DE102012017692A1

DE102012017692A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Wechseln der Arbeitsebene für den schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers

Info

Publication number: DE102012017692A1
Application number: DE102012017692.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Baumann; Karl Merz
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-13
Also published as: WO2014037464A1

Abstract

Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus pulverförmigem Material, wobei – eine Beschichtungsvorrichtung über eine Arbeitsplatte verfahrbar ist, durch welche pulverförmiges Material schichtweise auf eine Objektträgerplatte auftragbar ist und die Arbeitsplatte und die Objektträgerplatte in parallel zueinander liegenden Ebenen liegen und – die Objektträgerplatte durch einen Antrieb, der in einem Gehäuse untergebracht ist, senkrecht bezogen auf die zur Lage ihrer Ebene verfahrbar ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Referenzfläche (5) aufweist, die parallel zur Ebene der Objektträgerplatte (3) liegt und die Arbeitsplatte (1) an der Referenzfläche des Gehäuses (4) befestigt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus pulverförmigem Material.
Stand der Technik
Beim schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers wird durch eine Beschichtungsvorrichtung pulverförmiges Material schichtweise aufgetragen.
Als Arbeitsebene bezeichnet man die Ebene, über welche die Beschichtungsvorrichtung für das pulverförmige Material verfährt, wenn sie eine Schicht aufträgt. Die Arbeitsebene erstreckt sich in X- und Y-Richtung. In dieser Arbeitsebene befindet sich die Arbeitsplatte.
Die Arbeitsplatte hat eine Ausnehmung. In diese Ausnehmung ist eine gesonderte Platte einfahrbar, welche mit einer Verstellvorrichtung in Z-Richtung verbunden ist. Diese Platte wird in Fachkreisen Objektträger genannt und definiert die Abmessungen des Bauraums in X- und Y-Richtung. Die Oberfläche des Objektträgers und die Oberfläche der Arbeitsplatte sind parallel zueinander. Der Abstand dieser beiden Ebenen zueinander ist durch den Z-Antrieb einstellbar. Der Objektträger ist durch die Verstellvorrichtung nach unten absenkbar und befindet sich beim Absenken innerhalb einer Hülle, die den Objektträger mit geringem Abstand umgibt. Die Hülle definiert die Seitenwandung des Bauraumes.
Der maximale Hub der Verstellvorrichtung in Z-Richtung definiert die maximale Abmessung des Bauraumes in Z-Richtung.
Der dreidimensionale Körper entsteht durch selektives Verfestigen einer Schicht aus pulverförmigen Material auf einer Trägeroberfläche.
Die Herstellung des dreidimensionalen Körpers erfolgt, indem durch die Verstellvorrichtung, der Objektträger in eine Position gebracht wird, in welcher die Oberfläche um eine Schichtdicke unterhalb der Arbeitsebene befindet.
Anschließend wird die Beschichtungsvorrichtung über die Arbeitsebene verfahren, hierbei wird der Bereich zwischen Objektträgeroberfläche und Arbeitsebene mit Pulver gefüllt.
Nun werden mittels einer Energiequelle die Stellen in der gerade aufgetragenen Schicht verfestigt, welche dem Querschnitt des herzustellenden Objektes innerhalb dieser Schicht entsprechen. Die Schicht ist damit fertig gestellt.
In einem zweiten Schritt wird der Objektträger um den Betrag der Schichtdicke der nächsten Schicht abgesenkt. Nun befindet sich die Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht um eine Schichtdicke unterhalb der Arbeitsebene, wiederum verfährt die Auftragsvorrichtung über die Arbeitsebene und füllt nun den Bereich zwischen der Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht und der Arbeitsebene mit pulverförmigen Material, woraufhin der Schritt des Verfestigens an den dem Querschnitt des Objektes in dieser Schicht entsprechenden Stellen wiederholt wird. Diese Schritte werden sooft Wiederholt, bis das Objekt fertig gestellt ist.
Daher fährt die Beschichtungsvorrichtung sehr oft über die Arbeitsplatte. Insbesondere wenn das verwendete Pulver aus einem harten Material, beispielsweise Metall- oder Keramikpulver besteht führt dies zu einem Verschleiß der Arbeitsplatte.
Beim bekannten Stand der Technik ist die Arbeitsplatte fest mit dem Rahmen der Maschine verbunden. Die Vorrichtung zur Verstellung der Objektträgerplatte ist ebenfalls mit dem Rahmen der Maschine verbunden.
Das Ausrichten von Arbeitsplatte und Objektträgerplatte zueinander erfolgt durch Justageelemente. Dies ist sowohl bei der Erstmontage, als auch bei einem verschleißbedingten Wechsel der Arbeitsplatte ein aufwändiger Vorgang, da beide Teile in einer gemeinsamen Ebene liegen müssen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, wodurch die Erstmontage und der Wechsel der Arbeitsplatte vereinfacht wird.
Technische Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung die Befestigung der Arbeitsplatte in der Maschine in neuartiger Weise so zu gestalten, dass der Aus- und Einbau schnell und einfach erfolgt und insbesondere die aufwändige Justage von Arbeitsplatte und Objektträgerplatte zueinander zu überflüssig wird.
Technische Lösung
Die Überlegungen, die zum Entstehen der vorliegenden Erfindung führten, gingen davon aus, dass die Justage der beiden Teile zueinander vorteilhaft vereinfacht wird, wenn die Vorrichtung zur Verstellung der Objektträgerplatte in Z-Richtung über Referenzpunkte oder eine Referenzfläche verfügt, auf welcher die Arbeitsplatte aufsetzbar ist.
Diese Referenzpunkte an der Verstellvorrichtung für die Objektplatte definieren eine Ebene, die parallel zu der Ebene der Objektträgerplatte ist.
In vorteilhafter Weise hat man so einen modularen Aufbau aus präzise vorgefertigten Teilen, die in vorteilhafter Art und Weise bei der Endmontage einfach und ohne weiteren Justageaufwand zusammengefügt werden können.
Weitergehende Überlegungen führten zu der erfinderischen Erkenntnis, dass der Ein- und Ausbau der Arbeitsplatte zusätzlich vereinfacht wird, indem die Referenzpunkte bzw. die Referenzfläche gleichzeitig als die Befestigungspunkte bzw. die Befestigungsfläche der Arbeitsplatte innerhalb der Maschine verwendet werden und somit die Vorrichtung zum Verstellen des Objektträgers und die Arbeitsplatte eine gemeinsame Einheit innerhalb der Maschine bilden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Einheit besteht darin, die Verbindung von Arbeitsplatte und Verstellvorrichtung kraftschlüssig zu gestalten. Der Kraftschluss erfolgt hierbei beispielsweise über eine Klebeverbindung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird an der Arbeitsplatte mittels einer Klebeverbindung ein Verbindungselement befestigt, welches seinerseits einen Formschluss mit der Verstellvorrichtung ermöglicht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass an der Verstellvorrichtung keine Kleberreste verbleiben können, da nur die Arbeitsplatte und das Verbindungselement mit Klebstoff in Berührung kommen.
Die Referenzpunkte bzw. die Referenzfläche definiert die Lage der Arbeitsplatte bezogen auf die Z-Richtung. Im Regelfall verläuft die Z-Achse senkrecht zur Referenzfläche bzw. zur gemeinsamen Ebene der Referenzpunkte.
Bei einem Austausch der Arbeitsplatte ist zudem notwendig, die Lage der Arbeitsplatte in X- und Y-Richtung so zu Justieren, dass die Objektträgerplatte und die Ausnehmung in der Arbeitsplatte miteinander so übereinstimmen, dass die Objektträgerplatte in die Ausnehmung der Arbeitsplatte einfahrbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt dies, indem bei abgesenktem Objektträger durch die Ausnehmung der Arbeitsplatte hindurch ein Justageelement eingesetzt wird. Das Justageelement justiert die Ausnehmung in der Arbeitsplatte gegenüber der Hülle für den Objektträger.
Auch ist es möglich den Objektträger soweit nach oben zu fahren, bis sich seine Oberfläche auf der Ebene der Arbeitsplatte befindet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Objektträger als Justage Hilfe bezüglich der X- und Y-Richtung verwendet. Die Arbeitsplatte ist so auf einfache Weise in X-, Y- und Z-Richtung positioniert. Nun erfolgt die Befestigung der Arbeitsplatte durch Form- oder Kraftschluss wie oben beschrieben.
Vorteilhafte Wirkungen
Ein aufwändiges Justieren der Arbeitsplatte und der Objektträgerplatte entfällt somit in vorteilhafter Weise. Die Referenzpunkte bzw. die Referenzfläche werden einmalig präzise hergestellt und stehen dann vorteilhaft bei jedem Wechsel der Arbeitsplatte sofort zur Verfügung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert:
Die 1 zeigt eine Ansicht der Erfindung in geschnittener Darstellung. Die Arbeitsplatte 1 hat einen Ausschnitt 2. In diesem Ausschnitt 2 befindet sich die Objektträgerplatte 3. Die Objektträgerplatte 3 ist die durch einen Antrieb in Z-Richtung auf und ab bewegbar. Der Antrieb in Z-Richtung ist nur andeutungsweise dargestellt, in jedem Fall aber definiert in das ihn umgebende Gehäuse 4 eingebaut.
Die Objektträgerplatte 3, der Antrieb in Z Richtung und das Gehäuse 4 bilden eine modulartige Vorrichtung zur Verstellung der Objektträgerplatte, die vorfertigbar ist. Die Lage der Objektträgerplatte 3 relativ zur Oberfläche 5 des Gehäuses 5 ist vorJustierbar.
Die Arbeitsplatte 1 liegt auf der Oberfläche 5 des Gehäuses 4 auf. Im Gehäuse 4 befindet sich ein durchgängige Bohrung 6. In dieser Bohrung 6 befindet sich eine Gewindehülse 7. Die Gewindehülse 7 ist mittels einer Klebeverbindung 8 an der Arbeitsplatte 1 befestigt. Eine Schraube 9 ist in die Gewindehülse 7 eingeschraubt. Die Schraube 9 liegt mit ihrem Kopf am Rand der Bohrung 6 auf. Über die Klebeverbindung 8, die Gewindehülse 7 und die Schraube 9 besteht somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsplatte 1 und der Oberfläche 5 des Gehäuses 4.
Da die Lage der Objektträgerplatte 3 bezüglich der Oberfläche 5 justierbar ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise allein durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsplatte 1 und dem Gehäuse 4 eine definierte justierte Lage zwischen der Oberfläche des Objektträgers 3 und der Oberfläche der Arbeitsplatte 1.
Die 2 zeigt die aus der 1 bekannte Kombination aus Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 zusammen mit einem Justageelement 10. Das Justageelement 10 wird verwendet, um den Ausschnitt 2 der Arbeitsplatte 1 leicht und schnell bezüglich dem Objektträger 3 in x- und y-Richtung ausrichten zu können, bevor der Kraftschluss zwischen Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 hergestellt wird.
Die Objektträgerplatte 3 ist in auf ein Niveau abgesenkt, das unterhalb der Arbeitsplatte 1 und unterhalb der Oberfläche 5 des Gehäuses 4 liegt. Das Justageelement 10 ist in seinem unteren Bereich 11 leicht konisch ausgebildet. Während der Justage wird das Justageelement 10 zunächst mit der konisch geformten Seite 11 voran durch die Ausnehmung 2 der Arbeitsplatte 1 hindurch und weiter in Richtung des abgesenkten Objektträgers 3 geschoben. Anschließend ist die Position von Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 bezüglich der x- und y-Richtung justiert und die Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 können mittels Kraftschluss miteinander verbunden werden.
Die 3 zeigt den Vorgang die Gewindehülse 7 an die Arbeitsplatte 1 anzukleben. Durch das Justageelement 10 sind die Arbeitsplatte 1 und das Gehäuse 4 zueinander in der richtigen Lage. Am Ende der Gewindehülse 7 befindet sich ein Klebstoff 8. Die Gewindehülse wird durch die Bohrung 6 geschoben, bis der Klebstoff 8 die Arbeitsplatte berührt und die Gewindehülse 7 an die Arbeitsplatte 1 anklebt. Anschließend wird die Schraube 9 wie in 1 gezeigt festgeschraubt.
Die 4 zeigt wie die Gewindehülse 7 wieder von der Arbeitsplatte 1 entfernt werden kann. Durch weiteres Eindrehen der Schraube 9 entsteht eine Kraft, die ausreichend groß ist, um die Klebeverbindung zwischen Arbeitsplatte 1 und Gewindehülse 7 zu lösen. Anschließend kann die Arbeitsplatte 1 einfach vom Gehäuse 4 entfernt werden.

Claims

Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus pulverförmigem Material, wobei – eine Beschichtungsvorrichtung über eine Arbeitsplatte verfahrbar ist, durch welche pulverförmiges Material schichtweise auf eine Objektträgerplatte auftragbar ist und die Arbeitsplatte und die Objektträgerplatte in parallel zueinander liegenden Ebenen liegen und – die Objektträgerplatte durch einen Antrieb, der in einem Gehäuse untergebracht ist, senkrecht bezogen auf die zur Lage ihrer Ebene verfahrbar ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Referenzfläche (5) aufweist, die parallel zur Ebene der Objektträgerplatte (3) liegt und die Arbeitsplatte (1) an der Referenzfläche des Gehäuses (4) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsplatte (1) eine Ausnehmung (2) hat und die Arbeitsplatte (1) vor der Befestigung an der Referenzfläche (5) so justiert wird, dass die Objektträgerplatte (3) durch den Antrieb in die Ausnehmung (2) einfahrbar ist.
Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsplatte (1) über eine kraftschlüssige Verbindung mit der Referenzfläche (5) am Gehäuse (4) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch eine Klebeverbindung (8) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch eine Kombination von Klebeverbindung (8) und Schraubverbindung (9) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung (8) zwischen der Arbeitsplatte (1) und einer Gewindehülse (7) und die Schraubverbindung zwischen der Gewindehülse (7) und dem Gehäuse (4) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung (8) als Abreißverbindung ausgestaltet wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 7