DE102019000632A1

DE102019000632A1 - Schmelzschichtungsanlage zur Herstellung elnes Schmelzschichtobjekts sowie Verfahren zur Herstellung elnes Schmelzschlchtobjekts

Info

Publication number: DE102019000632A1
Application number: DE102019000632.1A
Authority: DE
Inventors: Dominik Dierich; Jörg Eipper; Andreas Hamp; Ludovic Siebert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmelzschichtungsanlage (1) zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts (3) mittels Schmelzschichtung, aufweisend ein Druckbett (5) sowie einen relativ zu dem Druckbett (5) verlagerbar gelagerten Druckkopf (7), wobei der Druckkopf (7) dazu eingerichtet ist, ein Schmelzschichtobjekt (3) mittels Schmelzschichtung aufzubauen, wobei die Schmelzschichtungsanlage (1) weiterhin eine Andrückeinrichtung (9) aufweist, welche ebenfalls relativ zu dem Druckbett (5) verlagerbar gelagert und dazu eingerichtet ist, eine durch den Druckkopf (7) aufgebrachte Schicht an Druckmaterial (11) relativ zu dem Druckbett (5) mit einer Kraft zu belasten, wenn sich das Druckmaterial (11) noch in heißem und/oder flüssigen Zustand befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzschichtungsanlage zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts.
Bekannt ist es bei generativen Verfahren, bei welchen eine Pulverschicht aufgetragen werden muss, mittels eines auf zwei Zylinderrollen bewegbar gelagerten Bands die soeben aufgetragene Pulverschicht zu komprimieren. Hierbei wird die Pulverschicht gleichmäßig verteilt, wodurch sich nach der anschließenden Sinterung eine gleichmäßige Sinterschicht ausbildet, was zu einheitlichen Eigenschaften des Bauteils führen kann. Jedoch ergibt sich eine Anisotropie bei den mechanischen Eigenschaften, da die einzelnen Schichten keine gleichmäßige Anbindung zueinander aufweisen.
Bei Schmelzschichtungsanlagen, welche manchmal auch als Fused Deposition Modeling-Anlagen bezeichnet werden (FDM-Anlage), ist es erwünscht, dass die mit der Anlage erzeugten Bauteile möglichst dauerhaft isotrope mechanische Eigenschaften aufweisen. Häufig besteht jedoch das Problem, dass die nacheinander aufgetragenen Schichten untereinander keine stabile Verbindung aufweisen. Darüber hinaus ist es prinzipbedingt schwierig an jeder Stelle einer aufgetragenen Schicht eine gleichmäßige Verbindung zur darunterliegenden Schicht zu gewährleisten, da die Zeit, welche vergeht zwischen dem Auftragen der ersten Schicht und der darauffolgenden Schicht, für jede Stelle unterschiedlich ist, weswegen ein entsprechender Erkaltungsprozess auch unterschiedlich weit fortgeschritten ist.
In Bezug auf Schmelzschichtungsanlage ist es bekannt, beheizte Bauplattformen oder einen beheizten und gekapselten Bauraum in der Schmelzschichtungsanlage vorzusehen, sodass einer Anisotropie in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften quer zur Schicht und innerhalb der Schicht begegnet werden kann.
Der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 334 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Beschickung einer Materialschicht auf eine Bauplattform oder auf wenigstens eine auf der Bauplattform befindlichen Materialschicht zur Herstellung eines Gegenstandes im Wege eines generativen Herstellungsverfahrens zu entnehmen, die relativ zu einem Materialreservoir und der Bauplattform längs einer Bewegungsebene linear beweglich gelagert ist, zu der das Materialreservoir und die Bauplattform orthogonal auslenkbar sind. Ferner zeichnet sich die Lehre des genannten Dokuments dadurch aus, dass ein um wenigstens zwei Formkörper gespannt umlaufendes Band vorgesehen ist, das zumindest bereichsweise an den Formkörpern anliegt, dass ein das Band in Umlauf um die wenigstens zwei Formkörper versetzender Antrieb vorgesehen ist, dass das Band in Bandlängserstreckung um die wenigstens zwei Formkörper einen relativ zu wenigstens einem Formkörper fest zuordenbaren Bandabschnitt aufweist, der während der Linearbewegung von dem Materialreservoir zur Bauplattform zumindest bereichsweise mit dem Material in Berührung tritt, und dass dem Bandabschnitt ein Bandflächenbereich zuordenbar ist, der gegenüber der Bewegungsebene um einen Winkel α geneigt ist. Dabei entstehen die zuvor genannten Probleme.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzschichtungsanlage zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den im Folgenden genannten Ausführungsbeispielen und Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Schmelzschichtungsanlage zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts mittels Schmelzschichtung geschaffen wird, aufweisend ein Druckbett sowie ein relativ zu dem Druckbett verlagerbar gelagerten Druckkopf, wobei der Druckkopf dazu eingerichtet ist, ein Schmelzschichtobjekt mittels Schmelzschichtung aufzubauen, wobei die Schmelzschichtungsanlage weiterhin eine Andrückeinrichtung aufweist, welche ebenfalls relativ zu dem Druckbett verlagerbar gelagert und dazu eingerichtet ist, eine durch den Druckkopf aufgebrachte Schicht an Druckmaterial relativ zu dem Druckbett mit einer Kraft zu belasten, wenn sich das Druckmaterial noch in heißem und/oder flüssigen Zustand befindet. Hierdurch wird erreicht, dass eine Sinterung des soeben aufgebrachten Druckmaterials mit der darunter liegenden schon zuvor aufgebrachten Schicht aus Druckmaterial durch die aufgebrachte Kraft verbunden wird, sodass eine Anisotropie der mechanischen Eigenschaften vermieden, jedoch zumindest verringert wird.
In einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung durch einen zylinderförmigen Formkörper, manchmal auch als Roller bezeichnet, ausgebildet wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Kraft über den zylinderförmigen Formkörper sehr homogen in die soeben gedruckte Schicht aus Druckmaterial eingebracht werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass relativ zu dem Druckbett der Druckkopf und die Andrückeinrichtung gemeinsam verlagerbar angeordnet sind. Hierdurch ist eine besonders einfache Ausgestaltung der Schmelzschichtungsanlage erzielbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung beheizbar ausgebildet ist, in der Art, dass eine Oberfläche der Andrückeinrichtung, welche beim Andrücken mit dem Druckmaterial in Kontakt kommt, beheizt ist. Hierdurch kann insbesondere vermieden werden, dass die noch heiße Schicht aus Druckmaterial durch den Kontakt mit einer unbeheizten Andrückeinrichtung abkühlt und somit eine Qualität der Verbindung zwischen der soeben gedruckten Schicht aus Druckmaterial und der darunterliegenden Schicht aus Druckmaterial verschlechtert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer konstanten Kraft ein Andrücken auszuführen. Nur in dem Fall, wenn die Andrückeinrichtung eine konstante Kraft bei einem Andrücken der soeben gedruckten Schicht aus Druckmaterial ausüben kann, ist gewährleistet, dass auch über verschiedene Druckschichten hinweg gleiche mechanische Eigenschaften erzielt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung mittels einer Federvorrichtung, insbesondere einer Feder, relativ zu der Schmelzschichtungsanlage verlagerbar angeordnet ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise eine konstante Kraft zum Andrücken durch die Andrückeinrichtung auf die soeben gedruckte Schicht aus Druckmaterial ausgeübt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckkopf mindestens eine beheizbare Düse aufweist, mit welcher das Druckmaterial auf das Druckbett aufgebracht beziehungsweise ein Schmelzschichtobjekt aufgebaut wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass durch die beheizte Düse besonders einfach und zuverlässig geschmolzenes Druckmaterial an einen vorgesehenen Ort präzise platziert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle durch den Druckkopf aufgebrachten Schichten aus dem gleichen Druckmaterial oder zumindest teilweise aus verschiedenen Druckmaterialien bestehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckkopf eine weitere beheizbare Düse aufweist. Hierdurch ist es möglich auch verschiedene Druckmaterialien zu drucken.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die durch den Druckkopf aufgebrachten Schichten mit einem Ende alternierend ineinander übergehen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts mit einer Schmelzschichtungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Drucken einer ersten Schicht eines Objekts auf dem Druckbett,
b) Andrücken der noch heißen soeben gedruckten Schicht mittels der Andrückeinrichtung,
c) Drucken einer weiteren Schicht auf die soeben aufgebrachte und angedrückte Schicht,
d) erneutes Andrücken der weiteren gedruckten Schicht mittels der Andrückeinrichtung,
e) wiederholen der Verfahrensschritte c) bis d) bis ein zu druckendes Schmelzschichtobjekt fertiggestellt ist.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Schmelzschichtobjekt hergestellt werden kann. In Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts ergeben sich insbesondere die Vorteile, welche schon in Zusammenhang mit der Schmelzschichtungsanlage genannt wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Schmelzschichtungsanlage,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schmelzschichtungsanlage,
3 eine schematische Darstellung eines Ablaufplans gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Teile.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Schmelzschichtungsanlage 1 zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts 3 mittels Schmelzschichtung, aufweisend ein Druckbett 5 sowie einen relativ zu dem Druckbett 5 verlagerbar gelagerten Druckkopf 7, wobei der Druckkopf 7 dazu eingerichtet ist, ein Schmelzschichtobjekt 3 mittels Schmelzschichtung aufzubauen, wobei die Schmelzschichtungsanlage 1 weiterhin eine Andrückeinrichtung 9 aufweist, welche ebenfalls relativ zu dem Druckbett 5 verlagerbar gelagert und dazu eingerichtet ist, eine durch den Druckkopf 7 aufgebrachte Schicht an Druckmaterial 11 relativ zu dem Druckbett 5 mit einer Kraft zu belasten, wenn sich das Druckmaterial 11 noch in heißem und/oder flüssigem Zustand befindet.
Weiterhin ist 1 zu entnehmen, dass die Andrückeinrichtung 9 durch einen zylinderförmigen Formkörper 13, manchmal auch als Roller 15 bezeichnet, ausgebildet wird.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung 9 beheizbar ausgebildet ist, in der Art, dass eine Oberfläche 17 der Andrückeinrichtung 9, welche beim Andrücken mit dem Druckmaterial 11 in Kontakt kommt, beheizt ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Andrückeinrichtung 9 dazu eingerichtet ist, mit einer konstanten Kraft ein Andrücken auszuführen.
Ferner ist der 2 zu entnehmen, dass die Andrückeinrichtung 9 mittels einer Federvorrichtung 19, insbesondere einer Feder 21, relativ zu der Schmelzschichtungsanlage 1 verlagerbar angeordnet ist.
Weiterhin ist den 1 und 2 zu entnehmen, dass der Druckkopf 7 mindestens eine beheizbare Düse 23 aufweist, mit welcher das Druckmaterial 11 auf das Druckbett 5 aufgebracht beziehungsweise ein Schmelzschichtobjekt 3 aufgebaut wird.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass alle durch den Druckkopf 7 aufgebrachten Schichten aus dem gleichen Druckmaterial 11 oder zumindest teilweise aus verschiedenen Druckmaterialien bestehen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druckkopf 7 eine weitere beheizbare Düse (in den Figuren nicht gezeigt) aufweist. Hierdurch ist es möglich auch verschiedene Druckmaterialien zu drucken.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die durch den Druckkopf 7 aufgebrachten Schichten 11 mit einem Ende alternierend ineinander übergehen.
In 3 ist schematisch ein Ablaufplan einer Ausführungsform des Verfahrens gezeigt, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Drucken einer ersten Schicht 25 eines Schmelzschichtobjekts 3 auf dem Druckbett 5,
b) Andrücken der noch heißen soeben gedruckten ersten Schicht 25 mittels der Andrückeinrichtung 9,
c) Drucken einer weiteren zweiten Schicht 27 auf die soeben aufgebrachte und angedrückte erste Schicht 25,
d) erneutes Andrücken der weiteren gedruckten zweiten Schicht 27 mittels der Andrückeinrichtung 9,
e) Wiederholen der Verfahrensschritte c) bis d) bis ein zu druckendes Schmelzobjekt 3 fertiggestellt ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009024334 A1 [0005]

Claims

Schmelzschichtungsanlage (1) zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts (3) mittels Schmelzschichtung, aufweisend ein Druckbett (5) sowie einen relativ zu dem Druckbett (5) verlagerbar gelagerten Druckkopf (7), wobei der Druckkopf (7) dazu eingerichtet ist, ein Schmelzschichtobjekt (3) mittels Schmelzschichtung aufzubauen, wobei die Schmelzschichtungsanlage (1) weiterhin eine Andrückeinrichtung (9) aufweist, welche ebenfalls relativ zu dem Druckbett (5) verlagerbar gelagert und dazu eingerichtet ist, eine durch den Druckkopf (7) aufgebrachte Schicht an Druckmaterial (11) relativ zu dem Druckbett (5) mit einer Kraft zu belasten, wenn sich das Druckmaterial (11) noch in heißem und/oder flüssigen Zustand befindet.
Schmelzschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (9) durch einen zylinderförmigen Formkörper (13), manchmal auch als Roller (15) bezeichnet, ausgebildet wird.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (9) beheizbar ausgebildet ist, in der Art, dass eine Oberfläche (17) der Andrückeinrichtung (9), welche beim Andrücken mit dem Druckmaterial (11) in Kontakt kommt, beheizt ist.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, mit einer konstanten Kraft ein Andrücken auszuführen.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (9) mittels einer Federvorrichtung (19), insbesondere einer Feder (21), relativ zu der Schmelzschichtungsanlage (1) verlagerbar angeordnet ist.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (7) mindestens eine beheizbare Düse (13 aufweist, mit welcher das Druckmaterial (11) auf das Druckbett (5) aufgebracht beziehungsweise ein Schmelzschichtobjekt (3) aufgebaut wird.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle durch den Druckkopf (7) aufgebrachten Schichten aus dem gleichen Druckmaterial (11) oder zumindest teilweise aus verschiedenen Druckmaterialien bestehen.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (7) eine weitere beheizbare Düse aufweist.
Schmelzschichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Druckkopf (7) aufgebrachten Schichten (11) mit einem Ende alternierend ineinander übergehen.
Verfahren zur Herstellung eines Schmelzschichtobjekts (3) mit einer Schmelzschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte ausgeführt werden: a) Drucken einer ersten Schicht (25) eines Schmelzschichtobjekts (3) auf dem Druckbett (5), b) Andrücken der noch heißen soeben gedruckten ersten Schicht (25) mittels der Andrückeinrichtung (9), c) Drucken einer weiteren zweiten Schicht (27) auf die soeben aufgebrachte und angedrückte erste Schicht (25), d) erneutes Andrücken der weiteren gedruckten zweiten Schicht (27) mittels der Andrückeinrichtung (9), e) Wiederholen der Verfahrensschritte c) bis d) bis ein zu druckendes Schmelzschichtobjekt (3) fertiggestellt ist.