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Die Erfindung betrifft eine erste Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung jeweils zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte, insbesondere eine solche Vorrichtung mit einer Löschvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Löschen eines Brandes innerhalb einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte.
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Die Temperatur, bei der sich eine brennbare Substanz in Gegenwart von Sauerstoff (oder einem anderen Oxidator) ohne konkrete Zündquelle sondern rein auf Grund der herrschenden Temperatur entzündet, wird Zündtemperatur genannt. Das Erreichen der Zündtemperatur in Arbeitsabläufen, die im Beisein solcher brennbaren Substanzen erfolgen, sind zur Sicherung der Brandvermeidung grundsätzlich zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte sicherer zu gestalten.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte, aufweisend:
- - eine verschließbare Kammer mit einer beheizbaren Materialdüse zum Ausbringen von verflüssigtem oder pulverförmigem oder plastischem Material für die generative Herstellung eines dreidimensionalen Objekts in der Kammer,
- - einen Brandsensor, der zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer ausgeführt ist,
- - eine Löschvorrichtung, die zum Einleiten eines Löschmediums in die Kammer ausgeführt ist, und
- - eine mit der Löschvorrichtung und dem Brandsensor verbundene Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer durch den Brandsensor die Löschvorrichtung zum Einleiten des Löschmediums in die Kammer anzusteuern.
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Die Löschvorrichtung ist zum Einleiten des Löschmediums in die Kammer insbesondere durch Pumpen oder Öffnen eines Ventils ausgeführt. Das Löschmedium wird insbesondere einem Druckbehälter als Vorratsspeicher für das Löschmedium oder einer Zuführleitung für Löschmedium entnommen. Ein solcher Druckbehälter weist bevorzugt das unter Schwerkrafteinfluss stehende Löschmedium in entsprechender Anordnung oberhalb des Ventils auf, so dass durch den Schwerkrafteinfluss das Löschmedium von alleine nach Öffnen des Ventils in die Kammer strömt, und/oder wobei der Druckbehälter eine unter Spannung stehende elastische Hülle, bspw. aus Gummi, aufweist, dessen elastische Rückstellkräfte das Löschmedium aus dem sich zusammenziehenden Druckbehälter drücken, und/oder der Druckbehälter aus einem steifen Material ist und ein unter gegenüber dem in der Kammer befindlichen Gasdruck mit einem Überdruck beaufschlagt ist, um das Löschmedium aus dem Druckbehälter in die Kammer zu drücken, wenn das Ventil geöffnet wird.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte, aufweisend
- - eine verschließbare Kammer mit einer beheizbaren Materialdüse zum Ausbringen von verflüssigtem oder pulverförmigem oder plastischem Material für die generative Herstellung eines dreidimensionalen Objekts in der Kammer,
- - einen Brandsensor, der zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer ausgeführt ist,
- - eine Löschvorrichtung, die zum gasdichten Verschließen der Kammer ausgeführt ist, und
- - eine mit der Löschvorrichtung und dem Brandsensor verbundene Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer durch den Brandsensor die Löschvorrichtung zum gasdichten Verschließen der Kammer anzusteuern.
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Das gasdichte Verschließen der Kammer bewirkt vorteilhaft, dass kein weiterer Sauerstoff über den durch einen Brand verbrauchten hinaus in die Kammer mit dem Brandherd nachströmen kann. Der Brand in der Kammer kann so vorteilhaft erstickt werden.
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Bevorzugt ist die jeweilige Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte ein 3D-Drucker, der dazu ausgeführt ist, schrittweise durch Auftragen und/oder Härten eines Materials über vordefinierte Bahnen der Materialdüse ein dreidimensionales Objekt herzustellen. Bevorzugt ist das von der beheizbaren Materialdüse dazu ausgebrachte Material Kunststoff. Um insbesondere den Kunststoff in einen plastisch einfach verformbaren bis hin zu flüssigen Zustand zu überführen bzw. in diesem Zustand beim Ausbringen durch die Materialdüse zu halten (je nachdem ob die Materialdüse alleinig den Wärmeeintrag in das Material erbringt oder der Wärmeeintrag bereits in einer Vorheizeinheit größtenteils erbracht wird), ist die Materialdüse beheizbar. Liegt ein Defekt an der Materialdüse vor oder fallen Teile davon ab, besteht grundsätzlich Brandgefahr, insbesondere dann, wenn sich weitere brennbare Teile in der Kammer befinden. Ein Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts wird bisweilen auch „Additive Fertigung“ genannt, wobei insbesondere beim 3D-Druck das Material Schicht für Schicht auf die bereits zumindest teilweise ausgehärteten unteren Schichten aufgetragen wird. Auch bestimmte Keramiken kommen als Verwendung für das Material in Frage.
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Der Brandsensor ist insbesondere zum Detektieren einer offenen Flamme innerhalb der Kammer ausgeführt. Weiterhin bevorzugt ist er auch zum Detektieren eines Schwelbrands ausgeführt.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass in einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte entstehende Brände direkt an ihrem Ursprungsort bekämpft werden, und damit das Betreiben einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte sicherer gestaltet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kammer im verschlossenen Zustand gasdicht gegenüber der Umgebung der Kammer.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kammer gasdicht gegenüber der Umgebung der Kammer mittels Ansteuerung eines Schließmechanismus verschließbar, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer den Schließmechanismus zum gasdichten Verschließen der Kammer anzusteuern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Löschmedium zumindest eines aus den folgenden: Inertgas, Wasser, Löschschaum, Löschpulver.
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Inertgas ist insbesondere Gas, das sehr reaktionsträge ist, und insbesondere bei einem Brand selbst keine Redoxreaktion unterstützt oder auslöst, sondern vielmehr reaktionsfreudige Gase (wie den Sauerstoff der Luft) verdrängt. Bevorzugt wird als Inertgas Kohlendioxid oder Stickstoff verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer durch den Brandsensor die Löschvorrichtung zum Einleiten einer vordefiniert begrenzten Menge des Löschmediums in die Kammer anzusteuern.
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Die begrenzte Menge stellt insbesondere für den Fall von Inertgas als Löschmedium sicher, dass die Umgebung der Kammer bei Undichtigkeiten der Kammer nur begrenzt mit Inertgas geflutet wird. Auch im Falle von Wasser oder Löschschaum werden hierdurch vorteilhaft Schäden an der Umgebung der Vorrichtung verhindert oder zumindest minimiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer durch den Brandsensor eine Spannungsversorgung der beheizbaren Materialdüse zu unterbrechen.
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Vorteilhaft wird hierdurch ein weiterer Hitzeeintrag durch die Heizung der Materialdüse im Falle eines Brandes verhindert, und die von dem dort fließenden elektrischen Strom ausgehende Gefahr wird ferner auch vorteilhaft beseitigt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit mit einem Drucksensor verbunden, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, beim Unterschreiten einer vordefinierten Drucksteigerung innerhalb der Kammer während des Einleitens des Löschmediums in die Kammer das Einleiten des Löschmediums zu unterbrechen oder abzubrechen.
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Die Drucksteigerung innerhalb der Kammer gibt insbesondere abhängig von der Menge des eingeleiteten Gases ein Maß für die Dichtigkeit der Kammer an. Bei einer undichten Kammer nimmt dabei der Druck in der Kammer nur marginal zu. Vorteilhaft wird durch diese Ausführungsform ein übermäßiges Ausströmen des Löschmediums in die Umgebung außerhalb der Kammer der Vorrichtung verhindert. Insbesondere wenn es sich bei dem Löschmedium um Schutzgas handelt, ist dies von sicherheitsrelevantem Vorteil, um ein übermäßiges Fluten der Umgebung mit sauerstoffverdrängendem Schutzgas zu unterbinden.
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Da die beheizbare Materialdüse in ihrem Betrieb durch die Beheizung selbst eine entsprechend hohe Temperatur aufweist und dabei Temperaturen von insbesondere bis zu 400°C, und in einem Fehlerfall bis zu 600°C, 800°C oder sogar 1000°C, oder darüber erreicht werden, ist eine alleinige Detektion einer Hitzequelle innerhalb der Kammer durch einen Temperatursensor wie eine Wärmebildkamera entsprechend nutzlos.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Brandsensor zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer auf Basis eines erfassten elektromagnetischen Spektrums innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes ausgeführt.
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Das elektromagnetische Spektrum eines Brandes unterscheidet sich insbesondere von dem elektromagnetischen Spektrum, das von der beheizten Materialdüse ausgeht, die im Wesentlichen Wärmestrahlung, insbesondere im infraroten Frequenzbereich, emittiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Brandsensor zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer auf Basis einer erfassten Rauchentwicklung innerhalb der Kammer und/oder auf Basis einer erfassten gestiegenen Gastemperatur eines sich in der Kammer befindlichen Gases ausgeführt.
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Diese Unterscheidbarkeit wird vorteilhaft von der vorliegenden Ausführungsform ausgenutzt, und ein elektrooptischer Sensor ermittelt die jeweiligen Frequenzen von sich in der Kammer befindlichen Quellen elektromagnetischer Strahlung, und damit automatisch der Hitzequellen.
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Da wie oben erwähnt die beheizte Materialdüse sehr hohe Temperaturen erreichen kann, die jedoch in der Regel nicht ausreichen, um das in der Kammer befindliche Gas signifikant zu erwärmen, wozu ein Brand jedoch üblicherweise schon in der Lage ist, wird durch diese Ausführungsform vorteilhaft ein Überschreiten eines vordefinierten Grenzwertes in der Temperatur des sich in der Kammer befindlichen Gases ein Brand detektiert, und/oder es wird eine Rauchentwicklung detektiert, die ähnlich zu einem handelsüblichen Rauchmelder entsprechende Partikel und Aerosole in dem sich in der Kammer befindlichen Gas detektiert. Insbesondere ist das in der Kammer befindliche Gas Luft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Brandsensor zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer auf Basis einer Erfassung eines sinkenden Sauerstoffgehalts innerhalb der Kammer ausgeführt.
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Vorteilhaft wird dadurch eine ledigliche Erhitzung von Material und Materialdüse von einem Brand, welcher insbesondere eine Redoxreaktion ist, unterscheidbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Brandsensor zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer auf Basis einer Sensordatenfusion aus zumindest zwei der o.g. Ausführungsformen zur Detektion ausgeführt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen eines Brandes innerhalb einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte, wobei die Vorrichtung eine verschließbare Kammer mit einer beheizbaren Materialdüse zum Ausbringen von verflüssigtem oder pulverförmigem oder plastischem Material aufweist, aufweisend die Schritte:
- - Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer durch einen Brandsensor, und
- - Ansteuern einer Löschvorrichtung zum Einleiten eines Löschmediums in die Kammer und/oder zum gasdichten Verschließen der Kammer jeweils durch eine mit der Löschvorrichtung und dem Brandsensor verbundene Steuereinheit.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Vorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 ein Verfahren zum Löschen eines Brandes innerhalb einer Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte. Die Vorrichtung 1 weist eine durch eine Klappe verschließbare Kammer 3 auf. Die Kammer 3 wird beim Schließen der Klappe gasdicht gegenüber der äußeren Umgebung der Vorrichtung 1 verschlossen; dies wird durch Schließen des Schließmechanismus 13 erreicht, wodurch die zwischen Klappe und Rahmen eines Gehäuses der Vorrichtung 1 angeordneten Dichtungen wirksam abdichten. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine beheizbare Materialdüse 5 mit einer vorgelagerten Förderschnecke zum Ausbringen von warmem und damit plastisch verformbarem Kunststoff-Material für die generative Herstellung eines dreidimensionalen Objekts in der Kammer 3 auf. Ein Brandsensor 7, der zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer 3 ausgeführt ist, erfasst auf Basis eines erfassten elektromagnetischen Spektrums innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes, auf Basis einer erfassten Rauchentwicklung innerhalb der Kammer 3, und auf Basis einer erfassten gestiegenen Gastemperatur eines sich in der Kammer 3 befindlichen Gases einen Brand, wenn zumindest zwei dieser erfassten Werte einen vordefinierten Grenzwert überschreiten. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Löschvorrichtung 9 auf, die zum Einleiten des Löschmediums in die Kammer 3 ausgeführt ist, wobei die Löschvorrichtung 9 so angesteuert wird, dass nur eine vordefiniert begrenzte Menge des Löschmediums in die Kammer 3 eingeleitet wird, um eine übermäßige Flutung der Umgebung der Kammer 3 mit dem Löschmedium zu verhindern, insbesondere wenn die Dichtungen an der Klappe versagen, die Klappe weggedrückt wird oder beschädigt ist, oder durch die Hitze eines Brandes im Inneren der Kammer 3 die Funktion der Dichtungen beeinträchtigt wird. Als Löschmedium wird Inertgas verwendet. Mit der Löschvorrichtung 9 und mit dem Brandsensor 7 verbunden ist eine Steuereinheit 11 in Form von Steuerelektronik, wobei die Steuereinheit 11 dazu ausgeführt ist, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer 3 durch den Brandsensor 7 die Löschvorrichtung 9 zum Einleiten des Löschmediums in die Kammer 3 anzusteuern. Weiterhin ist die Steuereinheit 11 mit einem Drucksensor 15 verbunden, wobei die Steuereinheit 11 dazu ausgeführt ist, beim Unterschreiten einer vordefinierten Drucksteigerung innerhalb der Kammer 3 während des Einleitens des Löschmediums in die Kammer 3 das Einleiten des Löschmediums zu unterbrechen oder abzubrechen. Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist die Steuereinheit 11 dazu ausgeführt, beim Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer 3 durch den Brandsensor 7 eine Spannungsversorgung der beheizbaren Materialdüse 5 zu unterbrechen.
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2 zeigt ein Verfahren zum Löschen eines Brandes innerhalb einer Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte, wobei die Vorrichtung 1 eine verschließbare Kammer 3 mit einer beheizbaren Materialdüse 5 zum Ausbringen von verflüssigtem oder pulverförmigem oder plastischem Material aufweist, aufweisend die Schritte:
- - Detektieren S1 eines Brandes innerhalb der Kammer 3 durch einen Brandsensor 7, und
- - Ansteuern S2 einer Löschvorrichtung 9 zum Einleiten eines Löschmediums in die Kammer 3 durch eine mit der Löschvorrichtung 9 und dem Brandsensor 7 verbundene Steuereinheit 11.
Die genauere Beschreibung der Details kann dabei der 1 entnommen werden, wobei in dieser Ausführungsform der Brandsensor 7 zum Detektieren eines Brandes innerhalb der Kammer 3 lediglich auf Basis einer erfassten Rauchentwicklung innerhalb der Kammer 3 eines sich in der Kammer 3 befindlichen Gases ausgeführt ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 3
- Kammer
- 5
- Materialdüse
- 7
- Brandsensor
- 9
- Löschvorrichtung
- 11
- Steuereinheit
- 13
- Schließmechanismus
- 15
- Drucksensor
- S1
- Detektieren
- S2
- Ansteuern
