CN108068333A - 运输单元和三维构件的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运输增材制造的三维构件的运输单元(200)。所述运输单元包括:用于所述三维构件的基本上可气密地封闭的传送接口(19)和/或包含所述三维构件的容器(WB)和/或承载所述三维构件的平台,所述传送接口(19)构成和设置为,使所述传送接口与增材制造机(PRS)的输出接口(17)在确定的构件传送的范围内共同作用,所述增材制造机制造所述三维构件,并且在确定的所述传送接口(19)和输出接口(17)之间的连接的情况下可产生基本上气密的连接;和在对外基本上气密地封闭的状态下的用于储存所述构件和/或所述容器(WB)和/或所述平台的储存室(100)。本发明还涉及一种用于制备三维构件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运输增材制造的三维构件的运输单元。此外,本发明还涉及一种用于三维构件的制备系统以及一种用于制备三维构件的方法。
背景技术
增材制造通常也作为“3D打印”已知,其中,基于计算机生成的控制指令来制造三维构件。增材制造的特别著名的示例以名称“选择性激光烧结或激光熔化”为已知。在此,重复地施加(粉末状)构建材料的薄层,并且构建材料在每一层中都通过利用激光束选择性地照射待制造的物体的截面中的相应位置进行选择性的固化。这通常在保护气体的环境下进行。
在相应的增材制造机中制成三维物体之后,在等待时间之后将所述三维物体从制造机中取出。该等待时间用于构件或包围该构件的构建材料的第一次冷却,首先是为了防止在取出时的点燃危险(尤其是在金属构件的情况下)或者损坏危险(尤其是在塑料构件的情况下)。通常,三维物体会被输送到后续加工步骤,例如有针对性的冷却、移除包围所述三维物体的非固化的构建材料、表面处理或者在后续制造工艺的范围内的进一步处理(例如钻孔、铣削、锯割(例如为了移除(构造)平台和三维构件之间的支撑结构),等)。
在此,相应的三维物体通常不是作为单件从增材制造机中取出,而是例如在可更换结构(即可从制造机中取出的、包含三维构件的室)内和/或在支承三维构件的平台上(或者与所述平台连接)(所述平台在增材制造期间用作为构造平台)。
WO2016/075025 A1公开了一种生产设施,所述生产设施包括至少两个作为增材制造机的构造设备,及取料站(用于上述的移除包围三维物体的非固化的构建材料)和再处理站(用于三维构件的热学的或表面的机械再处理)以及其它组件。这些组件在运输链中借助于自驱动的运输工具(在此在下文中同义地称为运输单元)相互连接。本文的公开内容也理解为本发明的公开内容;因此本发明可以通过该公开内容的任意特征来补充和丰富。
发明内容
因此本发明的目的是,提供一种改善的或改进的运输单元,所述运输单元优选尤其是确保更安全的和/或更有效的运输过程。此外本发明的目的是,提供一种改进的用于制备三维构件的方法,所述方法比至今为止已知的方法尤其是更有效的和更较少耗时的。
所述目的通过根据本发明的运输单元、根据本发明的制备系统和根据本发明的方法来实现。
相应地,根据本发明的开始提及类型的运输单元至少包括下述组成部分:
a)用于三维构件的基本上可气密地封闭的传送接口和/或包含三维构件的容器和/或承载三维构件的平台,所述传送接口构成和设置为,使得所述传送接口与增材制造机的输出接口在常规的构件传送的范围内共同作用,所述增材制造机制造三维构件,并且在常规的在传送接口和输出接口之间的连接的情况下可产生基本上气密的连接。因此,传送接口可以打开以用于传送并且此后气密地封闭;就其意义而言涉及通向增材制造机的输出接口的某种类型的闸阀,所述输出接口形成第二闸阀,或者这两个所提及的接口一起形成共同作用的闸阀系统,所述闸阀系统的两个闸阀优选仅能够一起打开和/或关闭,例如借助于锁定机制,所述锁定机制仅当两个闸阀相对于彼此在期望位置中定位时才打开这两个闸阀,在所述期望位置中,优选确保在两个闸阀之间的气密的连接。在打开两个闸阀时优选保证:在增材制造机(的工艺室)和储存室内的(保护气体)环境彼此相容。这例如可以通过下述方式来保证:在两个所提及的室中构成相同的保护气体环境,如下文中还将进一步详述的。在这种情况下也可以使用用于均衡在两个所提及的室之间的气体环境比例的组合式气体传感器或监控系统,使得例如在控制回路中将两个所提及的室中的气体环境彼此调节或彼此匹配。所提及的闸阀或接口例如能够包括可枢转的或可移动的盖,所述盖在关闭状态下环形地密封。
b)在对外基本上气密地封闭的状态下的用于储存构件和/或容器和/或平台的储存室。所述储存室在此优选设有传送接口,意即,储存室的指向外部的壁部的一部分于是通过传送接口形成。运输单元此外优选构造有辅助运输的机构,即允许或简化运输单元的自驱动的和/或外部驱动的运输。其中尤其包括车轮、翼部、转子和驱动马达,但是也包括滑轨等。
借助于根据本发明的运输单元可行的是,经由两个接口,换言之:闸阀系统将三维构件从工艺室转移到储存室中,而不必从工艺室中去除保护气体环境。更确切地说,能够在转移到储存室期间和/或之前持久地构建和/或保持保护气体环境。
因此,运输单元优选还具有制备单元,所述制备单元在运行中,尤其在运输构件期间,在储存室内,制备储存室中的保护气体。制备单元能够由多个、原则上也在空间上彼此分离的组件构成,例如所述组件在下文中还将进一步详述。
通常来说,根据本发明的运输单元可以替选地或者补充于上述组件包括:
-用于储存构件和/或包含所述三维构件的容器和/或承载所述三维构件的平台的储存室;和/或
-包含所述三维构件的容器。这意味着,代替储存室,也可以直接将容器,尤其是可更换容器,代替附加的、包围容器的储存室用作为运输单元的部件,其中三维构件在增材制造期间在所述容器中构造。
-供应单元,所述供应单元在运行中,尤其在运输构件期间,在储存室或容器内,供应在储存室或容器中的保护气体,和/或在构件基本上气密地密封期间。因此,对于建立(或维持)运输单元中的保护气体环境,不依靠来自工艺室的保护气体的溢流,而是运输单元关于保护气体供给方面是自给自足的,这显著简化三维构件从工艺室中的运输过程和尤其转移过程。在该范围内优选的是,供应单元包括在运输期间携带的用于保护气体的气体容器。替选地或补充地,供应单元包括用于将保护气体输送到运输单元中,尤其输送到储存室和/或气体容器中的连接接口。在后一种情况下,气体容器经由连接接口来填充保护气体,所述保护气体因此后续能够连续地输出到储存室或容器中,在所述容器中制造三维构件,在第一种情况下,储存室直接充满保护气体。换言之:气体容器在此用作为缓冲器或储存器,以便将保护气体更多和更长地供给到储存室或容器中。
此外,运输单元优选在储存室内包括多个气体传感器,以测量储存室中的保护气体和/或其它气体的气体浓度或气体压强。能够监控其浓度/压强的其它气体尤其是下述气体,对所述气体已知的是,所述气体与制造三维部件的构建材料是易于起化学反应的,即尤其为氧气。借助于来自气体传感器的测量,能够更简单地控制或调节保护气体到储存室中的引入。如上所述,控制或调节也能够用于,在上面提及的两个闸阀一起打开之前,有针对性地(例如基于阈值)建立或强制储存室中的期望的气体浓度。
按照根据本发明的运输单元的一个有利的改进方案,储存室与可移动的载体区域可脱离地构成。“可移动的”在该上下文中原则上理解为某种类型的可运动性,即不仅指移动的可能性,而且也指滑动或飞行的可能性。通过储存室与能够理解为运输单元的运输模块的载体区域的可脱离的连接,确保:储存室和载体区域可彼此无关地运行。因此,载体区域能够连续地运输多个储存室或者甚至其它元件如运输货板等,而储存室此时以“停放”的方式在别处固定地定位,例如与增材制造机和/或其它机器/站相结合。
根据本发明的用于三维构件的制备系统包括至少一个增材制造机,其具有输出接口和根据本发明的运输单元。在此,运输单元因此是制备系统的部件,所述制备系统还能够包括其它系统组件,尤其:
a)冷却站,尤其具有可与传送接口在功能上共同作用的第一接收接口;
b)拆包站,尤其具有可与传送接口在功能上共同作用的第二接收接口;
c)预处理站和/或再处理站,构成为用于对包含三维构件的容器和/或承载三维构件的平台进行预处理和/或再处理;
d)质量检查站;
e)表面加工站,构成为用于对三维构件进行表面加工,优选具有可与传送接口在功能上共同作用的第三接收接口;
f)移除站,构成为用于将三维构件从承载所述三维构件的平台移除,优选具有可与传送接口在功能上共同作用的第四接收接口;
g)用于材料和/或辅助机构的供给和/或传送仓库,所述材料和/或辅助机构用于执行增材制造方法和/或用于所述三维物体;
h)具有到运输单元的多个供给连接部的供给站,优选用于用电能充电和/或用于供应保护气体。
此外,本发明涉及一种用于制备三维构件的方法,所述方法至少包括下述步骤:
a)借助于增材制造,尤其基于粉末的增材制造在增材制造机的工艺室中在保护气体环境下制造三维构件;
b)通过将构件基本上连续地保持在保护气体环境中,优选借助于转移到保持在保护气体环境下的区域中,尤其是可移动的运输单元的,尤其是根据本发明的运输单元的尤其储存室中,将三维构件从工艺室中取出,优选直接取出;直接取出尤其理解为基本上立即取出,以及例如基本上无冷却间隙地取出。由于根据本发明的运输单元,能够首先无风险地和毫无顾虑地实现,将增材制造的构件在避开增材制造机中的冷却间隙的情况下取出,因为构件在取出期间和之后还保持在保护气体下,进而不会预期由于“过早”取出而引起的点燃风险和构件本身的风险。该措施根据目前的状态节约在增材制造机中的至少半小时的冷却时间,使得因此自动消除增材制造机的非生产性的运转时间。
c)通过将构件从运输单元转移到继续加工单元中(所述继续加工单元又再也能够包括另一增材制造机)和/或通过将构件从运输单元输出给用户来提供构件。
在本发明的范围中,原则上将“保护气体”理解为下述每种气体或气体混合物,在其条件下,构件和/或构建材料在增材制造中能够基本上无危险地加工。在此特别优选的是,使用氮气和/或氩气作为保护气体。
在本发明的范围中特别有利的是,因为简单和逻辑合理,在工艺室和储存室或上文提及的容器中使用基本上相同的保护气体。因此此外也确保,没有两种不同的保护气体相互形成不期望的(例如化学的)交互作用。“相同的保护气体”理解为两种气体或气体混合物,其化学成分基本上相同,其优选还源自相同的参考源和/或具有基本上相同的温度。为此,能够(例如基于保护气体(尤其在储存室中)的温度测量)对所引入的保护气体有针对性地进行调温,以及加热和/或冷却。
优选地,运输单元不仅单纯用于将三维构件运出(然而这完全包括在本发明的范围中),而且所述运输单元紧接着步骤b)将三维构件运出到制备系统的作为继续加工单元的至少另一系统组件处,尤其是上述类型的根据本发明的制备系统的系统组件。换言之,运输单元因此将三维构件从增材制造机运输到至少另一设施,在该设施中能够以任意形式进一步加工。
此外优选的是,运输单元以空间上分离的形式在增材制造机之外运动。在这种情况下,运输单元因此不是在增材制造机内的运输机构,而是能够与所述增材制造机在空间上无关地运动。
当三维构件由构建材料制成时,本发明显示出特别的优点,其中所述构建材料基本上包括多种聚合物和/或多种金属。如上文已经简述的,在根据至今为止的现有技术直接取出增材制造的三维构件时,在金属构建材料的情况下产生可点燃性的危险并且在塑料构建材料的情况下产生不期望的化学变化。在此,“基本上包括”理解为,构建材料包含多于50体积百分比,优选多于80体积百分比,特别优选多于90体积百分比的上面给出的材料类别。
本发明的一个改进方案在于,借助于具有多个供给连接部的供给站对运输单元进行供给,例如以用于用电能充电和/或以用于制备保护气体。供给站能够与根据本发明的制备系统的组件和/或与增材制造机连接或者邻接于根据本发明的制备系统的组件和/或与增材制造机定位;但是供给站也能够是本身独立的单元,其例如能够作为根据本发明的组件(见上文)实现。
附图说明
下面借助附图中的实施例详细描述本发明。所述附图不强制性地理解为按比例的。附图中示出:
图1示出根据本发明的制备系统的实施例的俯视图,部分地以示意性的框图示出,部分地具有组件的实际视图;
图2示出图1中的供给站的立体侧视图;
图3示出图1中的预处理或再处理站的立体侧视图;
图4示出图1中的增材制造机的立体侧视图;
图5示出图1中的拆包站的立体侧视图;
图6a和6b示出图1中的储存室的两个立体侧视图,在打开状态下在去掉了外封套(图6a)和在关闭状态下具有外封套;
图7示出根据图1的立体侧视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的制备系统1的实施例,所述制备系统1具有多个组件,所示出的是六个增材制造机PRS、冷却站AS、供给站LS、用于根据本发明的运输单元的可移动的承载区域TB、预处理站或再处理站SES、拆包站UNS、两个材料供应站,在此为粉末供应站PBS、表面加工站OBS、质量检查站QS、移除站ES以及被分为供给区域L1和传送区域L2的供给和/或传送仓库L、以及根据本发明的具有储存室100的运输单元200。
图2更详细地示出供给站LS。除了导向装置5以外,所述供给站具有供给联接装置(Versorgungskupplung)3,借助所述供给联接装置可以为运输单元供给保护气体,在此根据本发明的运输单元可以经由导向装置5引导到目标位置。通过运输单元达到常规的目标位置通过在四个目标锁定区域7(在此可见其中两个)中的锁定来实现。在供给站下可以设有感应垫,所述感应垫可以对运输单元或者也可以仅是其可移动的承载区域TB用电能充电。其它充电机制同样是可行的,例如基于用于建立直流的电连接的插头系统等。
图3示出预处理站或再处理站SES,其用于,在制成之后对用于增材制造的可更换容器或(构造)平台进行再处理和为了重新使用而进行预处理。所述预处理站或再处理站在其流入开口11的一侧在旋转站13上具有辊式输送机9,以及在旋转站13的背离该预处理站或再处理站SES的一侧上具有定向站15。定向站15基本上与供给站LS相似地构成,区别在于:代替供给联接装置3,在此仅设置了定心设备4。
图4示出增材制造机PRS,该增材制造机可以经由作为输出接口的闸阀17气密地封闭。在增材制造机PRS的设有闸阀17的一侧,安装有供给站LS(替选的是定向站15)。
图5中类似地示出拆包站UNS,以与在增材制造机PRS中类似的设置方式同样具有闸阀17’和供给站LS(替选的是定向站15)。
图6a和6b示出根据本发明的运输单元200的储存室100。储存室100和可移动的承载区域TB一起形成所述运输单元200。在此,承载区域TB可缩回到储存室100之下的缩回区域中并且在该处可临时与储存室100连接,如在图7中可见的。在该处还可见的是,可移动的承载区域TB构造有多个确保其可移动性的辊300。
储存室100包括:隔板19,所述隔板具有作为气密的接收接口19的可充气的密封件;作为上述供给联接装置3的配合件的作为连接接口3’的供给联接装置3’;用于输送(之前在增材制造机PRS中作为构造容器使用的可更换容器的)容器WB的辊式输送机9’;以及在辊式输送机9’之下的用于控制装置、电池和气动装置的空间23;和用于保护气体的气体容器21。
现在,在下文中将简述在使用已述的组件的情况下增材生产链的典型的流程。这些增材制造设备PRS制造三维构件。在此,这些增材制造设备直接经由来自粉末供应站PBS的软管连接获取材料。可移动的承载区域TB驶向储存室100,所述储存室以对接的方式对增材制造设施PRS进行供应。通过经由增材制造设施PRS的闸阀17和储存室100的隔板19的气密连接,具有完成制造的三维构件的可更换容器WB在保持保护气体环境的情况下借助于辊式输送机9’回缩到储存室100中。在储存室100中的保护气体供应给气体容器21。因此,可以直接在制造三维构件之后将可更换容器WB取出,而不必考虑冷却时间。
在借助于隔板19再次将储存室100气密地封闭之后,运输单元200可以从增材制造设备PRS例如为了冷却而移动至冷却站AS,或者还可以在在储存室100内的三维构件的冷却阶段之后直接移动至拆包站UNS,在所述拆包站中将可更换容器WB清空,即,至少将三维构件与包围该三维构件的构建材料(粉末)粗略分离。这样,带有三维构件的运输单元的其它站可以是预处理站或再处理站SES、表面加工站OBS、质量检查站QS和移除站ES。为了能够在此期间接收电能或保护气体,运输单元200可以驶入供给站LS。例如,在运转时间,可移动的承载区域TB(所述承载区域在本示例中构造有辊300)也可以驶向供给和/或传送设施L,以例如将完成加工的三维构件送到传送区域L2中或者从供给区域L1获得新的粉末或新的平台,这些粉末或平台然后可以被传送给相应的组件PBS、SES或PRS。在此,不必一定携带储存室100(部分地也可能甚至是有阻碍的)。更确切地说,可移动的承载区域TB可以类似于运输履带或叉车地构造,使其例如从下方抓取、升高并且然后运输材料货板。所述运输可以通过直接的(手动的)或者间接的(经由远程控制)人工操纵进行,但是所述运输也可以部分自动地或全自动地借助基于计算机的控制系统来执行并且例如也可以作为自动行驶的和自主监控/控制的承载区域TB。
最后提出,在此所示处的实施方式仅用于说明本发明;本领域技术人员可以毫无问题地对其进行修改,省去或添加组件,并且甚至进行修改。因此,例如还可设想的是,代替储存室,还可以直接运输可更换容器并将其连接到运输单元200的保护气体连接部。还要提到的是,作为增材制造机,原则上可以考虑所有在保护气体下运行的设备(在此保护气体在最广的意义上也理解为气体负压),但是优选考虑基于激光束或电子束的选择性熔融方法。
最后,再次指出,在上文中详细描述的设备仅仅是实施例,本领域技术人员可以以各种不同的方式进行修改,而不会脱离本发明的范围。此外不定冠词“一”或“一个”的使用并不排除:相关特征也可以存在多次。同样的,术语“单元”、“模块”和“构件”也不排除:所述单元”、“模块”和“构件”也由多个必要时也在空间上分离的子单元构成。
Claims (15)
1.一种用于运输增材制造的三维构件的运输单元(200),包括:
a)用于所述三维构件的基本上可气密地封闭的传送接口(19)和/或包含所述三维构件的容器(WB)和/或承载所述三维构件的平台,所述传送接口(19)构造和设置为,使该传送接口与制造所述三维构件的增材制造机(PRS)的输出接口(17)在确定的构件传送的范围内共同作用,并且在在所述传送接口(19)和所述输出接口(17)之间的确定的连接的情况下能够产生基本上气密的连接;
b)在对外基本上气密地封闭的状态下的用于储存所述构件和/或所述容器(WB)和/或所述平台的储存室(100)。
2.如权利要求1所述的运输单元,具有:,
用于储存所述构件和/或包含所述三维构件的容器(WB)和/或承载所述三维构件的平台的储存室(100);和/或
包含所述三维构件的容器(WB);以及
供应单元(3、3’、21),所述供应单元在运行中,尤其是在运输所述构件期间,在所述储存室(100)和/或所述容器(WB)内,供应所述储存室(100)和/或所述容器(WB)中的保护气体,和/或基本上气密地密封所述容器(WB)。
3.根据权利要求2所述的运输单元,其中,
所述制备单元包括在所述运输期间携带的用于所述保护气体的气体容器(21)。
4.根据权利要求2或3所述的运输单元,其中,
所述供应单元包括用于将所述保护气体输送到所述运输单元中,尤其是输送到所述储存室(100)和/或所述气体容器(WB)中的连接接口(3’)。
5.根据上述权利要求之一所述的运输单元,其中,
所述储存室(100)与可移动的所述载体区域(TB)可脱离地构成。
6.一种用于三维构件的制备系统(1),包括:
a)至少一个具有输出接口(17)的增材制造机(PRS);和
b)根据上述权利要求之一所述的运输单元(200)。
7.根据权利要求6所述的制备系统,还包括至少一个下述系统组件:
a)冷却站(AS),尤其是具有可与所述传送接口(19)在功能上共同作用的可安装的第一接收接口;
b)拆包站(UNS),尤其是具有可与所述传送接口(19)在功能上共同作用的可安装的第二接收接口(17’);
c)预处理站和/或再处理站(SES),构成为用于对包含所述三维构件的容器(WB)和/或承载所述三维构件的平台进行预处理和/或再处理;
d)质量检查站(QS);
e)表面加工站(OBS),构成为用于对所述三维构件进行表面加工,优选具有可与所述传送接口(19)在功能上共同作用的可安装的第三接收接口;
f)移除站(ES),构成为用于将所述三维构件从承载该三维构件的平台移除,优选具有可与所述传送接口(19)在功能上共同作用的可安装的第四接收接口;
g)用于材料和/或辅助机构的供给和/或传送仓库(L),所述材料和/或辅助机构用于执行增材制造方法和/或用于所述三维物体;
h)具有到所述运输单元(200)的多个供给连接部(3)的供给站(LS),优选用于用电能充电和/或用于供应保护气体。
8.一种用于制备三维构件的方法,所述方法至少包括下述步骤:
a)借助于增材制造,尤其是基于粉末的增材制造在增材制造机(PRS)的工艺室中在保护气体环境下制造所述三维构件;
b)通过将所述构件基本上连续地保持在保护气体环境中,优选借助于转移到保持在保护气体环境下的区域中,尤其是根据权利要求1至5所述的运输单元(200)的,尤其是储存室(100)中,将所述三维构件从所述工艺室中取出,优选直接取出;
c)通过将构件从所述运输单元(200)转移到继续加工单元中(UNS、SES、OBS、ES、QS)和/或通过将构件从所述运输单元(200)输出给用户来提供所述构件。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,
从所述工艺室中直接取出包括基本上无冷却间隙地取出。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其中,
使用氮气和/或氩气作为保护气体。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法,其中,
在所述工艺室和所述储存室(100)和/或所述容器(WB)中使用基本上相同的保护气体。
12.根据权利要求8至11之一所述的方法,其中,
所述运输单元(200)紧接着步骤b)传送到制备系统(UNS、SES、OBS、ES、QS)的作为继续加工单元(UNS、SES、OBS、ES、QS)的至少另一系统组件处,尤其是根据权利要求7的制备系统(1)的系统组件(UNS、SES、OBS、ES、QS)。
13.根据权利要求8至12之一所述的方法,其中,
所述运输单元(200)以空间上分离的形式在所述增材制造机(PRS)之外运动。
14.根据权利要求8至13之一所述的方法,其中,
所述三维构件由构建材料制成,所述构建材料基本上包括多种聚合物和/或多种金属。
15.根据权利要求8至14之一所述的方法,其中,
借助于具有多个供给连接部(3)的供给站(LS)对所述运输单元(200)进行供给,例如以用于用电能充电和/或以用于供应保护气体。
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