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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von anhaftendem Werkstoffpulver von einem Lasersinterteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Beim Lasersintern wird ein Werkstück Schicht für Schicht aus einem Werkstoffpulver hergestellt. Dazu wird eine Schicht des Werkstoffpulvers aufgetragen und beispielsweise mit einer Rakel oder einer Walze vollflächig und mit konstanter Schichtdicke verteilt. Die Schichtdicke beträgt typischerweise zwischen etwa 1 und 200 µm. Mit einem Laser wird das Werkstoffpulver an einer Schichtkontur, also an der Kontur des herzustellenden Werkstücks in der jeweiligen Schicht, aufgeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit einem bereits erzeugten Teil des Werkstücks aus darunter befindlichen Schichten verbunden. Der Vorgang wird Schicht für Schicht bis zur Fertigstellung des Werkstücks wiederholt. Auf diese Weise wird ein Lasersinterteil als Werkstück hergestellt, das ein Hohlkörper mit einem oder mehreren Hohlräumen sein und/oder das Hinterschneidungen aufweisen kann. Das Lasersinterteil ist homogen und nicht etwa ein Schichtbauteil.
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Insbesondere bei der Herstellung aus einem oder verschiedenen Metallpulvern oder aus einem ein oder verschiedene Metallpulver aufweisenden Werkstoffpulver haftet oftmals nicht aufgeschmolzenes Werkstoffpulver an dem Lasersinterteil und muss beispielsweise mit Druckluft abgeblasen und/oder mit einem Pinsel oder einer Bürste abgebürstet werden. Auch Kunststoffpulver kann wegen elektrostatische Aufladung hartnäckig an einem Lasersinterteil haften. Schwierig ist das Entfernen des Werkstoffpulvers von Innenoberflächen in Hohlräumen und an Innenecken und Innenkanten des Lasersinterteils.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich ein an Oberflächen eines Lasersinterteils haftendes Werkstoffpulver effizient von dem Lasersinterteil entfernen lässt.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand. Erfindungsgemäß wird das Lasersinterteil Vibrationen, also mechanischen Schwingungen vorzugsweise mittlerer- und/oder hoher Frequenz, ausgesetzt. Dabei sind „eckige“ mit beispielsweise rechteckigem, dreieckigem oder sägezahnförmigem Verlauf hinsichtlich des Entfernens des Werkstoffpulvers vom Lasersinterteil als effektiver anzusehen als kurvenförmige Vibrationen mit beispielsweise sinusförmigem Verlauf, wogegen sich kurvenförmige Vibrationen meist einfacher erzeugen lassen.
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Erfindungsgemäß wird das Lasersinterteil in einem beispielsweise schachtelförmigen oder trommelförmigen Arbeitsbehälter befestigt und der Arbeitsbehälter zu Vibrationen angeregt. Dabei wird das Lasersinterteil so in dem Arbeitsbehälter befestigt, dass die Vibrationen auf das Lasersinterteil übertragen werden. Bei der Übertragung vom Arbeitsbehälter auf das Lasersinterteil sollten die Vibrationen möglichst nicht oder möglichst wenig gedämpft und/oder abgeschwächt sondern vorzugsweise eher noch verstärkt werden. Eine Verstärkung der Vibrationen ist eventuell durch eine Konstruktion des Arbeitsbehälters bzw. einer Vibrationsanlage, die den Arbeitsbehälter aufweist, möglich. Verstärkung kann eine Vergrößerung der Amplitude der Vibrationen ebenso bedeuten wie eine Vergrößerung einer auf das Lasersinterteil übertragenen Vibrationsenergie.
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Durch die auf das Lasersinterteil ausgeübten Vibrationen fällt an dem Lasersinterteil haftendes Werkstoffpulver von dem Lasersinterteil ab, das Werkstoffpulver wird sozusagen „abgeschüttelt“ bzw. „abvibriert“, fällt in den Arbeitsbehälter und sammelt sich dort. Es lässt sich wieder verwenden oder entsorgen.
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Das Lasersinterteil kann vor und/oder nach dem Vibrieren beispielsweise durch Anblasen mit einem Druckluftstrahl und/oder Abbürsten oder Abpinseln zusätzlich gereinigt werden.
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Das von dem Lasersinterteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu entfernende Werkstoffpulver ist insbesondere ein Metallpulver oder weist ein Metallpulver oder auch verschiedene Metallpulver auf. Das Lasersinterteil besteht in diesem Fall aus Metall, auch aus verschiedenen Metallen oder einer Metall enthaltenen Werkstoffmischung. Zusätzlich zu Metallpulver oder anstelle von Metallpulver kann das Werkstoffpulver auch andere Pulver, beispielsweise Kunststoffpulver und/oder Keramikpulver aufweisen.
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Zur Befestigung in dem Arbeitsbehälter sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, das Lasersinterteil auf einem beispielsweise plattenförmigen oder scheibenförmigen Halter zu befestigen, der seinerseits an oder in dem Arbeitsbehälter befestigt wird.
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Der Arbeitsbehälter kann während des Vibrierens geschlossen sein um eine Verteilung des Werkstoffpulvers in den Arbeitsbehälter umgebende Luft zu vermeiden. Der Arbeitsbehälter muss nicht zwingend hermetisch dicht verschlossen sein, sollte aber einen Austritt von Werkstoffpulver während des Vibrierens vollständig oder nahezu vollständig verhindern.
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Vorzugsweise wird das Lasersinterteil „auf dem Kopf stehend“ vibriert, das heißt dass sich eine Seite oder Stelle des Lasersinterteils, die sich beim Lasersintern oben befindet, während des Vibrierens unten befindet. Das heißt, das Lasersinterteil ist beim Vibrieren gegenüber dem Herstellen um ungefähr (auf eine Genauigkeit des Schwenkwinkels kommt es nicht an) 180° um eine horizontale Achse geschwenkt. Das verbessert ein Entfernen von Werkstoffpulver, das nach der Herstellung auf dem Lasersinterteil liegt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Arbeitsbehälter in mindestens zwei Vibrationsrichtungen vibriert, was das Entfernen des am Lasersinterteil anhaftenden Werkstoffpulvers ebenfalls verbessert.
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Auch eine Änderung einer Vibrationsrichtung bzw. der Vibrationsrichtungen, Vibrationsamplitude, Vibrationsverlauf und/oder Vibrationsfrequenz verbessern das Entfernen des am Lasersinterteil anhaftenden Werkstoffpulvers. Mit „Vibrationsverlauf“ ist die Form der Vibrationen gemeint, das heißt „eckige“ Vibrationen wie rechteckige, dreieckige und/oder sägezahnförmige und/oder kurvenförmige Vibrationen wechseln ab.
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Zu einem Auffangen von Werkstoffpulver, das durch das Vibrieren von dem Lasersinterteil entfernt wird, und um einen Austritt von durch das Vibrieren von dem Lasersinterteil entfernten Werkstoffpulvers zu vermeiden, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, das Lasersinterteil zum Vibrieren in einen Beutel in dem Arbeitsbehälter oder mit dem Beutel in den Arbeitsbehälter zu verbringen. Der Beutel kann auch als Sack aufgefasst werden. Unter einem „Beutel“ ist ein dünnwandige, flexibles Behältnis zu verstehen. Während des Vibrierens ist der Beutel geschlossen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Lasersinterteil zum Entfernen von anhaftendem Werkstoffpulver insbesondere während des Vibrierens mit einem Druckgasstrahl, insbesondere einem Druckluftstrahl, angeblasen wird.
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Insbesondere wenn das Werkstoffpulver ein Metallpulver ist oder ein Metallpulver aufweist und folglich das Lasersinterteil aus Metall besteht oder Metall aufweist, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung eine Entmagnetisierung des Lasersinterteils vor dem Vibrieren vor, um ein magnetisches Anhaften des Metallpulvers am Lasersinterteil zu beenden. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere für ein ferromagnetisches Metallpulver oder allgemein für ein magnetisierbares Werkstoffpulver vorgesehen. Die Entmagnetisierung erfolgt insbesondere durch ein starkes magnetisches, am Ende des Entmagnetisierens abklingendes Wechselfeld mit ggf. veränderlicher Frequenz.
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Sämtliche in der Beschreibung genannte und/oder der Zeichnung dargestellte Merkmale können einzeln für sich oder in jeder beliebigen Kombination bei Ausführungen der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle, sondern nur einen Teil der Merkmale eines Anspruchs, auch des unabhängigen Anspruchs, aufweisen, sind möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen einen Vibrationsapparat zu einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer perspektivischen Darstellung (1) und geschnitten in einer achsparallelen Schnittebene (2).
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Der in der Zeichnung dargestellte Vibrationsapparat 1 weist einen zylindrischen, topfförmigen Arbeitsbehälter 2 auf, der mit einem nicht dargestellten Deckel verschließbar bzw. verschlossen ist.
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Der Arbeitsbehälter 1 ist mit einer federnden Aufhängung 3 federnd auf einem Gestell 4 befestigt, das fest mit einem Boden verschraubt ist.
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Außen an einer Umfangswand des Arbeitsbehälters 1 sind zwei Vibratoren 5 an verschiedenen Umfangsstellen des Arbeitsbehälters 1 angebracht, die einander gegenüberliegen oder beispielsweise um ein Drittel oder Viertel in Umfangsrichtung zueinander versetzt sein können. Die Vibratoren 5 können beispielsweise Radialvibratoren mit rotierenden Unwuchten oder Linearvibratoren mit Kolben, die elektromagnetisch oder pneumatisch zu oszillierenden Bewegungen angetrieben werden und dadurch Vibrationen in einer Längsrichtung der Vibratoren 5 erzeugen, sein. Andere Ausführungen der Vibratoren 5 sind ebenfalls möglich. Vibrationsrichtungen der Vibratoren 5 befinden sich in Tangentialebenen des Arbeitsbehälters 2, die bei einander gegenüber außen am Arbeitsbehälter 2 angeordneten Vibratoren 5 parallel und bei an anders als einander gegenüber außen am Arbeitsbehälter 2 angeordneten Vibratoren 5 in einem Winkel zueinander stehen.
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Die Vibratoren 5 sind um Radialachsen zum Arbeitsbehälter 2 schwenkbar, so dass sich die Vibrationsrichtungen in den Tangentialebenen des Arbeitsbehälters 2 ändern lassen. Mit den beiden Vibratoren 5 ist der Arbeitsbehälter 2 zu Vibrationen in zwei Vibrationsrichtungen anregbar, deren Richtungen einstellbar sind. Mit mehr als zwei Vibratoren 5 sind mehr als zwei Vibrationsrichtungen möglich.
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Die Verwendung von Linearvibratoren ermöglicht sowohl kurvenförmige, beispielsweise sinusförmige, als auch eckige, beispielsweise rechteckige, dreieckige und/oder sägezahnförmige Vibrationen, deren Vibrationsamplituden und Vibrationsfrequenzen geändert werden können. Die Vibratoren 5 können mit gleichen oder verschiedenen Vibrationen betrieben werden.
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An einem Rand des Arbeitsbehälters 2 ist ein Halter 6 für ein aus einem Metallpulver als Werkstoffpulver hergestelltes Lasersinterteil aus Metall befestigt. Das Lasersinterteil selbst ist nicht dargestellt. An dem Lasersinterteil haftet nach seiner Herstellung Werkstoffpulver, im Ausführungsbeispiel Metallpulver. Im Ausführungsbeispiel weist der Halter 4 radiale Arme auf, die außen in einen Kreisring und innen in eine Lochscheibe übergehen. Der Kreisring ist bzw. wird an dem Rand des Arbeitsbehälters 2 des Vibrationsapparats 1 befestigt. Von dem Kreisring steht eine Haltestange in den Arbeitsbehälter 2 hinein ab, an der wiederum eine Lochscheibe befestigt ist, an der zwei Aussparungen aufweisende Kreisringe befestigt sind. An dem Halter 6 lassen sich ein oder mehrere, nicht dargestellte Lasersinterteile in dem Arbeitsbehälter 2 des Vibrationsapparats 1 befestigen.
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Das Lasersinterteil wird bezüglich seiner Lage bei seiner Herstellung „kopfüber“. im Arbeitsbehälter 2 befestigt, womit gemeint ist, dass eine Seite oder Stelle des Lasersinterteils, die sich bei der Herstellung oben befindet, beim Vibrieren nach unten, auch schräg nach unten gerichtet ist.
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Zum Vibrieren kann das Lasersinterteil in einen nicht dargestellten Beutel eingebracht werden, dessen Öffnung beispielsweise um die Haltestange des Halters 6 herum zugebunden wird, so dass der Beutel verschlossen ist. Der Beutel fängt von dem Lasersinterteil abvibriertes Werkstoffpulver bzw. Metallpulver auf, wodurch der Arbeitsbehälter 2 auch ohne Deckel betrieben werden kann.
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Wenn das Lasersinterteil im Arbeitsbehälter 2 befestigt ist, wird der Arbeitsbehälter 2 mit den Vibratoren 5 zu Vibrationen angeregt, die sich auf das Lasersinterteil übertragen und am Lasersinterteil anhaftendes Werkstoffpulver bzw. Metallpulver abvibrieren, das heißt vom Lasersinterteil entfernen. Die Vibrationsrichtungen, Vibrationsformen (kurvenförmig und/oder eckig), Vibrationsfrequenzen und Vibrationsamplituden können während des Vibrierens geändert werden.
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Im Arbeitsbehälter 2 ist eine oder sind mehrere, nicht dargestellte, auf das Lasersinterteil gerichtete Düsen vorgesehen, durch die das Lasersinterteil vor, während und nach dem Vibrieren mit Druckluft anblasbar ist, um anhaftendes Werkstoffpulver bzw. Metallpulver vom Lasersinterteil zu entfernen bzw die Effektivität des Abvibrierens zu verbessern.
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Insbesondere wenn das Werkstoffpulver, aus dem das Lasersinterteil hergestellt ist, ein Metallpulver ist oder ein Metallpulver aufweist und demzufolge das Lasersinterteil aus Metall besteht bzw. Metall aufweist, kann das Lasersinterteil nach seiner Herstellung und vor dem Vibrieren entmagnetisiert werden. Die Entmagnetisierung kann außerhalb des Arbeitsbehälters 2 oder im Arbeitsbehälter 2 erfolgen, indem der Arbeitsbehälter 2 mit einer oder mehreren nicht dargestellten Entmagnetisierungspulen versehen wird, deren Windungen sich beispielsweise an einem Innenumfang des Arbeitsbehälters 2 befinden.
