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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbauteilen sowie ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Kunststoffbauteile werden in zahlreichen Varianten und in großen Stückzahlen in vielen Industriezweigen, beispielsweise in der Konsumgüterindustrie, benötigt.
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Der 3D-Druck als Fertigungsverfahren hat sich in der Vergangenheit als ein Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen, Modellen und Bauteilen in Kleinserie etabliert. Mit entsprechenden Fortschritten in der Prozesstechnik etabliert sich der 3D-Druck zunehmend als ein Fertigungsverfahren für größere Stückzahlen. Mit der Verschiebung von kleinen Stückzahlen, welche insbesondere zur Herstellung von Prototypen oder Versuchsteilen genutzt werden, hin zu größeren Stückzahlen wird eine andere Anlagentechnik benötigt, um eine Serienfertigung von im 3D-Druck hergestellten Bauteilen zu gegenüber etablierten Fertigungsverfahren konkurrenzfähigen Kosten zu ermöglichen.
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Aus der
WO 2013/086309 A1 sind ein 3D-Drucker und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils im 3D-Druck bekannt, wobei das Bauteil auf einem Förderband hergestellt wird und von seiner Startposition aus aufgebaut wird bis das fertige Bauteil in einer Endposition des Förderbandes an eine Entnahmestation übergeben wird.
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Aus der
US 2016/0325493 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils in einem 3D-Druck aus einem Polymer bekannt, wobei das Bauteil an einen beweglichen Träger angeformt wird. Dabei ist die Formgebung des Bauteils jedoch durch einen stationären Verfestigungsbereich begrenzt, sodass sich dieses Verfahren nur für einfache Bauteilgeometrien eignet.
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Aus der
WO 2016/088042 A1 ist ein automatisches Fertigungssystem mit einem 3D-Drucker bekannt, wobei das Bauteil auf einem Förderband generiert wird. Dabei kann das Förderband durch einen Lösungsbereich mit einer Lösung verlaufen, mit welcher das auf dem Förderband generierte Bauteil von dem Bauteil getrennt werden kann. Das in der
WO 2016/088042 A1 beschriebene Verfahren erlaubt jedoch nicht die zeitgleiche Herstellung von mehreren Bauteilen und ist daher für eine Großserienfertigung nur bedingt geeignet.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Kunststoffbauteilen bekannt, welche einen kontinuierlichen und automatisierten Betrieb zur Herstellung eines Kunststoffteils aus einem flüssigen Kunststoff ermöglicht. Dabei wird der untere Teil einer drehbaren Walze als Substrat in ein Polymerbad eingetaucht und durch mehrere Lichtquellen in definierter, zunehmender Entfernung beleuchtet, sodass das Polymer an unterschiedlichen Stufen auf der Oberfläche der Walze selektiv aushärtet. Durch schrittweise Drehung wird Schicht für Schicht ein Kunststoffbauteil auf dem in das Polymerbad eintauchenden Teil der Walze aufgebaut. Vollendete Bauteile können auf der Oberseite der Walze von deren Oberfläche abgetrennt werden, sodass erneut der schichtweise Aufbau eines weiteren Kunststoffbauteils beginnen kann. Die beschriebene Vorrichtung ist jedoch nicht für eine Großserienfertigung von Kunststoffbauteilen geeignet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Fertigung von Kunststoffteilen in einem bauteilgenerierenden Verfahren mit geringem Werkzeugaufwand in Großserie zu ermöglichen und eine Alternative zu den bekannten Fertigungsverfahren, insbesondere zu einem Spritzgussverfahren, zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils, insbesondere durch einen 3D-Drucker, gelöst, wobei die Vorrichtung einen Startbereich, einen Druckbereich und einen Entnahmebereich umfasst. Ferner ist ein Transporteinrichtung, insbesondere ein Transportband vorgesehen, mit welchem das Kunststoffbauteil aus dem Druckbereich in den Entnahmebereich gefördert wird. Dabei ist der Transporteinrichtung eine Antriebseinheit zugeordnet, über welche die Geschwindigkeit der Transporteinrichtung, vorzugsweise stufenlos, regelbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine mit einem Photopolymerbad gefüllte Wanne, welche sich zumindest über den Druckbereich erstreckt, in welcher das Kunststoffbauteil in einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere mittels eines Stereolithographieverfahrens, aufgebaut wird. Ferner ist mindestens ein Projektor vorgesehen, über welchen UV-Licht auf einen definierten Bereich des Photopolymerbades projiziert wird, um das Kunststoffbauteil additiv aufzubauen. Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein kontinuierlicher 3D-Druck von Kunststoffbauteilen möglich, wodurch große Stückzahlen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Konsumgüterindustrie häufig vorkommen, in einem 3D-Druck hergestellt werden können. Damit eignet sich eine solche Vorrichtung als Alternative zu einer Spritzgussanlage in der Serienfertigung, insbesondere dann, wenn komplexe Geometrien mit zahlreichen Hinterschnitten hergestellt werden sollen, welche bei einem Spritzgussprozess einen hohen Werkzeugaufwand durch entsprechende Formwerkzeuge und Kerne erzeugen würde. Dabei sind durch den 3D-Druck und den schichtweisen Aufbau des Kunststoffbauteils aus dem Photopolymerbad quasi beliebige Bauteilgeometrien möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht vorzugsweise auf dem Prinzip der Stereolithographie. Dabei wird ein Photopolymer in einem Bad durch UV-Licht partiell ausgehärtet, sodass das Kunststoffbauteil schichtweise aufgebaut wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten zusätzlichen Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils möglich.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Transporteinrichtung, insbesondere an dem Transportband, Unterstützungselemente zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Kunststoffbauteils ausgebildet oder angeordnet sind. Um einen kontinuierlichen Weitertransport des Kunststoffbauteils im Produktionsprozess zu ermöglichen, sind an dem Transportband Unterstützungselemente vorgesehen, welche zusammen mit dem Bauteil ausgebildet werden oder das Bauteil formschlüssig aufnehmen, um einen Transport durch die Wanne mit dem Photopolymerbad zu gewährleisten. Dadurch ist ein kontinuierlicher 3D-Druck des Kunststoffbauteils möglich. Alternativ kann das Kunststoffbauteil auch unmittelbar an der Transporteinrichtung angeformt werden. Durch die Unterstützungselemente wird die Designfreiheit erhöht und es sind komplexere Bauteilgeometrien darstellbar.
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In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Transporteinrichtung, insbesondere das Transportband, in einem Winkel α von 5° bis 30° zu der mit dem Photopolymerbad gefüllten Wanne angeordnet ist. Um einen kontinuierlichen Fertigungsprozess des Kunststoffbauteils zu ermöglichen, muss das Kunststoffbauteil kontinuierlich von dem Grund der Wanne mit dem Photopolymerbad angehoben werden, um entsprechend Platz für die nächste Schicht des 3D-Drucks vorzusehen. Dabei sind geringe Steigungswinkel des Transportbandes von 3° bis 30°, insbesondere von 5° bis 15°, besonders vorteilhaft, um einen kontinuierlichen 3D-Druck zu ermöglichen. Steilere Steigungswinkel von mehr als 30° führen dazu, dass das Kunststoffbauteil beim Herstellungsprozess nur sehr langsam durch das Photopolymerbad in Richtung des Entnahmebereichs gefördert werden kann, sodass der Produktionsprozess quasi stationär abläuft.
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Gemäß einer vorteilhaften Verbesserung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass in dem Entnahmebereich ein Trennwerkzeug, insbesondere ein Schneidwerkzeug, vorgesehen ist, mit welchem das Kunststoffbauteil von der Transporteinrichtung, insbesondere von dem Transportband oder von den Unterstützungselementen trennbar ist. Um das fertige Kunststoffbauteil von dem Transportband zu trennen, ist in dem Entnahmebereich ein Trennwerkzeug, insbesondere ein Schneidwerkzeug, beispielsweise ein Messer vorgesehen, mit welchem die Unterstützungselemente von dem Transportband abgetrennt werden. Dadurch ist ein einfaches und in einem Serienprozess stabil reproduzierbares Abtrennen des Kunststoffbauteils von dem Transportband möglich. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass in dem Entnahmebereich ein Aufnahmebereich ausgebildet ist, in welchem das von dem Transportband abgetrennte Kunststoffbauteil aufgenommen wird. Dabei wird eine möglichst geringe Fallhöhe zwischen dem Transportband und dem Aufnahmebereich angestrebt, um eine Beschädigung des Kunststoffbauteils, insbesondere bei filigranen Kunststoffbauteilen mit geringer Wandstärke und/oder vielen Hinterschnitten, für welche sich die Verwendung eines erfindungsgemäßen 3D-Druckers besonders eignet, zu vermeiden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem Photopolymerbad zugewandte Unterseite der Transporteinrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere in einem Abschnitt des Druckbereiches und/oder des Startbereiches, in die Wanne mit dem Photopolymerbad eintaucht. Durch ein Eintauchen der Unterseite der Transporteinrichtung, insbesondere des Transportbands, in das Photopolymerbad können die Unterstützungselemente oder das Kunststoffbauteil selbst auf einfache Art und Weise an dem Transportband oder einer sonstigen Transporteinrichtung angeformt werden, um das Kunststoffbauteil an diesen Unterstützungselementen anzuformen. Alternativ sind fest mit dem Transportband verbundene Unterstützungselemente, insbesondere Transporthaken, vorgesehen, mit welchen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Transportband und dem Kunststoffbauteil hergestellt werden kann, um einen prozesssicheren Transport des Kunststoffbauteils durch das Photopolymerbad zu gewährleisten. Dabei haftet das Photopolymer an dem Kunststoffbauteil an, sodass sich durch die Bewegung des Kunststoffbauteils durch das Photopolymerbad eine Strömung in dem Photopolymerbad einstellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils ist vorgesehen, dass ein Verhältnis von Länge zu Breite des Projektors größer als 3 : 1, vorzugsweise größer als 5 : 1, besonders bevorzugt größer als 10 : 1, insbesondere größer als 25 : 1 ist. Dabei ist die Länge des Projektors als Ausdehnung parallel zu der Förderrichtung der Transporteinrichtung und die Breite als Ausdehnung senkrecht zu der Länge zu verstehen. Durch einen entsprechend langgezogenen Projektor wird ein Mitbewegen der Projektionsfläche synchron zu der Transporteinrichtung erleichtert, wodurch eine kontinuierliche Anformung von Polymermaterial an das Kunststoffbauteil erleichtert und somit eine kontinuierliche additive Bauteilgeneration unterstützt wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils vorgeschlagen, bei welchem unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung das Kunststoffbauteil kontinuierlich an die Transporteinrichtung oder mit der Transporteinrichtung verbundene Unterstützungselemente angeformt wird. Dadurch kann die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht werden, sodass durch das kontinuierliche Anformen von Kunststoffmaterial eine Herstellung von Kunststoffbauteilen in einem additiven Fertigungsverfahren mit geringen Taktzeiten möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt mindestens ein Unterstützungselement an das Transportband angeformt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt das Kunststoffbauteil an mindestens ein Unterstützungselement angeformt wird und in einem dritten Verfahrensschritt das Unterstützungselement von der Transporteinrichtung abgetrennt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen ist ein 3D-Druck von Kunststoffbauteilen in einem Großserienprozess, insbesondere in Fertigungslosen von mindestens 1000 Bauteilen, besonders bevorzugt von mindestens 5000 Bauteilen, möglich. Dabei erfolgt die Produktion des Kunststoffbauteils im Wesentlichen kontinuierlich, sodass kurze Taktzeiten in der Produktion erreicht werden können. Dadurch können die Fertigungskosten gesenkt werden, sodass das vorgeschlagene Verfahren eine kostenmäßig konkurrenzfähige Produktion von Kunststoffbauteilen ermöglicht und im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Herstellverfahren die Werkzeugkosten deutlich reduziert. Durch das Abtrennen des fertigen Kunststoffbauteils von der Transporteinrichtung kann der Fertigungsprozess vollständig automatisiert werden, wodurch die Fertigungskosten weiter reduziert werden können.
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In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Transportband sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wobei sich eine durch den mindestens einen Projektor erzeugte, bauteilgenerierende Projektionsfläche parallel zu einer dem Photopolymerbad zugewandten Unterseite der Transporteinrichtung und/oder parallel zu einem Boden der Wanne mitbewegt. Durch ein Transportband, welches sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist eine kontinuierliche Fertigung von Kunststoffbauteilen in dem vorgeschlagenen Fertigungsverfahren möglich. Dabei können insbesondere mehrere Bauteile gleichzeitig gefertigt werden. Bevorzugt beginnt die Fertigung eines folgenden Bauteils, wenn das vorausgehende Bauteil einen Fertigungsfortschritt von mindestens 10% erreicht hat. Dabei bewegt sich die Projektionsfläche parallel zu dem in Fertigung befindlichen Kunststoffbauteil, sodass eine prozesssichere Fertigung mit vergleichsweise engen Fertigungstoleranzen möglich ist. Dabei werden die Kunststoffbauteile vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit durch das Photopolymerbad gezogen, bis der Fertigungsprozess abgeschlossen ist und anschließend in dem Entnahmebereich abgelegt.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Transporteinrichtung auf dem Weg durch den Druckbereich an mehreren, definierten Positionen angehalten wird, wobei jeder der Positionen ein Projektor zugeordnet ist, sodass das Kunststoffbauteil in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten in den jeweiligen Positionen des Druckbereichs additiv hergestellt wird. Alternative zu einer kontinuierlichen Herstellung der Kunststoffbauteile ist eine mehrstufige, beispielsweise zehnstufige Fertigung des Kunststoffbauteils vorgesehen, wobei das Kunststoffbauteil in jeder der Fertigungsstufen weiter aufgebaut wird. So können bei einem zehnstufigen Fertigungsprozess beispielsweise in jeder der Fertigungsstufen 10% der Bauteilhöhe aufgetragen werden, bis das Kunststoffbauteil abschließend nach der zehnten Fertigungsstufe an den Entnahmebereich übergeben wird. Dabei ist vorzugsweise für jede Fertigungsstufe ein eigener Projektor vorgesehen, um die entsprechenden Schichten an dem Bauteil aufzutragen. Ein mehrstufiger Fertigungsprozess verlangt eine sehr genaue Positionierung des Bauteils in jeder Fertigungsstufe, um die folgenden Schichten entsprechend positionsgenau an die bereits in der vorhergehenden Fertigungsstufe hergestellte Geometrie anzuformen, was zu einem erhöhten Aufwand für die Regelung des Transportbandes führt, jedoch stationäre Projektoren ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Druckbereich in mehrere Prozesszonen unterteilt wird, wobei mindestens zwei Projektoren vorgesehen sind, um jeweils eine unterschiedliche Schicht des Kunststoffbauteils auszubilden. Durch unterschiedliche Prozesszonen ist keine Verschiebung des Projektors notwendig, sodass nur das auf der Projektionsfläche abgebildete Bild sich parallel mit dem Transportband mitbewegt. Dabei erfolgt die Übergabe zwischen den mindestens zwei Projektoren in unterschiedlichen Bereichen des Photopolymerbades, welche in Förderrichtung sequenziell von dem in Produktion befindlichen Kunststoffbauteil durchlaufen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kunststoffbauteil in einem 3D-Druck mit einem Stereolithographieverfahren hergestellt wird. Ein Stereolithographieverfahren ist ein besonders geeignetes Verfahren zur werkzeuglosen, bauteilgenerierenden Herstellung von Kunststoffbauteilen. Dabei wird ein Photopolymer mittels UV-Licht partiell ausgehärtet, sodass das Kunststoffbauteil schichtweise in einem 3D-Druck hergestellt wird.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils;
- 2 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoffbauteils; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoffbauteils.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbauteilen 40. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als kontinuierlich arbeitender 3D-Drucker 10 mit einem Startbereich 12, einem Druckbereich 14 und einem Entnahmebereich 16 ausgebildet. Der 3D-Drucker 10 umfasst eine Transporteinrichtung 20, insbesondere ein Transportband, mit welchem das Kunststoffbauteil 40 aus dem Druckbereich 14 in den Entnahmebereich 16 gefördert wird. An dem Transporteband 20 ist eine, vorzugsweise elektrische, Antriebseinheit 36 vorgesehen, mit welcher das Transportband 20 angetrieben wird. Ferner umfasst der 3D-Drucker 10 eine Wanne 18, welche mit einem Photopolymerbad 22 gefüllt ist. Die Wanne 18 erstreckt sich zumindest über den Druckbereich 14, vorzugsweise wie in 1 dargestellt über den Startbereich 12 und den Druckbereich 14. Der 3D-Drucker 10 umfasst zumindest einen Projektor 24, über welchen UV-Licht 52 in das Photopolymerbad 22 in der Wanne 18 eingeleitet werden kann, um im Druckbereich 14 kontinuierlich oder schichtweise ein Kunststoffbauteil 40 aufzubauen. Das Transportband 20 wird zumindest abschnittsweise, insbesondere durch den Startbereich 12 und/oder einen ersten Abschnitt des Druckbereichs 14 durch die mit dem Photopolymerbad 22 gefüllte Wanne 18 geführt, um das in Herstellung befindliche Kunststoffbauteil 40 durch das Photopolymerbad 22 zu fördern. Das Transportband 20 weist einen ersten Abschnitt auf, welcher unter einem kleinen Steigungswinkel von 5° bis 30°, vorzugsweise von 5° bis 15° zu der Wanne 18 mit dem Photopolymerbad 22 und somit im Wesentlichen parallel zu der Förderrichtung des Kunststoffbauteils 40 verläuft. Das Transportband 20 weist ferner einen zweiten Abschnitt auf, welcher entgegen dem ersten Abschnitt auf einer dem Photopolymerbad 22 abgewandten Seite verläuft, wobei sich das Transportband 20 in dem ersten Abschnitt im Wesentlichen parallel zu dem Photopolymerbad 22 und in dem zweiten Abschnitt entgegen der Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts bewegt. Der 3D-Drucker 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 38, mit welcher der Prozess der Bauteilgeneration gesteuert wird.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens eines Kunststoffbauteils 40 mittels eines erfindungsgemäßen 3D-Druckers 10 dargestellt. Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt in dem Startbereich 12 über einen ersten Projektor 24 mit einem ersten Projektionsbereich 26 Unterstützungselemente 28 an die dem Photopolymerbad 22 zugewandten Unterseite 44 des Transportbandes 20 angeformt. In der einfachsten Ausführungsform sind die Unterstützungselemente 28 als gerade Stege 50 ausgeführt, welche vorzugsweise senkrecht zu der Wanne 18 mit dem Photopolymerbad 22 ausgerichtet sind. Dies erfolgt wie die spätere Generierung des Kunststoffbauteils 40 durch einen 3D-Druck, wobei ein Photopolymer aus dem Photopolymerbad 22 partiell mittels des Projektors 24 in dem ersten Projektionsbereich 26 mittels UV-Licht 52 ausgehärtet wird und somit eine stoffschlüssige Verbindung mit der Unterseite 44 des Transportbandes 20 bildet. Das Transportband 20 wird mittels einer Antriebseinheit 36 angetrieben und bewegt sich vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit.
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In dem Druckbereich 14 wird an die Unterstützungselemente 28 das Kunststoffbauteil 40, beispielsweise ein Zahnrad 54, angeformt, wobei der formgebende Prozess mehrstufig verläuft und schichtweise das Kunststoffbauteil 40 generiert. Dabei wird in einem zweiten Projektionsbereich 30 mit der eigentlichen Bauteilgenerierung des Kunststoffbauteils 40 begonnen. In einem weiteren, dritten Projektionsbereich 32 wird das Kunststoffbauteil 40 entsprechend weitergebildet, wobei parallel in dem ersten Projektionsbereich 30 ein Folgebauteil mittels 3D-Druck generiert werden kann. In einem abschließenden, vierten Projektionsbereich 34 erfolgt schließlich die Fertigstellung des Kunststoffbauteils 40, wobei das Kunststoffbauteil 40 anschließend die Wanne 18 mit dem Photopolymerbad 22 verlässt und durch das Transportband 20 an den Entnahmebereich 16 weitergegeben wird. Die Projektoren 24 des 3D-Druckers sind parallel zu einem Boden 56 der Wanne 18 mit dem Photopolymerbad 22 angeordnet, sodass das UV-Licht 52 in quasi beliebigen Positionen in das Photopolymerbad 22 eingekoppelt werden kann. Dadurch kann sich eine Projektionsfläche der Projektoren 24 parallel mit dem Transportband 20 mitbewegen, sodass ein kontinuierlicher 3D-Druck, also ein kontinuierlicher additiver Aufbau des Kunststoffbauteils 40 möglich ist. Ferner ist in dem Druckbereich 14 die sequenzielle Generierung von Kunststoffbauteilen 40 möglich, wobei die Generierung eines Folgebauteils beginnen kann, sobald das vorhergehende Kunststoffbauteil 40 den zweiten Projektionsbereich 30 verlassen hat. In dem Entnahmebereich 16 ist ein Trennwerkzeug 42, insbesondere ein Schneidwerkzeug 46 vorgesehen, mit welchem die Unterstützungselemente 28 mitsamt dem Kunststoffbauteil 40 von dem Transportband 20 abgelöst werden. Alternativ kann das Ablösen auch durch ein Trennmittel erfolgen, welches ein Anhaften der Stege 50 der Unterstützungselemente 28 unterbindet und somit die Unterstützungselemente 28 von dem Transportband 20 löst.
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In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Druckers 10 zur kontinuierlichen Generierung eines Kunststoffbauteils 40 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 1 ausgeführt, sind in diesem Ausführungsbeispiel jedoch die Unterstützungselemente 28 als Aufnahmehaken 48 ausgebildet, welche das generierte Kunststoffbauteil 40 formschlüssig aufnehmen und durch das Photopolymerbad 22 in der Wanne 18 in Richtung des Entnahmebereichs 16 fördern. Dabei wird das Kunststoffbauteil 40 in dem Entnahmebereich 16 von den Aufnahmehaken 48 abgenommen, sodass die Aufnahmehaken 48 entlang des zweiten Bereichs des Transportbands 20 bei der Rückförderbewegung auf das Transportband 20 abgelegt werden können und somit wieder in den Startbereich 12 zurückgefördert werden.
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In 3 ist der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffbauteilen 40 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird die Wanne 18 mit einem Photopolymerbad 22 befüllt. In einen weiteren Verfahrensschritt <110> wird das Transportband 20 gestartet. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt <120> werden die Unterstützungselemente 28 in dem Startbereich 12 in dem ersten Projektionsbereich 26 an das Transportband 20 angeformt, wobei das Photopolymerbad 22 durch einen Projektor 24 mit UV-Licht 52 bestrahlt wird und das Polymer in dem Photopolymerbad 22 aushärtet. In weiteren, darauffolgenden Verfahrensschritten <130>, <140> und <150> wird in dem Druckbereich 14 das Kunststoffbauteil 40 in dem zweiten, dritten und vierten Projektionsbereich 30, 32, 34 kontinuierlich und/oder schichtweise an die Unterstützungselemente 28 des Transportbands 20 angeformt und durch das Transportband 20 in Richtung des Entnahmebereichs 16 gefördert. Dabei ist vorgesehen, dass das Kunststoffbauteil 40 additiv aus dem Photopolymerbad 22 mittels Projektoren 24 und UV-Licht 52 aufgebaut wird. Dazu können sich die Projektoren 24 parallel zu dem Transportband 20 beziehungsweise zu einem Boden 56 der Wanne 18 verschieben und/oder es ist eine Übergabe des Kunststoffbauteils 40 zwischen mehreren verschiedenen Projektoren 24 vorgesehen, derart, dass sich eine Projektionsfläche der Projektoren 24 parallel mit dem Transportband 20 bewegt und ein kontinuierlicher Aufbau des Kunststoffbauteils 40 gewährleistet ist. In einem Verfahrensschritt <160> wird das fertig generierte Kunststoffbauteil 40 in den Entnahmebereich gefördert und in einem Verfahrensschritt <170> die Unterstützungselemente 28 von dem Transportband 20 abgetrennt, sodass das Kunststoffbauteil 40 in dem Entnahmebereich 16 abgelegt werden kann. In einem abschließenden, nicht dargestellten Verfahrensschritt <180> werden die Unterstützungselemente 28 von dem Kunststoffbauteil 40 abgetrennt, sodass das Kunststoffbauteil 28 seine endgültige Form erhält.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch einen erfindungsgemäßen 3D-Drucker eine Fertigung von Kunststoffteilen 40 in einem bauteilgenerierenden Verfahren mit geringem Werkzeugaufwand ermöglicht wird, wobei der vorgeschlagene Fertigungsprozess eine Alternative in der Großserienfertigung zu den bekannten Fertigungsverfahren wie dem Spritzgießen darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- 3D-Drucker
- 12
- Startbereich
- 14
- Druckbereich
- 16
- Entnahmebereich
- 18
- Wanne
- 20
- Transportband
- 22
- Photopolymerbad
- 24
- Projektor
- 26
- erster Projektionsbereich
- 28
- Unterstützungselemente
- 30
- zweiter Projektionsbereich
- 32
- dritter Projektionsbereich
- 34
- vierter Projektionsbereich
- 36
- Antriebseinheit
- 38
- Steuereinheit
- 40
- Kunststoffbauteil
- 42
- Trennwerkzeug
- 44
- Unterseite
- 46
- Schneidwerkzeug
- 48
- Aufnahmehaken
- 50
- Stege
- 52
- UV-Licht
- 54
- Zahnrad
- 56
- Boden
- B
- Breite des Projektors
- L
- Länge des Projektors
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/086309 A1 [0004]
- US 2016/0325493 A1 [0005]
- WO 2016/088042 A1 [0006]
