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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik und einen Beschichter mit Unterdruckverschluss.
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In der europäischen Patentschrift
EP 0 431 924 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht mittels Beschichter (Recoater) auf eine Bauplattform aufgetragen und das Partikelmaterial (allgemein Fluid) selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtdicke in einem Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt (Formteil).
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Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Partikelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann vom Restpulver z.B. durch Abbürsten befreit werden.
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In 3D-Druckverfahren eingesetzten 3D-Druckvorrichtungen wird die Partikelmaterialzufuhr auf die Bauplattform mit einem Beschichter ausgeführt, der eine steuerbare Öffnung haben kann. Die Beschichteröffnung kann benachbart eine oder mehrere Schwingklingen aufweisen und die 3D-Druckvorrichtung kann mit einem Mechanismus zur Erzeugung von Schwingungen ausgestattet sein, wodurch ein gesteuertes Entlassen des Fluids durch die erzeugten Schwingungen möglich wird. Die Öffnung des Beschichters wird durch die Bildung eines Schüttkegels in dem Fluid verschlossen, wodurch kein Fluid mehr austritt, wenn keine Schwingungen erzeugt werden. Durch den Mechanismus zur Erzeugung von Schwingungen werden Schwingungen erzeugt, die die Schüttkegel aufbrechen und das Fluid austreten lassen. Durch das An- und Ausschalten der Schwingungen kann der Fluidaustritt gesteuert werden.
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Es kann nun das Problem auftreten, dass es in einer 3D-Vorrichtung oder in einem 3D-Verfahren zu Schwingungen kommt, die nicht durch den Mechanismus zum Erzeugen von Schwingungen am Beschichter erzeugt werden, sondern von anderen Schwingungsquellen verursacht werden. Dies kann z.B. in komplexeren Maschinenaufbauten auftreten. Sofern derartige Schwingungen eine bestimmte Schwelle überschreiten und auf die Brückenbildung im Fluid wirken, kann es vorkommen, dass die Brückenbildung im Fluid aufgebrochen wird und somit das Fluid ungerichtet aus dem Beschichter entlassen wird. In diesem Fall interferiert eine undefinierte Schwingung mit einer definierten Steuerung der Fluidabgabe und damit mit der Steuerung der Fluidabgabe, die damit zumindest teilweise fehlgesteuert und unpräzise wird. Dies kann dazu führen, dass eine kontrollierte Fluidabgabe im Wesentlichen unmöglich wird. Ungewollte und undefinierte Schwingungen (undefinierte Schwingungen oder Störschwingungen) treten dabei umso öfter auf desto grösser und komplexer eine 3D-Druckanlage ist oder wenn eine 3D-Druckmaschine in einem größeren Maschinenaufbau integriert ist.
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Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung konstruktive Mittel bereitzustellen, die ein verbessertes 3D-Druckverfahren erlauben oder zumindest die Nachteile des Standes der Technik verbessern helfen oder die Nachteile des Standes der Technik ganz zu vermeiden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, deren Fluidabgabe aus dem Beschichter auch beim Auftreten von Störschwingungen im Wesentlichen gesteuert arbeitet und eine kontrollierte Fluidabgabe im Wesentlichen gewährleistet ist.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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In einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen, die neben den zum Betrieb üblichen Komponenten einer 3D- Vorrichtung einen Beschichter aufweist, wobei der Beschichter mit einem Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Fluid, z.B. Partikelmaterial, verbunden ist - und der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt - und der Unterdruck mit dem steuerbaren Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen koordiniert geschaltet ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, umfassend die Schritte Einschalten/Anlegen eines Unterdrucks an einem Beschichter (mit Vorratsbehälter), der Fluid enthält, der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, Erzeugen von definierten Schwingungen an dem Beschichter oder einer Beschichterklinge des Beschichters und Ausschalten des Unterdrucks an dem Beschichter, Entlassen des Fluids aus der Austrittsöffnung des Beschichters, wobei dieser Vorgang beliebig wiederholt werden kann.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen und insbesondere das Steuern der Abgabe von Fluiden aus einem Beschichter einer 3D-Druckvorrichtung, wobei zum Verschließen des Beschichters Unterdruck am Beschichter angelegt wird, der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, ein Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen ausgeschaltet wird (wodurch kein Fluid mehr aus der Austrittsöffnung austritt) und zur Abgabe von Fluiden definierte Schwingungen einer Beschichterklinge mit einem Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen erzeugt werden und der Unterdruck an dem Beschichter ausgeschaltet wird, wodurch das Fluid aus der Austrittsöffnung des Beschichters entlassen wird, wobei dieser Vorgang beliebig wiederholt werden kann.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein 3D-Formteil hergestellt gemäß dem oben beschriebenen Verfahren und/oder gemäß der oben beschriebenen Vorrichtung.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die geeignet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der Offenbarung.
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Figurenliste
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- Die 1 - 1.3 zeigen eine Ausprägung der Erfindung mit waagerechter Austrittsöffnung. Die und .2 stellen die zwei Schaltzustände des Systems dar. Liegt Unterdruck an der dem Behälter abgewandten Seite des porösen Mittels an und wird gleichzeitig keine Schwingung des Vorratsbehälters erzeugt, wird das Partikelmaterial im Vorratsbehälter gehalten. ( .1). Wird der Unterdruck vom porösen Mittel entfernt und gleichzeitig eine Schwingung eingebracht, fließt das Partikelmaterial aus dem Behälter aus ( .2). Die Schwingung ist für den Ausfluss allerdings nicht zwingend relevant. Das hängt von der Fließfähigkeit des Partikelmaterials ab. Der Ausfluss des Partikelmaterials kann zum Beispiel auch nur mit dem Unterdruck gestartet und gestoppt werden, unabhängig davon, ob eine Schwingung anliegt oder nicht. In jedem Fall kann der Unterdruck das Ausfließen verhindern, wenn Störschwingungen zu der Beschichtereinheit gelangen. .3 zeigt die längliche Bauform der Beschichtereinheit.
- 2.1 zeigt eine ähnliche Ausprägung der Erfindung. Die Form des Vorratsbehälters ist eine andere und das Schwinggelenk ist an der Vorratsbehälterrückwand angebracht, und nicht wie in den .1-1.3 an der Frontwand des Vorratsbehälters. Dies soll zeigen, dass die Bauform des Vorratsbehälters für die Erfindung prinzipiell nicht relevant ist. Damit sind alle in den Skizzen gezeigten Bauformen nicht einschränkend. Bei beiden Ausprägungen (1.1-2.1) wird der Unterdruck durch die Vorratsbehälterrückwand angelegt.
- 3.1 stellt eine Ausprägung dar, die eine senkrechten Austrittsöffnung aufweist. Die Form der Beschichterklinge weicht ebenfalls von der der .1 ab. Beide Merkmale sind also nicht einschränkend für die Erfindung. Eine schräge Austrittsöffnung und andere Klingenformen sind ebenfalls denkbar. Der Unterdruck wird in der gezeigten Ausprägung durch eine oder beide Stirnseiten des Vorratsbehälters angelegt, auch dies nicht einschränkend. .2 zeigt das gleiche System mit einem zusätzlichen porösen Medium und einer weiteren Möglichkeit, Unterdruck anzulegen. Poröses Medium und Unterdruck müssen also nicht zwingend durch die Behälterrückwand eingebracht werden.
- 4.1 zeigt eine Ausprägung der Erfindung in Kombination mit einer Ausprägung der Erfindung „doppelt wirkender Beschichter“. Es muss also bei der Erfindung nicht zwingend nur eine Beschichterklinge verbaut sein.
- Die 5 und 5.2 zeigen ebenfalls eine Ausprägung der Erfindung in Kombination mit einer Ausprägung der Erfindung „doppelt wirkender Beschichter“. Diese Ausprägung besitzt 2 Austrittsöffnungen. Um den Partikelmaterialstrom durch jede Austrittsöffnung schalten zu können, muss je Austrittsöffnung mindestens ein poröses Medium vorhanden sein. Außerdem muss der Unterdruck für die das/die poröse Medium/Medien, welche einer Austrittsöffnung zugeordnet sind, unabhängig vom Unterdruck für das/die poröse Medium/Medien der anderen Austrittsöffnung geschalten werden können.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegenden Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder/und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder/und 3. Weitere bevorzugte Aspekte sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe der Offenbarung näher erläutert.
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„3D-Formteil“, „Formkörper“ oder „Bauteil“ im Sinne der Offenbarung sind alles mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.
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„Bauraum“ ist der geometrische Ort in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst oder durch den die Schüttung bei kontinuierlichen Prinzipien durchläuft. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt. Bei kontinuierlichen Prinzipien existieren meist ein Förderband und begrenzende Seitenwände. Der Bauraum kann auch durch eine sogenannte Jobbox ausgestaltet sein, die eine in die Vorrichtung ein- und ausfahrbare Einheit darstellt und eine Batch-Herstellung erlaubt, wobei eine Jobbox nach Prozessabschluss ausgefahren wird und sofort eine neue Jobbox in die Vorrichtung eingefahren werden kann, sodass das Herstellungsvolumen und somit die Vorrichtungsleistung erhöht wird.
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Als „Partikelmaterialien“ oder „partikelförmige Baumaterialien“ oder „Baumaterialien“ oder „Fluid““ können alle für den Pulver-basierten 3D Druck bekannten Materialien verwendet werden, insbesondere Polymere, Keramiken und Metalle. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes Pulver, es kann aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver oder eine partikelbeladene Flüssigkeit verwendet werden. In dieser Schrift werden Partikelmaterial und Pulver synonym verwendet.
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Der „Partikeimaterialauftrag““ ist der Vorgang bei dem eine definierte Schicht aus Pulver erzeugt wird. Dies kann entweder auf der Bauplattform oder auf einer geneigten Ebene relativ zu einem Förderband bei kontinuierlichen Prinzipen erfolgen. Der Partikelmaterialauftrag wird im Weiteren auch „Beschichtung“ oder „Recoaten“ genannt.
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„Selektiver Flüssigkeitsauftrag“ kann im Sinne der Offenbarung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig, beispielsweise mehrfach bezogen auf einen Partikelmaterialauftrag, erfolgen. Dabei wird ein Schnittbild durch den gewünschten Körper aufgedruckt.
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Als „Vorrichtung“ zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der Offenbarung kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter, Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder anderer Bauteile bei kontinuierlichen Verfahren, Dosiervorrichtungen und Wärme- und Bestrahlungsmittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.
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Das Baumaterial gemäß der Offenbarung wird immer in einer „definierten Schicht“ oder „Schichtstärke“ aufgebracht, die je nach Baumaterial und Verfahrensbedingungen individuell eingestellt wird. Sie beträgt beispielsweise 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm.
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Ein „Beschichter“ im Sinne der Offenbarung ist ein Vorrichtungsteil, das Fluid, z.B. Partikelmaterial wie z.B. mineralische oder metallische Materialien oder Kunststoffe, Holz in Form von Partikeln oder Gemische davon, aufnehmen kann und gesteuert auf eine Bauplattform einer 3D-Vorrichtung in Schichten abgibt oder aufträgt. Dabei kann der Beschichter länglich ausgestaltet sein und oberhalb einer Austrittsöffnung befindet sich in einem Vorratsbehälter das Partikelmaterial.
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Ein „Vorratsbehälter“ im Sinne der Offenbarung ist das Bauteil eines Beschichters zu verstehen, in dem das Partikelmaterial eingefüllt ist und über eine Austrittsöffnung gesteuert auf die Bauplattform der 3D-Vorrichtung abgegeben und aufgetragen wird.
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Eine „Beschichterklinge“ im Sinne der Offenbarung ist ein im Wesentlichen flaches metallisches oder aus einem anderen geeigneten Material gefertigtes Bauteil, das sich an der Austrittsöffnung des Beschichters befindet und über das das Fluid auf die Bauplattform abgegeben wird und glatt gestrichen wird. Ein Beschichter kann eine oder zwei oder mehrere Beschichterklingen aufweisen. Eine Beschichterklinge kann eine Schwingklinge sein, die Schwingungen im Sinne einer Drehbewegung ausführt, wenn sie angeregt wird. Weiterhin kann diese Schwingung ein- und ausgestellt werden durch ein Mittel zum Erzeugen von Schwingungen.
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Je nach der Anordnung der Austrittsöffnung ist die Beschichterklinge im Sinne der Offenbarung „im Wesentlichen waagerecht“ oder „im Wesentlichen senkrecht“ angeordnet.
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Eine „Austrittsöffnung“ im Sinne der Offenbarung befindet sich z.B. an der Unterseite oder seitlich am Beschichter und steht in Verbindung mit einer Beschichterklinge. Die Austrittsöffnung verläuft über die länge des Beschichters und restreckt sich über die gesamte Breite der Bauplattform. Sofern mehrere Beschichterklingen verwendet werden, ist jeweils eine Austrittsöffnung an einer Beschichterklinge angeordnet.
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Die Austrittsöffnung ist dabei im Sinne der Offenbarung am Beschichter entsprechend der Beschichterklinge „im Wesentlichen waagerecht“ also seitlich am Beschichter oder „im Wesentlichen senkrecht“ also unten am Beschichter angeordnet.
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Ein „Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks“ im Sinne der Offenbarung kann eine Pumpe oder jedwedes Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks sein. Es ist außerhalb des Beschichters angeordnet und steht über besondere Mittel zum Zurückhalten des Partikelmaterials mit dem Beschichter, d.h. mit dem Innenraum, z.B. dem Vorratsbehälter, in Verbindung. Es kann somit ein Unterdruck in dem im Beschichter vorhandenen Partikelmaterial erzeugt werden, wodurch eine gesteuerte Abgabe und das Stoppen der Abgabe des Partikelmaterials trotz Störschwingungen unterstützt oder ermöglicht wird. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Mittel zum Erzeugen von Unterdruck auch umgeschaltet werden kann. Dadurch können z.B. kurze Überdruckstöße in die Siebe, die semipermeablen Membranen, die Saugplatten (Unterdruck-Pad) oder die porösen Mittel eingeblasen werden, um diese mittels Umkehrstrom zu reinigen. Um ein Ausblasen des Fluids aus dem Beschichter zu verhindern, können weitere Mittel im Inneren des Beschichters angeordnet sein, die dem entgegenwirken.
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Ein „steuerbarer Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen“ oder ein „Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen“ im Sinne der Offenbarung kann ein Exzenter oder eine magnetische Spule oder jedwedes Mittel sein, das definierte Schwingungen oder Schwingungen an einem Bestimmten Bauteil in einer Vorrichtung erzeugen kann. Im Sinne der Offenbarung wird eine Schwingung an der oder den Beschichterklingen erzeugt. Die so erzeugten Schwingungen an der Beschichterklinge sind so groß bzw. so stark, dass sie Schüttkegel in dem Partikelmaterial, die die Austrittsöffnung des Beschichters verschließen, wenn das Mittel zum Erzeugen von Schwingungen ausgeschaltet ist.
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Unter „koordiniert geschaltet“ im Sinne der Offenbarung ist zu verstehen, dass zwei oder mehrere Funktionen in einer Vorrichtung oder einem Verfahren in einer bestimmten Weise geschaltet sind, z.B dass mindestens zwei Funktionen so geschaltet sind, dass ein bestimmter Effekt erzeugt werden kann. Z.B. kann der Unterdruck angeschaltet und reguliert werden und die Schwingung an der Beschichterklinge ausgeschaltet sein und umgekehrt. Ein derartiger Effekt kann sein, dass . Damit kann eine bestimmte Wirkung erzielt werden, wie das Schließen oder Öffnen einer Austrittsöffnung in einem Beschichter.
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Unter „Einschalten“ oder „Anlegen eines Unterdrucks an einem Beschichter“ im Sinne der Offenbarung ist zu verstehen, das ein Mittel zum Erzeugen eines Unterdruckes angeschaltet wird und in dem Fluid, das sich in einem Beschichter befindet, ein Unterdruck in dem Partikelmaterial oder zumindest ein Vakuum in dem Fluid erzeugt wird, das sich im Bereich der Austrittsöffnung befindet. Das Vakuum wird über einen Kreislauf von geeigneten Mitteln, wie Schläuchen, erzeugt, die mit dem Beschichter verbunden sind. Dabei werden Mittel verwendet, die dafür sorgen, dass das Fluid im Wesentlichen in dem Beschichter verbleibt und die zwischen dem Fluid und dem Mittel zum Erzeugen von Unterdruck angeordnet sind. Somit wirkt der Unterdruck auf das Fluid im Inneren des Beschichters und im Fluid entsteht ein Unterdruck. Der Unterdruck kann ein- und ausgeschaltet werden und er kann koordiniert mit anderen Funktionen der Vorrichtung und während des Druckverfahrens geschaltet werden. Der im Fluid im Beschichter erzeugte Unterdruck trägt dazu bei, dass das Fluid trotz Störschwingungen nicht aus dem Beschichter austritt, wenn die definierten Schwingungen in der Vorrichtung bzw. während des Verfahrens ausgeschaltet sind.
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Ein „Verschließen des Beschichters“ im Sinne der Offenbarung bedeutet, dass die Austrittsöffnung mit Fluid verschlossen ist und im Wesentlichen kein Fluid auf die Bauplattform abgegeben wird. Dieser Verschluss beruht auf einer Brückenbildung im Fluid. Beim Auftreten von Störschwingungen unterstützt das anlegen von Unterdruck am Beschichter bzw. die Unterdruckbildung im Fluid die Bildung oder/und Aufrechterhaltung der Brückenbildung und gewährleistet so, dass die Austrittsöffnung trotzt Störschwingungen verschlossen bleibt und im Wesentlichen kein Fluid auf die Bauplattform abgegeben wird.
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Das „Öffnen des Beschichters“ im Sinne der Offenbarung wird einerseits bewirkt durch das Einschalten einer definierten Schwingung an der Beschichterklinge, wodurch die Brückenbildung im Fluid aufgebrochen wird und das Fluid aus der Austrittsöffnung auf die Bauplattform abgegeben wird. Andererseits und wenn ein Unterdruck an dem Beschichter angelegt ist, wird dieser im Wesentlichen gleichzeitig ausgeschaltet, wenn die definierten Schwingungen erzeugt werden. Damit kommt es dann zur „Abgabe von Fluiden“ im Sinne der Offenbarung. Somit wird „Fluid aus der Austrittsöffnung des Beschichters entlassen“ im Sinne der Offenbarung.
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Unter „undefinierten Schwingungen“ oder „Störschwingungen“ im Sinne der Offenbarung sind jegliche Schwingungen an einer 3D-Vorrichtung oder/und an dem Beschichter oder/und an der Beschichterklinge zu verstehen, die nicht dem Zweck einer kontrollierten Abgabe von Fluid aus dem Beschichter bzw. dem kontrollierten Öffnen der Austrittsöffnung des Beschichters dienen.
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Weitere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden weiter beschrieben.
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In einem Aspekt betrifft die Offenbarung eine Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden geeignet für 3D-Druckvorrichtungen, umfassend eine Beschichterklinge, eine Austrittsöffnung zur Abgabe von Fluid, einen steuerbaren Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen der Beschichterklinge, einen Beschichter mit Vorratsbehälter zur Aufnahme von Fluid, z.B. Partikelmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichter mit einem Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Fluid, z.B. Partikelmaterial, verbunden ist und der Unterdruck mit dem steuerbaren Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen koordiniert geschaltet ist.
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In einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Entlassen von Fluiden, z.B. Partikelmaterial, umfassend die Schritte Einschalten/Anlegen eines Unterdrucks an einem Beschichter, der Fluid enthält, wobei der Unterdruck auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, Erzeugen von definierten Schwingungen an einer Beschichterklinge des Beschichters und Ausschalten des Unterdrucks an dem Beschichter, Entlassen des Fluids aus der Austrittsöffnung des Beschichters.
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In einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Steuern der Abgabe von Fluiden (z.B. Partikelmaterial) aus einem Beschichter einer 3D-Druckvorrichtung, wobei zum Verschließen des Beschichters Unterdruck am Beschichter angelegt wird, der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, ein Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen ausgeschaltet wird (wodurch kein Fluid mehr aus der Austrittsöffnung austritt) und zur Abgabe von Fluiden definierte Schwingungen einer Beschichterklinge mit einem Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen erzeugt werden und der Unterdruck an dem Beschichter ausgeschaltet wird, wodurch das Fluid aus der Austrittsöffnung des Beschichters entlassen wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Offenbarung wurde eine besonders vorteilhafte Lösung bereitgestellt, die eine unkontrollierte Abgabe von Fluid aus einem Beschichter einer 3D-Druckvorrichtung aufgrund von Störschwingungen reduziert oder im Wesentlichen verhindert. Somit stellt die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Offenbarung eine vorteilhafte Lösung des der Anmeldung zugrunde liegenden Problems dar.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die oben ausgeführten Probleme oder Nachteile zumindest vermindert oder ganz vermieden.
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In weiteren und bevorzugten Aspekten betrifft die Offenbarung Folgendes:
- Die Offenbarung betrifft Vorrichtungen sowie Verfahren geeignet für den 3-Druck, wobei definiert und gesteuert Fluid aus einem Beschichter abgegeben bzw. die Abgabe unterbrochen werden kann, obwohl in der Anlage, Druckanlage oder der Zusammenstellung von verschiedenen Komponenten einer 3D-Druckvorrichtung oder von mehreren 3D-Druckvorrichtungen Störschwingungen die gezielte Abgabe bzw. die Unterbrechung der Abgabe von Fluid nicht.
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Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Vorrichtung zum Auftragen von Fluiden geeignet für 3D-Druckvorrichtungen, umfassend eine Beschichterklinge, eine Austrittsöffnung zur Abgabe von Fluid, einen steuerbaren Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen der Beschichterklinge, einen Beschichter mit Vorratsbehälter zur Aufnahme von Fluid, z.B. Partikelmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichter mit einem Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Fluid, z.B. Partikelmaterial, verbunden ist ((, der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt)) und der Unterdruck mit dem steuerbaren Mechanismus zur Erzeugung von definierten Schwingungen koordiniert geschaltet ist.
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Insbesondere betrifft die Offenbarung auch ein Verfahren zum Entlassen von Fluiden, z.B. Partikelmaterial, umfassend die Schritte Einschalten/Anlegen eines Unterdrucks an einem Beschichter, der einen Behälter aufweist, der Fluid enthält oder/und der einen Vorratsbehälter aufweist, der Fluid enthält, wobei der Unterdruck auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, wobei der Unterdruck dazu beiträgt das Austreten des Fluids durch undefinierte Schwingungen aus der Austrittsöffnung des Beschichters zu verhindern, Erzeugen von definierten Schwingungen an einer Beschichterklinge des Beschichters und Ausschalten des Unterdrucks an dem Beschichter, Entlassen des Fluids aus der Austrittsöffnung des Beschichters.
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Insbesondere betrifft die Offenbarung auch ein Verfahren zum Steuern der Abgabe von Fluiden (z.B. Partikelmaterial, einen rieselfähigen Stoff) aus einem Beschichter einer 3D-Druckvorrichtung, wobei zum Verschließen des Beschichters Unterdruck am Beschichter angelegt wird, der auf das Fluid im Inneren des Beschichters wirkt und wobei im Fluid ein Unterdruck entsteht, ein Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen ausgeschaltet wird - wodurch im Wesentlichen kein Fluid mehr aus der Austrittsöffnung austritt - und zur Abgabe von Fluiden definierte Schwingungen einer Beschichterklinge mit einem Mittel zur Erzeugung von definierten Schwingungen erzeugt werden und der Unterdruck an dem Beschichter ausgeschaltet wird, wodurch das Fluid aus der Austrittsöffnung des Beschichters entlassen wird.
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In der Vorrichtung und den Verfahren wie hierin beschrieben können alle für den 3D-Druck geeigneten und bekannten rieselfähigen Stoffe Verwendung finden, die mit den weiteren Vorrichtungsmitteln sowie den weiteren Verfahrensparametern kompatibel sind. Ein geeignetes Fluid kann ein Partikelmaterial sein und es kann mineralisch, metallisch, ein Kunststoff, ein Holz oder Gemische davon sein.
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In der Vorrichtung und dem Verfahren können bekannte Beschichterklingen zum Einsatz kommen, die an die weiteren Mittel und Vorrichtungs- sowie Verfahrenskomponenten und -parameter angepasst sind. Die Beschichterklinge kann beispielsweise ausgeführt sein las eine oder zwei Beschichterklingen, wobei diese z.B. im Wesentlichen waagerecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordnet sein können.
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Die Austrittsöffnung an der Beschichterklinge ist dabei in Abstimmung mit den anderen Vorrichtungs- und Verfahrensbedingungen ausgewählt und angepasst, wobei die Austrittsöffnung im Wesentlichen waagerecht oder im Wesentlichen senkrecht angeordnet sein kann.
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Zur Erzeugung einer definierten Schwingung können alle dem Fachmann bekannten Mittel eingesetzt werden, dies dem Fachmann wohl bekannt sind und deshalb hier nicht weiter ausgeführt werden müssen. Die definierten Schwingungen können beispielsweise erzeugt werden durch einen Exzenter oder eine magnetische Spule.
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Zum Erzeugen eines Vakuums oder umgekehrten Vakuums (d.h. einem Überdruck zur Reinigung) können alle dem Fachmann bekannten Mittel eingesetzt werden, dies dem Fachmann wohl bekannt sind und deshalb hier nicht weiter ausgeführt werden müssen. Beispielsweise kann das Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks eine Vakuumpumpe sein.
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Es ist vorteilhaft eine Mittel vorzusehen, das verhindert, dass beim Anlegen des Unterdrucks das Fluid aus dem Beschichter bzw. aus dem Vorratsbehälter abgesaugt wird. Somit kann in einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach der Offenbarung so vorgesehen sein, dass zwischen dem Beschichter und dem Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks ein oder mehrere Siebe, eine oder mehrere semipermeable Membranen, eine oder mehrere Saugplatten (Unterdruck-Pad) oder ein oder mehrere poröse Mittel angeordnet sind, dessen mittlere Durchmesser der Durchtrittsöffnungen kleiner als das Partikelmaterial sind, vorzugsweise wobei der mittlere Durchmesser der Durchtrittsöffnungen kleiner als 2 Millimeter oder kleiner als 1 Millimeter oder kleiner als 0,1 bis 0,05 Millimeter ist.
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Ein derartiges Mittel ist in einer geeigneten Position angeordnet. Z.B. kann das Sieb, die semipermeable Membran, die Saugplatte oder/und das poröse Mittel seitlich im Vorratsbehälter des Beschichters oder/und seitlich oberhalb der Schwingklinge angebracht sein.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn ein bestimmter Pegel an Fluid in der Vorrichtung eingestellt ist und so während des Verfahrens beibehalten wird. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Sieb, die semipermeable Membran, die Saugplatte oder/und das poröse Mittel im Betrieb im Wesentlichen mit Partikelmaterial bedeckt ist.
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Der Unterdruck wird in Übereinstimmung mit den anderen Verfahrensbedingungen eingestellt und er kann auch während des Verfahrens variieren, z.B. kann der Unterdruck 50 - 999 oder 100 - 400 mbar, vorzugsweise 200 - 250 mbar betragen.
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Es kann vorteilhaft sein, das Mittel wie das Sieb, die semipermeable Membran, die Saugplatte oder/und das poröse Mittel zu reinigen. Dazu kann es vorteilhaft sein, wenn die Richtung des Unterdrucks umgekehrt werden kann bzw. wobei der Unterdruck in Überdruck umgeschaltet werden kann, um das Sieb, die semipermeable Membran, die Saugplatte oder/und das poröse Mittel zu reinigen.
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In Verbindung mit dem Sieb, der semipermeablen Membran, der Saugplatte oder/und dem porösen Mittel kann ein Schieber oder eine Kippjalousie innen im Beschichter vorgesehen sein, um das Einblasen von Luft in das Fluid zu verhindern oder zu reduzieren. Dieses Mittel wie Schieber oder Kippjalousie kann jeweils parallel zu dem Sieb, der semipermeablen Membran, der Saugplatte oder/und dem poröse Mittel angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorratsbehälter
- 2
- Beschichterklinge
- 3
- Austrittsöffnung
- 4
- Sieb oder semipermeable Membran oder Saugplatte oder poröses Mittel
- 5
- Unterdruck
- 6
- Fluid (Partikelmaterial)
- 7
- Schwingung
- 8
- Fluidstrom (Partikelmaterialstrom)
- 9
- Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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