist mit der Regeleinrichtung 20 verbunden und die Regeleinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, die Anregungsfrequenz in Abhängigkeit der von der Messeinrichtung 19 ermittelten Resonanzfrequenz anzupassen. Die _Regeleinrichtung 20 kann gemäß einer Ausführungsvariante als Regelschleife (PID) oder Phasenregelschleife (PLL) ausgebildet sein, um insbesondere Veränderungen der Resonanzfrequenz in der Anregungsfrequenz

nachzuführen.

Die Signalform der Anregungsschwingung kann von der Steuerung 18 in Abhängigkeit der zu entfernenden bzw. der anzuregenden Stützstrukturen 1 bestimmt werden. So kann die Anregungsschwingung etwa eine kontinuierliche Sinusschwingung bei einer vorgegebenen Anregungsfrequenz aufweisen, um eine zyklische Anregung und Aufladung der Resonanzschwingung zu erreichen. Ebenso kann die Anregungsschwingung eine gepulste Sinusschwingung oder ein Bandrauschen oder auch einen Frequenzsweep aufweisen. Durch diese Signalformen bzw. beliebigen Kombinationen davon, kann beispielsweise eine Anregung

und Messung der Resonanzschwingungen simultan erfolgen.

Das Verfahren 200 kann beispielsweise, entsprechend dem Gegenstand 2 in Fig. 1, in mehreren Durchgängen ablaufen. So werden in einem ersten Durchgang die vertikal dargestellten Stützstrukturen 1 abgebrochen, wobei die horizontal abgebildeten Stützstrukturen 1 mit dem Gegenstand 2 verbunden bleiben und diesen halten bzw. stabilisieren. In einem zweiten Durchgang werden dann die noch verbleibenden horizontal abgebildeten Stützstrukturen 1

abgebrochen.

Die Vorrichtung 100 hängt während der Ausführung des Verfahrens 200 an vier Aufhängungspunkten an der Grundplatte 7, insbesondere an deren Ecken, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt wurde. Die Aufhängung besteht dabei aus 4 dünnen elastischen Seilen bzw. Schnüren (bspw. aus einem Elastomer). Die Resonanzfrequenz der Aufhängung kann dabei in einem bevorzugten Fall weniger als 1 Hz, bevorzugt weniger als 0,5 Hz, besonders bevorzugt weniger als 0,25 Hz betragen. Die Länge bzw. Spannung der Aufhängung kann dabei zusätzlich durch motorisierte, regelbare Winden angepasst werden, um die

Vorrichtung 100 waagrecht zu halten.

Die gesamte Vorrichtung 100 befindet sich gemäß einer weiteren Ausführungsvariante in einer evakuierbaren Kammer, was in den Figuren jedoch ebenso nicht dargestellt ist. Damit kann bei Bedarf durch Verringerung der Luftreibung die Güte der Resonanzschwingungen erhöht werden. Die Aktuatoren 10 sind dabei bevorzugt für den Einsatz im Vakuum ausgelegt. In einer alternativen Ausführungsvariante kann die Kammer mit einem geeigneten Gas gefüllt werden, z.B. um gleichzeitig die Güte der Resonanzschwingungen und die Wärmeabfuhrfähigkeit der Aktuatoren 10 zu optimieren. Dazu wird z.B. ein Gas bei einem Druck verwendet, das gute Wärmeleitfähigkeit mit geringer Viskosität verbindet (z.B. Helium bei weniger als

Atmosphärendruck).

In alternativen Ausführungsvarianten, die in den Figuren nicht näher dargestellt wurden, kann der Gegenstand 2 auch ohne den Einsatz einer Vorrichtung 100 während des Verfahrens 200 frei aufgehängt oder frei schwebend gehalten werden. Die Aktuatoren 10 können dabei direkt an einem Element 3, 4 oder an einer Stützstruktur 1 des Gegenstands 2 angebracht sein. Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens 200 können dabei entsprechend umgelegt

werden.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 101 zur Durchführung des Verfahrens 200. Die Vorrichtung 101 eignet sich dabei für die Entfernung von Stützstrukturen 1 von einem Gegenstand 2 (insbesondere mit besonders filigranen Sollstrukturen), welcher in einer Flüssigkeit eingetaucht ist. Die Vorrichtung 101 weist dazu eine Grundplatte 7 auf, auf der der Gegenstand 2 in einem Positionierbereich 8 vorgesehen ist. In einem Randbereich 9 der Grundplatte 7 sind wiederum Aktuatoren 10, insbesondere

Piezoaktuatoren 11, entlang einer Seite der Grundplatte 7 angeordnet.

Die Aktuatoren 10 bzw. Piezoaktuatoren 11 sind wiederum über Leitungen 17 mit einer Steuerung 18 verbunden, was der Einfachheit halber in Fig. 2 jedoch nicht dargestellt wurde.

Für die Ausgestaltung der Steuerung 18 wird auf die obige Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.

Die Vorrichtung 101 weist dabei zudem Gefäßwände auf, die die Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung 101 halten, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt ist. Die Vorrichtung

101 wird auf einen Druck leicht über dem Dampfdruck der einzusetzenden Flüssigkeit evakuiert und danach mit der Flüssigkeit befüllt, welche den Gegenstand 2 abdeckt. Danach wird die Vorrichtung 101 wieder belüftet, wobei die Hohlräume des Gegenstands 2 mit der Flüssigkeit

gefüllt werden und das Einschließen von Luftblasen vermieden wird.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Flüssigkeit den Gegenstand 2 auch nicht vollständig bedecken. Vorzugsweise können die zu entfernenden Stützstrukturen auch aus der Flüssigkeit herausragen um die Güte der Resonanzschwingungen des Schwingungssystems

hoch zu halten.

Danach wird mittels geeigneter Ansteuerung aller Piezoaktuatoren 11 eine ebene Welle (mit unendlicher Fokuslänge) in eine Richtung losgeschickt, und nach dem Aussenden der Welle die Piezoaktuatoren 11 als Sensoren geschaltet. Die Resonanzantwort auf die Anregung mit der ebenen Welle wird mittels der Sensoren aufgenommen. Anschließend können eine Vielzahl von Wellen in weiteren Richtungen ausgesandt werden und die vorher beschriebenen Schritte gegebenfalls mit unterschiedlichen Fokuslängen wiederholt werden. Damit kann ein sonographisches Bild der Stützstrukturen 1 im Gegenstand 2 erhoben werden. Des Weiteren kann (im Zuge dessen oder in einem separaten Schritt) ebenso die Schwingungsgüte der

Stützstrukturen 1 bestimmt werden.

Das Entfernen der Stützstrukturen 1 kann, wie bereits für Fig. 1 beschrieben, gemäß einem Verfahren 200 durchgeführt werden.

Im Falle der Vorrichtung 101, in der die Stützstrukturen 1 in einer Flüssigkeit eingetaucht werden, werden die Stützstrukturen 1 bevorzugt so fein bzw. filigran wie möglich ausgeführt, wie es das Fertigungsverfahren erlaubt. So kann trotz der verringerten Güte der

Resonanzschwingungen ein einfaches Lösen der Verbindungen 5 ermöglicht werden.

In den Figuren 3a, 3b und 4-7 sind schematische ÖQuerschnittsansichten von Schwingungssystemen 6, 6.1-6.7 mit unterschiedlichen Stützstrukturen 1, 1.1-1.13 gemäß

verschiedenen Ausführungsvarianten dargestellt.

Die Stützstrukturen 1, 1.1-1.13 können dabei im Rahmen eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines Gegenstands 2 derart angepasst bzw. hergestellt werden, dass deren Resonanzfrequenz bezogen auf das Schwingungssystem 6 niedriger ist als die Resonanzfrequenzen von

Resonanzschwingungen bezogen auf das erste oder zweite Element 3, 4.

In Fig. 3a ist ein Schwingungssystem 6 mit einer Stützstruktur 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. Die Stützstruktur 1 beinhaltet dabei nur eine Sollbruchstelle

21, die zwischen den Verbindungen 5 zu erstem und zweitem Element 3, 4 vorgesehen ist.

In Fig. 3b ist ein Schwingungssystem 6.1 mit einer Stützstruktur 1.1 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante dargestellt. Dabei beinhaltet die Stützstruktur 1.1 zwei Einschnürungen 22, die Festkörpergelenke und/oder Sollbruchstellen 21 darstellen, und dazwischen einen Schenkel 23, der die Resonanzbewegung und -Auslenkung der Stützstruktur 1.1 zwischen den

Sollstrukturen 3, 4 ermöglicht, die zum Lösen der Verbindungen 5 führen kann.

Beide Stützstrukturen 1 und 1.1 sind dabei um die z-Achse rotationssymmetrisch ausgeführt. An den Einschnürungen 22 ist der Schenkel 23 somit entlang einer Drehachse 24 in z-Richtung

drehbar, sowie entlang den horizontalen Achsen (x, y) linear auslenkbar.

Bei mehrfacher Anordnung der Stützstrukturen 1 bzw. 1.1 nebeneinander (etwa zur Unterstützung einer ausgedehnten Fläche), führt die Verwendung der Stützstruktur 1 (gemäß Fig. 3a) zu einer relativ steifen Verbindung, während die Verwendung der Stützstruktur 1.1 (gemäß Fig. 3b) eine Beweglichkeit in der horizontalen Ebene zulässt. So kann in dem gesamten Schwingungssystem 6.1 über mehrere Schwingungen hinweg Anregungsenergie aufgesammelt werden, wobei die aufgesammelte Energie zu einer hohen Auslenkung und somit zum Bruch bzw. Lösen der Verbindungen 5 und damit zur Freisetzung der Sollstrukturen 3, 4 führt. Die Ausgestaltung der Stützstruktur 1.1 kann somit zu einer einfacheren zuverlässigen Entfernung

derselben beitragen.

Gemäß Fig. 4a ist ein Schwingungssystem 6.2 mit einer Stützstruktur 1.2 gemäß einer dritten Ausführungsvariante und gemäß Fig. 4b ein Schwingungssystem 6.3 mit einer Stützstruktur 1.3

gemäß einer vierten Ausführungsvariante dargestellt.

Die dargestellten Stützstrukturen 1.2, 1.3 sind dabei als Platten, die sich entlang der y-Richtung erstrecken, ausgebildet. Die Stützstrukturen 1.2, 1.3 weisen dabei in ihrer Verbindung 5 zum ersten Element 3 hin Einschnürungen 22 auf, welche als entlang der y-Achse verlaufende Nuten

zu beiden Seiten der Stützstrukturen 1.2, 1.3 ausgebildet sind.

Die Stützstruktur 1.2 in Fig. 4a weist an ihrer oberen Verbindung 5 zum zweiten Element 4 ein breiteres Festkörpergelenk auf, welches ebenfalls durch eine entlang der y-Achse verlaufende nutförmige Einschnürung 22 gebildet ist. Das Schwingungssystem 6.2 kann in diesem Fall nur entlang der x-Achse angeregt werden und eine resonante Auslenkung des Schenkels 23 ermöglichen. Durch die hohe Masse der Stützstruktur 1.2 und die relativ Steife Verbindung 5 zum zweiten Element 4 wird die Resonanzfrequenz im Schwingungssystem 6.2 deutlich

verkleinert.

Die Stützstruktur 1.3 in Fig. 4b weist an ihrer oberen Verbindung 5 zum zweiten Element 4 eine alternative Sollbruchstelle 21 auf. Die Sollbruchstelle 21 ist dabei durch drei in x-Richtung

hintereinander angeordnete Einschnürungen 22 gebildet, die sich wiederum nutförmig entlang

der y-Achse erstrecken. Dabei liegt die mittlere Einschnürung 22 im Inneren der Verbindung 5 bzw. des Festkörpergelenks. Hierdurch wird durch eine Auslenkung des Schenkels 23 in xRichtung eine Drehung um die y-Achse induziert, welche eine sehr große Druck- bzw. Zugkraft

auf die Sollbruchstelle 21 ausübt und somit ein Lösen der Verbindung 5 erheblich erleichtert.

Eine wie in Fig. 4b dargestellte Stützstruktur 1.3 eignet sich insbesondere bei der Verwendung von Baumaterial mit sehr hoher Zähigkeit, wo eine Einschnürung 22 entsprechend der Stützstruktur 1.2 nicht genügend Auslenkung bzw. Kraft ausüben kann, um die Bruchgrenze der Verbindung 5 zu überschreiten. Durch die innere Einschnürung 22 in der Stützstruktur 1.3 können die Drehpunkte entlang der y-Richtung und entlang der z-Richtung aus der Mitte des Schenkels 23 herausbewegt werden und so der auf die Sollbruchstelle 21 wirkende Hebel erhöht

werden.

Gemäß Fig. 5a ist ein Schwingungssystem 6.4 mit einer Stützstruktur 1.4 gemäß einer fünften Ausführungsvariante und gemäß Fig. 5b ein Schwingungssystem 6.5 mit einer Stützstruktur 1.5

gemäß einer sechsten Ausführungsvariante dargestellt.

Die Stützstruktur 1.4 in Fig. 5a ist prinzipiell in ihrer Ausgestaltung an die in Fig. 3b gezeigte Stützstruktur 1.1 angelehnt. Für eine allgemeine Beschreibung wird somit auf die obige Beschreibung zu Fig. 3b verwiesen. Allerdings ist der Schenkel 23 dabei in seinem Durchmesser deutlich verbreitert, wodurch die Masse der Stützstruktur 1.4 und das Trägheitsmoment des Schenkels 23 um die z-Achse erhöht werden. Durch die erhöhte Masse wird einerseits die Resonanzfrequenz im Schwingungssystem 6.4 erniedrigt und andererseits kann das Schwingungssystem 6.4 durch die hohe Trägheit gut Schwingungsenergie aufsammeln und speichern. Damit kann die Stützstruktur 1.4 bei Anregung ihrer Resonanzschwingung selbst bei geringen Amplituden der Anregungsschwingung abgebrochen werden. Der Schenkel 23 kann in alternativen Ausführungsvarianten auch einen quadratischen,

dreiecksförmigen, sechseckigen oder sonstigen Querschnitt aufweisen.

Die in Fig. 5b gezeigte Stützstruktur 1.5 ist wiederum ähnlich zur zuvor beschriebenen Stützstruktur 1.4 ausgeführt, allerdings ist diese dabei bewusst asymmetrisch ausgeführt. Damit können lineare Anregungsschwingungen in eine Rotationsschwingung (und bei Bedarf umgekehrt) umgesetzt werden. Dies ist in vielen Anwendungsbereichen der Erfindung von Vorteil, da lineare Anregungsschwingungen oft leichter durch eine Vorrichtung 100, 101 mittels der Aktuatoren 10 herstellbar sind.

Darüber hinaus ist im Fall von linearen Anregungen die Summe aller Beschleunigungen in jedem Punkt des Gegenstands 2 (näherungsweise) konstant, während die Beschleunigung bei Rotationsbewegungen vom Abstand zum Rotationspunkt bzw. zur Rotationsachse abhängt, was

an exponierten Stellen zu ungewünschten beschleunigungsbedingten Beschädigungen von

Sollstrukturen führen kann. Durch die Verwendung von linearen Anregungen kann ein

zuverlässigeres Verfahren 200 bzw. 300 geschaffen werden.

Fig. 6 zeigt ein Schwingungssystem 6.6 mit zwei Stützstrukturen 1.6 gemäß einer siebten Ausführungsvariante der Erfindung. Die Stützstrukturen 1.6 sind dabei im Wesentlichen vergleichbar wie die in Fig. 5b gezeigte Stützstruktur 1.5 ausgeführt, weshalb auf die allgemeine Beschreibung hierzu verwiesen wird. Im Unterschied zur Stützstruktur 1.5 weisen die Schenkel 23 Ausleger 25 entlang der x-Richtung auf um eine asymmetrische Form des Schenkels 23 zu erhalten. Durch die Ausleger 25 wird ein Hebel erzeugt, welcher bei linearer Anregung in y-Richtung eine starke Rotationsschwingung der Stützstrukturen 1.6 entlang der Drehachse 24 in z-Richtung in das Schwingungssystem 6.6 einkoppelt.

Durch die Rotationsschwingung (Drehpendelbewegung) wird eine starke Belastung der Einschnürungen 22 an den Verbindungen 5 erzielt, die schnell zum Abriss und Lösen der Verbindungen 5 führen kann. Das Schwingungssystem 6.6 weist dabei zumindest zwei Schwingungsmoden zur jeweiligen Rotation der Stützstrukturen 1.6 auf. Bei gleichzeitiger Anregung der Resonanzschwingungen beider Schwingungsmoden durch eine oder mehrere Anregungsschwingungen kann ein im Wesentlichen simultanes Entfernen der Stützstrukturen

1.6 erfolgen.

In Fig. 7 ist ein Schwingungssystem 6.7 bestehend aus mehreren Stützstrukturen 1.7-1.13 gezeigt. Die Ausgestaltung der Stützstrukturen 1.7-1.13 lehnt sich dabei an die in Fig. 4a und Fig. 4b gezeigten Stützstrukturen 1.2, 1.3 an, die sich linear (plattenförmig) entlang der yRichtung erstrecken. Für eine allgemeine Beschreibung zu den Stützstrukturen 1.7-1.13 wird

somit auf die Beschreibung zu den Fig. 4a und 4b für die Stützstrukturen 1.2, 1.3 verwiesen.

Die Stützstruktur 1.7 weist dabei zwei Schenkel 23 auf, die durch eine lineare nutförmige Einschnürung 22 getrennt sind, auf. Bei linearer Anregung in x-Richtung können die Schenkel 23 in eine Rotationschwingung zueinander mit einer Rotationsachse entlang der y-Richtung

ausgelenkt werden.

Die Stützstruktur 1.8 weist dagegen drei aneinander angeordnete Schenkel 23 auf, die wiederum jeweils durch nutförmige Einschnürungen 22 entlang der y-Achse getrennt sind. Die Stützstruktur 1.8 kann gegenüber der Stützstruktur 1.7 mit einer höheren Resonanzfrequenz angeregt werden. Die Stützstruktur 1.8 erzeugt dabei zumindest zwei Schwingungsmoden, wobei eine einer gegengleichen Rotation der Schenkel 23 um die y-Achse zueinander entspricht und die andere einer gleichförmigen linearen Schwingung aller drei Schenkel entlang der x-

Achse entspricht.

Die Stützstruktur 1.9 stellt wiederum eine Weiterführung des Prinzips aus den Stützstrukturen 1.7 und 1.8 dar und weist vier durch Einschnürungen 22 miteinander verbundene Schenkel 23 auf. Dabei können wiederum mehrere Schwingungsmoden erzeugt werden, wobei die

Resonanzfrequenz weiter erhöht werden kann.

Dieses Prinzip hat ist allem bei der Entfernung von Stützstrukturen aus Beton vorteilhaft. Hierbei können die Stützstrukturen beim Abbrechen in kleine handhabbare Blöcke zerbrochen

werden, welche leicht entfernt und wiederverwendet oder entsorgt werden können.

Die Stützstruktur 1.10 unterscheidet sich von der Stützstruktur 1.7 insbesondere dadurch, dass die Einschnürung 22 an der oberen Verbindung 5 zum zweiten Element 4 hin sich von den anderen Einschnürungen 22 unterscheidet. Der Winkel der Einkerbung, die die Einschnürung 22 und somit die Sollbruchstelle 21 definiert ist spitzer, was den Einriss und ein Lösen der

Verbindung 5 an dieser Stelle begünstigt.

Die Stützstruktur 1.11 ist in ihrer Ausgestaltung stark an die in Fig. 4b dargestellte Stützstruktur 1.3 angelehnt. Dabei weist die Stützstruktur 1.11 eine innere Einschnürung 22 in der oberen Verbindung 5 zum zweiten Element 4 auf, was ein besonders günstiges und vereinfachtes Einreißverhalten an der Sollbruchstelle 21 durch eine lineare Anregungsschwingung entlang

der x-Achse ermöglicht.

Die Stützstruktur 1.12 vereint in ihrer Ausgestaltung die Merkmale der Stützstrukturen 1.11 und 1.6 aus Fig. 6. Dabei weist jeder der beiden Schenkel 23 einen Ausleger 25 auf. So wird ein mechanischer Resonator mit besonders günstigen Einreiseigenschaften an der Sollbruchstelle geschaffen, der zusätzlich zu den um die z-Achse anregbaren Rotationsschwingungen auch durch eine lineare Anregung entlang der y-Achse (oder entlang der z-Achse) anregbar ist. Diese Schwingungen neigen dazu, die Sollbruchstelle 21 an einem Extrempunkt, also am Anfang oder am Ende der Stützstruktur 1.12 (entlang der y-Achse) zuerst einzureißen, was das Lösen der Verbindung 5 weiter begünstigt und somit ein noch

schonenderes Verfahren ermöglicht.

Die Stützstruktur 1.13 beruht schließlich auf der Stützstruktur 1.12, wobei die Ausleger 25 der Schenkel 23 auf beiden Seiten der Schenkel 23 vorgesehen sind. Das Trägheitsmoment der Schenkel 23 wird dabei sowohl um die z-Achse, als auch um die y-Achse weiter erhöht. Damit kann das erfindungsmäßige Lösen der Verbindung 5 an der Sollbruchstelle 21 noch schonender (mit niedrigeren Anregungsamplituden) durchgeführt werden. Allerdings ist dazu eine

Anregung in x-Richtung und entlang der z-Achse nötig.

Claims (20)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) aus einem Gegenstand (2), welcher durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wurde und bei dem zumindest eine Stützstruktur (1, 1.1-1.13) zwischen einem ersten Element (3) und einem zweiten Element (4) des Gegenstands (4) vorgesehen ist und jeweils zumindest eine Verbindung (5) mit diesen aufweist und bei dem die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) zusammen mit dem ersten und zweiten Element (3, 4) ein Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) bildet, wobei zumindest eine der Verbindungen (5) durch Anregung des Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) mittels mechanischer Schwingungen gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines Aktuators, welcher mit dem Gegenstand (2) gekoppelt ist, zumindest eine mechanische Anregungsschwingung in diesen eingebracht und dem Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) zugeleitet wird, und das Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) mit zumindest einer ihr zugeordneten Resonanzschwingung angeregt wird um die zumindest eine Verbindung (5) zu lösen, wobei zu zumindest einem Zeitpunkt die Auslenkung der Resonanzschwingung die Belastungsgrenze an

zumindest einem Punkt im Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (3) und/oder das zweite Element (4) des Gegenstands (2) eine Sollstruktur, eine Stützstruktur (1, 1.1-1.13) oder eine Grundplatte (7) des Gegenstands (2) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) zugeordnete Resonanzschwingung der Anregung zumindest einer Eigenmode des Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Eigenmode des Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) eine Deformationsschwingung der Stützstruktur (1, 1.1-1.13) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktuatoren (10) mit dem Gegenstand (2) gekoppelt sind und mehrere mechanische Anregungsschwingungen in den Gegenstand (2) einbringen, wobei sich die

Anregungsschwingungen in dem Schwingungssystem zu der Resonanzschwingung überlagern.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der

zumindest eine Aktuator (10) an einem Element (3, 4) oder einer Stützstruktur (1, 1.1-1.13) des Gegenstands (2) angebracht ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Anregung des Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) mit der zumindest einen Resonanzschwingung, ein mechanischer Impuls in die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) eingeleitet

wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (10) über eine Flüssigkeit mit dem Gegenstand (2) gekoppelt ist, wobei insbesondere die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) nicht in der Flüssigkeit eingetaucht ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (2) während des Verfahrens (200) frei aufgehängt oder frei schwebend gehalten

wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung ermittelt wird und die Anregungsfrequenz der Anregungsschwingung in Abhängigkeit der Resonanzfrequenz, insbesondere in einer

Regeleinrichtung (20), besonders bevorzugt in einer Regelschleife, angepasst wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Anregungsschwingung eine gepulste Sinusschwingung und/oder ein

Bandrauschen und/oder einen Frequenzsweep aufweist.

12. Vorrichtung zur Entfernung von Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) aus einem Gegenstand (2), wobei der Gegenstand (2) ein durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellter Gegenstand (2) ist und wobei in dem Gegenstand (2) zumindest eine Stützstruktur (1, 1.1-1.13) zwischen einem ersten Element (3) und einem zweiten Element (4) des Gegenstands (2) vorgesehen ist, welche jeweils zumindest eine Verbindung (5) mit dem ersten Element (3) und zweiten Element (4) aufweist und zusammen mit diesen ein Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100, 101) zumindest einen mechanischen Aktuator (10) aufweist, welcher mit dem Gegenstand (2) zum KEinleiten einer mechanischen Anregungsschwingung gekoppelt ist, und wobei die Vorrichtung (100, 101) eine mit dem zumindest einen Aktuator (10) gekoppelte Steuerung (18) aufweist, welche dazu programmiert ist, die Anregungsschwingung zu steuern und das Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) mit zumindest einer ihr zugeordneten Resonanzschwingung derart anzuregen, dass zu zumindest einem Zeitpunkt die Auslenkung der Resonanzschwingung die Belastungsgrenze an zumindest

einem Punkt im Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) übersteigt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100, 101) mehrere mit der Steuerung (18) verbundene und mit dem Gegenstand (2) mechanisch gekoppelte Aktuatoren (10) aufweist, wobei die Steuerung (18) dazu programmiert ist, mehrere Anregungsschwingungen in den Gegenstand (2) einzuleiten, welche sich im

Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) zu der Resonanzschwingung überlagern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (18) eine Messeinrichtung (19) zur Messung der Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung und eine Regeleinrichtung (20) zur Regelung der Anregungsfrequenz der zumindest einen Anregungsschwingung aufweist, wobei die Messeinrichtung (19) mit der Regeleinrichtung (20) verbunden ist und die Regeleinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, die Anregungsfrequenz in

Abhängigkeit der Resonanzfrequenz anzupassen.

15. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes (2) durch additive Fertigung, bei dem der Gegenstand (2) zumindest ein erstes Element (3) und ein zweites Element (4) aufweist, die durch einen Freiraum voneinander beabstandet sind, und bei dem während der Fertigung jeweils zumindest eine Verbindung (5) zwischen dem ersten Element (3) bzw. dem zweiten Element (4) und zumindest einer Stützstruktur (1, 1.1-1.13) vorgesehen werden und bei dem zumindest eine der Verbindungen (5) im Anschluss an die additive Fertigung des Gegenstands (2) durch Einbringen von mechanischen Schwingungen gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) während der additiven Fertigung derart ausgebildet wird, dass ein Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) bestehend aus erstem und zweitem Element (3, 4) und der Stützstruktur (1, 1.1-1.13) gebildet wird, wobei das Schwingungssystem (6, 6.1-6.7) zumindest eine Resonanzschwingung bezogen auf die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) aufweist, deren vorgegebene Resonanzfrequenz niedriger ist als die Resonanzfrequenzen von

Resonanzschwingungen bezogen auf das erste oder zweite Element (3, 4).

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem Element (3) und einem weiteren Element oder zwischen zweitem Element (4) und einem weiteren Element des Gegenstands (2) eine Abstützung vorgesehen ist, wobei die Abstützung die Resonanzfrequenzen der Resonanzschwingungen bezogen auf das erste Element (3) bzw.

bezogen auf das zweite Element (4) erhöht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine

Stützstruktur (1, 1.1-1.13) derart ausgebildet wird, dass deren Verbindung (5) zum ersten

und/oder zweiten Element (3, 4) eine Sollbruchstelle (21) aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (21) in

Form einer Querschnittsverjüngung und/oder einer scharfen Kante ausgebildet ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des herzustellenden Gegenstands (2) die Resonanzschwingungen der Elemente (3, 4) ohne Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) ermittelt werden und die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) derart ausgebildet wird, dass die zumindest eine Resonanzschwingung des StützstrukturSchwingungssystems (6, 6.1-6.7) bezogen auf die Stützstruktur (1, 1.1-1.13) eine Resonanzfrequenz aufweist, die geringer ist als die niedrigste Resonanzfrequenz der Resonanzschwingungen der Elemente (3, 4) des Gegenstands (2) ohne Stützstrukturen (1, 1.11.13).

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützstrukturen (1, 1.1-1.13) in mehreren Stützstruktur-Schwingungssystemen (6, 6.1-6.7) in dem Gegenstand (2) vorgesehen werden, und die Resonanzfrequenzen der zumindest einen Resonanzschwingung des Stützstruktur-Schwingungssystems (6, 6.1-6.7) bezogen auf die

jeweilige Stützstruktur (1, 1.1-1.13) gemeinsam ein Frequenzband ausbilden.