DE102018207644A1

DE102018207644A1 - Verfahren und System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum

Info

Publication number: DE102018207644A1
Application number: DE102018207644.8A
Authority: DE
Inventors: Björn Kletz; Maik Titze
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum, beispielsweise für die additive Fertigung von Bauteilen unter Vakuumbedingungen, wie sie beispielsweise im Weltraum vorherrschen. Das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Bereichs innerhalb des Raumes über mindestens eine Vorrichtung im Umfeld des Bauraums mit schaltbaren Absorptions- und Emissionsgraden beeinflusst wird. Dabei wird hier und im Folgenden unter dem Begriff Umfeld des Bauraums ein Bereich in der Nähe des Bauraums verstanden, wobei dieser Bereich auch zumindest teilweise in den Bauraum eindringen kann. Der Bauraum kann durch eine oder mehrere der Vorrichtungen begrenzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum, beispielsweise für die additive Fertigung von Bauteilen unter Vakuumbedingungen, wie sie beispielsweise im Weltraum vorherrschen.
Die additive Fertigung von Bauteilen unter Weltraumbedingungen ist von besonderem Interesse, da sich auf diese Weise beispielsweise die Nutzlast von Raketen optimieren lässt. Für alle möglichen Bauteile, beispielsweise während einer Weltraumexpedition benötigte Ersatzteile, müssen bei Nutzung eines additiven Fertigungsverfahrens von Bauteilen lediglich jeweils ein Datensatz, die Ausgangsmaterialien oder geeignete Halbzeuge und die Fertigungsanlage selbst transportiert werden. Die Bauteile können dann im Bedarfsfall während der Weltraumexpedition produziert werden. Additive Fertigungsverfahren werden in breiten Kreisen auch als 3D-Drucken bezeichnet.
Ein besonders gut für den Weltraumeinsatz geeignetes additives Fertigungsverfahren bildet die Fused Filament Fabrication (FFF), bekannter unter dem Markennamen Fused Deposition Modeling (FDM) der Stratasys Inc., Eden Prairie, MN, USA. Bei dem FDM-Verfahren wird zunächst, ähnlich wie bei einem normalen Drucker, ein Raster von Punkten auf eine Fläche aufgetragen. Erzeugt werden die Punkte dabei durch die Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff- oder Wachsmaterials durch Erwärmung, der Aufbringung durch Extrudieren mittels einer beheizten Düse sowie einer anschließenden Erhärtung durch Abkühlung an der gewünschten Position in einem Raster der Arbeitsebene. Zum Aufbau eines dreidimensionalen Körpers wird jeweils zeilenweise eine Arbeitsebene abgefahren und dann die Arbeitsebene um eine Schichtdicke in Höhenrichtung, d.h. senkrecht zur Arbeitsebene, verfahren. Der dreidimensionale Körper entsteht auf diese Weise schichtweise. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Verfahren um ein 2,5-dimensionales Verfahren, da die Bauteilkontur in der dritten Dimension im Raster der Schichtdicken angenähert wird. Zwischenzeitlich steht eine breite Palette von technischen Thermoplasten als Baumaterial zur Verfügung. Das Verfahren arbeitet umso genauer, je kleiner die Schichtdicken ausgeführt werden können. Heute sind Schichtdicken je nach Anwendungsfall zwischen 0,025 und 1,25 mm möglich. Die reproduzierbare Maßgenauigkeit ist dabei auch von der lokalen Abkühlgeschwindigkeit und damit von der Temperaturführung im Bauraum abhängig. Darüber hinaus benötigen die verwendeten Bauwerkstoffe gemäß ihrer spezifischen Eigenschaften unterschiedliche Struktur- und Düsentemperaturen für ein optimales Druckergebnis. So muss beispielsweise für die Verarbeitung von Polyetheretherketon (PEEK) als Ausgangsmaterial die Strukturtemperatur oberhalb der Glastemperatur bei ca. 200°C sowie unterhalb einer kritischen Temperatur, ab der eine Verarbeitung erschwert wird, liegen.
Findet der Bauprozess unter Weltraumbedingungen, d.h. insbesondere im Vakuum statt, hat das vorliegende Vakuum einen weitreichenden Einfluss auf die Temperaturführung im Bauraum. Durch die fehlende Konvektion können nur Wärmeregulierungskonzepte auf Basis von Strahlung und direkter Wärmeübertragung zum Einsatz kommen. Dem Energiehaushalt eines Satelliten kommt insbesondere bei der Verarbeitung von hochtemperaturbeständigen Thermoplasten aufgrund der erforderlichen hohen Düsen- und Bauraumtemperaturen eine besondere Bedeutung zu, da Satelliten nur über eine stark begrenzte Energiekapazität verfügen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Orte innerhalb eines Raumes unter Vakuum anzugeben, das möglichst energieeffizient ist und insbesondere für die Durchführung des FDM-Verfahrens mit hochtemperaturbeständigen Thermoplasten unter solchen Bedingungen geeignet ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Orte innerhalb eines Raumes unter Vakuum anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10. Die Aufgabe wird ferner durch ein System nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen 12 bis 15.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Bereichs innerhalb des Raumes über mindestens eine Vorrichtung im Umfeld des Bauraums mit schaltbaren Absorptions- und Emissionsgraden beeinflusst wird. Dabei wird hier und im Folgenden unter dem Begriff Umfeld des Bauraums ein Bereich in der Nähe des Bauraums verstanden, wobei dieser Bereich auch zumindest teilweise in den Bauraum eindringen kann. Der Bauraum kann durch eine oder mehrere der Vorrichtungen begrenzt werden.
Die Erfindung sieht somit die gezielte Kombination von unterschiedlichen Absoprtions- bzw. Emissionsgraden im Umfeld des Bauraums vor. Hierdurch kann die Dynamik des Austausches von Strahlungswärme effizient beeinflusst und gezielte Temperaturfenster für unterschiedliche Bereiche in dem Raum eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahren ist der Raum ein Bauraum einer eine Druckdüse aufweisenden additiven Fertigungsanlage, wobei sich an den unterschiedlichen Orten innerhalb des Bauraums unterschiedliche Strukturen eines in dem Bauraum herzustellenden Bauteils befinden. Erfindungsgemäß ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ohne zusätzliche Wärme- und/oder Kältequellen eine Struktur in dem Bauraum geeignet zu temperieren. Dies wird im Wesentlichen durch dynamisch adaptierbare Absorptions- bzw. Emissionsgrade der Bauraumbegrenzung erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Temperatur in verschiedenen Bereichen innerhalb des Raumes über mindestens zwei Vorrichtungen im Umfeld des Bauraums mit schaltbaren Absorptions- und Emissionsgraden beeinflusst, wobei die unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens zwei Vorrichtungen im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses individuell geschaltet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens eine der mindestens einen Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle aufweist, wobei das individuelle Schalten der unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens einen Vorrichtung im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses durch ein individuelles Bewegen der Lamelle erfolgt. Unter Lamelle wird hier und im Folgenden ein flächenförmiger Körper verstanden, d.h. ein Körper, dessen Ausdehnung in einer Ebene sehr viel größer ist als in der Richtung senkrecht zu der Ebene. Die Lamelle ist beweglich mit der Vorrichtung wirkverbunden.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das individuelle Schalten der unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens einen eine flächenförmige Lamelle aufweisenden Vorrichtung im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses durch ein individuelles zumindest teilweises Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und des Bauteils erfolgt. Wärmestrahlung breitet sich linear aus. Durch ein Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle, die mit ihren Absorptions- beziehungsweise Emissionseigenschaften über Strahlung Wärme in unterschiedlichem Maß aus dem Bauteil abführen kann, wird die Wärmestrahlung zwischen Bauteil und Lamelle im Wesentlichen unterbrochen, bei einem teilweisen Unterbrechen der Sichtachse teilweise unterbrochen. Das Abdecken kann dabei bei einer feststehenden Lamelle durch das Bewegen einer Vorrichtung in den Strahlengang erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lamelle aber auch hinter eine Vorrichtung bewegt werden, sodass sich anschließend diese Vorrichtung im Strahlengang zwischen Bauteil und Lamelle befindet.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das individuelle Bewegen der Lamelle beziehungsweise das individuelle zumindest teilweise Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil unter Berücksichtigung lokaler Geometrieparameter der unterschiedlichen Strukturen des Bauteils erfolgt. Beispielsweise muss an lokalen Wandstärkemaxima mehr Wärme abgeführt werden als an Bauteilgeometrien mit kleiner Wandstärke. Durch die individuelle Bewegung der Lamelle beziehungsweise das individuelle zumindest teilweise Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil kann auf beispielsweise solche Geometrieunterschiede reagiert werden, insbesondere wenn mehrere individuell bewegbare Lamellen im Umfeld des Bauraums vorgesehen sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgen das individuelle Bewegen der Lamelle beziehungsweise das individuelle zumindest teilweise Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil zusätzlich unter Berücksichtigung der Temperatur der Druckdüse. Über die Wärmestrahlung der beheizten Druckdüse wird Wärme in den Bauraum eingebracht. Durch Berücksichtigung dieses Temperatureinflusses kann die Wirksamkeit des Verfahrens erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung die Druckdüse und ein Gehäuse, wobei die Druckdüse in dem Gehäuse in z-Richtung, d.h. in Achsrichtung der Druckdüse, bewegbar gelagert ist und zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse in z-Richtung bewegt wird. Die lokale Erhöhung der Bauteiltemperatur beziehungsweise die lokale Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit an diskreten Bauteilgeometrien kann beispielsweise wegen des vermehrten Abbaus von inneren Bauteilspannungen wünschenswert sein.
In einer Ausführungsform erfolgt das individuelle Bewegen der mindestens einen Vorrichtung zeitgesteuert. Bevorzugt erfolgt die individuelle Bewegung der mindestens einen Vorrichtung aber unter Berücksichtigung einer aktuellen Temperatur an einem oder mehreren Orten geregelt, wobei zumindest an einem Ort des herzustellenden Bauteils die aktuelle Temperatur über den Bauprozeß aufgenommen wird.
Ein erfindungsgemäßes System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum ist dadurch gekennzeichnet, dass der Raum ein Umfeld aufweist, wobei in dem Umfeld mindestens eine Vorrichtung mit schaltbaren wirksamen Absorptions- und Emissionseigenschaften vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle mit einer ersten und einer zweiten Fläche auf, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche der mindestens einen flächigen Lamelle jeweils unterschiedliche Absorptions- und Emissionseigenschaften aufweist, wobei die mindestens eine flächige Lamelle derart bewegbar ist, dass jeweils ihre erste Fläche oder ihre zweite Fläche zu dem Raum hin ausrichtbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lamelle um eine ihrer Achsen, bevorzugt um ihre Längsachse, um min. 180° rotierbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle und ein Gehäuse auf, wobei die Position der Lamelle gegenüber dem Gehäuse so veränderbar ist, dass eine Sichtverbindung zwischen der Lamelle und dem Raum zumindest teilweise unterbrechbar oder zumindest teilweise herstellbar ist. Dabei können in dem Umfeld mehrere bewegbare Vorrichtungen vorgesehen sein, wobei die bewegbaren Vorrichtungen jeweils mindestens eine flächige Lamelle und jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei die Position einer Lamelle gegenüber dem Gehäuse so veränderbar ist, dass eine Sichtverbindung zwischen der Lamelle und dem Raum unterbrechbar oder herstellbar ist. Dabei ist in einer Ausführungsform die Lamelle in dem System fixiert, während das Gehäuse bewegbar ausgeführt ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse in dem System fixiert, während die Lamelle bewegbar ausgeführt ist. Insbesondere ist die Lamelle derart bewegbar ausgeführt, dass sie zumindest teilweise aus dem Gehäuse ausfahrbar ist. Dadurch kommt die Lamelle zumindest teilweise in die Sichtachse zu dem Bauteil, sodass Wärmestrahlung zwischen Bauteil und Lamelle austauschbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Raum ein Bauraum einer additiven eine Druckdüse aufweisenden Fertigungsanlage. In den unterschiedlichen Bereichen innerhalb des Bauraums können sich unterschiedliche Strukturen eines in dem Bauraum herzustellenden Bauteils befinden, wobei zumindest eine Vorrichtung eine Begrenzung des Bauraums darstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung die Druckdüse und ein Gehäuse, wobei die Druckdüse in dem Gehäuse in z-Richtung, d.h. in Richtung ihrer Achse, zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse in z-Richtung bewegbar ist.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:

1 Eine isometrische Ansicht eines erfinderischen Systems zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum
2 Isometrische vergrößerte Ansicht der Druckdüse in einem Gehäuse (Bereichs A aus 1)
3 Prinzipskizze der Druckdüse in einem Gehäuse mit geschlossenen Lamellen
4 Prinzipskizze der Druckdüse in einem Gehäuse mit geöffneten Lamellen
5 Prinzipskizze der Druckdüse in einem Gehäuse mit geschlossenen Lamellen in einer alternativen Ausführungsform
6 Prinzipskizze der Druckdüse in einem Gehäuse mit geöffneten Lamellen in einer alternativen Ausführungsform
7 Prinzipskizze der Druckdüse in einem Gehäuse in einer weiteren alternativen Ausführungsform
8 Isometrische vergrößerte Ansicht einer Lamelle (Bereich B aus 1)
9 Isometrische vergrößerte Ansicht einer Lamelle (Bereich B aus 1) in einer alternativen Ausführungsform

1 zeigt eine isometrische Ansicht eines erfinderischen Systems zur Temperaturbeeinflussung zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes 110 unter Vakuum. Der Raum 110 stellt den Bauraum einer additiven Fertigungsanlage, die nach dem die Fused Filament Fabrication Verfahren arbeitet, dar. Der Raum 110 ist durch die äußere Bauraumbegrenzung 112 begrenzt. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Raster von Punkten auf eine Plattform 111 aufgetragen. Erzeugt werden die Punkte dabei durch die Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoffmaterials 300 durch Erwärmung, der Aufbringung durch Extrudieren mittels einer beheizten Druckdüse 120 sowie einer anschließenden Erhärtung durch Abkühlung an der gewünschten Position in einem Raster der Arbeitsebene. Dabei wird das drahtförmige Kunststoffmaterial 300 der Druckdüse 120 zugeführt und darin aufgeschmolzen. Der zuvor feste Kunststoffmaterialdraht 300 verläßt die Düse als plastifiziertes Extrudat 310. Zum Aufbau eines dreidimensionalen Bauteils 200 wird jeweils zeilenweise eine in der x-y-Ebene aufgespannte Arbeitsebene abgefahren und dann die Arbeitsebene um eine Schichtdicke in Höhenrichtung z, d.h. senkrecht zur Arbeitsebene, verfahren. Das dreidimensionale Bauteil 200 entsteht auf diese Weise schichtweise.
Die reproduzierbare Maßgenauigkeit ist dabei auch von der lokalen Abkühlgeschwindigkeit und damit von der Temperaturführung im Bauraum 110 abhängig. Darüber hinaus benötigen die verwendeten Bauwerkstoffe gemäß ihrer spezifischen Eigenschaften unterschiedliche Struktur- und Düsentemperaturen für ein optimales Druckergebnis.
Findet der Bauprozess unter Weltraumbedingungen, d.h. insbesondere im Vakuum statt, hat das vorliegende Vakuum einen weitreichenden Einfluss auf die Temperaturführung im Bauraum 110. Durch die fehlende Konvektion können nur Wärmeregulierungskonzepte auf Basis von Strahlung und direkter Wärmeübertragung zum Einsatz kommen. Dem Energiehaushalt eines Satelliten kommt insbesondere bei der Verarbeitung von hochtemperaturbeständigen Thermoplasten aufgrund der erforderlichen hohen Düsen- und Bauraumtemperaturen eine besondere Bedeutung zu, da Satelliten nur über eine stark begrenzte Energiekapazität verfügen.
Die Wärmeabstrahlung der Druckdüse 120 kann zur Regulierung des Wärmehaushalts in dem Raum 110 benutzt werden. Über die Wärmestrahlung der beheizten Druckdüse wird Wärme in den Bauraum eingebracht. Die lokale Erhöhung der Temperatur des Bauteils 200 beziehungsweise die lokale Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit an diskreten Bauteilgeometrien kann beispielsweise wegen des vermehrten Abbaus von inneren Bauteilspannungen wünschenswert sein.
Die Druckdüse 120 ist in einem Gehäuse 121 angeordnet, wie deutlicher in 2, die eine Ausschnittvergrößerung des Bereichs A aus 1 darstellt, zu sehen ist.
In der in der 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist die Druckdüse 120 in einem Gehäuse 121 gelagert. Aus der +z-Richtung wird drahtförmiges Kunststoffmaterial 300 der beheizten Druckdüse 120 zugeführt, das in der Druckdüse 120 aufgeschmolzen wird und das als pastifiziertes Extrudat 310 die Druckdüse 120 in negative z-Richtung, d.h. in Richtung des Bauteils 200 verläßt. Das Gehäuse 121 ist rundum geschlossen, wobei die Wandung des Gehäuses 121 in negativer z-Richtung, d.h. in Richtung des nicht eingezeichneten Bauteils 200, bewegliche Lamellen 131 aufweist. Nur der Kopf der Druckdüse 120 tritt aus dem Gehäuse aus. Sind die beweglichen Lamellen wie in 3 gezeigt geschlossen, wird Wärme mittels Wärmestrahlung nur von dem Kopf der beheizten Druckdüse 120 zu dem Bauteil 200 übertragen.
Sind die beweglichen Lamellen wie in 4 gezeigt geöffnet, gelangt Wärmestrahlung von einem wesentlich größeren Anteil der beheizten Druckdüse 120 zu dem Bauteil 200.
5 und 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei die dem Bauteil 200 zugewandte Seite des Gehäuses 121 mehrere bewegliche Lamellen 131 aufweist. Bezüglich des Effekts der geschlossenen beziehungsweise geöffneten Lamellen 131 gilt das Gleiche wie in den in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform.
7 zeigt eine Prinzipskizze der Druckdüse 120 in einem Gehäuse 121 in einer weiteren alternativen Ausführungsform. Die Druckdüse 120 ist in dem Gehäuse 121 in z-Richtung, d.h. in Achsrichtung der Druckdüse 120, bewegbar gelagert und wird zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse 121 in +z-beziehungsweise -z-Richtung bewegt. Das Gehäuse 121 weist keine Lamellen 131 auf. Wird die Druckdüse 120 weiter aus dem Gehäuse 121 heraus bewegt, gelangt mehr Wärmestrahlung zu dem nicht gezeigten Bauteil 200 und umgekehrt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle mit einer ersten und einer zweiten Fläche auf, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche der mindestens einen flächigen Lamelle jeweils unterschiedliche Absorptions- und Emissionseigenschaften aufweist, wobei die mindestens eine flächige Lamelle derart bewegbar ist, dass jeweils ihre erste Fläche oder ihre zweite Fläche zu dem Raum hin ausrichtbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lamelle um eine ihrer Achsen, bevorzugt um ihre Längsachse, um min. 180° rotierbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle und ein Gehäuse auf, wobei die Position der Lamelle gegenüber dem Gehäuse so veränderbar ist, dass eine Sichtverbindung zwischen der Lamelle und dem Raum zumindest teilweise unterbrechbar oder zumindest teilweise herstellbar ist. Dabei können in dem Umfeld mehrere bewegbare Vorrichtungen vorgesehen sein, wobei die bewegbaren Vorrichtungen jeweils mindestens eine flächige Lamelle und jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei die Position einer Lamelle gegenüber dem Gehäuse so veränderbar ist, dass eine Sichtverbindung zwischen der Lamelle und dem Raum unterbrechbar oder herstellbar ist. Dabei ist in einer Ausführungsform die Lamelle in dem System fixiert, während das Gehäuse bewegbar ausgeführt ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse in dem System fixiert, während die Lamelle bewegbar ausgeführt ist. Insbesondere ist die Lamelle derart bewegbar ausgeführt, dass sie zumindest teilweise aus dem Gehäuse ausfahrbar ist. Dadurch kommt die Lamelle zumindest teilweise in die Sichtachse zu dem Bauteil, sodass Wärmestrahlung zwischen Bauteil und Lamelle austauschbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Raum ein Bauraum einer additiven eine Druckdüse aufweisenden Fertigungsanlage. In den unterschiedlichen Bereichen innerhalb des Bauraums können sich unterschiedliche Strukturen eines in dem Bauraum herzustellenden Bauteils befinden, wobei zumindest eine Vorrichtung eine Begrenzung des Bauraums darstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung die Druckdüse und ein Gehäuse, wobei die Druckdüse in dem Gehäuse in z-Richtung, d.h. in Richtung ihrer Achse, zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse in z-Richtung bewegbar ist.
8 zeigt eine isometrische vergrößerte Ansicht einer Lamelle 131 (Bereich B aus 1). In 1 ist zu erkennen, dass der Raum 110 zur gezielten Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb des Raumes 110 ein Umfeld 130 aufweist, wobei in dem Umfeld 130 mehrere Lamellen 131 angeordnet sind. Die Lamellen 131 weisen schaltbare wirksame Absorptions- und Emissionseigenschaften auf. Dazu weist die flächenförmige Lamelle 131 eine erste Fläche 131a und eine zweiten Fläche 131 b auf, wobei die erste Fläche 131a und die zweite Fläche 131b jeweils unterschiedliche Absorptions- und Emissionseigenschaften aufweisen. Die Lamelle 131 ist derart bewegbar, dass jeweils ihre erste Fläche 131a oder ihre zweite Fläche 131b zu dem Raum 110 hin ausrichtbar ist. Dies wird im gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Lamelle 131 um ihre Längsachse um 180° rotierbar ist, wie durch den kreisförmigen Doppelpfeil angedeutet ist.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform einer Lamelle 131 ist diese aus zwei unterschiedlichen Materialschichten mit unterschiedlichen Absorptions- und Emissionseigenschaften aufgebaut, so dass die erste Seite 131a der Lamelle 131 andere Absorptions- und Emissionseigenschaften aufweist als die zweite Seite 131b. Wie in dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lamelle 131 derart bewegbar, dass jeweils ihre erste Fläche 131a oder ihre zweite Fläche 131b zu dem Raum 110 hin ausrichtbar ist. Dies wird auch hier dadurch erreicht, dass die Lamelle 131 um ihre Längsachse um 180° rotierbar ist, wie durch den kreisförmigen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

100: System zur Temperaturbeeinflussung
110: Raum, Bauraum
111: Plattform
112: Äußere Bauraumbegrenzung
120: Druckdüse
121: Gehäuse
130: Umfeld
131: Lamelle
131a: erste Fläche
131b: zweite Fläche
200: Bauteil
300: drahtförmiges Kunststoffmaterial
310: Extrudat

Claims

Verfahren zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Bereichs innerhalb des Raumes über mindestens eine Vorrichtung im Umfeld des Bauraums mit schaltbaren Absorptions- und Emissionsgraden beeinflusst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum ein Bauraum einer eine Druckdüse aufweisenden additiven Fertigungsanlage ist und sich in unterschiedlichen Bereichen innerhalb des Bauraumes unterschiedliche Strukturen eines in dem Bauraum herzustellenden Bauteils befinden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an verschiedenen Bereichen innerhalb des Raumes über mindestens zwei Vorrichtungen im Umfeld des Bauraums mit schaltbaren Absorptions- und Emissionsgraden beeinflusst wird, wobei die unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens zwei Vorrichtungen im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses individuell geschaltet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens einen Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle aufweist, wobei das individuelle Schalten der unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens einen Vorrichtung im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses durch ein individuelles Bewegen der Lamelle erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Schalten der unterschiedlichen Absorptions- und Emissionsgrade der mindestens einen Vorrichtung im Umfeld des Bauraums während des Bauprozesses durch ein individuelles zumindest teilweises Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Bewegen der Lamelle beziehungsweise das individuelle zumindest teilweise Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil unter Berücksichtigung lokaler Geometrieparameter der unterschiedlichen Strukturen des Bauteils erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Bewegen der Lamelle beziehungsweise das individuelle zumindest teilweise Unterbrechen der Sichtachse zwischen der Lamelle und dem Bauteil zusätzlich unter Berücksichtigung der Temperatur der Druckdüse erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Druckdüse und ein Gehäuse umfasst, wobei die Druckdüse in dem Gehäuse in z-Richtung bewegbar gelagert ist und zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse in z-Richtung bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Bewegungen der mindestens einen Vorrichtung zeitgesteuert erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Ort des herzustellenden Bauteils die aktuelle Temperatur über den Bauprozeß aufgenommen und die individuelle Bewegung der mindestens einen Vorrichtung unter Berücksichtigung dieser aktuellen Temperatur geregelt wird.
System zur Temperaturbeeinflussung unterschiedlicher Bereiche innerhalb eines Raumes unter Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum ein Umfeld aufweist, wobei in dem Umfeld mindestens eine Vorrichtung mit schaltbaren wirksamen Absorptions- und Emissionseigenschaften vorgesehen ist.
System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle mit einer ersten und einer zweiten Fläche aufweist, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche der mindestens einen flächigen Lamelle jeweils unterschiedliche Absorptions- und Emissionseigenschaften aufweisen, wobei die mindestens eine flächige Lamelle derart bewegbar ist, dass jeweils ihre erste Fläche oder ihre zweite Fläche zu dem Raum hin ausrichtbar ist.
System gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine flächenförmige Lamelle und ein Gehäuse aufweist, wobei die Position der Lamelle gegenüber dem Gehäuse so veränderbar ist, dass eine Sichtverbindung zwischen der Lamelle und dem Raum zumindest teilweise unterbrechbar oder zumindest teilweise herstellbar ist.
System gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum ein Bauraum einer additiven eine Druckdüse aufweisenden Fertigungsanlage ist und sich in den unterschiedlichen Bereichen innerhalb des Bauraumes unterschiedliche Strukturen eines in dem Bauraum herzustellenden Bauteils befinden, wobei zumindest eine Vorrichtung eine Begrenzung des Bauraums darstellt.
System gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Druckdüse und ein Gehäuse umfasst, wobei die Druckdüse in dem Gehäuse in z-Richtung zur Beeinflussung einer lokalen Bauteiltemperatur relativ zu dem Gehäuse in z-Richtung bewegbar ist.