DE102015222938A1 - Vorrichtung zum Trocknen von Pulver und Fertigungssystem - Google Patents

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Torsten Burkert
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver. Die Vorrichtung (1) weist eine Vorrichtungswand (2), die einen Trockenraum (3) begrenzt, einen Pulvereinlass (4) für das Einbringen von Pulver in den Trockenraum (3) sowie einen Pulverauslass (5) für das Ausbringen von getrocknetem Pulver aus dem Trockenraum (3) auf. Ferner weist die Vorrichtung (1) mindestens eine Heizvorrichtung (6) zum Einbringen von Wärme in das Pulver, eine innerhalb des Trockenraums (3) angeordnete Fördervorrichtung (7) zum Fördern des Pulvers durch den Trockenraum (3) in Richtung des Pulverauslasses (5) und eine Abscheidevorrichtung (8) zum Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Trockenraum (3) auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Fertigungssystem (20) zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens. Das Fertigungssystem (20) weist eine Fertigungsstation (21) zum Erzeugen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung (1) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver sowie ein Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens, das eine derartige Vorrichtung aufweist.
  • Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren bekannt, bei denen ein Bauteil auf einer Bauplattform mittels einer Fertigungsstation erzeugt wird. Ein verbreitetes additives Fertigungsverfahren ist das selektive Strahlschmelzen, das auch als „Selective Laser Melting“ bzw. „SLM-Verfahren“ bezeichnet wird. Bei SLM-Verfahren wird eine Schicht aus einem Pulver oder Granulat eines schmelzbaren Bauteilwerkstoffs auf eine Bauplattform gleichmäßig aufgebracht. Mittels eines Hochleistungslasers wird zumindest ein definierter Teilbereich der Schicht derart erhitzt, dass der Bauteilwerkstoff in diesem Teilbereich aufgeschmolzen wird. Der Teilbereich entspricht einer Schicht des zu erzeugenden Bauteils. Das Pulver bzw. Granulat in diesem Teilbereich bildet durch das Aufschmelzen einen Verbund, der nach der Erhitzung durch den Laser abkühlt und erstarrt.
  • Bei Bauteilen, die aus mehreren Schichten erzeugt werden müssen, werden diese Prozesse wiederholt durchgeführt, bis das zu erzeugende Bauteil fertiggestellt ist. Dabei wird in bekannten Verfahren die Bauplattform um eine Schichtdicke der zuletzt erzeugten Schicht relativ zum Hochleistungslaser abgesenkt, damit eine Oberfläche der erzeugten Bauteilschicht für die Erzeugung einer weiteren Bauteilschicht auf der Oberfläche in Abhängigkeit einer Fokussierung des Hochleistungslasers optimal zu diesem angeordnet ist. Anschließend wird eine neue Pulver- bzw. Granulatschicht auf die bereits erzeugte Bauteilschicht sowie die Bauplattform aufgetragen und eine weitere Bauteilschicht durch gezieltes Aufschmelzen des Bauteilwerkstoffs mittels des Laserstrahls erzeugt. Auf diese Weise sind sehr komplexe Bauteile, die beispielsweise Kavitäten oder Hinterschneidungen aufweisen, erzeugbar. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit, insbesondere zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Aufschmelzens sowie einer genauen Randabgrenzung der definierten Teilbereiche, werden derartige additive Fertigungsverfahren oftmals innerhalb einer Schutzatmosphäre, vorzugsweise unter Ausschluss von Sauerstoff und Feuchtigkeit, durchgeführt.
  • Für die Erzeugung möglichst gleichmäßiger Schichtdicken sowie zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Aufschmelzprozesses ist es auch erforderlich, dass das verwendete Pulver eine möglichst geringe Feuchte aufweist. Feuchtigkeit kann beispielsweise ein Verkleben des Pulvers bewirken, so dass dieses beim Auftragen durch Aggregation eine unregelmäßige Pulverschicht bildet. Ferner kann beispielsweise an das Pulver gebundene Wasser beim Aufschmelzen verdampfen und hierdurch eine Porenbildung in der erzeugten Bauteilschicht bewirken. Um ein weitestgehend trockenes Pulver bereitzustellen kommen in SLM-Systemen Trocknungsvorrichtungen zur Trocknung von Pulver zum Einsatz.
  • Herkömmliche Trocknungsvorrichtungen zum Trocknen von Pulver für eine additive Bauteilherstellung, wie z.B. für SLM-Fertigungsstationen, weisen einen Trockenraum mit einer verschließbaren Öffnung auf. Ein mit Pulver beladener Pulverbehälter, wie z.B. ein Pulverblech, ist durch die Öffnung in den Trockenraum einbringbar. Nach dem Verschließen der Öffnung, z.B. durch eine Klappe, ist das Pulver mittels einer Heizvorrichtung, wie z.B. einer Umluftheizung, derart erwärmbar, dass an das Pulver gebundenes Wasser verdampft bzw. verdunstet. Über eine Abluftvorrichtung und/oder einen Wasserabscheider ist das verdampfte bzw. verdunstete Wasser dem Trockenraum entziehbar. Nach einem Trockenvorgang kann die Öffnung wieder geöffnet und der Pulverbehälter mit dem getrockneten Pulver der Trocknungsvorrichtung entnommen werden.
  • Bekannte Trocknungsvorrichtungen, insbesondere für SLM-Fertigungssysteme, haben den Nachteil, dass die Trocknung des Pulvers sehr aufwändig und zeitintensiv ist. Ferner ist der Trockenvorgang ineffizient, da Wärme insbesondere auf eine Pulverschichtoberfläche einer Pulverschicht einbringbar ist. Ein Einbringen von Wärme ins Innere der Pulverschicht erfordert viel Energie, da weiter außen liegende Pulverschichten als thermischer Isolator wirken. Um auch die Feuchtigkeit im Inneren der Pulverschicht zu verdunsten bzw. zu verdampfen ist demnach mehr Energie als an der Pulverschichtoberfläche erforderlich. Daher haben herkömmliche Trocknungsvorrichtungen einen ungünstigen Wirkungsgrad. Ferner ist nur eine diskrete Pulvermenge trockenbar, da nach jedem Trockenvorgang das getrocknete Pulver aus der Trocknungsvorrichtung entladen und die Trocknungsvorrichtung mit feuchtem Pulver wieder beladen werden muss. Hierdurch entstehen lange Totzeiten, die zu einer Reduzierung einer Trocknungskapazität der Trocknungsvorrichtung führen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver, insbesondere feuchtem Pulver, sowie einem Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver sowie ein Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens zu schaffen, die auf eine einfache, effiziente und kostengünstige Art und Weise die Bereitstellung eines konstanten bzw. im Wesentlichen konstanten Mengenstroms von getrocknetem Pulver ermöglichen.
  • Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver, insbesondere eine Vorrichtung für eine Fertigungsstation zur additiven, pulverbasierten Fertigung von Bauteilen, gelöst. Die Vorrichtung weist eine Vorrichtungswand, die einen Trockenraum begrenzt, einen Pulvereinlass für das Einbringen von Pulver in den Trockenraum sowie einen Pulverauslass für das Ausbringen von getrocknetem Pulver aus dem Trockenraum auf. Ferner weist die Vorrichtung mindestens eine Heizvorrichtung zum Einbringen von Wärme in das Pulver, eine innerhalb des Trockenraums angeordnete Fördervorrichtung zum Fördern des Pulvers durch den Trockenraum in Richtung des Pulverauslasses und eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Trockenraum auf. Die Abscheidevorrichtung kann zusätzlich mindestens eine feuchtigkeitsdurchlässige sowie pulverundurchlässige Rückhaltevorrichtung aufweisen.
  • Kontinuierliche Trocknung bedeutet im Sinne der Erfindung, dass ein Trocknungsprozess ununterbrochen durchführbar ist, so dass zu trocknendes Pulver der Vorrichtung kontinuierlich zuführbar und getrocknetes Pulver von der Vorrichtung kontinuierlich abführbar sind. Die Trocknung kann mittels der Vorrichtung somit in einem Fließprozess erfolgen. Bei einer kontinuierlichen Trocknung weist das zu trocknende Pulver, das in Förderrichtung näher am Pulverauslass ist, im Durchschnitt einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt auf als Pulver, das in Förderrichtung näher am Pulvereinlass ist. Das innerhalb der Vorrichtung angeordnete Pulver weist demnach einen gradierenden Feuchtigkeitsgehalt auf.
  • Das Pulver ist vorzugsweise für ein additives Fertigungsverfahren, wie z.B. SLM-Verfahren, geeignet und somit mittels eines Lasers aufschmelzbar. Pulver beziehungsweise feuchtes Pulver bedeutet, dass an und/oder in dem Pulver Feuchtigkeit bzw. Wasser gebunden ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um natürliche Feuchtigkeit handeln, die beispielsweise aufgrund von Luftfeuchtigkeit von Umgebungsluft mit dem Pulver in Kontakt gekommen ist.
  • Für die Trocknung des Pulvers weist die Vorrichtung eine Vorrichtungswand auf, die einen Trockenraum begrenzt. Die Vorrichtungswand umgibt den Trockenraum und schirmt diesen vorzugsweise gasdicht bzw. im Wesentlichen gasdicht ab. Somit ist eine definierte Atmosphäre mit einem definierten Atmosphärendruck im Trockenraum mit einfachen Mitteln erzeugbar sowie aufrechterhaltbar. Die Vorrichtung ist vorzugweise derart ausgebildet eine Schutzatmosphäre im Trockenraum zu erzeugen bzw. die Bildung einer Schutzatmosphäre zu ermöglichen.
  • Die Vorrichtung weist einen Pulvereinlass für das Einbringen des Pulvers in den Trockenraum sowie einen Pulverauslass für das Ausbringen des getrockneten Pulvers aus dem Trockenraum auf. Vorzugsweise sind Pulvereinlass und Pulverauslass voneinander getrennt, weiter bevorzugt an entgegengesetzten Seiten bzw. Enden der Vorrichtung angeordnet.
  • Die Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass in dem Trockenraum eine Schutzatmosphäre aufbaubar bzw. aufrechterhaltbar ist. Pulvereinlass und/oder Pulverauslass sind vorzugsweise zur fluiddichten Ankopplung an ein Fertigungssystem ausgebildet. Hierdurch wird vermieden, dass Umgebungsluft durch den Pulvereinlass bzw. Pulverauslass in den Trockenraum eindringt und somit die Schutzatmosphäre des Trockenraums zerstört.
  • Die Vorrichtung weist mindestens eine Heizvorrichtung zum Einbringen von Wärme in das Pulver auf. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise zum direkten Erwärmen eines Teils der Vorrichtung, wie z.B. der Vorrichtungswand und/oder der Fördervorrichtung, oder zum direkten Erwärmen von im Trockenraum befindlichem Gas, beispielsweise durch Zuführen von heißem Gas in den Trockenraum, ausgebildet sein. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung Bestandteil einer Schutzgasvorrichtung zur Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre in dem Trockenraum ist.
  • Durch das Einbringen von Wärme in das feuchte Pulver ist die an bzw. im Pulver gebundene Feuchtigkeit derart erwärmbar, dass diese verdunstet und/oder verdampft und somit aus dem Pulver entweicht. Auf diese Weise ist das feuchte Pulver trockenbar. Die einbringbare Wärme ist vorzugsweise auf ein Niveau einstellbar, dass das Pulver nicht aufgeschmolzen wird. Es kann vorgesehen sein, dass mittels der Heizvorrichtung das Pulver auf eine Temperatur erhitzbar ist, die nur geringfügig unterhalb dem Schmelzpunkt des Pulvers liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Feuchtigkeit besonders schnell verdunstbar bzw. verdampfbar ist.
  • Die Fördervorrichtung ist innerhalb des Trockenraums angeordnet und zum Fördern des Pulvers in eine Förderrichtung durch den Trockenraum ausgebildet. Unter Förderrichtung wird erfindungsgemäß eine effektive Förderrichtung verstanden, in die das Pulver im Betrieb der Vorrichtung gefördert wird, also eine Richtung, die vom Pulvereinlass zum Pulverauslass weist. Eine tatsächliche Bewegung des Pulvers zwischen Pulvereinlass und Pulverauslass muss nicht zwangsläufig direkt bzw. in eine konstante Bewegungsrichtung, sondern kann auch indirekt mit veränderten Bewegungsrichtungen, wie beispielsweise auf einer Spiralbahn, Schraubenbahn, Zickzackbahn oder dergleichen, erfolgen. Das Pulver ist während des Förderns auf der Fördervorrichtung trockenbar, wobei im Betrieb der Vorrichtung auf der Fördervorrichtung angeordnetes Pulver mit zunehmender Entfernung zum Pulvereinlass eine geringere Feuchtigkeit aufweist. Vorzugsweise ist die Fördervorrichtung ausgebildet, das Pulver beim Fördern schräg zur Förderrichtung zu bewegen und/oder umzuwälzen, um eine bessere Trocknung zu bewirken.
  • Eine Abscheidevorrichtung ist zum Abscheiden von Feuchtigkeit bzw. Wasser, z.B. in Form von flüssigem Wasser und/oder Wasserdampf, ausgebildet. Die Abscheidevorrichtung kann hierfür zusätzlich eine Rückhaltevorrichtung aufweisen, die zum Durchlassen von Feuchtigkeit und zum Zurückhalten des Pulvers in dem Trockenraum ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Rückhaltevorrichtung zum Durchlassen von flüssigem Wasser sowie Wasserdampf und feuchter Luft bzw. feuchtem Schutzgas ausgebildet. Vorzugsweise weist die Abscheidevorrichtung eine Wasserpumpe zum Abpumpen von Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit auf. Mittels einer derartigen Abscheidevorrichtung wird sichergestellt, dass Feuchtigkeit des Trockenraums ohne Pulververlust entziehbar ist.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einer Fertigungsstation zur additiven Fertigung eines Bauteils derart koppelbar, dass eine Schutzatmosphäre des Trockenraums mit einer Schutzatmosphäre der Fertigungsstation eine gemeinsame Schutzatmosphäre bildet. Ein Gasaustausch an einer Kopplungsstelle von Fertigungsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mittels einer Dichtungsanordnung, die vorzugsweise an der Vorrichtung angeordnet ist, verhinderbar.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass in einem kontinuierlichen Prozess ein konstanter bzw. im Wesentlichen konstanter Massestrom getrockneten Pulvers auf einfache, effiziente sowie kostengünstige bereitstellbar ist. Mittels der Vorrichtung ist Pulver, insbesondere feuchtes Pulver, kontinuierlich trockenbar, so dass auch während des Einbringens des Pulvers in den Trockenraum und des Ausbringens des getrockneten Pulvers aus dem Trockenraum Pulver getrocknet werden kann. Totzeiten, wie bei herkömmlichen Trockenvorrichtungen zum Trocknen von Pulver, sind demnach nicht erforderlich. Auf diese Weise ist die Effizienz eines kontinuierlichen SLM-Fertigungssystem deutlich verbesserbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Rückhaltevorrichtung eine semipermeable Membran aufweist. Die semipermeable Membran ist zum Zurückhalten des Pulvers sowie zum Durchlassen von Feuchtigkeit, wie z.B. Wasserdampf und/oder feuchter Luft und/oder Wasser, ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein zuverlässiges, pulververlustfreies Abscheiden von Feuchtigkeit mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet wird.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abscheidevorrichtung derart an einer Durchbrechung der Vorrichtungswand und/oder einer Durchbrechung der Fördervorrichtung angeordnet ist, dass die Rückhaltevorrichtung die Durchbrechung verschließt. Die Durchbrechung ist beispielsweise an einer Fördervorrichtungswand der Fördervorrichtung ausgebildet. Durch das Verschließen der Durchbrechung mit der Abscheidevorrichtung wird ein Durchlass von Pulver durch die Durchbrechung verhindert, während die Durchbrechung weiterhin durchlässig für Feuchtigkeit ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass das Pulver in einem festgelegten Bereich des Trockenraums zurückgehalten wird, während Feuchtigkeit diesem Bereich durch die Durchbrechung hindurch entziehbar ist.
  • Vorzugsweise weist der Trockenraum eine Raumlängsachse sowie einen kreisförmigen Querschnitt und einen rechteckigen oder trapezförmigen Längsschnitt auf. Ein derartiger Trockenraum ist beispielsweise in Bezug auf die Raumlängsachse zylindrisch oder kegelförmig bzw. stumpfkegelförmig ausgebildet. Ein derartiger Trockenraum hat den Vorteil, dass dieser eine kompakte Bauform aufweist. Ferner ist insbesondere eine als Schraubenförderer ausgebildete Fördervorrichtung gut innerhalb des Trockenraums anordenbar, vorzugsweise koaxial zur Raumlängsachse.
  • Es ist bevorzugt, dass an der Vorrichtungswand mindestens eine Gaszufuhr zum Einleiten eines Gases, insbesondere eines Schutzgases, in den Trockenraum angeordnet ist. Die Gaszufuhr ist auf einer Querschnittsfläche der Vorrichtung vorzugsweise oberhalb der Fördervorrichtung an der Vorrichtungswand angeordnet, um eine Beeinträchtigung der Gaszufuhr durch das Pulver, wie z.B. ein Verschmutzen oder Verstopfen, zu verhindern. Vorzugsweise ist die Gaszufuhr in der Mitte bzw. im Wesentlichen in der Mitte zwischen Pulvereinlass und Pulverauslass angeordnet. Es können erfindungsgemäß auch mehrere Gaszufuhren vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Gaszufuhr auch am Pulvereinlass und/oder Pulverauslass angeordnet sein. Eine Gaszufuhr hat den Vorteil, dass eine definierte Atmosphäre im Trockenraum mit einfachen Mitteln erzeugbar bzw. aufrechterhaltbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fördervorrichtung ein Förderrohr auf, das zum Fördern des Pulvers relativ zur Vorrichtungswand rotierbar gelagert ist. Dabei ist das Förderrohr vorzugsweise um dessen Förderrohrachse drehbar an der Vorrichtungswand gelagert. Vorzugsweise weist das Förderrohr im Inneren mindestens ein Förderelement, wie z.B. eine schräg zur Förderrichtung angeordnete Förderwand, zum besseren Fördern des Pulvers auf. Weiter bevorzugt ist die Abscheidevorrichtung an einer Durchbrechung einer Förderrohrwand des Förderrohrs angeordnet, so dass das Pulver im Inneren des Förderrohrs sowie von der Vorrichtungswand beabstandet gehalten ist. Ein Förderrohr weist eine kompakte Bauform auf und ist besonders vorteilhaft innerhalb der Vorrichtung drehbar lagerbar.
  • Weiter bevorzugt ist die Fördervorrichtung zum Fördern von Pulver vom Pulvereinlass zum Pulverauslass ausgebildet. Durch den Pulvereinlass in die Vorrichtung eingeführtes Pulver ist somit direkt vom Pulvereinlass mittels der Fördervorrichtung zum Pulverauslass förderbar. Ferner kann vorgesehen sein, dass sich die Fördervorrichtung über den Pulvereinlass und/oder den Pulverauslass hinweg erstreckt. Eine derartige Fördervorrichtung hat den Vorteil, dass eine Förderung des Pulvers bzw. ein Pulvermengenstrom durch den Trockenraum, verbessert bzw. besonders präzise steuerbar ist.
  • Vorzugsweise ist die Fördervorrichtung als Schraubenförderer ausgebildet bzw. weist einen Schraubenförderer auf. Der Schraubenförderer ist insbesondere gemäß einer Schraube ausgebildet und weist eine als Schraubenzug ausgebildete Förderwand auf, die sich von einer zentralen Förderachse weg nach außen erstreckt. Alternativ erstreckt sich die Förderwand von einer Innenwand einer zylinderförmigen Fördervorrichtung zur Förderachse hin. Ein es als Schraubenförderer ausgebildete Fördervorrichtung hat den Vorteil, dass ein Pulvermengenstrom durch eine Drehzahl der Fördervorrichtung gut steuerbar ist. Ferner ist das Pulver durch den Schraubenförderer gut durchmischbar, so dass eine verbesserte sowie gleichmäßige Trocknung des Pulvers erzielbar ist. Überdies hat ein Schraubenförderer eine relativ große Kontaktfläche mit dem Pulver, so dass über den Schraubenförderer besonders günstig Wärme in das Pulver zum Trocknen des Pulvers einbringbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Fördervorrichtung mindestens ein Aufmischelement zum Aufmischen des Pulvers aufweist. Ein Aufmischelement ist beispielsweise schaufelförmig und/oder wandförmig ausgebildet und derart angeordnet, dass dieses beim Fördern des Pulvers in Förderrichtung mit dem Pulver in Eingriff gerät und durch das Pulver hindurch bewegt wird. Hierdurch ist das Pulver gut durchmischbar und/oder umwälzbar. Dies hat den Vorteil, dass eine Wärmeeinbringung in das Pulver gleichmäßiger erfolgen kann als bei nicht aufgemischtem Pulver. Das Pulver ist somit mit einem geringeren Energieaufwand schneller sowie gleichmäßiger trockenbar. Hierdurch wird ein Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert sowie eine Trocknungskapazität, also eine pro Zeiteinheit trockenbare Pulvermenge, der Vorrichtung vergrößert.
  • Vorzugsweise ist die Fördervorrichtung ausgebildet, derart schräg an einer Fertigungsvorrichtung angeordnet zu werden, dass das Pulver mittels der Schwerkraft bzw. schwerkraftunterstützt in Richtung Pulverauslass förderbar ist. Der Pulvereinlass ist somit auf einem höheren potenziellen Energieniveau als der Pulverauslass. Dies hat den Vorteil, dass eine Förderung, insbesondere bei gleichzeitiger Durchmischung, des Pulvers kostengünstig sowie mit einfachen Mitteln gewährleistet wird.
  • Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Heizvorrichtung an der Fördervorrichtung angeordnet und zum variablen und/oder gleichmäßigen Beheizen der Fördervorrichtung ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung ist beispielsweise in einem Förderrohr und/oder einem Schraubenzug und/oder einer Fördervorrichtungswand und/oder einem Aufmischelement der Fördervorrichtung angeordnet. Eine derartige Anordnung der Heizvorrichtung hat den Vorteil, dass die Fördervorrichtung eine relativ große Kontaktfläche mit dem Pulver aufweist und somit eine relativ große Wärmeübertragungsfläche aufweist. Somit ist zum Aufwärmen des Pulvers bereitgestellte Wärme besonders effizient auf das Pulver übertragbar. Hierdurch werden Wirkungsgrad und Trocknungskapazität der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise sowie zuverlässig und mit einfachen Mitteln verbessert.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung erfindungsgemäß auch an der Vorrichtungswand ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung erfindungsgemäß auch als Heizgebläse ausgebildet sein bzw. ein Heizgebläse aufweisen. Mittels einer derartigen Heizvorrichtung ist aufgeheiztes Gas, insbesondere Schutzgas, in den Trockenraum einbringbar. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung erfindungsgemäß auch als Wärmestrahler, wie z.B. Infrarotstrahler, ausgebildet sein bzw. einen derartigen Wärmestrahler aufweisen.
  • Besonders bevorzugt weist die Abscheidevorrichtung ein hygroskopisches Material zur Anziehung sowie Aufnahme von Feuchtigkeit, insbesondere von flüssigem Wasser, auf. Ein hygroskopisches Material hat die Eigenschaft, Feuchtigkeit bzw. Wasser anzuziehen. Dem Pulver entzogene Feuchtigkeit ist somit vom hygroskopischen Material anziehbar und auf diese Weise dem Trockenraum besser sowie mit einfachen Mitteln und auf vorteilhafte Weise entziehbar.
  • Hierbei ist es bevorzugt, dass das hygroskopische Material auf einer der Fördervorrichtung abgewandten Seite der Rückhaltevorrichtung angeordnet ist. Die der Fördervorrichtung abgewandte Seite der Rückhaltevorrichtung ist im Sinne der Erfindung die Seite der Rückhaltevorrichtung bzw. einer Membran der Rückhaltevorrichtung, die im Betrieb der Vorrichtung nicht mit dem Pulver in Kontakt gerät. Feuchtigkeit, die auf einer der Fördervorrichtung zugewandten Seite der Rückhaltevorrichtung angeordnet ist, ist von dem hygroskopischen Material durch die Rückhaltevorrichtung anziehbar. Dies hat den Vorteil, dass ein Abscheiden von Feuchtigkeit aus dem Trockenraum zuverlässig sowie mit einfachen Mitteln und kostengünstig verbessert wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Fertigungssystem zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven pulverbasierten Fertigungsverfahrens. Das Fertigungssystem weist mindestens eine Fertigungsstation zum Erzeugen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf.
  • Ein Fertigungssystem ist im Sinne der Erfindung ein System, das zur Herstellung des Bauteils mittels des additiven pulverbasierten Herstellungsverfahrens ausgebildet ist. Zur additiven Fertigung des Bauteils weist das Fertigungssystem mindestens eine Fertigungsstation auf.
  • Die Fertigungsstation weist mindestens eine Aufschmelzstation mit einem Aufschmelzmittel, wie z.B. einen Laser, zum definierten Aufschmelzen konkreter Bereiche einer Pulverschicht auf. auf. Es kann vorgesehen sein, dass die Fertigungsstation neben der Aufschmelzstation auch eine Bereitstellungsstation zum Anordnen der Pulver- bzw. Granulatschicht aus Bauteilwerkstoff auf einer Bauplattform aufweist. Somit sind beispielsweise gleichzeitig eine Bauplattform an der Bereitstellungsstation und eine Bauplattform an der Aufschmelzstation anordenbar. Das Bereitstellen von Bauteilwerkstoff sowie das Aufschmelzen des Bauteilwerkstoffs sind somit gleichzeitig auf verschiedenen Bauplattformen durchführbar. Nach dem definierten Aufschmelzen des Pulvers ist die Bauplattform von der Aufschmelzstation aus der Fertigungsstation entfernbar, die Bauplattform von der Bereitstellungsstation zur Aufschmelzstation bewegbar und ggf. eine weitere Bauplattform zur Bereitstellungsstation bewegbar. Zum Bewegen der Bauplattformen weist das Fertigungssystem vorzugsweise ein Transportsystem auf.
  • Das Fertigungssystem weist vorzugsweise eine Kapselung auf, die das Bereitstellen einer Schutzatmosphäre ermöglicht. Dies ist insbesondere beim Aufschmelzen des Bauteilmaterials vorteilhaft, da somit das Erzeugen einer beschädigten bzw. fehlerhaften Bauteilschicht reduziert wird. Die Vorrichtung ist vorzugsweise derart mit der Fertigungsstation gekoppelt bzw. koppelbar, dass der Trockenraum der Vorrichtung und ein Arbeitsraum der Fertigungsstation einen gemeinsamen Innenraum mit einer gemeinsamen Schutzatmosphäre bilden, wobei der gemeinsame Innenraum vorzugsweise nach außen abgedichtet ist.
  • Bei dem beschriebenen Fertigungssystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver sowie ein erfindungsgemäßes Fertigungssystem werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
  • 1 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 in einer Seitenansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 in einer Draufsicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fertigungssystems.
  • Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 für eine kontinuierliche Trocknung von insbesondere feuchtem Pulver in einer Schnittdarstellung sowie einer Seitenansicht schematisch gezeigt.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine hohlzylinderförmige bzw. rohrförmige Vorrichtungswand 2 auf, die einen Trockenraum 3 mit einer Raumlängsachse 12 bildet bzw. in radialer Richtung umgibt. In der Vorrichtungswand 2 ist ein Pulvereinlass 4 zum Zuführen von Pulver in den Trockenraum 3 und einen Pulverauslass 5 zum Abführen von trockenem bzw. getrocknetem Pulver aus dem Trockenraum 3 ausgebildet.
  • Die Vorrichtungswand 2 weist mindestens zwei Durchbrechungen 11 auf. Die Durchbrechungen 11 können jeweils durch eine Membran 10 einer Rückhaltevorrichtung 9 zum Zurückhalten von Pulver sowie zum Durchlassen von Feuchtigkeit verschlossen sein. Auf einer dem Trockenraum 3 abgewandten Seite der Membran 10 sind ein hygroskopisches Material 16 zum Abziehen von Feuchtigkeit aus dem Trockenraum 3, insbesondere durch die Rückhaltevorrichtung 9, sowie eine Ableitung 17 zum Ableiten von Feuchtigkeit angeordnet. Die Rückhaltevorrichtung 9, die Membran 10, das hygroskopische Material 16 sowie die Ableitung 17 sind Elemente einer Abscheidevorrichtung 8 zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus dem Trockenraum 3.
  • Ferner ist an der Vorrichtungswand 2 mindestens eine Gaszufuhr 13 angeordnet, die beispielsweise als Gaszufuhrstutzen ausgebildet ist. Über die Gaszufuhr 13 ist Gas, insbesondere ein Schutzgas, in den Trockenraum 3 einleitbar, um somit eine Schutzgasatmosphäre im Trockenraum 3 zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten.
  • Im Trockenraum 3 ist eine Fördervorrichtung 7 angeordnet. Die Fördervorrichtung 7 weist ein hohlzylinderförmiges Förderrohr 14 auf, das koaxial zum Trockenraum 3 angeordnet ist. Zwischen der Vorrichtungswand 2 und dem Förderrohr 14 ist ein hohlzylinderförmiger Spalt ausgebildet, um ein freies Rotieren des Förderrohrs 14 relativ zur Vorrichtungswand 2 um die Raumlängsachse 12 nicht zu behindern. Im Inneren des Förderrohres 14 ist eine Mehrzahl von Aufmischelementen 15 angeordnet, die zum Aufmischen bzw. Durchmischen des Pulvers, z.B. beim Rotieren des Förderrohres 14 um die Raumlängsachse 12, ausgebildet sind. Das Förderrohr 14 weist eine Förderrohrwand auf, die in diesem Ausführungsbeispiel feuchtigkeitsdurchlässig sowie pulverdurchlässig ist. Alternativ ist die Förderrohrwand feuchtigkeitsdurchlässig sowie pulverrückhaltend bzw. zumindest im Wesentlichen pulverrückhaltend ausgebildet.
  • Eine Heizvorrichtung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Förderrohrwand 19 des Förderrohres 14 angeordnet. Somit ist das im Inneren des Förderrohres 14 angeordnete Pulver gut erhitzbar und die in dem Pulver gebundene Feuchtigkeit leicht verdunstbar bzw. verdampfbar.
  • Die Vorrichtung 1 ist schräg ausgebildet, so dass der Pulvereinlass 4 auf einem höheren potentiellen Energieniveau als der Pulverauslass 5 angeordnet ist. Das Förderrohr 14 ist somit ebenfalls schräg angeordnet. Auf diese Weise ist ein schwerkraftunterstütztes Fördern des Pulvers möglich.
  • Die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der Vorrichtung aus 1 im Wesentlichen in der Ausbildung der Fördervorrichtung 7 sowie der Heizvorrichtung 6. Die Fördervorrichtung 7 gemäß der zweiten Ausführungsform weist ein Förderrohr 14 mit einer Förderrohrwand 19 auf. Im Inneren des Förderrohrs 7 ist an der Förderrohrwand 19 eine Förderschraube 18 zum Fördern des Pulvers angeordnet. Die Förderschraube 18 ist aus einer Förderwand gebildet. An bzw. in der Förderschraube 18 ist die Heizvorrichtung 6 angeordnet. Somit ist die Förderschraube 18 beheizbar und das Pulver, das von der Förderschraube 18 umgewälzt sowie gefördert wird somit erwärmbar und auf diese Weise trockenbar.
  • Die in 3 dargestellte weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der Vorrichtung aus 1 im Wesentlichen in der Anordnung der Abscheidevorrichtungen 8. In alternativen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 kann erfindungsgemäß beispielsweise vorgesehen sein, dass insbesondere die Membran 10 der Rückhaltevorrichtung 9 der Abscheidevorrichtung 8 direkt bis an die Förderrohrwand des Förderrohrs 14 reicht. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das hygroskopische Material 16 direkt an der Förderrohrwand angeordnet ist. Selbstverständlich sind diese Anordnungen der Abscheidevorrichtungen 8 auch der ersten Ausführungsform sowie der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombinierbar.
  • 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fertigungssystems 20 in einer Draufsicht. Das Fertigungssystem 20 weist eine Fertigungsstation 21 auf, die zum Erzeugen einer pulver- bzw. granulatförmigen Pulverschicht aus Bauteilwerkstoff auf einer Bauplattform 23 ausgebildet ist. Ferner ist die Fertigungsstation 21 zum definierten bzw. gezielten Aufschmelzen von Bereichen der Pulverschicht ausgebildet. Auf diese Weise ist eine Bauteilschicht mittels eines pulverbasierten, additiven Fertigungsverfahrens erzeugbar. Durch wiederholtes Erzeugen von übereinander angeordneten Bauteilschichten ist somit ein Bauteil erzeugbar. Vorzugsweise ist die Fertigungsstation 21 für einen kontinuierlichen Betrieb ausgebildet. Dies ist durch Parallelisieren von Prozessen, wie z.B. das Erzeugen einer ersten Pulverschicht und das selektive Aufschmelzen von Teilen einer zweiten Pulverschicht parallel erfolgen können. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Auslastung der einzelnen Fertigungsmittel, wie z.B. eines Lasers zum Aufschmelzen der Pulverschicht, möglich. Hierdurch können Fertigungskosten gesenkt werden.
  • An der Fertigungsstation 21 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 derart angeordnet, dass ein Pulverauslass 5 der Vorrichtung in die Fertigungsstation 21 mündet. Fertigungsstation 21 und Vorrichtung 1 sind vorzugsweise derart miteinander gekoppelt, dass eine Atmosphäre eines Arbeitsraums der Fertigungsvorrichtung 21 mit einer Atmosphäre des Trockenraums 3 der Vorrichtung 1 als gemeinsame Atmosphäre ausgebildet sind. Mittels der Vorrichtung 1 ist Pulver kontinuierlich trockenbar und demnach getrocknetes Pulver kontinuierlich der Fertigungsstation 21 über den Pulverauslass 5 zuführbar.
  • Das Fertigungssystem weist ein Transportsystem 22 zum Bewegen der Bauplattformen 23 in Transportrichtung T auf. Mittels des Transportsystems 22 sind die Bauplattformen 23 zur Fertigungsstation 21 hinbewegbar sowie in Transportrichtung T von der Fertigungsstation 21 wegbewegbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Vorrichtungswand
    3
    Trockenraum
    4
    Pulvereinlass
    5
    Pulverauslass
    6
    Heizvorrichtung
    7
    Fördervorrichtung
    8
    Abscheidevorrichtung
    9
    Rückhaltevorrichtung
    10
    Membran
    11
    Durchbrechung
    12
    Raumlängsachse
    13
    Gaszufuhr
    14
    Förderrohr
    15
    Aufmischelement
    16
    hygroskopisches Material
    17
    Ableitung
    18
    Förderschraube
    19
    Förderrohrwand
    20
    Fertigungssystem
    21
    Fertigungsstation
    22
    Transportsystem
    23
    Bauplattform
    F
    Förderrichtung
    T
    Transportrichtung

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver, aufweisend eine Vorrichtungswand (2), die einen Trockenraum (3) begrenzt, einen Pulvereinlass (4) für das Einbringen von Pulver in den Trockenraum (3) sowie einen Pulverauslass (5) für das Ausbringen von getrocknetem Pulver aus dem Trockenraum (3), mindestens eine Heizvorrichtung (6) zum Einbringen von Wärme in das Pulver, eine innerhalb des Trockenraums (3) angeordnete Fördervorrichtung (7) zum Fördern des Pulvers durch den Trockenraum (3) in Richtung des Pulverauslasses (5) und eine Abscheidevorrichtung (8) zum Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Trockenraum (3).
  2. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenraum (3) eine Raumlängsachse (12) sowie einen kreisförmigen Querschnitt und einen rechteckigen oder trapezförmigen Längsschnitt aufweist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (7) ein Förderrohr (14) aufweist, das zum Fördern des Pulvers relativ zur Vorrichtungswand (2) rotierbar gelagert ist.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (7) zum Fördern von Pulver vom Pulvereinlass (4) zum Pulverauslass (5) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (7) als Schraubenförderer ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (7) mindestens ein Aufmischelement (15) zum Aufmischen des Pulvers aufweist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, derart schräg an einer Fertigungsvorrichtung angeordnet zu werden, dass das Pulver mittels der Schwerkraft in Richtung Pulverauslass (5) förderbar ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizvorrichtung (6) an der Fördervorrichtung (7) angeordnet und zum variablen und/oder gleichmäßigen Beheizen der Fördervorrichtung (7) ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung (8) ein hygroskopisches Material (16) zur Anziehung sowie Aufnahme von Feuchtigkeit aufweist.
  10. Fertigungssystem (20) zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens, aufweisend eine Fertigungsstation (21) zum Erzeugen eines Bauteils mittels eines additiven, pulverbasierten Fertigungsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass das Fertigungssystem (20) eine Vorrichtung (1) für eine kontinuierliche Trocknung von Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109909501A (zh) * 2019-03-15 2019-06-21 沈阳工业大学 一种基于激光增材制造可干燥并预热粉末的送粉器及送粉方法
DE102019214271A1 (de) * 2019-09-19 2021-03-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Materialzuführ- und Vorbehandlungsvorrichtung für eine Fertigungsanlage für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren, Fertigungsanlage für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren
CN114152084A (zh) * 2021-12-16 2022-03-08 沭阳县华南木业制品厂 一种多层板堆叠智能放置支架
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