DE102017206815A1 - Process for cleaning a generatively manufactured part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Teils (10), das in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt wird und an dem rieselfähiges Material (12) aus dem Herstellungsprozess anhaftend verblieben ist. Zur Entfernung des anhaftenden Materials wird mechanische Energie (30) auf das Teil (10) aufgebracht, um die anhaftenden Rückstände (20) zu lösen. Der Eintrag der mechanischen Energie (30) in das Teil (10) wird dabei unter Verwendung eines Reinigungswerkzeugs (22) vollzogen.Es ist vorgesehen, dass zur Steuerung des Energieeintrags in das Teil (10) über das Reinigungswerkzeug (22) CAD-Daten (40) des Teils (10) ausgewertet und Steuerungsdaten (42) extrahiert werden. Der Eintrag der mechanischen Energie (30) lässt sich so auf eine spezifische vorliegende Kontur (38) des zu reinigenden Teils (10) flexibel anpassen.The invention relates to a method for cleaning a part (10) which is produced in a generative manufacturing method and to which flowable material (12) has remained adhering from the production process. To remove the adhering material, mechanical energy (30) is applied to the part (10) to release the adherent residues (20). The entry of the mechanical energy (30) into the part (10) is carried out using a cleaning tool (22). It is provided that for controlling the energy input into the part (10) via the cleaning tool (22) CAD data ( 40) of the part (10) are evaluated and control data (42) extracted. The entry of the mechanical energy (30) can be flexibly adapted to a specific present contour (38) of the part (10) to be cleaned.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for cleaning a generatively manufactured part according to the preamble of
Die Säuberung generativ gefertigter Teile nach deren Herstellung spielt insbesondere bei generativ hergestellten Teilen, die häufig aus einem aus Partikeln bestehenden, beispielsweise körnigen oder pulvrigen Material hergestellt werden, eine große Rolle. Derartige Teile können zum Beispiel Sandkerne sein. In Gießereien werden Sandkerne häufig in einer Serienfertigung zur Herstellung von Gussteilen in hoher Stückzahl benötigt. Typische Branchen für derartige Gussteile sind beispielsweise die Luft- und Raumfahrt, die Medizin oder der Maschinen- und Anlagenbau.The cleaning of generatively manufactured parts after their production plays a particularly important role in generatively produced parts, which are often made of a particulate, for example, granular or powdery material. Such parts may be, for example, sand cores. In foundries sand cores are often required in a mass production for the production of castings in large quantities. Typical industries for such castings include aerospace, medical or mechanical engineering.
Bei der generativen Fertigung von Sandkernen wird oft ein pulverbettbasiertes Verfahren eingesetzt. Das Bauteil wird durch das Aufbringen von Pulverschichten und deren stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Eine aufgetragene Pulverschicht kann beispielsweise durch einen Druckkopf an bestimmten Stellen mit Bindemitteln verknüpft werden und gegebenenfalls unter Zuführung von Energie verfestigt werden. Der Vorgang wird iterativ wiederholt. Somit entsteht im Pulverbett ein harter Sandkern, dessen Kontur von den einzelnen Schichten gebildet wird. Um den Sandkern herum verbleibt loser Sand, der am Sandkern anhaftende Rückstände bilden kann. Um den Sandkern entnehmen zu können, muss der feste Sandkern vom losen Sand befreit werden. Es muss drauf geachtet werden, dass der Sandkern dabei nicht beschädigt wird. Die Säuberung muss daher genau und insbesondere in der Serienfertigung schnell durchgeführt werden.The generative production of sand cores often uses a powder bed based process. The component is produced by the application of powder layers and their cohesive connection. An applied powder layer can, for example, be linked with binders at certain points by a print head and, if appropriate, solidified while supplying energy. The process is repeated iteratively. This creates a hard sand core in the powder bed, the contour of which is formed by the individual layers. Loose sand remains around the sand core, which can form residues adhering to the sand core. To remove the sand core, the solid sand core must be freed from loose sand. It has to be taken care that the sand core is not damaged. The cleaning must therefore be carried out quickly and precisely, especially in mass production.
Dies wird konventionell häufig durch den Einsatz von industriellen Saugern oder durch Druckluftstationen erreicht. Auch die Anwendung von Gitterelementen, die als Sieb dienen, findet in der Industrie Anwendung.This is conventionally often achieved through the use of industrial vacuum cleaners or compressed air stations. Also, the use of grid elements, which serve as a sieve, is used in industry.
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Weiterhin beschreibt die
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Die bekannten Lösungen sind für den Einsatz in einer Serienfertigung jedoch nicht geeignet. Die Verfahren erfordern viel Zeit und eignen sich kaum für eine Fleißfertigung. Die Kosten für die Säuberung sind, bedingt durch hohen Einsatz an Energie und Personal, hoch und stellen somit ein Problem für die Serienfertigung dar. Ferner ist häufig eine Nachbearbeitung mit feineren Werkzeugen erforderlich, um den Sandkern vom restlichem losen Sand vollständig zu befreien. Diese Nachbearbeitungen führen dazu, dass die Fertigungszeit und die Fertigungskosten weiter steigen.However, the known solutions are not suitable for use in mass production. The processes require a lot of time and are hardly suitable for a diligent production. The cost of the cleaning is high, due to high energy and personnel, and thus presents a problem for mass production. Furthermore, a reworking with finer tools is often required to completely rid the sand core of the remaining loose sand. These reworks lead to further increases in production time and production costs.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils zu schaffen, mit dem die Säuberung schnell, sicher und mit geringem Aufwand erfolgen kann.The invention is based on the object to provide a method for cleaning a generatively manufactured part, with which the cleaning can be done quickly, safely and with little effort.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.The object is solved by the subject matter of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils, umfassend die Schritte:
- - generative Herstellung des Teils aus einem rieselfähigen Material;
- - Entfernung von Rückständen des rieselfähigen Materials unter Verwendung eines Reinigungswerkzeug zur Zuführung von mechanischer Energie in das Teil.
- - Generative production of the part from a free-flowing material;
- - Removal of residues of the flowable material using a cleaning tool for supplying mechanical energy in the part.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Steuerungsdaten aus CAD-Daten des Teils abgeleitet werden und die mechanische Energie unter Nutzung der Steuerungsdaten entlang einer Kontur des Teils mit dem Reinigungswerkzeug in das Teil eingebracht wird.According to the invention, control data are derived from CAD data of the part and the mechanical energy is introduced into the part using the control data along a contour of the part with the cleaning tool.
Die dem Teil zugeführte mechanische Energie bewirkt eine Trennung des noch an dem Teil anhaftenden rieselfähigen Materials von dem Teil. Die mechanische Energie kann direkt oder indirekt dem Teil zugeführt werden. Eine direkte Zuführung der mechanische Energie durch das Reinigungswerkzeug kann beispielsweise unter Kontakt des Teils mit dem Reinigungswerkzeug erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Kontaktierung des Teils mit einer Haftoberfläche oder einem flexiblen Reinigungsabschnitt des Reinigungswerkzeugs erfolgen. Eine indirekte Übertragung der mechanischen Energie auf das Teil kann beispielsweise durch Übertragung der mechanischen Energie durch die Luft, beispielsweise durch Schallwellen, erfolgen. Auch ein Luftstrom oder in Richtung des Teils beschleunigte starre Körper können zur indirekten Übertragung der mechanischen Energie dienen. Ferner kann mechanische Energie zunächst von dem Reinigungswerkzeug auf eine dem Teil vorgelagerte Struktur, beispielsweise eine Halterungsstruktur, mit der das Teil gehalten wird, übertragen werden und dann auf das Teil.The mechanical energy supplied to the part causes a separation of the flowable material still adhering to the part from the part. The mechanical energy can be supplied directly or indirectly to the part. A direct supply of mechanical energy by the cleaning tool can be done, for example, under contact of the part with the cleaning tool. This can be done for example by contacting the part with an adhesive surface or a flexible cleaning section of the cleaning tool. An indirect transfer of mechanical energy to the part can be done for example by transmission of mechanical energy through the air, for example by sound waves. A stream of air or rigid bodies accelerated in the direction of the part can also serve for the indirect transmission of the mechanical energy. Further, mechanical energy may first be transferred from the cleaning tool to a structure upstream of the part, for example a support structure holding the part, and then to the part.
Die CAD-Daten des Teils können geometrische aber auch werkstofftechnische Informationen über das Teil enthalten. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese CAD-Daten zur gezielten und effektiven Einbringung der mechanischen Energie in das Teil entlang seiner Kontur zu nutzen. Die Steuerungsdaten, die aus den CAD-Daten hierfür abgeleitet werden, können beispielsweise Soll-Vorgaben für eine Wirkrichtung oder auch eine Intensität der einzubringenden mechanischen Energie umfassen. Dem Fachmann ist ohne weiteres verständlich, dass die Steuerungsdaten in einer entsprechenden Steuerungseinrichtung verarbeitet werden müssen, die gegebenenfalls auf geometrische und prozesstechnische Informationen über eine umgebende Produktionsanlage zugreift. Die Steuerungsdaten werden zur Ansteuerung des Reinigungswerkzeugs und gegebenenfalls weiterer Betriebsmittel verwendet. Unter Nutzung der Steuerungsdaten wird dann gewährleistet, dass die mechanische Energie immer derart auf die Kontur des Teils einwirkt, dass eine optimale Ablösung des noch anhaftenden rieselfähigen Materials erzielt wird.The CAD data of the part may contain geometric as well as material technical information about the part. The core idea of the present invention is to use this CAD data for the targeted and effective introduction of the mechanical energy into the part along its contour. The control data, which are derived from the CAD data for this purpose, may include, for example, target specifications for a direction of action or also an intensity of the mechanical energy to be introduced. The skilled person will readily understand that the control data must be processed in a corresponding control device, which optionally accesses geometric and procedural information about a surrounding production facility. The control data are used to control the cleaning tool and possibly other resources. By using the control data, it is then ensured that the mechanical energy always acts on the contour of the part in such a way that optimum detachment of the still adhering, free-flowing material is achieved.
Wird die mechanische Energie beispielsweise in Form mechanischer Schwingungen auf die Kontur des Teils aufgebracht, so können die Steuerungsdaten eine Amplitude und Frequenz der mechanischen Schwingungen und gegebenenfalls eine Emissionsrichtung umfassen, wenn das Reinigungswerkzeug die Schwingungen, beispielsweise Schallwellen, gerichtet emittiert. Unter Nutzung der geometrischen und zusätzlich werkstofftechnischen Informationen aus den CAD-Daten können die Schwingungen derart gesteuert werden, dass eine effektive Übertragung auf das Teil erreicht wird. Wird in einem weiteren Beispiel die mechanische Energie durch einen Luftstrom oder auch beschleunigte starre Körper auf das Teil aufgebracht, so können beispielsweise ein Volumenstrom, Druck oder Unterdruck, Strahlgeschwindigkeit sowie Wirkrichtung des Luftstroms oder Flugrichtung der starren Körper in den Steuerungsdaten enthalten sein. unter Nutzung der CAD-Daten gezielt auf das vorliegende Teil und seine Kontur angepasst werden.If the mechanical energy is applied, for example in the form of mechanical vibrations, to the contour of the part, the control data may include an amplitude and frequency of the mechanical vibrations and possibly an emission direction when the cleaning tool emits the vibrations, for example sound waves. Using the geometric and additional material information from the CAD data, the vibrations can be controlled so that effective transmission to the part is achieved. If, in another example, the mechanical energy is applied to the part by means of an air flow or also accelerated rigid bodies, then, for example, a volume flow, pressure or negative pressure, jet velocity and effective direction of the air flow or direction of flight of the rigid bodies can be contained in the control data. using the CAD data to be adapted specifically to the present part and its contour.
Das Verfahren der Erfindung bietet den Vorteil, dass die mechanische Energie immer optimal auf das vorliegende zu reinigende Teil angepasst in das Teil eingeleitet werden kann. Mit anderen Worten erfolgt die Säuberung unter Verrichtung mechanischer Arbeit an dem Teil von außen bzw. entlang dessen Kontur. Insbesondere in der Serienfertigung bietet das Verfahren der Erfindung den Vorteil, dass auch unterschiedliche Teile mit unterschiedlichen Konturen schnell hintereinander gesäubert werden können, wobei in Form der Steuerungsdaten, die aus den jeweiligen CAD-Daten abgeleitet werden, stets eine auf das jeweilige Teil angepasste mechanische Energieübertragung erfolgt. So können auch verwinkelte Teile, die auch Hinterschneidungen aufweisen können, effektiv und vollständig gereinigt werden. Das Verfahren lässt sich auch besonders einfach automatisieren. All dies erfolgte darüber hinaus mit besonders geringem Aufwand, da die für eine bestimmte Kontur eines Teils benötigten Steuerungsdaten lediglich einmal aus den CAD-Daten abgeleitet werden müssen und dann immer wieder verwendbar sind. Angemerkt sei, dass als Reinigungswerkzeug grundsätzlich jedes dem Fachmann bekannte Reinigungswerkzeug unter Ausnutzung eines auf mechanischer Energieübertragung basierenden Reinigungsprinzips für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist. Weitere Ausführungsbeispiele werden im Folgenden noch näher beschrieben.The method of the invention offers the advantage that the mechanical energy can always be optimally introduced into the part adapted to the present part to be cleaned. In other words, the cleaning is done while performing mechanical work on the part from the outside or along its contour. Especially in mass production, the method of the invention has the advantage that even different parts with different contours can be cleaned quickly in succession, in the form of the control data, which are derived from the respective CAD data, always adapted to the respective part mechanical energy transfer he follows. This means that even angled parts, which can also have undercuts, can be effectively and completely cleaned. The method is also particularly easy to automate. All of this was also done with very little effort, since the control data required for a particular contour of a part need only be derived once from the CAD data and then used again and again. It should be noted that, in principle, any cleaning tool known to the person skilled in the art is suitable as a cleaning tool by utilizing a cleaning principle based on mechanical energy transfer for the method according to the invention. Further embodiments will be described in more detail below.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Teil und das Reinigungswerkzeug wenigstens einmal relativ zueinander ausgerichtet werden, während die mechanische Energie in das Teil eingebracht wird. Mit anderen Worten wird eine relative Position oder auch Orientierung des Reinigungswerkzeugs und des Teils verändert, so dass der Eintrag der mechanischen Energie der Kontur folgt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the part and the cleaning tool are aligned at least once relative to each other, while the mechanical energy is introduced into the part. In other words, a relative position or orientation of the cleaning tool and the part is changed so that the entry of the mechanical energy follows the contour.
So kann die mechanische Energie durch die relative Ausrichtung auch einer komplexen und sich ändernden Kontur des Teils folgend auf das Teil aufgebracht werden. Dies führt zu einer signifikant erhöhten Effektivität der Säuberung des Teils und erhöht entsprechend die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens.Thus, the mechanical energy can be applied by the relative orientation of a complex and changing contour of the part following the part. This leads to a significantly increased effectiveness of the cleaning of the part and correspondingly increases the flexibility of the method according to the invention.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Teil zumindest zeitweise in wenigstens einem translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgrad bewegt wird, während die mechanische Energie in das Teil eingebracht wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann das Teil also transversal in Bezug auf das Reinigungswerkzeug verfahren werden oder auch um eine oder mehrere Raumachsen gedreht werden, um seine Konturen für das Reinigungswerkzeug aus verschiedenen Richtungen zugänglich zu machen.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the part is at least temporarily moved in at least one translational and / or rotational degree of freedom, while the mechanical energy is introduced into the part. In other words, the part can thus be moved transversely with respect to the cleaning tool or can also be rotated about one or more spatial axes in order to make its contours accessible to the cleaning tool from different directions.
Dies bietet den Vorteil, dass der anlagentechnische Aufwand zur Durchführung des Verfahrens reduziert wird, da das Reinigungswerkzeug nicht selbst translatorisch verfahren werden muss. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren auch besonders gut in einer Serienproduktion einbinden, in der das zu reinigende Teil in der Regel ohnehin bewegt wird. Bevorzugt wird das Teil translatorisch relativ zu dem Reinigungswerkzeugverfahren und dabei zusätzlich um eine der translatorischen Verfahrrichtung entsprechenden Achse rotatorisch bewegt. Auf diese Weise ist für das Reinigungswerkzeug die komplette Oberfläche des Teils erreichbar, ohne dass das Reinigungswerkzeug dafür selbst bewegt werden muss.This has the advantage that the plant technical effort for implementing the method is reduced, since the cleaning tool does not have to be moved translationally itself. In this way, the method can also integrate particularly well in a series production, in which the part to be cleaned is usually moved anyway. Preferably, the part is translationally relative to the cleaning tool method and thereby additionally rotates about an axis corresponding to the translational travel direction. In this way, for the cleaning tool, the entire surface of the part can be reached without the cleaning tool itself must be moved.
Um die Flexibilität und Effektivität des Reinigungsverfahrens weiter zu erhöhen, kann das Reinigungswerkzeug zusätzlich hinsichtlich seines Abstands von der zu reinigenden Kontur des Teils verlagert werden oder auch geschwenkt werden. So kann eine Wirkrichtung, in der die mechanische Energie auf das Teil aufgebracht wird, in Bezug auf die zu reinigende Kontur angepasst werden.In order to further increase the flexibility and effectiveness of the cleaning process, the cleaning tool can be additionally displaced or pivoted in terms of its distance from the contour of the part to be cleaned. Thus, an effective direction in which the mechanical energy is applied to the part, be adjusted in relation to the contour to be cleaned.
Dies kann insbesondere Vorteile bieten, wenn das Reinigungswerkzeug zur Übertragung der mechanischen Energie auf das Teil ein beschleunigtes Medium, beschleunigte Festkörper oder auch eine Haftoberfläche oder einen flexiblen Reinigungsabschnitt vorsieht, mit denen das Teil direkt mechanisch kontaktiert wird.This can in particular offer advantages if the cleaning tool for transmitting the mechanical energy to the part provides an accelerated medium, accelerated solids or even an adhesive surface or a flexible cleaning section, with which the part is contacted directly mechanically.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Sensor zur Erfassung der Kontur des Teils relativ zum Reinigungswerkzeug verwendet wird und die Messdaten des Sensors in einen Regelkreis zur Verfolgung der Kontur eingebunden werden. Der Sensor kann beispielsweise ein Näherungssensor oder ein optischer Sensor sein. Rein exemplarisch kann, wenn das Reinigungswerkzeug die mechanische Energie mittels eines Luftstroms auf die Kontur des Teiles aufbringt, ein optischer Abstandssensor zur Regelung eines korrekten Abstands, beispielsweise einer Düse, von der Kontur verwendet werden.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a sensor for detecting the contour of the part is used relative to the cleaning tool and the measurement data of the sensor are integrated into a control circuit for tracking the contour. The sensor may be, for example, a proximity sensor or an optical sensor. By way of example only, when the cleaning tool applies the mechanical energy to the contour of the part by means of an air flow, an optical distance sensor for controlling a correct distance, for example a nozzle, from the contour can be used.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form von Schallwellen in das Teil eingebracht wird. Die Schallwellen können beispielsweise als Körperschall oder auch als Luftschall auf das Teil übertragen werden. Das Reinigungswerkzeug kann hierfür eine entsprechende Schallquelle aufweisen. Beispielsweise kann das Reinigungswerkzeug einen Abschnitt eines Transportbandes oder eines Werkstückträgers des Teils kontaktieren. In Abhängigkeit davon, welcher Abschnitt der Kontur des Teils gerade einen Kontaktbereich des Reinigungswerkzeugs mit dem Transportband oder dem Werkstückträger passiert, wird dann ein an den Konturabschnitt des Teils angepasstes Schallsignal erzeugt. Die Anpassung kann beispielsweise hinsichtlich der Amplitude und Frequenz des Schallsignals erfolgen. Die Schallquelle kann auch eine Membran umfassen, welche relativ zu der Kontur positioniert ist, und Schallwellen über die Luft auf die Kontur des Teils zielgerichtet überträgt.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the mechanical energy is introduced at least partially in the form of sound waves in the part. The sound waves can be transmitted, for example as structure-borne noise or as airborne sound on the part. The cleaning tool can for this purpose have a corresponding sound source. For example, the cleaning tool may contact a portion of a conveyor belt or workpiece carrier of the part. Depending on which portion of the contour of the part just passes a contact area of the cleaning tool with the conveyor belt or the workpiece carrier, then a sound signal adapted to the contour portion of the part is generated. The adaptation can be made for example with regard to the amplitude and frequency of the sound signal. The sound source may also include a membrane which is positioned relative to the contour and transmits sound waves over the air to the contour of the part in a targeted manner.
In vorteilhafter Weise kann die Säuberung so ohne direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Reinigungswerkzeug und dem Teil selbst erfolgen, so das Verschleißerscheinungen vermieden werden.Advantageously, the cleaning can be done so without direct mechanical contact between the cleaning tool and the part itself, so the signs of wear can be avoided.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig mittels eines Luftstroms in das Teil eingebracht wird. Der Luftstrom kann sowohl durch einen von dem Reinigungswerkzeug erzeugten Überdruck, als auch einen Unterdruck hervorgerufen werden. Mit anderen Worten kann der Luftstrom eine Gebläsefunktion oder eine Absaugfunktion übernehmen.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the mechanical energy is introduced at least partially by means of an air flow in the part. The air flow can be caused both by an overpressure generated by the cleaning tool, as well as a negative pressure. In other words, the air flow can take over a fan function or a suction function.
Dies bietet den Vorteil, dass die mechanische Energie lokal auf einen Bereich der Kontur konzentriert einwirken kann. Die Reinigungsleistung kann so entsprechend gesteigert werden. Ferner kann loses rieselfähiges Material im selben Arbeitsschritt abgesaugt oder fortgeblasen werden.This offers the advantage that the mechanical energy can act locally concentrated on an area of the contour. The cleaning performance can be increased accordingly. Furthermore, loose free-flowing material can be sucked off or blown away in the same work step.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig mittels beschleunigter starrer Körper in das Teil eingebracht wird. beispielsweise kann das Teil mit dem Reinigungswerkzeug mit Kugeln bestrahlt werden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the mechanical energy is at least partially introduced by means of accelerated rigid body in the part. For example, the part can be irradiated with the cleaning tool with balls.
Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise in Grenzbereichen einer Fügezone, in der das generativ hergestellte Teil auf das als Rückstände anhaftende und im umgebenden Pulverbett vorhandene rieselfähige Material trifft, verfestigte Bereiche, die eine Art Grat bilden können, sauber entfernt werden. Zusätzlich bewirken die durch die Kugeln in das Teil eingetragenen mechanischen Schwingungen ein Ablösen des übrigen anhaftenden rieselfähigen Materials. This offers the advantage that, for example, in boundary regions of a joining zone in which the generatively produced part meets the free-flowing material adhering as residues and present in the surrounding powder bed, solidified areas which can form a kind of burr are removed cleanly. In addition, the mechanical vibrations introduced by the balls into the part cause the other adhering flowable material to detach.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form einer Anpresskraft über eine Haftoberfläche des Reinigungswerkzeugs in das Teil eingebracht wird. Die Haftoberfläche kann beispielsweise von einem durch das Reinigungswerkzeug geführten Klebeband gebildet sein, welches das anhaftende rieselfähige Material von den Konturen des Teils abnimmt.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the mechanical energy is introduced into the part at least partially in the form of a contact force via an adhesive surface of the cleaning tool. The adhesive surface can be formed, for example, by an adhesive tape guided through the cleaning tool, which decreases the adhering flowable material from the contours of the part.
Auf diese Weise wird das abgenommene rieselfähige Material an Ort und Stelle gebunden und kann nicht in die Umgebung gelangen. Die Entsorgung des abgenommenen rieselfähigen Materials wird so vereinfacht.In this way, the removed free-flowing material is bound in place and can not get into the environment. The disposal of the removed free-flowing material is simplified.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mechanische Energie zumindest anteilig in Form von Gleitreibung über einen flexiblen Reinigungsabschnitt des Reinigungswerkzeugs in das Teil eingebracht wird. Der flexible Reinigungsabschnitt kann beispielsweise eine Bürste oder ein Pinsel sein.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the mechanical energy is introduced into the part at least partially in the form of sliding friction via a flexible cleaning section of the cleaning tool. The flexible cleaning section may be, for example, a brush or a brush.
Dies bietet beispielsweise bei empfindlichen Konturen den Vorteil, dass eine schonende Entfernung des noch anhaftenden rieselfähigen Materials erfolgen kann. Eine Bürste oder ein Pinsel gelangt zudem auch in sehr feine Oberflächenstrukturen des TeilsThis offers the advantage, for example, of sensitive contours that a gentle removal of the still adhering flowable material can take place. A brush or brush also gets into very fine surface structures of the part
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das in dem Verfahren gereinigte generativ gefertigte Teil ein generativ hergestellter Sandkern ist. Das rieselfähige Material ist in diesem Fall Sand.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the generatively manufactured part cleaned in the method is a generatively produced sand core. The free-flowing material in this case is sand.
Da Sandkerne insbesondere in Gießereiprozessen in Serie eingesetzt werden und somit in großen Stückzahlen benötigt werden, bietet das erfindungsgemäße Verfahren hier besondere Potenziale. Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen aus rieselfähigen Materialien hergestellten Teilen umgesetzt werden.Since sand cores are used in particular in foundry processes in series and are thus required in large numbers, the process according to the invention offers particular potential here. Of course, the inventive method can also be implemented with other parts made of free-flowing materials.
Im Folgenden werden unterschiedliche Varianten, in denen mechanische Energie auf die Konturen des Teils aufgebracht werden kann, in Ergänzung zu dem oben Gesagten nochmals mit anderen Worten beschrieben. Es wird darüber hinaus offenbart, dass die unterschiedlichen Varianten, in denen mechanische Energie auf die Konturen des Teils aufgebracht werden kann, auch ohne Verwendung von Steuerungsdaten, die aus den CAD-Daten des Teils abgeleitet worden sind, eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäßen Vorteile, wonach die mechanische Energie schnell, flexibel und sicher entlang unterschiedlicher Konturen in unterschiedliche Teile einbringbar ist, können so jedoch nicht erreicht werden. Gleichwohl können die im folgenden beschriebenen Varianten zur Ausgestaltung des Reinigungswerkzeugs und der Art und Weise der Aufbringung der mechanischen Energie im oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen werden.In the following, different variants in which mechanical energy can be applied to the contours of the part will be described in other words in addition to the above. It is further disclosed that the different variants in which mechanical energy can be applied to the contours of the part can also be used without the use of control data derived from the part's CAD data. The advantages according to the invention, according to which the mechanical energy can be introduced quickly, flexibly and safely along different contours into different parts, however, can not be achieved in this way. Nevertheless, the variants described below for the design of the cleaning tool and the manner of applying the mechanical energy can be used in the method according to the invention described above.
So kann in einer ersten Variante ein Transportband mit Ultraschall beschallt werden. Durch kleine Schubspannungen, die in Festkörpern durch Ultraschall entstehen, wird der lose Sand vom Sandkern getrennt. Die Gravitation sorgt dafür, dass die losen Sandpartikel nach unten hin beschleunigt werden. Somit fällt der lose Sand herab in einen Auffangbehälter. In einer Erweiterung der ersten Variante wird eine Sonotrode verwendet. Die Sonotrode stellt eine Schallbrücke vom Ultraschallgenerator zum Werkstück her und kann gegebenenfalls die Intensität der Ultraschallschwingung anpassen. Die Sonotrode wird mit einem Träger des Sandkerns in Kontakt gebracht. Folglich trennt sich der überstehende lose Sand vom festen Sandkern. Durch Spalte im Transportband kann der herunterfallende Sand aufgefangen und wiederverwendet werden.Thus, in a first variant, a conveyor belt can be sonicated with ultrasound. Due to small shear stresses that occur in solids due to ultrasound, the loose sand is separated from the sand core. Gravity ensures that the loose sand particles are accelerated downwards. Thus, the loose sand falls down into a collecting container. In an extension of the first variant, a sonotrode is used. The sonotrode creates a sound bridge from the ultrasonic generator to the workpiece and can optionally adjust the intensity of the ultrasonic vibration. The sonotrode is brought into contact with a carrier of the sand core. Consequently, the excess loose sand separates from the solid sand core. Through gaps in the conveyor belt, the falling sand can be collected and reused.
In einer zweiten Variante wird ein Luftstrom, beispielsweise über einen Torluftschleier verwendet. Der Torluftschleier sorgt dafür, dass der Sandkern mit belüftet wird. Die Zirkulation der Luft sorgt dafür, dass der lose Sand hinabfällt und somit sich vom Sandkern löst. Eine Erweiterung der zweiten Variante ist das Anbringen einer verfahrbaren Luftdüse, die beispielsweise einen Luftvorhang erzeugt. Die Luftdüse wird an einem Außenring befestigt. Durch diese Anordnung kann jede Oberflächenposition am Bauteil mit Druckluft beaufschlagt werden. Durch Manipulation der Lage des Sandkerns können auch Hinterschnitte und geometrische Überhänge vom losen Sand befreit werden.In a second variant, an air flow, for example via a curtain of air is used. The air curtain ensures that the sand core is ventilated. The circulation of the air ensures that the loose sand falls down and thus detaches itself from the sand core. An extension of the second variant is the attachment of a movable air nozzle that generates, for example, an air curtain. The air nozzle is attached to an outer ring. By this arrangement, each surface position on the component can be acted upon with compressed air. By manipulating the position of the sand core, undercuts and geometric overhangs can be freed from loose sand.
In einer dritten Variante wird der Sandkern mit kleinen Kugeln beschossen. Die Geschwindigkeit und materielle Zusammensetzung der Kugeln wird je nach den Eigenschaften des Sandkerns bestimmt. Der Beschuss wird aus verschiedenen Richtungen durchgeführt, so dass die Oberfläche und eventuelle Hinterschnitte vollständig vom losen Sand befreit werden.In a third variant, the sand core is bombarded with small balls. The speed and material composition of the balls is determined according to the properties of the sand core. The bombardment is carried out from different directions, so that the surface and any undercuts are completely freed from loose sand.
In einer vierten Variante wird der Sand durch Luftschall in Schwingung versetzt. Durch diese Schwingung fällt der lose Sand vom Sandkern ab. Hierbei werden alle Sandkörner, die nicht in festen Verbindungen eingegangen sind, in Bewegung gesetzt. Um den Sand aus Kanalleitungen im Sandkern oder ähnlichem herauszulösen, muss der Kern gewendet werden. Hierbei kann das Sandbett auf einer dünnen Metallplatte platziert werden, um die Schallwellen auf den Sandkern zu reflektieren.In a fourth variant, the sand is set in vibration by airborne sound. By this vibration causes the loose sand to fall off the sand core. Here, all grains of sand, which are not received in fixed connections, set in motion. In order to extract the sand from sewer pipes in the sand core or the like, the core must be turned. Here, the sand bed can be placed on a thin metal plate to reflect the sound waves on the sand core.
In einer fünften Variante werden mit einem Sauger die Konturen des Sandkernes abgefahren. Als Ausgestaltung der fünften Variante, kann der Sauger mit einer Lichtschranke verknüpft werden und so die Oberfläche der Sandkerne abfahren. Die Lichtschranke kann auch unter Anwendung von Luftschleusen verwendet werden, durch die der Sandkern hindurchbewegt wird.In a fifth variant, the contours of the sand core are traversed with a sucker. As an embodiment of the fifth variant, the sucker can be linked to a light barrier and thus depart the surface of the sand cores. The light barrier can also be used with the use of air locks through which the sand core is moved.
Als sechste Variante wird ein Klebeband am Sandkern angebracht, welches den losen Sand vom Sandkern entfernt. Die Zusammensetzung des Klebstoffes kann je nach Eigenschaften des Sandkernes und des vorhandenen Bindemittels, mit dem die Sandkörner verbunden sind, bestimmt werden.As the sixth variant, an adhesive tape is attached to the sand core, which removes the loose sand from the sand core. The composition of the adhesive may be determined depending on the properties of the sand core and the binder present with which the sand grains are bonded.
Als siebte Variante ist der Einsatz von einem Pinsel der mit einem Sensor verknüpft ist vorgesehen. Dieser fährt die Oberfläche des Sandkerns ab. Der Sensor hilft hierbei, die Oberfläche des Sandkernes vom losen Sand zu unterscheiden.The seventh variant is the use of a brush that is linked to a sensor. This shuts off the surface of the sand core. The sensor helps to distinguish the surface of the sand core from the loose sand.
In allen Varianten ist der Sandkern vorzugsweise in seiner Position durch eine Drehung veränderbar, um vorhandene Hinterschnitte oder sich in den Sandkern erstreckende Strukturen vom losen Sand befreien zu können.In all variants, the sand core is preferably changeable in its position by a rotation in order to be able to free existing undercuts or structures extending into the sand core from the loose sand.
Abschließend sei nochmals mit anderen Worten zusammengefasst, das die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung eines Teils betrifft, das in einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt wird und an dem rieselfähiges Material aus dem Herstellungsprozess anhaftend verbleibt. Zur Entfernung des anhaftenden Materials wird mechanische Energie auf das Teil aufgebracht, um die anhaftenden Rückstände zu lösen. Der Eintrag der mechanischen Energie in das Teil wird dabei unter Verwendung eines Reinigungswerkzeugs vollzogen. Zur Steuerung des Energieeintrags in das Teil über das Reinigungswerkzeug werden CAD-Daten des Teils ausgewertet und Steuerungsgrößen extrahiert. Der Eintrag der mechanischen Energie lässt sich so auf eine spezifische vorliegende Kontur des zu reinigenden Teils flexibel anpassen.In conclusion, in other words, the present invention relates to a method for the purification of a part which is produced in an additive manufacturing process and to which free-flowing material remains adhering from the production process. To remove the adhering material, mechanical energy is applied to the part to release the adhering residue. The entry of the mechanical energy into the part is done using a cleaning tool. To control the energy input into the part via the cleaning tool, CAD data of the part are evaluated and control variables extracted. The mechanical energy input can thus be flexibly adapted to a specific present contour of the part to be cleaned.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
2 unterschiedliche Varianten zum Eintrag mechanischer Energie in das Teil zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 a flow chart of the method according to the invention and -
2 different variants for the entry of mechanical energy in the part for use in the method according to the invention.
Im ersten Verfahrensschritt wird ein Teil
Das Teil
Wie auch im ersten Verfahrensschritt zu sehen, ist auch im zweiten Verfahrensschritt erkennbar, dass noch rieselfähiges Material
Somit sind das Teil 10und das Reinigungswerkzeug
Zur Entfernung der Rückstände
Wie aus
In dem vorliegenden Beispiel hat das Reinigungswerkzeug
In einem dritten Verfahrensschritt wird das von den Rückständen
In
In der in
Schließlich ist in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Teilpart
- 1212
- rieselfähiges Materialfree-flowing material
- 1414
- Transportbandconveyor belt
- 1616
- translatorischer Freiheitsgradtranslatory degree of freedom
- 1818
- Haltevorrichtungholder
- 2020
- Rückständearrears
- 2121
- rotatorischer Freiheitsgradrotational degree of freedom
- 2222
- Reinigungswerkzeugcleaning tool
- 2424
- erste Achsefirst axis
- 2626
- zweite Achsesecond axis
- 2828
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 3030
- mechanische Energiemechanical energy
- 3232
- Saugersucker
- 3434
- Luftstromairflow
- 3636
- angesaugte Luftsucked air
- 3838
- dreieckige Konturtriangular contour
- 4040
- CAD-DatenCAD data
- 4242
- Steuerungsdatencontrol data
- 4444
- Düsejet
- 4646
- Drehachseaxis of rotation
- 4848
- Sensorsensor
- 5050
- Messdatenmeasurement data
- 5252
- Sandkernsand core
- 5454
- Schallwellensound waves
- 5656
- starre Körperrigid body
- 5858
- Haftoberflächeadhesive surface
- 6060
- Klebebandduct tape
- 6262
- Reinigungsabschnittcleaning section
- 6464
- Bürste brush
- RR
- Geleitsreibungescort friction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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