DE102016014349A1 - Dosiervorrichtung und Beschichtersystem für das pulverbettbasierte Additive Manufacturing - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit geeignet für pulverförmige oder im wesentlichen fließfähige oder schwer fließfähige Materialien, insbesondere auf eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verfüllung und zum Glätten der Schichten in einem Additive-Manufacturing-Produktionsverfahren mit einem mitgeführtem Pulverreservoir und einer Dosiervorrichtung, die durch Bewegungen innerhalb eines Reservoirs Pulver fördert sowie ein Verfahren und die Verwendung der Vorrichtung.
• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosiereinheit geeignet für pulverförmige oder im wesentlichen fließfähige oder schwer fließfähige Materialien, insbesondere auf eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle.
• In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht auf eine Plattform aufgetragen und dieses selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wir die Plattform um eine Schichtdicke in einen Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt.
• Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Partikelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann von Pulveranhaftungen z.B. durch händisches Abbürsten befreit werden.
• Das 3D-Drucken auf Basis pulverförmiger Werkstoffe und Eintrag flüssiger Binder ist unter den Schichtbautechniken das schnellste Verfahren.
• Mit diesem Verfahren lassen sich verschiedene Partikelmaterialien, dazu zählen - nicht erschöpfend - natürliche biologische Rohstoffe wie Holz, polymere Kunststoffe, Metalle, Keramiken und Sande verarbeiten.
• Eine wesentliche Funktion des oben beschriebenen Verfahrens ist die Erzeugung paralleler Schichten mit einer jeweils glatten Oberfläche.
• Die Schichterzeugung wird im Wesentlichen durch das Zusammenspiel von zwei Maschinenkomponenten realisiert. Zum einen wird durch die Bauplattform ein Hohlraum definiert. Dieser Hohlraum entsteht durch das Absenken der Bauplattform. Bei entsprechender Führung der Bauplattform ergeben sich zwei mehr oder weniger perfekt parallel verschobene Lagen der als Ebene zu verstehenden Bauplattform. Zum zweiten muss für den beschriebenen Bauprozess das Volumen mit Pulver verfüllt werden. Damit die Oberfläche im Folgeschritt bedruckt werden kann, muss die Pulverschicht zusätzlich glatt gestrichen werden.
• Eine Ausprägung zur Lösung dieser Aufgabe kann z.B. der Schrift US 20140252685 A1 entnommen werden. Hier steht neben dem Bauzylinder, der die Bauplattform enthält, ein weiterer Zylinder mit einer beweglichen Plattform bereit. Wird die Bauplattform abgesenkt, ist die Schicht zum Verfüllen bereit. Hierzu wird der zweite Zylinder mit darin befindlichem Pulver über das Niveau der letzten Schicht auf der Bauplattform angehoben. Jetzt streicht eine gegen die Laufrichtung rotierende Walze, deren Unterkante auf der Ebene der oberen Kante des zu verfüllenden Volumens läuft, das überstehende Pulvervolumen in das zu verfüllende Volumen und glättet gleichzeitig die Oberfläche.
• Durch die gegenläufige Bewegung der Walze wird das Pulver jeweils aus dem Spalt zwischen Schichtoberkannte und Walze befördert. Damit können Schubkräfte auf das Pulver, die schädlich für das Bauergebnis sein können, reduziert werden. Diese Vorrichtung eignet sich besonders für die Anwendung mit schlecht fließfähigen Pulvern. Dadurch, dass die Pulvermenge für eine Schicht vorgelegt werden muss, entstehen aber dennoch relativ große Kräfte auf bereits abgelegte Schichten.
• Ebenso sind z.B. aus Schrift DE 102 16 013 B4 Beschichtersysteme bekannt, die Pulver mit sich führen und während eines Beschichtungsvorganges freisetzen. Damit wird die Materialmenge, die auf die Schichten während des Beschichtungsvorganges wirkt, reduziert, und es kann besonders schubkraftarm gearbeitet werden. Diese Systeme eignen sich besonders für fließfähige Materialien, die im Bauprozess schubempfindlich sind.
• In Vorrichtungen des Standes der Technik wird der Ausfluss von Partikelmaterial aus dem Beschichter durch Vibrieren z.B. mittels Exzenter erreicht. Je nach Fließfähigkeit des Partikelmaterials muss dabei die Vibrationsstärke erhöht werden. Allerdings sind dem Grenzen gesetzt und bei wenig fließfähigen Materialien reicht auch eine sehr hohe Vibrationsstärke nicht aus, um eine kontrollierte Dosierung des Partikelmaterials zu gewährleisten. Außerdem sind der Vibration auch dahingehend Grenzen gesetzt, da bei zu starker Vibration die bereits aufgetragenen Schichten beschädigt werden können.
• Alle bekannten Lösungsansätze haben den Nachteil, dass auf die bereits aufgebrachte Partikelmaterialschicht relativ große Kräfte wirken, die problematisch für ein korrektes Druckergebnis sind und sich negativ auf die Qualität auswirken können.
• Insbesondere bei schlecht fließfähigen Partikelmaterialien gibt es im Stand der Technik keine zufriedenstellenden Lösungen.
• Deshalb ist eine der vorliegenden Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe eine Vorrichtung oder/und ein Verfahren bereitzustellen, das die Erzeugung dünner Schichten aus schlecht fließfähigem Partikelmaterial in einem 3D Druckverfahren ermöglicht und die Nachteile des Standes der Technik vermindert oder vollständig vermeidet.
• Eine weitere der vorliegenden Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe war eine Vorrichtung oder/und ein Verfahren bereitzustellen die Erzeugung dünner Schichten aus schlecht fließfähigem Partikelmaterial zu ermöglichen und dabei die Wirkung auf bereits abgelegte Schichten möglichst klein bzw. minimal zu halten.
• Eine weitere der vorliegenden Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe war ein Dosiermittel bereitzustellen, das sowohl für sehr leicht als auch für sehr schwer fließfähige Materialien, insbesondere Partikelmaterialien, verwendbar ist.
• Die der Anmeldung zugrunde liegenden Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Verfüllung und zum Glätten der Schichten (Beschichter mit Pulverreservoir) in einem pulverbasierten Additive-Manufacturing-Produktionsverfahren mit einem mitgeführtem Pulverreservoir und einer Dosiervorrichtung, die durch Kolbenbewegungen innerhalb eines Reservoirs Pulver fördert.
• Dabei wird ein Beschichter verwendet, der an einer Startposition vor dem zu verfüllenden Volumen den Beschichtungsvorgang beginnt. Durch einen Kolben im Inneren eines Pulverreservoirs wird Pulver vor den Beschichter in das zu verfüllende Volumen gefördert und direkt nach Förderbeginn beginnt der Beschichter mit einer Bewegung über das Volumen, so dass das Volumen vollständig verfüllt wird und die entstehende Schicht durch die untere Kante des Beschichters gleichzeitig glattgestrichen wird.
• Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Dosiereinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Beschichtermittel, ein mit diesem gekoppeltes Partikelmaterialreservoir und ein Mittel zur Förderung des Partikelmaterials umfasst.
• Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch Verfahren zur Herstellung von 3D-Formteilen, wobei eine erfindungsgemäße Dosiereinheit bzw. eine erfindungsgemäße Beschichtungseinheit verwendet wird.
• Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinheit in einem Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Formteilen mittels 3D-Druckverfahren.
• Die Erfindung verwirklicht dabei als einen Vorteil, dass durch das kontinuierliche Dosieren, also Auftragen, von Partikelmaterial auf das Baufeld im Gegensatz zu bekannten Beschichtungseinheiten in 3D-Druckverfahren die vorhandene Partikelmaterialwalze sehr klein ist und damit die auf das Baufeld und die schon aufgetragenen Schichten wirkenden Kräfte relativ gering gehalten werden können. In bekannten Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik wird ein großes Volumen an Partikelmaterial aufgetragen und die Partikelmaterialwalze, die vor dem Beschichtungsmittel über das Baufeld geschoben wird übt relativ große Kräfte aus, die negative Einflüsse auf das Verfahrensprodukt haben. Die Partikelmaterialwalze wird zwar kleiner je weiter der Beschichter verfahren wird und damit werden auch die auftretenden Kräfte kleiner, aber vorteilhaft ist es, wenn diese Kräfte über den gesamten Beschichtungsvorgang gering gehalten werden und auch konstant gehalten werden können, während das Partikelmaterial aufgebracht wird. Dieser Vorteil wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung im wesentlichen verwirklicht.
• Im Folgenden werden einige Begriffe der Erfindung näher erläutert.
• Im Sinne der Erfindung sind „3D-Druckverfahren“ alle aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, die den Aufbau von Bauteilen in dreidimensionalen Formen ermöglichen, pulverbasiert arbeiten und mit den beschriebenen Verfahrenskomponenten und Vorrichtungen kompatibel sind.
• „Selektiver Binderauftrag“ oder „Selektiver Bindersystemauftrag“ kann im Sinne der Erfindung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig erfolgen, d.h. nicht linear und parallel nach jedem Partikelmaterialauftrag. „Selektiver Binderauftrag“ oder „Selektiver Bindersystemauftrag“ kann somit individuell und im Verlauf der Formkörperherstellung eingestellt werden.
• „Formkörper“ oder „Bauteil“ im Sinne der Erfindung sind alles mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.
• Als „Vorrichtung“ zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter, Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder anderer Bauteile, Dosiervorrichtung und Wärmemittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.
• Als „Partikelmaterialien“ können alle für den Pulver-basierten 3D Druck bekannten Materialien verwendet werden, insbesondere Sande, Keramikpulver, Metallpulver, Kunststoffe, Holzpartikel, Faserwerkstoffe, Cellulosen oder/und Lactosepulver. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes, erfindungsgemäß bevorzugt kann aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver verwendet werden.
• „Bauraum“ ist der geometrische Ort, in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt.
• Als „Schicht“ wird ein quaderförmiges Volumen verstanden, das zwei parallele und glatte Oberflächen aufweist. Die Höhe der Schicht ist üblicherweise gegenüber der Ausdehnung der genannten Oberflächen verschwindend gering.
• „IR-Erwärmung“ bedeutet in dieser Schrift eine Bestrahlung des Baufeldes mit einem IR-Strahler. Dabei kann der Strahler statisch sein oder mit einer Verfahreinheit über das Baufeld bewegt werden. Die Begriffe Trocknung und Härtung sind nicht synonym zu verstehen.
• Unter „Trocknung“ wird ein Verlust von Wasser eines bestimmten Volumens verstanden. Diese Trocknung kommt durch Abgabe von Feuchte an die Umgebungsluft zustande. Die Trocknung ist mit einer Härtung verbunden.
• „Härtung“ ist der Begriff für den Anstieg der Festigkeit eines Bauteils. Die Härtung bei wasserglasbasierten Systemen kann über Trocknung oder chemische Härtung erfolgen.
• Unter „Lösen“ wird der Vorgang verstanden, dass durch eine lösemittelbasierte Flüssigkeit ein vormals fester Bestandteil in Lösung geht. Dabei ist der Löseprozess von verschiedenen Faktoren abhängig. Diese sind die Einwirkdauer, die Temperatur, die relative Lösemittelmenge und der Feststofftyp.
• „Druckkopf“ bezeichnet bei dieser Erfindung einen Vorrichtungsteil, der zum Baufeld hin eine Fläche aufweist, die Mikrodüsen enthält, mit denen Tropfen gezielt auf das Baufeld abgegeben werden können. Die Düsen befinden sich in einem Bereich der Fläche, der vom Rand der Fläche einen gewissen Abstand aufweist. Die Fläche ist im Wesentlichen gegenüber Dämpfen oder Flüssigkeiten dicht oder weist nur geringe Spalten auf. Ebenso kann der Druckkopf oberhalb der Fläche im Wesentlichen dicht ausgeführt sein.
• „Beschichter“ oder „recoater“ oder „Beschichtungseinheit“ ist die Bezeichnung für das Vorrichtungsteil oder das Vorrichtungsmittel, das die gewünschten Schichten durch Förderung von Partikelmaterial vor den Beschichter und durch Glättung erzeugt. Im Sinne der Erfindung umfasst der Beschichter ein Beschichtermittel und ein Partikelmaterialreservoir, die miteinander gekoppelt sind.
• Die „Glättung“ der Schicht erfolgt üblicherweise durch eine geometrische Formgebung der untersten Kante des Beschichters. Dieser Teil kommt einer „Rakel“ gleich, und der Vorgang des Glättens wird auch als „Rakeln“ bezeichnet. Die Geometrie der Rakel bestimmt wesentlich verschiedene Prozesseigenschaften wie Pulverdichte oder Schubkraftbildung.
• Der Bezeichner „Pulverwalze“ ist in dieser Schrift eine Abstraktion der vor dem Beschichter oder der Rakel hergeschobenen Pulvermenge. Durch den Schub des Beschichters „rollt“ die „Walze“ vor dem Beschichter (Beschichtermittel) her und wird deshalb mit einem zylindrischen Volumen assoziiert.
• Das „Pulverreservoir“ oder „Pulvermaterialreservoir“ des Beschichters ist erfindungsgemäß mit diesem gekoppelt (kombiniert) oder in diesen integriert. Es stellt in bestimmten Ausführungsformen ein Reservoir für eine oder mehrere Schichten dar oder es kann ein größeres Volumen aufweisen oder mit weiteren Reservoirs in Verbindung stehen. Die Vorrichtung zur schichtweisen Erzeugung von Bauteilen (Formteilen) (der 3D-Drucker oder die 3D-Druckvorrichtung) kann weitere weit großvolumigere Reservoire aufweisen.
• Als „Kolben“ wird in dieser Schrift ein Element bezeichnet, das in einer Hauptrichtung hin und her bewegt wird. Dabei wird jeweils ein Volumen von der Vorderkante des Kolbens durchstrichen. Der Kolben ist nicht zwangsläufig rund. Vielmehr ist erfindungsgemäß ein quaderförmiger Kolben bevorzugt, dessen Breite gegenüber dem Hub sehr groß ist.
• Der „Antrieb“ dient in dieser Erfindung dazu, die Bewegung des Kolbens und damit die Förderung des Partikelmaterials zu ermöglichen.
• „Gekoppelt“ im Sinn der Erfindung bedeutet, dass das Beschichtermittel und das Partikelmaterialreservoir in einer geeigneten Weise miteinander verbunden sind, sodass kontinuierlich Partikelmaterial in das Beschichtermittel gefördert werden kann und schichtweise auf das Baufeld aufgetragen werden kann.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen „Spalt“ auf, der in Arbeitsrichtung vor dem Kolben angeordnet ist. Durch diesen Spalt kann das Pulver ohne Kolbenbewegung nicht ausfließen, sofern es sich um weniger fluide oder weniger fließfähige Partikelmaterialien handelt. Beo sehr fließfähigen Partikelmaterialien ist die Konstruktion oder Einstellung des Kolbens so gewählt, dass der Kolben den Spalt versperrt. Ist das Partikelmaterial weniger fließfähig kann die Kolbenanordnung oder -einstellung so gewählt werden, dass der Kolben nicht ganz bis zum Spalt herangefahren wird und somit den Spalt nicht ganz versperrt. Der Spalt blockiert auf Grund der Fließeigenschaft des Pulvers. Hierbei bilden sich Partikelmaterialbrücken aus, die zu einem Verschluss des Spaltes und damit ein Stoppen des Partikelmaterialausflusses bewirken sobald der Kolben nicht mehr bewegt wird.
• In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Dosiereinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Beschichtungseinheit geeignet für ein 3D-Druckverfahren ist.
• Das Mittel zur Förderung des Partikelmaterials kann in jeder geeigneten und mit den übrigen Komponenten der Dosiereinheit kombinierbaren Form ausgestaltet sein, die eine Förderung des Partikelmaterials in gewünschter Weise erlaubt. Vorzugsweise ist das Mittel zur Förderung des Partikelmaterials als Kolbenmechanismus ausgestaltet und es ist in dem Partikelmaterialreservoir angeordnet.
• Das Mittel zur Förderung des Partikelmaterials wird dabei in seiner Lage und Bewegung in Bezug auf den Spalt so ausgestaltet, dass seine Funktion an das zu verwendende Partikelmaterial angepasst ist. Bei hochfließfähigen Partikelmaterialien wird der Spalt mit z.B. dem Kolben ganz verschlossen, um das Ausfließen zu stoppen. Bei wenig fließfähigem Partikelmaterial kann der Kolben vor dem Spalt gestoppt werden und es kommt durch z.B. Partikelmaterialbrückenbildung zum Verschluss des Spaltes und somit zum Stoppen des Ausfließens.
• Auch der Spalt an sich wird an die anderen Vorrichtungsparameter angepasst. Der Spalt wird deshalb in seiner Form und Größe entsprechend gewählt. Vorzugsweise weist der Spalt einen Durchmesser (Durchlassgröße) von 0,5 bis 5 mm auf.
• Weiterhin kann die Anordnung des Mittels zur Förderung des Partikelmaterials in Bezug auf den Spalt unterschiedlich ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist z.B. der Spalt vor dem Kolben in Bewegungsrichtung senkrecht oder in einem Winkel grösser als 45 ° bis 90 ° angeordnet.
• Das Mittel zur Förderung des Partikelmaterials, z.B. ein Kolben, kann bis zu einem Abstand von 1 bis 3 mm an den Spalt verfahrbar sein, oder er ist so verfahrbar, um mit der Außenseite des Spaltes bündig abzuschließen oder durch den Spalt hindurch verfahrbar angeordnet zu sein.
• Vorzugsweise weist die Dosiereinheit weitere Merkmale und/oder Mittel auf, die für den Dosier und/oder Beschichtungsvorgang vorteilhaft sind. Die Dosiereinheit kann somit z.B. eine Klinge oder ein Rakel aufweisen. Diese Mittel sind vorzugsweise unterhalb des Spaltes bzw. der Bauplattform zugewandten Seite angeordnet.
• Das Mittel zur Förderung des Partikelmaterials führt eine Bewegung aus, die eine kontrollierte Förderung des Partikelmaterials bewirken. Vorzugsweise wird ein Kolben eingesetzt, wobei der Kolbenmechanismus eine Bewegung des Kolbens als eine periodische oder oszillierende Bewegung ausführen kann. Der Kolben erreicht vorzugsweise einen Hub von 0,1 mm bis zu 10 mm, vorzugsweise einen Hub von 0,1 mm bis 0,5 mm.
• Der Kolben kann eine Antriebsfrequenzen von bis zu 400 Hz ausführen, vorzugsweise von 20 bis 100 Hz, besonders bevorzugt von 30 bis 60 Hz.
• In weiteren Aspekten ist die Erfindung eine erfindungsgemäße Dosiereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben ohne Mechanismus direkt angetrieben wird. Vorzugsweise kann in der Dosiereinheit der Kolben mit Hilfe eines Piezoantriebes direkt angetrieben werden und ein Hub von bis zu 200µm ausgeführt werden kann. Weiterhin bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Dosiereinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben mit Hilfe eines elektrodynamischen Antriebes direkt angetrieben wird und ein Hub von bis zu 500µm ausgeführt werden kann.
• In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung geeignet für 3D-Druckverfahren, die alle üblichen Mittel für einen pulverbasierten 3D-Druck aufweist und eine erfindungsgemäße Dosiereinheit (Beschichtereinheit).
• Weitere bevorzugte Ausführungsformen
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren werden in einem System zum schichtweisen Aufbau von Modellen mit Tintenstrahldrucktechnik verwendet. Der Ablauf eines Fertigungsganges gliedert sich nach dem Stand der Technik wie folgt: Es wird eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen und nivelliert. Im Anschluss wird die Schicht gemäß der Schichtdaten des 3D-Modells mit einem Fluid bedruckt. Es kann ein Anteil des Materials zum Verkleben der Partikel im Pulver in Form von trockenen Partikeln vorgehalten werden. Nach dem Druckprozess wird die Bauplattform abgesenkt und der Prozess beginnt von vorne.
• Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Bauteil komplett im mitgebauten Pulverkuchen vorliegt.
• Es können als Basismaterial (Partikelmaterialien) unterschiedliche Partikelmaterialien eingesetzt werden. Dabei sind Kunststoffpulver, keramische, organische, metallische, Pulver auf Zellulosebasis oder Holzbasis und andere Materialien üblich.
• Prozesstechnisch sind diese Pulver im Wesentlichen durch ihre Handhabungseigenschaften charakterisiert. Die Pulverfließeigenschaft ist das herausragende Merkmal. Sie ist eine Eigenschaft des Pulvers, bedingt durch Material, Korngröße und Kornverteilung und Umwelteinflüssen.
• Es gibt hierbei ein breites Spektrum im Bereich oben genannter Materialien. Eine Gruppe fließt nahezu wie Wasser und ist, zu einem Haufen aufgeschüttet, durch einen geringen Schüttwinkel gekennzeichnet. Eine andere Gruppe, meist mit besonders feinen Partikeln, ist schlecht fließfähig und bildet große Schüttwinkel aus. Ein solches Material bildet, wenn es geschnitten wird, wie ein Festkörper senkrechte Wände. Entsprechend der Materialeigenschaften wird der Spalt, der Kolben und die Position des Kolbens zu dem Spalt gewählt werden. Z.B. wird der Kolben den Spalt ganz verschließen, wenn sehr fließfähiges Material eingesetzt wird.
• Besonders interessant ist die Gruppe der feinkörnigen Materialien im 3D-Druck. Das Interesse rührt zum einen von der Möglichkeit her, hohe Detailauflösungen und damit hohe Oberflächengüten zu erreichen. Zum zweiten ist ein feines Korn für verschiedene Folgeprozesse hilfreich. So ist beispielweise im Bereich der keramischen Fertigung ein feines Pulver entscheidend für den nachfolgenden Schritt des Brennens.
• Gemäß der Erfindungsaufgabe ist es zielführend, einen Beschichter zu benutzen, der verschiedene Pulverqualitäten prozesssicher zu dünnen Schichten verarbeiten kann.
• Dies wird erfindungsgemäß durch einen Beschichter gelöst, der einen Materialvorrat (Partikelmaterialreservoir) mit sich führt und ein Mittel, beispielsweise einen Kolbenmechanismus, zur Förderung des Partikelmaterials aufweist.
• Der Materialvorrat ist üblicherweise ein langgestreckter Behälter, der nach oben offen ist. Er ist mit geeigneten erfindungsgemäßen Mitteln verschließbar. Die Länge muss der Baufeldbreite der Maschine im Wesentlichen entsprechen, um über die gesamte Länge einen sicheren Materialfluss zu garantieren.
• Der Materialvorratsbehälter (Partikelmaterialreservoir) ist nach oben offen, um in einer Ausführungsform ein Nachfüllen von oben während des Aufbauprozess zu gewährleisten. Das Volumen des Behälters reicht für mindestens eine Schicht, es kann aber auch so gestaltet werden, dass mehrere Schichten ohne ein Nachfüllen bearbeitet werden können. In einer besonderen Ausführungsform ist dieses Partikelmaterialreservoir mit einem größeren Partikelmaterialreservoir verbunden und kann von diesem gespeist werden.
• Im unteren Teil des Vorratsbehälters befinden sich vorzugsweise der Kolbenmechanismus und der Spalt. Der Spalt ist eine langgestreckte Öffnung, die in Richtung der Beschichtungsfahrt zeigt. Aus dem Spalt tritt während des Beschichtens das Material aus und verfüllt das Schichtvolumen.
• Unterhalb des Spaltes befindet sich die Klinge oder Rakel. Diese sorgt dafür, dass das ausgegebene Material an seiner Oberseite geglättet wird. Diese Rakel ist konstruktiv oft die Unterkante des Beschichters. Die Rakel schiebt überschüssiges Material nach vorne weg.
• Während der Beschichtungsfahrt bildet sich so die Pulverwalze, die vor dem Beschichter hergeschoben wird. Sie besteht aus dem Materialstrom, der als Überschuss durch die Rakel abgenommen wird und dem aus dem Beschichter geförderten Volumen.
• Beide Volumenströme müssen immer reichen, um den sich aus Spalthöhe und Verfahrgeschwindigkeit ergebenden Volumenbedarf zu decken. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird die Schicht unvollständig erzeugt und die erzeugten Bauteile sind fehlerhaft.
• Der Volumenstrom aus dem Spalt wird durch den Kolbenmechanismus erzeugt. Der Kolben ist erfindungsgemäß bevorzugt als Quader ausgebildet. Er bewegt sich im Reservoir in einer auf den Spalt zulaufenden Bewegung. Diese Bewegungsrichtung kann horizontal, aber auch geneigt zur Horizontalen verlaufen.
• Die Bewegung des Kolbens ist eine periodische oder oszillierende Bewegung. Dabei wird ein bestimmter Hub erreicht. Erfindungsgemäß bevorzugt werden kleine Hübe, um einen kontinuierlichen Volumenstrom zu erzielen. Hierzu sind Hübe von 0,1 mm bis zu 10 mm sinnvoll. Besonders bevorzugt sind Hübe von 0,1 mm bis 0,5 mm.
• Der Kolben bewegt sich im unteren Teil des Reservoirs. Die Vorrichtung weist dazu auf der der Beschichtungsrichtung abgewandten Seite außerhalb des Behälters einen Antrieb auf.
• Der Antrieb kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, und alle zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung geeigneten Aktoren können verwendet werden. Dabei können verschiedene Qualitäten zum Einsatz kommen: einfache nicht geregelte Schwinger wie Druckluftvibratoren, Exzenterantriebe, elektromagnetische Schwinger, elektrodynamische Schwinger oder aber Linearmotoren mit Regelung. Diese Aufzählung soll dabei nur bespielhafte Ausführungen aufzeigen und nicht einschränkend wirken.
• Der Antrieb ist mit dem Kolben über einen Verbindungsmechanismus verbunden. Dieser kann je nach räumlicher Anordnung eine einfache starre Anbindung, z.B. in Form einer Stange sein, oder, wenn die Bewegungsrichtung umgelenkt werden muss, über Gelenkmechanismen realisiert werden. Auf Grund der kurzen Hübe eignen sich auch so genannte Festkörpergelenke, bei denen der Drehfreiheitsgrad über elastische Weichheiten erzielt wird (z.B. ein biegsames Blech).
• Der Kolben wird im unteren Teil des Reservoirs gefüllt. Der Durchtritt durch die Behälterwand muss gegen Austritt des Pulvers abgedichtet werden. Diese Dichtung kann als Filzdichtung ausgeführt werden. Gegenüber diesem Filz führt der Kolben dann eine Relativbewegung aus. Der Filz kann gleichzeitig genutzt werden, um den Kolben zu führen. Der Kolben kann aber ebenso separat geführt werden. Z.B. kann ein Gleitlager auf dem unteren Teil des Kolbens im pulverfreien Bereich angebracht sein.
• Ebenso kann aber auch gedichtet werden, indem der Kolben mit einer Membran verbunden wird. Die kurzen Hübe (siehe oben) werden bei der Bewegung des Kolbens in Deformationen der Membran umgesetzt. Bei dieser Lösung gleiten keine Teile gegeneinander und der Raum außerhalb des Reservoirs ist sicher vom pulverbeladenen Innenraum getrennt.
• Der Kolben kann erfindungsgemäß bevorzugt relativ zum Spalt eingestellt werden. Dies betrifft die Lage, um die der Kolben oszilliert. Diese Lage kann nahe am Spalt sein, hinter dem Spalt zurückbleiben oder aber durch den Spalt durchgreifen. Dabei muss die hintere Lage der Oszillation mindestens einen Spalt in horizontaler Richtung freigeben, so dass Pulver vor den Kolben fallen kann.
• Die eigentliche Funktion kann wie folgt dargestellt werden: Während des Rückhubes des Mittels zur Förderung des Partikelmaterials, z.B. ein Kolben, fällt Pulver vor den Kolben. Dies erfolgt dadurch, dass das auf dem Kolben liegende Pulver in Richtung Dichtung zurückgezogen wird, sich aufschiebt und letztendlich auch bei extrem schlecht fließenden Pulvern durch Vibrationen, die die Kolbenbewegung mit sich bringt, vor den Kolben fällt.
• Der Kolben schiebt dann im Arbeitshub das Pulver in Richtung Spalt. Durch diese Bewegungsabfolge ergibt sich, wenn der Kolben oszilliert, eine Förderung in Richtung des Spaltes. Versuche haben gezeigt, dass dieses Verfahren extrem zuverlässig auch bei schlecht fließenden Pulvern arbeitet.
• Die räumliche Anordnung der Vorrichtung ist dabei nicht auf die oben dargestellten Lagen eingeschränkt. Die Winkel und Lagen der Bewegungsachse und des Reservoirs können stark von obiger Beschreibung abweichen. Wesentlich ist, dass ein Mittel, beispielsweise ein Kolben, oszilliert, Pulver durch die Schwerkraft und evtl. Vibrationsanregung vor diesen Kolben fallen kann und das Pulver vor dem Kolben in eine bestimmte Richtung abfließen kann.
• Wird das System in einen Pulverbeschichter integriert, ist es sinnvoll, beim Beschichtungsvorgang Vibrationen in die Pulverwalze vor dem Beschichter zu bringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu so ausgestaltet sein, dass die Vibrationen des Antriebs auch für die „Fluidisierung“ der Pulverwalze genutzt werden können. Die Ausführung kann über gezieltes Einbringen von Elastizitäten erfolgen. Dabei schwingt dann der gesamte Beschichter während der Dosierung in Beschichtungsrichtung.
• Je nach Ausführung kann die Richtung der Vibration von der Beschichtungsrichtung abweichen. Solche Effekte können genutzt werden, um durch die Vibration eine teilweise Kompaktierung des Pulvers auf dem Baufeld zu erzielen.
• Die genannte Vorrichtung ist nicht nur geeignet, in ein Beschichtersystem, wie beschrieben, integriert zu werden. Ebenso kann dieses Verfahren als allgemeines Dosiersystem für Pulver genutzt werden. Dabei können besonders schlecht fließende Pulver prozesssicher dosiert werden.
• Ein Beispiel für eine solche Anwendung kann das Nachfüllsystem sein, das verwendet wird, um den Beschichter selbst im Prozess nachzufüllen.
• Figurenliste
• 1: Schematische Darstellung der Komponenten eines pulverbasierten 3D-Druckers als geschnittener Schrägriss
• 2: Schema des Ablaufes eines konventionellen 3D-Druckprozesses
• 3: Darstellung des Verfüllens des Schichtvolumens über Rakeln
• 4: Verfüllen mit Hilfe eines Beschichters mit mitgeführtem Pulverreservoir
• 5: Unterschiedliches Verhalten der Pulverwalze mit und ohne Vibration
• 6: Darstellung des erfindungsgemäßen Dosierprinzips
• 7: Kurze Hübe bei der Dosierung
• 8: Wirkung von Vibrationen
• 9: Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
• Ausführungsbeispiele
• Das im Folgenden erläuterte Beispiel dient der Erklärung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Prozesses. Es soll die möglichen Ausführungen der Erfindung nicht einschränken.
• Das erfindungsgemäße System ist für die Verwendung mit dem pulverbasierten 3D-Druck geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb eine Kombination mit einer bekannten Vorrichtung zum pulverbettbasierten 3D-Drucken. 3D-Druckvorrichtungen und ihre Komponenten sind allgemein bekannt und müssen deshalb hier nicht in allen Einzelheiten nochmals dargestellt werden.
• Eine 3D-Druck-Vorrichtung weist einen Pulverbeschichter (101) auf. Mit diesem wird Partikelmaterial auf eine Bauplattform (102) aufgebracht und geglättet (2(a)). Das aufgebrachte Partikelmaterial kann aus verschiedensten Materialien bestehen. Beispielsweise können Formgrundstoffe wie Sande, künstliche Sande und keramische Partikel verwendet werden. Die Fließeigenschaften dieser Materialien können stark unterschiedlich ausfallen. Verschiedene Beschichtertechniken lassen die Schichtbildung von trockenen frei fließenden Pulvern über kohäsive schnittfeste Pulver bis hin zu flüssigkeitsbasierten Dispersionen zu. Die Höhe der Pulverschichten (107) wird durch die Bauplattform (102) bestimmt. Sie wird vor dem Aufbringen einer Schicht abgesenkt. Beim nächsten Beschichtungsvorgang wird das entstandene Volumen verfüllt und der Überstand glattgestrichen. Das Ergebnis ist eine nahezu perfekt parallele und glatte Schicht definierter Höhe.
• Nach einem Beschichtungsprozess wird die Schicht mittels eines Tintenstrahldruckkopfes (100) mit einer Flüssigkeit bedruckt (2(b)). Das Druckbild entspricht dem Schnitt durch das Bauteil in der aktuellen Bauhöhe der Vorrichtung. Die Flüssigkeit trifft auf das Partikelmaterial und diffundiert langsam hinein.
• Nach dem Drucken des Binders kann die Schicht optional erwärmt werden (2(c)). Dazu kann beispielsweise ein IR-Strahler (200) über das Baufeld geführt werden. Dieser kann mit der Achse des Beschichtungssystems gekoppelt sein. Während des Heizens verdampft ein Teil des flüssigen Bindemittels.
• Im Anschluss an diesen Heizprozess wird die Bauplattform (102) um eine Schichtstärke abgesenkt. Die Schritte Schichtbilden, Bedrucken, Erwärmen und Absenken werden nun solange wiederholt, bis das gewünschte Bauteil (103) vollständig erstellt ist.
• Der Vorgang, der vom Pulverbeschichter (Beschichtungseinheit)(allgemeine Ziffer 101) durchgeführt wird, wird im Folgenden näher beschrieben.
• 3 zeigt den Vorgang, wie durch ein einfaches Rakeln eine neue Pulverschicht erzeugt werden kann. Der Hohlraum (303), der durch die Bauplattformabsenkung erzeugt wurde, soll dabei gefüllt werden und eine glatte Oberfläche erzeugt werden.
• Im einfachsten Fall kann dieser Vorgang mit einer Rakel durchgeführt werden. Dazu wird eine Pulvermenge (301) vor eine Rakel (300) vorgelegt. Dann wird die Rakel über das Baufeld geführt. Dabei wird idealerweise der Hohlraum (303) verfüllt und gleichzeitig geglättet. Sind alle Schritte (3 (a)-(d)) durchlaufen, ist eine neue Schicht zu den schon vorhandenen Schichten (302) dazugekommen.
• Während des Rakelns baut sich die Pulvermenge vor der Rakel (300) ab. Das bedeutet aber auch, dass vor dem Baufeld eine größere Menge vorgelegt werden muss, so dass nach dem Baufeld noch ein Sicherheitsüberschuss vor der Klinge vorhanden ist. Während des Rakelns wirkt diese Gewichtskraft auf das Baufeld und erzeugt Scherkräfte, die unerwünscht sind.
• Die Pulvermenge (301) kann reduziert werden, indem eine Vorrichtung verwendet wird, die einen Pulvervorrat (400) mit sich führt. 4 zeigt einen solchen Vorgang. Analog zum Vorgang in 3 streicht eine Rakel über das Baufeld und verfüllt den Hohlraum (303). Die Pulvermenge (301) bleibt aber durch geeignete Maßnahmen immer gleich und die Menge entspricht nur dem Sicherheitsüberschuss. Dadurch können Kräfte auf eine bereits erzeugte Schicht (302) wirksam reduziert werden.
• Die Kräfte auf das Pulver sind zudem vor der Dynamik der Pulvermenge/- walze abhängig. Wird die Walze vor dem Beschichter/ der Rakel (300) nur hergeschoben, rutscht das Pulver blockweise, je nach Fließeigenschaft, in das zu verfüllende Volumen (303). Ein blockweises rutschen beinhaltet Nachteile für die Qualität des 3D-Druckerzeugnisses.
• In 5 (b) ist dargestellt, dass sich die Dynamik der Walze ändert, wenn am Beschichter Vibrationen anliegen. Dadurch wird das Pulver gewissermaßen verflüssigt, und die Pulverwalze rollt bei der Vorwärtsbewegung des Beschichters (300). Wie Versuche zeigen, sind die Beschichtungsquerkräfte jetzt deutlich geringer.
• Erfindungsgemäß soll ein Beschichter bereitgestellt werden, der schlechtfließfähige Pulver prozesssicher in das Volumen (303) dosieren kann und geringe Kräfte auf das Pulver erzeugt.
• 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die geeignet ist, Pulver prozesssicher zu dosieren.
• Ein Kolben (602) verschließt den Ausgabespalt. Dieses Verschließen muss kein Abdichten bedeuten. Vielmehr bedeutet verschließen, dass kein Pulver selbstständig aus dem Ausflussspalt fließen kann. Der Kolben ist in der Schnittdarstellung in 6 ein quaderförmiges Objekt.
• Das Pulver (603) steht oberhalb des Kolbens. Es lastet mit seiner Gewichtskraft auf dem Kolben und es würde in einen ausreichend großen Spalt fließen.
• Der Antrieb (601) ist ein Exzenter, der mit dem Kolben über ein Kurbelgetriebe in Verbindung steht. Die Lage in 6 (a) zeigt, dass beim gegebenen Drehsinn der Kolben zurückgezogen wird.
• 6 (b) zeigt einen etwas späteren Zustand bei weiterer Drehung des Exzenterantriebes. Der Kolben zieht sich zurück und Pulver fällt in den freiwerdenden Spalt (604). Das Pulver wird dabei durch die Rückzugsbewegung in einen Fließzustand gesetzt, der das Füllen des Spaltes auch bei extrem schlechten Fließeigenschaften des Pulvers (603) ermöglicht.
• In der nun folgenden Vorwärtsbewegung des Kolbens (6 (c)) wird das Pulver (603) durch den Spalt ausgeschoben. Damit ergibt sich eine Menge vordosierten Pulvers (605) vor dem Beschichter. Diese Menge wird jeweils bei einer Umdrehung des Exzenters aus der Vorrichtung ausgestoßen.
• Der Exzenterantrieb verdeutlicht nur die erfindungsgemäße Dosierung. Statt des Exzenters können alle erdenklichen Aktoren verwendet werden. Möglich sind Pneumatikaktoren, hydraulische Antriebe, mechanische Nockenwerke, elektrische Direktantriebe wie Voicecoil-Motoren, Linearmotoren, Schrittmotoren und viele mehr.
• Der Spalt vor dem Kolben weist eine Größe von 0,5 bis 5 mm auf. Damit können verschiedene Fließeigenschaften von Pulvern abgedeckt werden.
• Zudem können über diesen Parameter, neben anderen Parametern dieser Vorrichtung, die Dosiermengen eingestellt werden.
• 7 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem wesentlich kleineren Exzenterantrieb (700). Hier ist der Hub wesentlich reduziert. Gezeigt ist zudem das Resultat nach mehreren Dosierhüben (701). Diese Art der Anordnung ist besonders für schnelle oder hochfrequente Antriebe geeignet. Je nach Pulver und Antrieb können hier große Dosiermengen bei einem kompakten Aufbau erzielt werden.
• Das Funktionsprinzip folgt exakt dem der Ausprägung, die in 6 gezeigt ist. Die entstehenden Vibrationen erleichtern allerdings das Nachrutschen des Pulvers.
• Die Dimensionen der in 7 gezeigten Vorrichtungen werden im Folgenden erläutert. Die Gesamthöhe des Vorrichtungsteiles beträgt rund 10 cm. Je nach Prozess wird Material für mehrere Schichten aufgenommen. Erfindungsgemäß ebenso bevorzugt sind aber auch niedrigere Behälter bis hinunter zu 2 cm Höhe. Dadurch kann die Schwerewirkung auf das Pulver reduziert werden und die Prozesssicherheit der Dosierung gesteigert werden.
• Der Kolben hat eine Stärke von rund 3 mm. Erfindungsgemäß können Stärken von 0,1 bis 10 mm im Falle einer Dosiereinrichtung für den Beschichter verwendet werden. Besonders bevorzugt 1 bis 5 mm. Für gröbere Dosieraufgaben können auch wesentlich stärkere Kolben zum Einsatz kommen.
• Die Tiefe der Kammer, in der der Kolben läuft, ist zum Teil abhängig vom Kolbenhub. Erfindungsgemäß werden, bei bevorzugten Kolbenhüben von 0,03 bis 3 mm, bevorzugt Kammerbreiten von 10 bis 50 mm für die Schichtverfüllungsaufgabe eingesetzt.
• Bei Vorrichtungen zum Dosieren größerer Mengen sind auch Kammern größer 50 mm sinnvoll.
• Die Dosierfrequenz hängt stark vom Pulver ab. Hier ergibt sich durch Reibung und Trägheit meistens ein Optimum, bei dem sich die größte Menge Pulver (701) aus dem Spalt bewegt.
• Versuche zeigen, dass bei einem Aufbau mit 5 mm Spalt und einem Kolbenhub von 0,3 mm sich ein Maximum des Ausflusses bei rund 3000 1/min ergibt. Dies gilt für ein schlecht fließfähiges keramisches Pulver.
• Erfindungsgemäß werden Antriebsfrequenzen bis zu 400 Hz für sinnvoll erachtet. Je nach Pulversystem werden aber 20 bis 100 Hz bevorzugt, besonders bevorzugt werden 30 bis 60 Hz.
• 8 zeigt, dass die Antriebsfrequenzen gleichermaßen genutzt werden können, um Vibrationen in das System zu bringen. Dieser Effekt kann je nach Aufhängung des Systems verstärkt werden. Eine weichere Aufhängung bringt dabei größere Vibrationsamplituden. Die Vibrationen wirken, wie bereits beschreiben, positiv auf das Abrollverhalten der Pulvermenge (301/701) vor dem Beschichter in Laufrichtung.
• Die Figur ist eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß bevorzugten Vorrichtung. Die Elemente des Beschichters sind an einer zentralen Platte (900) aufgehängt. An dieser ist auch die Lagerung (902) des Exzenters (901) angebracht. Ebenso ist das Pulverreservoir mit dem im unteren Teil befindlichen Kolbenmechanismus verbunden. Die Anbindung erfolgt über die Rückseite des Reservoirs und ist, um Vibrationen im System zu ermöglichen, biegeweich ausgelegt. Der Kolben (600) ist mit dem Exzenter über ein Festkörpergelenk (903) verbunden.
• Um das Pulver daran zu hindern, nach hinten abzufließen oder durch die Bewegung des Kolbens abgefördert zu werden, sind Dichtungen verbaut. Als Material eignet sich hier Filzmaterial, das gegen Pulver gut dichtet. Die Materialauswahl soll damit aber nicht eingeschränkt sein. Die Dichtungen (907) sind erfindungsgemäß bevorzugt derart gestaltet, dass der Kolben (600) auf ihnen gleitet und sie den Kolben gleichermaßen auch führen. Ebenso kann aber auch eine separate Lagerung vorgesehen sein, die den Kolben führt. Auch sind Ausführungen denkbar, die als Dichtung eine Membran nutzen, die gegenüber dem Pulverreservoir dichtet und durch die Kolbenbewegung nur leicht elastisch deformiert wird.
• Der Spalt (905) kann bei dieser Vorrichtung durch ein Schieberblech (906) verändert werden. Damit kann die Vorrichtung dem Pulver angepasst werden.
• In dem Bereich, in dem das Pulver aus der Vorrichtung austritt, liegt die Klinge (904), die die Oberfläche des Pulvers glättet. Die Glättung wird mit der Unterseite der gezeigten Klinge vorgenommen. Um unterschiedliche Kompressionsgrade zu erzielen, kann die gesamte Vorrichtung, die in 9 gezeigt ist, um eine Achse in die Zeichenebene hinein gedreht werden. Konstruktiv ist es dabei hilfreich, die Drehachse - zumindest virtuell - über eine Kulisse in den vordersten untersten Klingenpunkt zu legen.
• Die Klinge kann zusätzlich verschiedene geometrische Merkmale aufweisen. Beispielweise kann die untere vordere Kante einen Radius oder eine Fase aufweisen, damit ist ebenso eine Kompressionswirkung möglich. Ebenso kann die vordere obere Kante besonders ausgeformt sein. Hier sind z.B. große Fasen hilfreich, die fast die gesamte Klingenhöhe abdecken. Damit wird das Pulver beim Abrollen gewissermaßen abgeschnitten und es ergeben sich günstige Effekte auf die entstehenden Schubkräfte.
• Die oben beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in bestimmten Kombinationen dargestellt. Diese Kombinationen sollen nicht als beschränkend verstanden werden. Im Sinne der Erfindung können alle dargestellten Merkmale in jeglicher Kombination in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen verwirklicht sein und sie können so des Erfindungsgedanke verwirklichen.
• Bezugszeichenliste

100

Druckkopf

101

Beschichter

102

Bauplattform

103

Bauteil

104

Baubehälter

105

Druckkopfbahn

106

Beschichterbahn

107

Pulverschichten

108

Richtung der Bauplattformbewegung

109

Dosierte Tropfen

110

Pulverwalze

111

Baufeldberandung

112

Beschichterspalt

113

Beschichtervorrat

200

IR-Strahler

300

Rakel

301

Pulverwalze

302

Schichten

303

Zu füllende Schicht

400

Beschichter mit Pulverreservoir

401

Austrittsöffnung

600

Schubplatte/Kolben

601

Antrieb

602

Ausflussspalt

603

Partikelmaterial / Pulver

604

Nachfließendes Partikelmaterial

605

Ausgeschobenes Partikelmaterial

700

Antrieb mit kurzem Hub

701

Ausschub nach mehreren Zyklen

900

Träger

901

Exzenterantrieb

902

Lagerbock

903

Festkörpergelenk / Pleuelstange

904

Rakelkörper

905

Spalt

906

Spaltjustageblech

907

Filzdichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 0431924 B1 [0003]
• US 20140252685 A1 [0009]
• DE 10216013 B4 [0011]

Claims (10)

1. Dosiereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Beschichtermittel, ein mit diesem gekoppeltes Partikelmaterialreservoir und ein Mittel zur Förderung des Partikelmaterials umfasst.
2. Dosiereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtungseinheit geeignet für ein 3D-Druckverfahren ist.
3. Dosiereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Förderung des Partikelmaterialsein Kolbenmechanismus ist und in dem Partikelmaterialreservoir angeordnet ist, vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit oder/und die Beschichtungseinheit eine Partikelmaterialaustrittsöffnung, vorzugsweise einen Spalt, aufweist und der Spalt vorzugsweise einen Durchmesser (Durchlassgröße) von 0,5 bis 5 mm aufweist, vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt vor dem Kolben in Bewegungsrichtung senkrecht oder in einem Winkel grösser als 45° bis 90° angeordnet ist, vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben bis zu einem Abstand von 1 bis 3 mm an den Spalt verfahrbar ist, oder verfahrbar ist, um mit der Außenseite des Spaltes bündig ab zu schließen oder durch den Spalt hindurch verfahrbar ist.
4. Dosiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinheit eine Klinge oder ein Rakel aufweist, vorzugsweise unterhalb des Spaltes bzw. der Bauplattform zugewandten Seite oder/und dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenmechanismus eine Bewegung des Kolbens als eine periodische oder oszillierende Bewegung ausführen kann, vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen bestimmter Hub erreicht, vorzugsweise einen Hub von 0,1 mm bis zu 10 mm, vorzugsweise einen Hub von 0,1 mm bis 0,5 mm oder/und dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben ohne Mechanismus direkt angetrieben wird.
5. Dosiereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit Hilfe eines Piezoantriebes direkt angetrieben wird und ein Hub von bis zu 200µm ausgeführt werden kann.
6. Dosiereinheit nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit Hilfe eines elektrodynamischen Antriebes direkt angetrieben wird und ein Hub von bis zu 500µm ausgeführt werden kann.
7. Dosiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine Antriebsfrequenzen von bis zu 400 Hz ausführen kann, vorzugsweise von 20 bis 100 Hz, besonders bevorzugt von 30 bis 60 Hz.
8. Vorrichtung geeignet für 3D-Druckverfahren, die alle üblichen Mittel für einen pulverbasierten 3D-Druck aufweist und eine Dosiereinheit (Beschichtereinheit) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren zur Herstellung von 3D-Formteilen, wobei eine Beschichtungseinheit nach Anspruch 1 bis 7 verwendet wird.
10. Verwendung einer Beschichtungseinheit nach Anspruch 1 bis 7 in einem Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Formteilen mittels 3D-Druckverfahren.

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