DE102018109830A1

DE102018109830A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums

Info

Publication number: DE102018109830A1
Application number: DE102018109830.8A
Authority: DE
Inventors: Géza Koscsák; Axel Boi
Original assignee: Chiron Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Chiron Group SE
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-10-24
Also published as: WO2019206951A1

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums (44) einer Anlage (10) zur additiven Fertigung, umfassend zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), die jeweils mit zumindest einer Düse (112, 114, 116, 118; 212; 222) versehen sind, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) zumindest in einer Betriebsstellung im Bauraum (44) benachbart zu zumindest einem additiv gefertigten Bauteil (56) angeordnet sind, eine Handhabungseinheit (140) zur Bewegung der zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) relativ zum Bauraum (44), eine Bereitstellungseinheit (130) zur Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides, einen Auslass (162; 166) und eine Steuereinheit (170), die mit den zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), der Handhabungseinheit (140) und der Bereitstellungseinheit (130) zu deren Steuerung gekoppelt ist, so dass unter Verwendung der zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) im Bauraum (44) eine gerichtete Gasströmung zum Pulverabtrag erzeugbar ist, um die Gasströmung über den Auslass (162; 166) abzuführen. Die Offenbarung betrifft ferner eine Anlage zur additiven Fertigung sowie eine Verwendung einer Vorrichtung zum Entpulvern.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums einer Maschine zur additiven Fertigung. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Anlage zur additiven Fertigung von Werkstücken, insbesondere eine Pulverbett-Anlage, die mit einer solchen Vorrichtung zum Entpulvern versehen oder gekoppelt ist.
In jüngerer Vergangenheit hat die additive Fertigung stark an Bedeutung gewonnen. Die additive Fertigung wird häufig verallgemeinernd als 3D-Druck bezeichnet. Zuvor wurde aufgrund der noch sehr eingeschränkten Anwendungsmöglichkeiten der Begriff Rapid Prototyping zur Bezeichnung von Maschinen der additiven Fertigung verwendet. Eine weitere gebräuchliche Bezeichnung ist generative Fertigung. Es sind diverse Verfahren zur additiven Fertigung bekannt, die darauf beruhen, Pulver in einem Bauraum Schicht für Schicht anzuordnen und durch Einbringung von Energie und/oder weiteren Komponenten teilweise zu verfestigen, so dass Schicht für Schicht ein Bauteil entsteht.
Dies führt regelmäßig dazu, dass in einem von einer Baukammer bereitgestellten Bauraum nach dem Abschluss des Schichtaufbaus einerseits zumindest teilweise verfestigte Werkstücke und andererseits eine beträchtliche Menge unverfestigtes/loses Pulver vorhanden sind. Dieses überschüssige Pulver muss zumindest teilweise entfernt werden, damit das Werkstück (oder eine Mehrzahl von Werkstücken) entnommen werden kann.
Das Entfernen des Pulvers wird auch als Entpulvern bzw. als Depowdering bezeichnet. Es sind verschiedene Ansätze für das Entpulvern bekannt. Ein althergebrachter Ansatz beinhaltet ein manuelles Entpulvern. Mit anderen Worten kann überschüssiges Pulver händisch abgesaugt werden und/oder mit einem Pinsel vom Bauteil gelöst werden.
Ansätze zum maschinellen Entpulvern sind beispielsweise aus der US 2002/0090410 A1 oder der US 2007/0126157 A1 bekannt. Derartige Ansätze nutzen noch keine gezielte Strömungsführung. Es hat sich gezeigt, dass bekannte Ansätze unter Umständen eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wird. Dies ist bei Nutzung der additiven Fertigung im Prototypenbau bzw. in der Einzelfertigung nicht weiter problematisch. Wenn jedoch Verfahren zur additiven Fertigung auch für die Serienproduktion oder gar für die Massenproduktion genutzt werden, so ist der hohe Zeitaufwand nicht akzeptabel.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entpulvern eines Bauraums einer Anlage zur additiven Fertigung anzugeben, die zu einer Reduzierung der Fertigungszeiten beitragen. Darüber hinaus soll das Entpulvern automatisiert sowie mit hoher Qualität und hoher Abtragsleistung erfolgen, so dass sich Nacharbeiten weiter reduzieren lassen. Das Entpulvern soll bauteilschonend und energieeffizient erfolgen. Ferner soll nach Möglichkeit die erforderliche Fluidmenge und/oder der Druck des Fluids für das Entpulvern reduziert werden. Ferner soll das Entpulvern derart erfolgen, dass das überschüssige Pulver möglichst vollumfänglich wieder verwertbar ist. Ferner soll die Staubexposition wirksam verringert werden, etwa indem eine noch größere Menge des überschüssigen Pulvers automatisiert und ohne manuellen Eingriff abführbar ist.
Darüber hinaus soll eine Anlage zur additiven Fertigung angegeben werden, die mit einer Vorrichtung zum Entpulvern versehen ist.
Die Vorrichtung betreffend wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums einer Anlage zur additiven Fertigung gelöst, die Folgendes aufweist:

- zumindest zwei Lanzen, die jeweils mit zumindest einer Düse versehen sind, wobei die Lanzen zumindest in einer Betriebsstellung im Bauraum benachbart zu zumindest einem additiv gefertigten Bauteil angeordnet sind,
- eine Handhabungseinheit zur Bewegung der zumindest zwei Lanzen relativ zum Bauraum,
- eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides,
- einen Auslass, und
- eine Steuereinheit, die mit den zumindest zwei Lanzen, der Handhabungseinheit und der Bereitstellungseinheit zu deren Steuerung gekoppelt ist, so dass unter Verwendung der zumindest zwei Lanzen im Bauraum eine gerichtete Gasströmung zum Pulverabtrag erzeugbar ist, um die Gasströmung über den Auslass abzuführen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollständig gelöst.
Erfindungsgemäß wird nämlich statt einer willkürlichen Strömung eine definierte gerichtete Gasströmung erzeugt, um das überschüssige Pulver geordnet abzuführen. Die gerichtete Gasströmung erfolgt vorzugsweise entlang eines definierten Strömungspfades. Wesentlich ist, dass die zumindest zwei Lanzen mit ihren Düsen strömungstechnisch „in Reihe“ geschaltet sind. Dies heißt mit anderen Worten, bei gegebener Richtung der gerichteten Strömung ist eine Lanze in Strömungsrichtung zur anderen Lanze versetzt. Auf diese Weise kann insgesamt eine gerichtete Strömung erzeugt werden, die sich nicht willkürlich einstellt.
Die Erzeugung der gerichteten Gasströmung kann eine definierte Relativbewegung zwischen den Lanzen bzw. deren Düsen sowie dem Bauraum bzw. dem Pulverbett umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Relativbewegung um eine vertikale Relativbewegung. Die vertikale Relativbewegung kann eine vertikale Bewegung der Lanzen und/oder eine vertikale Bewegung des Pulverbetts, insbesondere einer Bauplattform, die das Pulverbett trägt, umfassen.
Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn die Lanzen „von oben“ in den Bauraum eingeführt werden können. Auf diese Weise kann eine Nachführbewegung erzeugt werden, wenn Schicht für Schicht das überschüssige Pulver abgetragen wird.
Die Lanzen sind mit jeweils zumindest einer Düse bzw. Düsenanordnung versehen. Bei der Düse handelt es sich um eine Austrittsdüse für ein gasförmiges Fluid. Hierbei kann es sich einerseits um Druckluft handeln. Es ist jedoch auch vorstellbar, ein Inertgas oder eine entsprechende Mischung zu verwenden.
Der Bauraum wird durch eine Kammer definiert. Der Bauraum ergibt sich in der Kammer, wobei regelmäßig durch eine verfahrbare Bauplattform eine Abgrenzung erfolgt. Im Bauraum können auch mehrere Bauteile/Werkstücke angeordnet sein. Dies erfolgt regelmäßig, um die Ausbringmenge bzw. die Produktivität zu erhöhen. Die Kammer kann in Verfahrrichtung der Plattform einen rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen.
Die Handhabungseinheit ist beispielsweise dazu ausgestaltet, die Lanzen derart zu bewegen, dass die Höhe der Düsen und/oder gegebenenfalls auch die Orientierung der Düsen veränderbar ist.
Insgesamt kann sich eine Erhöhung der Arbeitssicherheit bzw. eine Entlastung des Bedieners ergeben, da das Pulver in einem geschlossenen System bzw. Kreislauf ohne wesentlichen manuellen Eingriff entfernt und weiterverarbeitet/zurückgewonnen werden kann.
Die Vorrichtung kann als Bestandteil einer Anlage zur additiven Fertigung gestaltet sein, insbesondere einer Pulverbett-Anlage. Es ist auch vorstellbar, die Vorrichtung separat von einer solchen Maschine auszuführen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die den Bauraum definierende Kammer aus der Fertigungsanlage entnommen und in die Vorrichtung zum Entpulvern eingesetzt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung gibt es genau einen Auslass zum Abführen bzw. zur Absaugung der Fluidströmung, die Teile des losen Pulvers trägt. Der Auslass ist beispielsweise an einer Oberseite des Bauraums bzw. der den Bauraum definierenden Kammer vorgesehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Auslass trichterförmig gestaltet und mit seinem geöffneten Bereich dem Bauraum zugewandt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Auslass zentral in einer Abdeckung vorgesehen, die den Bauraum während des Entpulverns verschließt. Auf diese Weise wird die Entstehung der gewünschten Strömungsform, vorzugsweise einer Zirkularströmung, Spiralströmung oder Zyklonströmung, gefördert.
Die Erzeugung der gerichteten Gasströmung kann ferner ein koordiniertes Bewegen der Lanzen umfassen, wobei dies auch definierte Relativbewegungen zwischen den Lanzen bzw. deren Düsen und/oder definierte Eigenbewegungen (Drehbewegung bzw. Schwenkbewegungen) der Lanzen bzw. deren Düsen umfassen kann.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung zumindest drei Lanzen auf, die kreisförmig im Bauraum um zumindest ein additiv gefertigtes Bauteil platzierbar sind. Beispielhaft können drei Lanzen jeweils im Winkelabstand von 120° entlang einer gedachten Kreisbahn/Umfangsbahn angeordnet sein. Beispielhaften können vier Lanzen jeweils im Winkelabstand von 90° entlang einer gedachten Kreisbahn/Umfangsbahn angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich durch Kombination der jeweiligen Einzelströmungen eine definierte gerichtete Gesamtströmung ergeben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Düsen der Lanzen richtungsgleich ausgerichtet, insbesondere in einer Umfangsrichtung, um die gerichtete Gasströmung zu erzeugen. Dies umfasst Ausführungsformen, bei denen drei oder mehr vertikal orientierte Lanzen mit den jeweiligen Düsen entlang einer Kreisbahn/Umfangsbahn im Bauraum um das Bauteil oder die Bauteile angeordnet sind. Demgemäß können die Düsen im Wesentlichen tangential zur gedachten Kreisbahn ausgerichtet sein, um die gerichtete Strömung zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Lanzen derart anzuordnen, dass sich in einer Kammer, die den Bauraum definiert, eine Zirkularströmung, Zyklonströmung oder Umfangsströmung um das zumindest eine Bauteil ergibt. Hierzu ist es vorteilhaft, die Düsen derart auszurichten, dass sich die jeweiligen Teilströmungen ergänzen. Mit anderen Worten sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Lanzen mit ihren Düsen „in Reihe“ angeordnet, um eine Strömung mit kreisförmigem Strömungspfad zu erzeugen, welche mittelbar oder unmittelbar dem Auslass zugeführt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Lanzen und der Auslass derart angeordnet, dass sich eine zyklonförmige Strömung ergibt. Demgemäß ist die Strömung spiralförmig, wobei ausgehend von einem Ausgangsdurchmesser der Radius des Strömungspfads allmählich kleiner wird, der Strömungspfad ansteigt und sich dem Auslass nähert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Düsen dazu ausgebildet, das unter Druck stehende Fluid gerichtet auszustoßen. Dies umfasst Gestaltungen, bei denen die Lanzen mit einer Mehrzahl von Düsen bzw. mit einer Düse mit einzelnen Düsenfingern versehen sind. So ist es vorstellbar, die Düsen derart einzustellen bzw. zu betreiben, dass sich ein aufgefächerter Fluidstrahl ergibt. Ferner es vorstellbar, die Düsen derart einzustellen bzw. zu betreiben, dass sich ein fokussierter Fluidstrahl ergibt. Es ist auch vorstellbar, die Düsen derart auszulegen, dass sich ein Fluidstrahl mit „gestauchtem“ Querschnitt (ovaler Querschnitt bzw. langlochartiger Querschnitt) ergibt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung hat eine Hauptachse der Düsen weniger als 30° Abweichung von der Horizontalen. Insgesamt ist folglich die Strömung zunächst im Wesentlichen horizontal orientiert. Die sich am Ausgang der Düse ergebende Strömung weist vorzugsweise einen definierten Öffnungskegel auf. Ein kleiner Öffnungskegel kann zur Erzeugung einer definierten gerichteten Strömung beitragen. Es versteht sich, dass die Düsen auch leicht geneigt sein können, so dass sich insgesamt eine nach oben gerichtete Zyklonströmung ergibt, insbesondere wenn der Auslass an einer Oberseite im Bereich einer Abdeckung angeordnet ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung weisen die Düsen mehrere Austrittsöffnungen auf, beispielsweise in Form fingerförmiger Verzweigungen. Dies umfasst auch Gestaltungen, bei denen eine Düse mehrere Einzeldüsen oder Düsenfinger aufweist. Ferner sind auch Gestaltungen vorstellbar, bei denen eine Lanze eine Mehrzahl räumlich beabstandeter bzw. unterschiedlich orientierter Düsen aufweist. Dies kann eine Mehrzahl von Düsen umfassen, die in Reihe übereinander angeordnet sind, also vertikal voneinander beabstandet. Es ist auch vorstellbar, eine Mehrzahl von Düsen vorzusehen, wobei diese umfänglich verteilt sind und jeweils radial von der Lanze abstehen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Lanzen vertikal verfahrbar. Dies kann für die Erzeugung einer Nachführbewegung genutzt werden, um dem Stück für Stück freigelegten Bauteil folgen zu können. Ferner ist es auch vorstellbar, die Lanzen vertikal oszillieren zu lassen, um die Abtragsleistung zu erhöhen. Diese oszillierende Bewegung kann einer globalen Vertikalbewegung überlagert sein. Es versteht sich, dass die globale Vertikalbewegung auch durch ein vertikales Verfahren der Plattform in der Baukammer erzeugt werden kann. Die Bewegung (Vertikalbewegung) der einzelnen Lanzen kann synchronisiert werden, um gründlicher Entpulvern zu können.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Lanzen um ihre Längsachse verschwenkbar. Dies kann einerseits eine Positionierbewegung betreffend die Winkelausrichtung umfassen. Ferner kann dies eine oszillierende Schwenkbewegung umfassen, um die Abtragsleistung zu erhöhen. Mit anderen Worten ist es vorstellbar, zwei, drei oder vier Lanzen entlang einer gedachten Kreisbahn/Umfangsbahn anzuordnen und zunächst die Lanzen derart auszurichten, dass ihre Düsen etwa tangential ausgerichtet sind. Es ist jedoch zusätzlich auch vorstellbar, die Düsen um eine Mittellage oszillieren zu lassen, etwa in einem Bereich von +/- 15° oder +/- 30° um die Tangentiallage. Die Bewegung (Schwenkbewegung) der einzelnen Lanzen kann synchronisiert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Düsen verkippbar. In ähnlicher Weise wie bei der Oszillationen um die Längsachse der Lanze können die Düsen um eine Achse oszillieren, die quer zur Längsachse der Lanze orientiert ist. Auch auf diese Weise kann die Abtragsleistung erhöht werden. Die Lanzen können einen größeren Bereich überstreichen, um überschüssiges Pulver vom Bauteil zu lösen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Lanzen vertikal orientiert. Mit anderen Worten sind zwei oder mehr Lanzen vorgesehen, die parallel zueinander angeordnet sind. Beispielhaft ragen die Lanzen von oben in den Bauraum hinein. Dies führt bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, dass die Umfangswände der Kammer, die den Bauraum definiert, nicht mit Durchbrüchen oder sonstigen Öffnungen für die Lanzen versehen sein müssen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist ferner eine Abdeckung für den Bauraum vorgesehen, wobei die zumindest zwei Lanzen durch die Abdeckung hindurch geführt sind. Beispielhafte ist auch die Handhabungseinheit, zumindest Teile davon, auch an der Abdeckung angeordnet. Bei der Abdeckung kann es sich etwa um einen Deckel oder ein ähnliches Bauteil handeln. Die Abdeckung kann einen oder mehrere Antriebe zur Bewegung der Lanzen und/oder der Düsen tragen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist auch der Auslass in der Abdeckung angeordnet. Dies heißt mit anderen Worten, dass sich im Bauraum eine Kreisströmung oder Zirkularströmung ergeben kann, die spiralförmig nach oben in Richtung auf den Auslass gerichtet ist, ähnlich einem Zyklon. Der Auslass ist beispielsweise mit einer Absaugvorrichtung gekoppelt, welche auch zur Strömungsführung und zum Abführen des losen Pulvers beitragen kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Lanzen definiert relativ zu einem im Pulverbett angeordneten Bauteil zu verfahren. Dies umfasst in beispielhaften Ausführungsformen eine Nachführbewegung, bei der die Lanzen mit ihren Düsen einem Niveau des Pulverbetts vertikal folgen, etwa mit einem definierten Abstand. Dies kann einerseits bewirkt werden, indem die Lanzen aktiv vertikal bewegt werden. Andererseits kann dies durch ein vertikales Verfahren der Plattform bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die zumindest zwei Lanzen koordiniert anzutreiben. Dies umfasst zumindest aufeinander abgestimmte Vertikalbewegungen oder Schwenkbewegungen. Mit anderen Worten ist es vorstellbar, über die Bewegung der Lanzen selbst eine gewisse Dynamik in den Prozess des Entpulverns zu bringen. Dies kann beispielsweise eine leicht oszillierende Strahlführung umfassen. Dies kann beispielhaft eine vertikale Position der Düse betreffen. Ferner kann dies jedoch auch ein Verschwenken der Düse um eine horizontal orientierte Achse betreffen. Daneben kann dies auch ein Verschwenken der Düse um eine vertikal orientierte Achse betreffen. Eine derartige gekoppelte Bewegung kann die Abtragsleistung weiter erhöhen.
Beispielhaft ist es vorstellbar, entsprechende Bewegungen der einzelnen Lanzen bzw. Düsen derart aufeinander abzustimmen, dass sich insgesamt eine gleichförmige oder gegensinnig orientierte Verstellbewegung ergibt. Mit anderen Worten kann eine oszillierende Bewegung der Lanze und/oder der Düse einer harmonischen Funktion folgen, also etwa einer Sinus-Funktion mit zwei Extremwerten.
Nun ist es vorstellbar, dass sämtliche der Lanzen und ihre Düsen gleichförmig Oszillieren, also auch gleichzeitig ihre jeweiligen Extremlagen durchfahren. Alternativ ist es jedoch auch vorstellbar, einen Phasenunterschied vorzusehen, so dass die beteiligten Lanzen und/oder Düsen ihre Extremlagen zu unterschiedlichen Zeiten einnehmen. Die Bewegungen können entsprechend synchronisiert sein, wobei eine „Phasenverschiebung“ vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die zumindest zwei Lanzen gegenläufig (d.h. gegensinnig) zu bewegen. Dies kann einerseits eine vertikale Bewegung und andererseits auch eine Drehbewegung/Schwenkbewegung umfassen. Die Bewegung zwischen den Extremwerten kann einer harmonischen Funktion folgen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine erste Relativbewegung zwischen den Lanzen (d.h. innerhalb der Gruppe der Lanzen) und eine zweite Relativbewegung zwischen den Lanzen und dem Bauraum zu kombinieren. Dies umfasst beispielsweise eine (globale) vertikale Relativbewegung zwischen den Lanzen und dem Bauraum/Pulverbett sowie eine dieser Bewegung überlagerte Bewegung. Die überlagerte Bewegung kann einerseits eine vertikale Oszillation umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die überlagerte Bewegung auch eine Oszillation um eine vertikale Achse umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die überlagerte Bewegung auch eine Oszillation einer Düse um eine horizontale Achse umfassen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner eine Absaugeinrichtung auf, die mit dem Auslass versehen oder gekoppelt ist. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Absaugeinrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks am Auslass ausgebildet.
Die Anlage betreffend wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Anlage zur additiven Fertigung von Werkstücken gelöst, die dazu ausgebildet ist, ein Pulver in einem Pulverbett einer Kammer, die einen Bauraum definiert, selektiv und schichtweise zu verfestigen, und die mit einer Vorrichtung zum Entpulvern des Bauraums gemäß zumindest einem der hierin beschriebenen Aspekte versehen ist.
Es versteht sich, dass alternativ hierzu die Vorrichtung zum Entpulvern auch separat von der Fertigungsanlage gestaltet sein kann. In einem solchen Fall ist es von Vorteil, wenn die Baukammer, die den Bauraum definiert, vorzugsweise inklusive der Plattform, die einen Boden des Bauraums bildet, aus der Fertigungsanlage entnehmbar und der Vorrichtung zum Entpulvern zuführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fertigungsanlage während des Entpulverns für einen neuen Fertigungsgang nutzbar ist. Demgemäß ist es von Vorteil, wenn die Baukammer auswechselbar ist.
Ferner ist die Vorrichtung zum Entpulvern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Vorrichtung zur Rückgewinnung des Pulvers verbindbar, um das gelöste nicht verfestigte Pulver für einen weiteren Fertigungsvorgang nutzbar zu machen.
Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe der Erfindung durch Verfahren zum Entpulvern eines Bauraums einer Anlage zur additiven Fertigung gelöst, mit den folgenden Schritten:

- Bereitstellung von zumindest zwei relativ zum Pulverbett beweglichen Lanzen, die jeweils mit zumindest einer Düse versehen sind,
- Zuführen der Düsen zu einem Pulverbett im Bauraum, insbesondere in einen Randbereich benachbart zu zumindest einem Bauteil, das sich im Pulverbett befindet,
- Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides,
- Erzeugung einer gerichteten Gasströmung zum Pulverabtrag im Bauraum unter Verwendung der zumindest zwei Lanzen, die in Strömungsrichtung zueinander versetzt sind, und
- Abführen der gerichteten Gasströmung aus dem Bauraum.

Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
Vorzugsweise werden drei oder mehr Lanzen mit entsprechenden Düsen verwendet. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erfolgt das Abführen der Gasströmung durch ein Absaugen über einen Auslass, vorzugsweise über einen einzigen Auslass. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind die Lanzen dem Bauraum von oben zuführbar.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung zum Entpulvern gemäß einem der hierin beschriebenen Aspekte zum Pulverabtrag in einem Bauraum einer Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere einer Pulverbett-Anlage.
Es versteht sich, dass auch die Verwendung bei weiteren Anlagen zur additiven Fertigung vorstellbar ist, die auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruhen. Dies betrifft insbesondere Verfahren, bei denen Schicht für Schicht ein Pulverbett entsteht, wobei Schicht für Schicht eine Teilmenge durch Materialeintrag, Wärmeeintrag und/oder Energieeintrag verfestigt wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Anlage zur additiven Fertigung;
2: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums;
3: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entpulvern, in einem ersten Zustand;
4: eine weitere Darstellung der Vorrichtung gemäß 3 in einem zweiten Zustand;
5: eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entpulvern, in einem ersten Zustand;
6: eine weitere Darstellung der Vorrichtung gemäß 5 in einem zweiten Zustand;
7: eine vereinfachte schematische Draufsicht eines Bauraums mit einem additiv gefertigten Bauteil zur Veranschaulichung einer Anordnung zum Entpulvern;
8: eine weitere vereinfachte schematische Draufsicht eines Bauraums mit einem additiv gefertigten Bauteil zur Veranschaulichung einer Anordnung zum Entpulvern, zur Veranschaulichung von Schwenkbewegungen der Düsen;
9: eine Folge vereinfachter schematischer Darstellungen einer mit einer Düse versehen Lanze zur Veranschaulichung einer periodischen Vertikalbewegung;
10: eine weitere Folge vereinfachter schematischer Darstellungen einer mit einer Düse versehen Lanze zur Veranschaulichung einer Schwenkbewegung der Düse;
11: eine vereinfachte schematische Seitenansicht einer mit einer gefächerten Düse versehen Lanze;
12: eine vereinfachte schematische Draufsicht der Anordnung gemäß 11 in einem ersten Zustand der Düse;
13: eine vereinfachte schematische Draufsicht der Anordnung gemäß 11 in einem zweiten Zustand der Düse;
14: eine vereinfachte schematische Draufsicht der Anordnung gemäß 11 in einem dritten Zustand der Düse;
15: eine weitere vereinfachte schematische Draufsicht einer Düsenanordnung für eine Lanze, wobei die Düsenanordnung zwei gegenläufig orientierte Düsen aufweist; und
16: ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Entpulvern eines Bauraums einer Anlage zur additiven Fertigung.

1 veranschaulicht anhand einer vereinfachten schematischen Darstellung eine insgesamt mit 10 bezeichnete Anlage zur additiven Fertigung, die ein Pulverbett nutzt. Die Anlage 10 ist beispielhaft als sogenannte Binder Jetting Anlage oder SLM-Anlage (selektives Laserschmelzen) gestaltet. Eine umgangssprachliche Bezeichnung für solche Verfahren ist 3D-Druck. Demgemäß kann die Anlage 10 vereinfacht gesagt auch als 3D-Drucker bezeichnet werden.
Der Begriff 3D-Druck bezieht sich allgemein auf generative Fertigungsverfahren, bei denen Werkstücke schichtweise aufgebaut werden. Hierfür wird auf einer höhenverstellbaren Plattform in einer Baukammer bzw. in einem Bauraum Schicht für Schicht eine Pulverschicht aufgebracht und teilweise verfestigt, etwa unter Nutzung eines sogenannten Binders. Hierfür wird eine Art Druckkopf verwendet, der regelmäßig in zwei Dimensionen verfahrbar ist und über den der Binder ausgebracht wird. Der Binder ist erforderlich, um das Pulver selektiv zu binden bzw. zu verkleben. Der schichtweise Aufbau und der Auftrag des Binders wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Werkstück vollständig gefertigt ist. Das Werkstück ist sodann noch von losem Pulver umgeben. Die Pulverreste werden entfernt bzw. das Bauteil wird aus dem Pulverbett entnommen. Überschüssiges Pulver kann einer erneuten Verwendung zugeführt werden, beispielsweise nach einer Verarbeitung (etwa ein Sieben) in einer Rückgewinnungsanlage.
Ein ähnliches Verfahrensprinzip liegt dem sogenannten selektiven Laserschmelzen (SLM) zugrunde. Dort wird jedoch kein Binder verwendet, stattdessen wird über einen Laserstrahl Energie in das Pulver eingebracht, um dieses lokal zu schmelzen und somit mit der Umgebung zu verbinden. Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können im Rahmen von Binder Jetting, im Rahmen von SLM, aber auch im Rahmen weiterer additiver/generativer Fertigungsverfahren genutzt werden, die auf der Verarbeitung eines Pulvers im Pulverbett beruhen.
Die in 1 gezeigte Anlage 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches Komponenten der Anlage 10 beherbergt. Lediglich schematisch ist in 1 eine Steuereinrichtung 14 angedeutet. Über ein Bedienpanel oder Bedienpult 16 kann ein Nutzer die Anlage 10 bedienen und steuern. Es ist auch vorstellbar, die Anlage 10 über einen mit der Steuereinrichtung 14 gekoppelten Computer oder sogar über ein Mobilgerät zu steuern.
Im Gehäuse 12 der Anlage 10 sind beispielhaft eine Vorratskammer 22 und eine Baukammer 24 angeordnet. Die Vorratskammer 22 und die Baukammer 24 haben beispielsweise - in Draufsicht - einen rechteckigen Querschnitt. Grundsätzlich ist auch ein runder oder ein sonstiger polygonaler Querschnitt vorstellbar. In der Vorratskammer 22 ist eine Vorratsmenge eines Pulvers 28 enthalten, das bei der additiven Fertigung verwendet wird. Das Pulver 28 wird zwischen der Vorratskammer 22 und der Baukammer 24 transferiert. Zu diesem Zweck ist bei einer Oberfläche 30 des Pulvers 28 eine sogenannte Auftragsrolle 32 angeordnet. Alternativ ist auch die Verwendung eines sogenannten Rakels denkbar. Die Auftragsrolle 32 ist in einer Horizontalrichtung zwischen der Vorratskammer 22 und der Baukammer 24 verfahrbar, vergleiche den Pfeil 34. In der Vorratskammer 22 ist ferner eine über einen Antrieb 40 verfahrbare Plattform 38 angeordnet, vergleiche den Pfeil 42 zur Veranschaulichung der Bewegungsrichtung. Durch Bewegung der Plattform 38 kann das Niveau der Oberfläche 30 des Pulvers 28 gehalten werden.
Die Auftragsrolle 32 sorgt für einen Schichtaufbau an einer Oberfläche 46 eines Bauraums 44 in der Baukammer 24. Somit wird Schicht für Schicht loses Pulver in der Baukammer 24 abgelegt. Der Baukammer 24 ist ferner ein Auftragskopf 48 zugeordnet, welcher parallel zur Oberfläche 46 in ein oder zwei Raumrichtungen verfahrbar ist, vergleiche die mit 50 bezeichneten Pfeile. Durch den Auftragskopf 48 kann ein Binder aufgetragen werden, um das Pulver lokal zu verfestigen bzw. zu verkleben. Für den Binder ist eine Bevorratung 52 vorgesehen. Auf diese Weise entsteht in der Baukammer 24 Schicht für Schicht ein Werkstück oder Bauteil 56. Das Bauteil 56 entsteht in einem Pulverbett 58 im Bauraum 44. Der Bauraum 44 kann (in Draufsicht) einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen.
Auch in der Baukammer 24 ist eine Plattform 60 angeordnet, die über einen Hubantrieb 62 vertikal verfahrbar ist, vergleiche den Pfeil 64, der eine Bewegungsrichtung veranschaulicht. Beispielweise wird die Anlage 10 derart betrieben, dass die Plattform 60 mit jedem neuen Schichtaufbau ein Stück weit nach unten abgesenkt wird. Umgekehrt wird die Plattform 38 immer dann ein Stück nach oben angehoben, wenn eine Schicht abgetragen und von der Vorratskammer 22 in die Baukammer 24 überführt wurde.
Nach der Fertigstellung in der Baukammer 24 ist das Werkstück 56 von losem überschüssigem Pulver umgeben. Es versteht sich, dass sich an die formgebende Fertigung in der Baukammer 24 weitere Fertigungsschritte anschließen können, um die gewünschten Eigenschaften und/oder das gewünschte Festigkeitsniveau des Bauteils 56 zu gewährleisten.
Mit Bezugnahme auf 2 wird eine mit 100 bezeichnete Vorrichtung zum Entpulvern veranschaulicht. Das Entpulvern kann auch als Depowdering bezeichnet werden. Die Vorrichtung 100 kann als Bestandteil einer Fertigungsanlage 10 ausgebildet sein, vergleiche hierzu 1. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Vorrichtung 100 separat von der Anlage 10 auszuführen. In beiden Ausführungsformen ist die Vorrichtung 100 dazu ausgebildet, die Baukammer 24 mit dem Pulverbett 58 aufzunehmen, wobei im Pulverbett 58 das Bauteil 56 (oder eine Mehrzahl von Bauteilen) und überschüssiges Pulver angeordnet ist.
Die Vorrichtung 100 weist eine Mehrzahl von Lanzen 102, 104 auf. Beispielsweise sind zwei, drei oder vier Lanzen 102, 104 vorgesehen. Je nach Größe der Baukammer 24 ist auch die Verwendung einer größeren Anzahl von Lanzen 102, 104 vorstellbar. Die Lanzen 102, 104 tragen jeweils zumindest eine Düse 112, 114. Die Lanzen 102, 104 und die Düsen 112, 114 dienen zur Ausbringung eines unter Druck stehendes Fluides, beispielsweise Druckluft oder ein Inertgas.
Die Lanzen 102, 104 durchragen eine Abdeckung 122, die die Baukammer 24 dichtend verschließt, vergleiche hierzu beispielsweise ein mit 124 bezeichnetes Scharnier sowie eine umlaufende Dichtung 126. Die Abdeckung 122 kann auch als Deckel bezeichnet werden. Die Lanzen 102, 104 sind an der Abdeckung 122 aufgenommen.
Zur Versorgung der Lanzen 102, 104 und der Düsen 112, 114 ist eine Bereitstellungseinheit 130 vorgesehen. Beispielsweise umfasst die Bereitstellungseinheit 130 eine Pumpe bzw. einen Druckerzeuger 132. Die Bereitstellungseinheit 130 ist über eine Fluidleitung 134 mit den Lanzen 102, 104 und somit mit den Düsen 112, 114 gekoppelt, um über die Düsen 112, 114 ein unter Druck stehendes gasförmiges Fluid auszubringen, um das überschüssige Pulver vom Bauteil 56 zu lösen und fortzutragen. Es versteht sich, dass die Bereitstellungseinheit 130 einen Bestandteil der Vorrichtung 100 bilden kann, aber auch separat von der Vorrichtung 100 vorstellbar ist. Zumindest ist die Vorrichtung 100 dazu ausgebildet, mit einer solchen Bereitstellungseinheit 130 zur Versorgung mit dem unter Druck stehenden Fluid gekoppelt zu werden.
Zur Handhabung der Lanzen 102, 104 ist eine Handhabungseinheit 140 vorgesehen. Beispielhaft umfasst die Handhabungseinheit 140 einen Antrieb 142 für die Lanze 102 und einen Antrieb 144 für die Lanze 104. Es ist vorstellbar, für jede verwendete Lanze 102, 104 einen entsprechenden Antrieb zu verwenden. Die Antriebe 142, 144 können zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad für die Lanzen 102, 104 und/oder deren Düsen 112, 114 bereitstellen. Hierbei kann es sich um lineare Bewegungen sowie um Rotationsbewegungen bzw. Schwenkbewegungen handeln.
Die Lanzen 102, 104 sind derart gestaltet, dass sich eine gerichtete Fluidströmung 150 ergibt, wenn das unter Druck stehende Fluid aus den Düsen 112, 114 der Lanzen 102, 104 austritt und das Pulver vom Bauteil 56 löst. Die gerichtete Fluidströmung 150 ist insbesondere als umlaufende Strömung, Kreisströmung und/oder Zirkularströmung gestaltet. Ferner ist ein Zyklonströmung denkbar. Vorzugsweise stellt sich die gerichtete Fluidströmung in einem Umfangsbereich um das oder die Bauteile 56 ein. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel windet sich die Fluidströmung 150 spiralförmig in Richtung auf die Abdeckung 122. In der Abdeckung 122 ist eine Absageöffnung bzw. ein Auslass 162 angeordnet. Der Auslass 162 ist einer Absaugeinrichtung 160 zugeordnet. Beispielhaft weist die Absaugeinrichtung 160 eine Saugeinheit auf, welche einen Unterdruck am Auslass 162 bereitstellt. Über eine Leitung 164 ist der Auslass 162 mit der Absaugeinrichtung 160 bzw. mit deren Saugeinheit verbunden.
Ferner ist in 2 eine mit 170 bezeichnete Steuereinheit schematisch angedeutet. Die Steuereinheit 170 ist über Steuerleitungen 172 mit den Antrieben 142, 144, der Bereitstellungseinheit 130 sowie gegebenenfalls auch mit der Absaugeinrichtung 160 (in 2 ist keine entsprechende Leitung dargestellt) verbunden. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 170 die Vorrichtung 100 derart steuern, dass sich ein gewünschtes Regime bzw. ein gewünschter Verfahrensgang für das Entpulvern ergibt.
Die gewünschte gerichtete Fluidströmung, die insbesondere als Zirkularströmung gestaltet ist, ergibt sich durch geeignete Anordnung und Ausrichtung der Lanzen 102, 104 sowie von deren Düsen 112, 114. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die gezeigte Orientierung der Düsen 112, 114 in 2 aus Veranschaulichungsgründen nicht unbedingt einer strömungsgünstigen Orientierung entspricht.
Mit Bezugnahme auf 3 und 4 sowie mit ergänzender Bezugnahme auf 5 und 6 wird der Vorgang des Entpulverns näher veranschaulicht. 3 und 4 veranschaulichen zwei Zustände während einer ersten beispielhaften Prozedur zum Lösen und entfernen überschüssigen Pulvers aus dem Pulverbett 58. 3 und 4 veranschaulichen zwei Zustände während einer zweiten beispielhaften Prozedur zum Lösen und entfernen überschüssigen Pulvers aus dem Pulverbett 58.
In 3 und 4 ist der Auslass zum Abführen der Fluidströmung 150 in einer Seitenwand der Baukammer 24 angeordnet, vergleiche das Bezugszeichen 166. Die alternative Anordnung des Auslasses 162 oben im Bereich der Abdeckung 122 ist in 3 und 4 lediglich gestrichelt angedeutet. Es versteht sich, dass die Strömungsführung derart erfolgt, dass die Fluidströmung, enthaltend das gelöste Pulver, möglichst günstig in Richtung auf den Auslass 166 geführt werden kann.
3 und 4 veranschaulichen einen Ansatz, bei dem die Plattform 60 während des Entpulverns nicht oder nicht wesentlich vertikal bewegt wird. Stattdessen werden die Lanzen 102, 104 über die Antriebe 142, 144 vertikal verfahren, um der geringer werdenden Pulvermenge im Pulverbett 58 folgen zu können.
5 und 6 veranschaulichen einen alternativen Ansatz, bei dem die Plattform 60, auf der das Bauteil 56 entstanden ist, über einen Hubantrieb 62 verfahren wird, um die Relativbewegung zwischen den Lanzen 102, 104 und dem (durch den Abtrag kleiner werdenden) Pulverbett 58 herbeizuführen. In 5 und 6 ist der Auslass 162 wiederum in der Abdeckung 122 angeordnet. Es versteht sich, dass auch eine Kombination der in den 3 und 4 sowie den 5 und 6 verfolgten Ansätze vorstellbar ist. Es ist jedoch von Vorteil, wenn die vertikal orientierten Lanzen 102, 104 dem Abtrag am Pulverbett 58 folgen können.
Der Auslass 162 ist in diesem Ausführungsbeispiel trichterförmig gestaltet. Beispielhaft ist der Auslass 162 in einem Zentrum der Abdeckung 122 angeordnet und mit seiner konisch geöffneten Seite dem Bauraum 44 zugewandt. Auf diese Weise wird die Entstehung der gerichteten Strömung 150 weiter unterstützt. Vorzugsweise ergibt sich eine zyklonförmige Strömung.
Das Entpulvern kann darauf gerichtet sein, möglichst viel von dem überschüssigen Pulver aus dem Bauraum 44 zu entfernen. Alternativ kann ein Ziel des Entpulverns zunächst darin bestehen, das Bauteil 56 soweit freizulegen, dass es manuell oder maschinell entnommen werden kann. Bei einer Mehrzahl von Bauteilen 56 können die Lanzen 102, 104 auch zwischen einzelnen Bauteilen 56 angeordnet werden, um Zwischenräume zu entpulvern. Die Düsen 112, 114 können auch Ränder und/oder Ecken des Baumraums 44 entpulvern. Mit anderen Worten erlaubt die Vorrichtung 100 auch eine Reinigung des Bauraums 44, wenn kein Bauteil 56 darin angeordnet ist.
Ferner sind alternativ auch Ausführungsformen vorstellbar, bei denen lediglich ein grobes Entpulvern erfolgt, das die Entnahme des Bauteils ermöglicht, um die Baukammer 24 wieder nutzbar zu machen. Dies heißt im Umkehrschluss in alternativen Ausführungsformen, dass das Bauteil 56 beispielsweise weiteren Reinigungsschritten unterzogen werden kann, um auch Restmengen des überschüssigen Pulvers zu entfernen.
Mit Bezugnahme auf 7 wird anhand einer schematisch stark vereinfachten Draufsicht auf eine Baukammer 24 eine denkbare Anordnung einer Mehrzahl von Lanzen 102, 104, 106, 108 mit Düsen 112, 114, 116, 118 veranschaulicht. Die Lanzen 102, 104, 106, 108 sind kreisförmig um ein Zentrum der Baukammer 24 angeordnet, in dem ein oder mehrere gefertigte Bauteile 56 angeordnet sind. In 7 weisen die Lanzen 102, 104, 106, 108 folglich einen Winkelversatz von etwa 90° zueinander auf. Die Düsen 112, 114, 116, 118 sind etwa tangential zum (gedachten) Kreis ausgerichtet. Die Ausrichtung der Düsen 112, 114, 116, 118 umfasst auch eine gleichsinnige Orientierung des jeweiligen Austritts, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn. Dies ist jedoch lediglich als beispielhafte Ausführung zu verstehen. Die Anordnung der Lanzen 102, 104, 106, 108 und der Düsen 112, 114, 116, 118 in 7 erlaubt eine angenäherte Zirkularströmung 150, die dem Auslass 166 zugeführt wird, an dem gegebenenfalls ein Unterdruck anliegt. Es versteht sich, dass eine solche Absaugöffnung bzw. ein solcher Auslass auch anderweitig angeordnet sein kann, insbesondere in einem oberen Bereich der Baukammer 24 in einer Abdeckung. In 7 wurde jedoch primär aus Veranschaulichungsgründen ein seitlicher Auslass 166 gezeigt. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
Die Anordnung und Ausrichtung der Düsen 112, 114, 116, 118 in 7 bewirkt eine gerichtete Strömung, bei der die Düsen 112, 114, 116, 118 „in Reihe“ angeordnet sind. Somit kann die gewünschte Fluidströmung 150 idealerweise über den gesamten Umfang oder nahezu den gesamten Umfang um das Bauteil 56 aufrechterhalten werden. Der Vorteil dieser Strömungsführung gegenüber einer willkürlichen Strömungsführung mit einer Mehrzahl willkürlich ausgerichteter Düsen liegt darin, dass das überschüssige Pulver schneller und effizienter abgeführt werden kann.
Ausgehend von der in 7 gezeigten grundlegenden Anordnung veranschaulicht 8 eine denkbare Variation, bei der die Düsen 112, 114, 116, 118 um die Längsachse der Lanzen 102, 104, 106, 108 (in 8 senkrecht zur Ansichtsebene) oszillieren, vergleiche die mit 176 bezeichneten gekrümmten Doppelpfeile.
Generell ist es vorstellbar, die Strahlführung der Düsen 112, 114, 116, 118 durch Bewegung der Düsen 112, 114, 116, 118 zu variieren, um die Abtragsleistung zu verbessern. Dies kann koordiniert für die Lanzen 102, 104, 106, 108 erfolgen, um den Effekt zu erhöhen. Die denkbaren Manipulationen können eine vertikale Bewegung der Lanzen 102, 104, 106, 108 umfassen. Ferner ist ein Verschwenken der Düsen 112, 114, 116, 118 um eine Achse senkrecht zur Längsachse der Lanzen 102, 104, 106, 108 denkbar. Daneben ist auch ein Verschwenken der Düsen 112, 114, 116, 118 um die Längsachse der Lanzen 102, 104, 106, 108 vorstellbar. Diese Manipulationen können miteinander kombiniert werden, um insgesamt die Abtragsleistung zu maximieren.
Darüber hinaus ist es vorstellbar, die Manipulationen der einzelnen Lanzen 102, 104, 106, 108 mit ihren Düsen 112, 114, 116, 118 zu koordinieren bzw. zu synchronisieren. Die Lanzen 102, 104, 106, 108 können folglich synchronisiert vertikal oszillieren, wobei eine „Phasenverschiebung“ vorstellbar ist, so dass nicht alle Lanzen 102, 104, 106, 108 gleichzeitig ihre Extrempositionen erreichen. Es ist jedoch auch vorstellbar, die vertikale Bewegung der Lanzen vollständig zu synchronisieren, so dass sich keine „Phasenverschiebung“ vorliegt.
Ferner ist es demgemäß vorstellbar, das Verschwenken der Düsen 112, 114, 116, 118 um die Längsachse der Lanzen der Lanzen 102, 104, 106, 108 und/oder um die Querachse zur Längsachse zu synchronisieren, mit oder ohne „Phasenverschiebung“. Die Phasenverschiebung kann auch als Phasendifferenz bezeichnet werden. Die verschiedenen Freiheitsgrade der denkbaren Manipulationen können miteinander kombiniert werden.
9 veranschaulicht anhand einer schematisch stark vereinfachten Ausgestaltung eine periodische vertikale Bewegung einer Lanze 102, an der eine Düse 112 angeordnet ist. Ein mit 178 bezeichneter Pfeil veranschaulicht den Zeitablauf. Ein mit 180 bezeichneter Doppelpfeil veranschaulicht die oszillierende Vertikalbewegung. 9 zeigt demgemäß Extremlagen (oben/unten) der Lanze 102.
10 veranschaulicht anhand einer schematisch stark vereinbarten Ausgestaltung eine periodische Schwenkbewegung einer Düse 112, die an einer Lanze 102 aufgenommen ist. Ein mit 178 bezeichneter Pfeil veranschaulicht den Zeitablauf. Ein mit 182 bezeichneter Pfeil kennzeichnet die oszillierende Schwenkbewegung.
11 veranschaulicht in schematisch stark einfacher Form eine Seitenansicht einer Lanze 202, die eine Düse 212 trägt. 12, 13 und 14 zeigen in Draufsicht verschiedene denkbare Konfigurationen der Düse 212. Die Düse 212 weist mehrere Austrittsöffnungen in Form von Düsenfingern 214, 216, 218 auf. In 12 sind die Düsenfinger 214, 216, 218 gespreizt oder aufgefächert, so dass sich ein kombinierter Öffnungskegel mit beträchtlichem Öffnungswinkel ergibt. Auf diese Weise kann eine große Fläche angestrahlt werden. In 13 weisen die Düsenfinger 214, 216, 218 eine nahezu parallele Ausrichtung auf. In 14 sind die Düsenfinger 214, 216, 218 einander zugeneigt, so dass eine starke Fokussierung des kombinierten Fluidstroms gegeben ist.
In beispielhaften Ausführungsformen sind die Düsenfinger 214, 216, 218 manipulierbar bzw. verstellbar, so dass eine Transformation zwischen den in 12, 13 und 14 gezeigten Zuständen vorstellbar ist. Auch hier sind periodische Transformationen denkbar. Es ist jedoch auch vorstellbar, ein und dieselbe Einstellung der Düsenfinger 214, 216, 218 während der Prozedur des Entpulverns beizubehalten. Ferner ist es vorstellbar, die Düsenfinger 214, 216, 218 unverstellbar auszuführen.
Alternativ oder zusätzlich wär es auch vorstellbar, die einzelnen Düsenfinger 214, 216, 218 wiederum um Achsen zu verschwenken, die quer zur Längsachse der Lanze 202 orientiert sind. Dies ist in den 11 bis 13 nicht explizit gezeigt.
15 zeigt in einer Draufsicht eine weitere alternative Ausgestaltung einer Düse 222, die beispielhaft an einem unteren Ende einer Lanze angeordnet ist. Die Düse 222 weist zwei gegensinnig orientierte Düsenfinger 224, 226 auf. Bei der in 15 gezeigte Düse 222 sind ebenso Manipulationen in Form von Schwenkbewegungen und gegebenenfalls sogar einer unidirektionalen Drehbewegung um eine Längsachse der Lanze (senkrecht zur Ansichtsebene) vorstellbar.
Mit Bezugnahme auf 16 wird anhand eines schematisch stark vereinfachten Blockdiagramms eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Entpulvern eines Bauraums einer Vorrichtung zur additiven Fertigung veranschaulicht. Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, der die Bereitstellung zumindest zweier Lanzen umfasst, die relativ zu einem Pulverbett beweglich und mit jeweils zumindest einer Düse versehen sind. Beispielhaft umfasst der Schritt S10 ferner die Bereitstellung einer Abdeckung für eine den Bauraum umschließende Baukammer, wobei die zumindest zwei Lanzen in der Abdeckung aufgenommen und in die Baukammer einführbar sind.
Es schließt sich ein Schritt S12 an, der ein Zuführen der Düsen in den Bauraum in Richtung auf ein Pulverbett umfasst, in dem zumindest ein additiv gefertigtes Bauteil und eine lose Pulvermenge angeordnet sind. Vorzugsweise werden die Lanzen mit den Düsen in einem Randbereich des Bauraums angeordnet, wobei das Bauteil oder die Mehrzahl von Bauteilen dazwischen angeordnet ist.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S14, der die Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides beinhaltet. Bei dem Fluid kann es sich um Druckluft handeln. Es kann sich jedoch auch um ein unter Druck stehendes Inertgas handeln. Der Schritt S14 kann eine Kopplung entsprechender Anschlüsse oder die Bereitstellung entsprechender Druckerzeugungseinheiten umfassen.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S16, der die Erzeugung einer gerichteten Gasströmung zum Pulverabtrag im Bauraum beinhaltet. Eine gerichtete Gasströmung lässt sich durch entsprechende Ausrichtung und Orientierung der Lanzen und von deren Düsen herbeiführen. Vorzugsweise ergibt sich schlussendlich eine Zirkularströmung beziehungsweise eine umlaufende Strömung.
Das Verfahren kann ferner einen optionalen Schritt S18 umfassen, der Manipulationen/Variationen der Strömungsführung beinhaltet. Dies kann beispielsweise eine Erzeugung einer kombinierten Bewegung der Lanzen durch Kombination einer Relativbewegung zwischen den Lanzen und einer Relativbewegung zwischen den Lanzen und dem Bauraum umfassen. Hierbei kann es sich um vertikale Bewegungen, Schwenkbewegungen, Drehbewegungen und Ähnliches handeln. Vorzugsweise erfolgt die Bewegungsmanipulation/Variation periodisch, mit oder ohne Phasenversatz zwischen den verschiedenen Lanzen bzw. Düsen. Derartige aufeinander abgestimmte Oszillationsbewegungen können die Abtragsleistung erhöhen.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S20, der ein Abführen der Gasströmung über einen Auslass aus dem Bauraum beinhaltet. Die Gasströmung oder Fluidströmung führt abgetragenes Pulver aus dem Bauraum heraus. Vorzugsweise wird die Fluidströmung über lediglich eine einzige Auslassöffnung aus dem Bauraum herausgeführt. Die Auslassöffnung ist beispielsweise in der Abdeckung des Bauraums angeordnet. Auf diese Weise kann die Strömungsführung derart vonstattengehen, dass sich eine spiralförmige (zyklonartige) Strömung im Bauraum ergibt.
Es versteht sich, dass zumindest die Schritte S16, S18 und S20 zumindest zeitweise parallel ablaufen können. Ferner kann das Verfahren ein Nachführen der Lanzen umfassen, um dem kleiner werdenden Pulverbett zu folgen. Die Nachführbewegung kann durch aktives Bewegen der Lanzen und/oder durch aktives Bewegen einer Plattform im Bauraum bewirkt werden, die das Pulverbett trägt.
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

US 2002/0090410 A1 [0005]
US 2007/0126157 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Entpulvern eines Bauraums (44) einer Anlage (10) zur additiven Fertigung, die Folgendes aufweist: - zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), die jeweils mit zumindest einer Düse (112, 114, 116, 118; 212; 222) versehen sind, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) zumindest in einer Betriebsstellung im Bauraum (44) benachbart zu zumindest einem additiv gefertigten Bauteil (56) angeordnet sind, - eine Handhabungseinheit (140) zur Bewegung der zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) relativ zum Bauraum (44), - eine Bereitstellungseinheit (130) zur Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides, - einen Auslass (162; 166), und - eine Steuereinheit (170), die mit den zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), der Handhabungseinheit (140) und der Bereitstellungseinheit (130) zu deren Steuerung gekoppelt ist, so dass unter Verwendung der zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) im Bauraum (44) eine gerichtete Gasströmung zum Pulverabtrag erzeugbar ist, um die Gasströmung über den Auslass (162; 166) abzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend zumindest drei vertikal orientierte Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), die in einem Randbereich im Bauraum (44) um zumindest ein additiv gefertigtes Bauteil (56) platzierbar sind, vorzugsweise kreisförmig.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düsen (112, 114, 116, 118; 212; 222) der Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) richtungsgleich ausgerichtet sind, insbesondere in einer Umfangsrichtung, um die gerichtete Gasströmung zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) derart angeordnet sind, dass sich in einer Kammer (24), die den Bauraum (44) definiert, eine Zirkularströmung oder Umfangsströmung um das zumindest eine Bauteil (56) ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) und der Auslass (162; 166) derart angeordnet sind, dass sich eine zyklonförmige Strömung ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Düsen (112, 114, 116, 118; 212; 222) dazu ausgebildet sind, das unter Druck stehende Fluid gerichtet auszustoßen, und wobei vorzugsweise eine Hauptachse der Düsen (112, 114, 116, 118; 212; 222) weniger als 30° Abweichung von der Horizontalen hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Düsen (112, 114, 116, 118; 212; 222) fingerförmige Verzweigungen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) vertikal verfahrbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) um ihre Längsachse verschwenkbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Düsen (112, 114, 116, 118; 212; 222) verkippbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend eine Abdeckung (122) für den Bauraum (44), wobei die zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) durch die Abdeckung (122) hindurch geführt sind, und wobei vorzugsweise der Auslass (162; 166) in der Abdeckung (122) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuereinheit (170) dazu ausgebildet ist, die Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) definiert relativ zu einem im Pulverbett (58) angeordneten Bauteil (56) zu verfahren und insbesondere einem Niveau des Pulverbetts (58) nachzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuereinheit (170) dazu ausgebildet ist, die zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) koordiniert anzutreiben, umfassend zumindest aufeinander abgestimmte Vertikalbewegungen oder Schwenkbewegungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuereinheit (170) dazu ausgebildet ist, die zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) gegenläufig zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuereinheit (170) dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung zwischen den Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) und eine Relativbewegung zwischen den Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) und dem Bauraum (44) zu kombinieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner aufweisend eine Absaugeinrichtung (160), die mit dem Auslass (162; 166) versehen oder gekoppelt ist, wobei die Absaugeinrichtung (160) zur Erzeugung eines Unterdrucks am Auslass (162; 166) ausgebildet ist.
Anlage zur additiven Fertigung von Bauteilen (56), die dazu ausgebildet ist, ein Pulver in einem Pulverbett (58) einer Kammer (24), die einen Bauraum (44) definiert, selektiv und schichtweise zu verfestigen, und die mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Entpulvern des Bauraums (44) versehen ist
Verfahren zum Entpulvern eines Bauraums (44) einer Anlage zur additiven Fertigung, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellung von zumindest zwei relativ zu einem Pulverbett (58) im Bauraum (44) beweglichen Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), die jeweils mit zumindest einer Düse (112, 114, 116, 118; 212; 222) versehen sind, - Zuführen der Düsen zu einem Pulverbett (58) im Bauraum (44), insbesondere in einen Randbereich benachbart zu zumindest einem Bauteil (56), das sich im Pulverbett (58) befindet, - Bereitstellung eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluides, - Erzeugung einer gerichteten Gasströmung zum Pulverabtrag im Bauraum (44) unter Verwendung der zumindest zwei Lanzen (102, 104, 106, 108; 202), die in Strömungsrichtung zueinander versetzt sind, und - Abführen der gerichteten Gasströmung aus dem Bauraum (44).
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Erzeugung einer kombinierten Bewegung der Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) aus einer ersten Relativbewegung zwischen den Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) und einer zweiten Relativbewegung zwischen den Lanzen (102, 104, 106, 108; 202) und dem Bauraum (44).
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Pulverabtrag in einem Bauraum (44) einer Anlage zur additiven Fertigung, insbesondere einer Pulverbett-Anlage.