DE102019000043A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Bauteilen in einem 3D-Druckverfahren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass ein Bauteil unter Schwingungsanregung innerhalb einer staubdichten Arbeitskammer um mindestens eine Achse geschwenkt wird und dabei von losem Partikelmaterial befreit wird. Die Vorrichtung integriert zusätzlich eine in der Schwenkvorrichtung drehbar gelagerte Strahleinheit zur Entfernung von anhaftendem Partikelmaterial.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Bauteilen in einem Schichtbauverfahren.
- In Schichtbauverfahren wie z.B. dem pulverbettbasierten Strahlschmelzen wird auf einer absenkbaren Bauplattform zunächst eine dünne Schicht aus Partikelmaterial aufgetragen. Anschließend werden die lose aufgetragenen Partikel mit energiereicher Strahlung wie z.B. einem Laserstrahl gezielt zu einem Bauteilquerschnitt verschmolzen. Im folgenden Prozessschritt wird die Bauplattform in einem rundum geschlossenen Baubehälter um eine Schichtdicke abgesenkt und der Vorgang beginnt von neuem, wobei auch die Bauteilquerschnitte der einzelnen Schichten eine feste Verbindung miteinander eingehen.
- Der Vorgang des Schichtauftrags und das selektive Verschmelzen wiederholen sich, bis die Bauteile fertiggestellt sind.
- Problemstellung
- Nach dem Bauprozess muss das Bauteil samt der angebundenen Stützstrukturen und der Bauplattform vom ungebundenen Partikelmaterial im Baubehälter befreit werden.
- Dieser Vorgang wird z.B. als Auspacken bezeichnet und erfolgt durch Absaugen und manuelles Ausschütten der Partikelmaterialreste meistens innerhalb der Produktionsanlage.
- Nach dem Auspacken muss das Bauteil samt Stützstrukturen von der Bauplattform entfernt werden, bevor die Stützstrukturen vom Bauteil selbst entfernt werden können.
- Im Regelfall sind die Stützstrukturen feine Gitterwerke, in denen nach dem Auspacken noch reichlich ungebundene Partikelmaterialreste enthalten sind. Die schichtbauweise ermöglicht zudem die Herstellung feiner Innenstrukturen mit komplexer Form wie z.B. verwinkelte Kanäle. Oftmals sind die Bauteile sehr groß und schwer, so dass diese nur schwer handhabbar sind und eine ausreichende Reinigung nur schwer möglich ist.
- Beim Abtrennen des Bauteils von der Baumplattform und jeder weiterer Bearbeitung des Bauteils können bei unzureichender Reinigung Partikelmaterialreste freigesetzt werden
- Je nach Materialart können die Partikel bei Kontakt oder Aufnahme enorme gesundheitliche Gefahr bergen. Bestimmte Partikelmaterialien wie Aluminium- und Titanlegierungen können bei Aufwirbelung zu Staubwolken zu einer heftigen Staubexplosion führen.
- Es bedarf nach dem Auspacken einer sicheren Reinigungsvorrichtung mit der kleine Öffnungen, Kanäle, Hinterschneidungen und die Stützstrukturen restlos von pulverförmigen Baumaterialresten entfernt werden. Um eine wirtschaftliche Reinigung zu erreichen, muss die Reinigung schnell und automatisiert erfolgen.
- Stand der Technik
- Die Offenlegungsschrift 3010964 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung bei anlagen der Werkstücke, mit in unterschiedlicher Richtung angeordneten Hohlräumen und Kanälen, die mit Partikelmaterial wie Strahlmittel, Sand oder ähnlichem Material gefüllt sind, gereinigt werden, indem Sie um zwei Achsen rotieren und/oder schwenken und das Werkstück dabei mit Vibration angeregt wird. Dabei ist der Bewegungsablauf programmierbar und kann der Bauteilgeometrie angepasst werden. Das frei werdende Material wird in einem Auffangbehälter gesammelt.
- Die offene Bauweise der beschriebenen Vorrichtung bietet nur geringen Schutz.
- Das Gebrauchsmuster 20 2016 003 042 beschreibt eine ähnliche Vorrichtung. Die beschrieben Vorrichtung geht aber nur unzureichend auf die Entfernung von anhaftenden Partikeln ein.
- Beide Ideen ermöglichen das Abfließen von losem Partikelmaterial durch Schwingungsanregung und Schwerkraft. Anhaftende Partikel an der Bauteiloberfläche können dadurch nicht vollständig entfernt werden.
- Aufgabe
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des Stands der Technik derart weiter zu entwickeln, dass auch anhaftende Partikelmaterialreste automatisiert von der Oberfläche entfernt werden.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bis 10 gelöst.
- Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass das Bauteil um mindestens eine Achse innerhalb einer staubdichten Arbeitskammer geschwenkt wird, so dass Pulvermaterial aus verschiedenen Richtungen des Bauteils abfließen kann. Zur Steigerung des Materialabflusses wird das Bauteil mit Schwingung angeregt so, dass das Pulver fließfähig wird und ablaufen kann.
- Die Arbeitskammer trennt das Bauteil bzw. die Schwenkvorrichtung von etwaigen Zündquellen wie z.B. dem Antriebsmotor der Schwenkvorrichtung oder der Beleuchtung. Zusätzlich wird die Explosionsgefahr vermieden werden, indem das Gehäuse während des Betriebs mit einem inerten Schutzgas wie z.B. Argon geflutet wird.
- In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die horizontale Schwenkvorrichtung an mindestens eine Seitenwand einer staubdichten Kammer angeordnet, der vorzugsweise einen trichterförmigen Boden aufweist. Das Bauteil wird auf einer Plattform fixiert, an der auch der Schwingungserreger angebracht ist. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Plattform als Drehteller drehbar im Schwenkarm gelagert.
- Es wird bevorzugt sowohl den Schwenkarm als auch den Drehteller rotatorisch mit Aktoren anzutreiben.
- Die Idee der Erfindung ist es, anhaftenden Partikelmaterialreste, die durch das Rütteln und Schwenken nicht entfernt werden konnten mit Druckluft bzw. komprimierten Schutzgas und/oder einem Strahlmedium wie z.B. Glasperlen oder Trockeneies zu reinigen.
- Bevorzugt werden Strahlmedien die sich in ein Gas auflösen wie z.B. Trockeneis. Diese Art von Strahlmedium verunreinigen nicht das frei gewordene Partikelmaterial. So ist es möglich, das frei gewordene Partikelmaterial zu sammeln und im Bauprozess wieder zu verwenden.
- In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Strahlmedium über ein Rohrsystem bzw. Schlauchsystem und eine Drehdurchführung im Bereich der horizontalen Schwenkachse zum Bauteile geleitet. Die Drehdurchführung erlaubt das Stahlen während der Rotation, ohne das Material im Drehbereich austritt. Die Schlauchleitung trägt mindestens eine Strahldüse, die auf das Bauteil ausgerichtet werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung rotiert der Drehteller im Strahlbereich der Strahldüse.
- Figurenliste
-
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
1 dargestellt. Die Zeichnung zeigt eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der Vorrichtung. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schwenkarm
- 2
- Drehteller / drehbare Plattform
- 3
- Horizontale Achse
- 4
- Bauteil
- 5
- Drehdurchführung
- 6
- Rohrleitung/Schlauchleitung
- 7
- Strahldüse
- 8
- Schwingungsanreger
Claims (7)
- Vorrichtung zum Entfernen von Partikelmaterialresten aus Bauteilen (4) mit verwinkelten Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4) innerhalb einer mindestens staubdichten Arbeitskammer auf einem Drehteller (2) angebracht ist, der drehbar in einem Schwenkarm (1) angeordnet ist, der wiederum um eine weitgehend horizontal angeordnete Achse geschwenkt wird, wobei ein komprimiertes Gas mittels einer Rohrleitung (6) und wenigstens einer an der Rohrleitung endseitig ausgebildeten Strahldüse (7) gezielt auf das Bauteil (4) geleitet wird, wobei die Rohrleitung (6) mit einer Druckquelle für das komprimierte Gas verbunden ist.
- Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das komprimierte Gas als Treibmedium für ein Strahlmedium wirkt. - Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung. in der horizontalen Achse des Schwenkarms (1) dicht und drehbar gelagert ist, so dass die Rohrleitung (6) mit dem Schwenkarm (1) mitschwenkt. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (6) flexibel ausgeführt ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (2) das Bauteil (4) durch den Strahlbereich rotieren lässt.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strahlmedium in ein Gas auflösen kann.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium pulsiert.
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