DE102019116693A1

DE102019116693A1 - Fördereinrichtung und Arbeitskopf für eine additive Fertigungsmaschine sowie additive Fertigungsmaschine

Info

Publication number: DE102019116693A1
Application number: DE102019116693.4A
Authority: DE
Inventors: Claus Fastert; Johannes Born; Konstantin Schubert
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-24
Also published as: US20200398486A1; EP3756861A1; EP3756861B1; US11667077B2

Abstract

Um die Geschwindigkeit beim 3D-Druck zu erhöhen, ein Abrutschen der Förderelemente von dem geförderten Halbzeug zu vermeiden und die Kraftübertragung von den Förderelementen auf die zu fördernden Halbzeuge zu verbessern schlägt die Erfindung eine Fördereinrichtung (24) für eine additive Fertigungsmaschine (10) vor. Die Fördereinrichtung (24) zum Fördern eines Halbzeugs (16) umfasst einen Längsfördermechanismus (32), der das Halbzeug (16) entlang einer Förderrichtung (F) parallel zu der Halbzeug-Längsachse mittels periodischer Bewegung wenigstens eines Förderelements (34, 46, 48) fördert. Das Förderelement (34) erfasst beim Bewegen in der Förderrichtung (F) das Halbzeug und löst sich von diesem beim Bewegen entgegen der Förderrichtung (F). Daraus resultiert eine Bewegung des Halbzeugs (16) in Förderrichtung (F).

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für eine additive Fertigungsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Arbeitskopf für eine solche Vorrichtung und eine additive Fertigungsmaschine.
Eine übliche 3D-Druck-Anwendung verwendet Plastikmaterialien in der sogenannten Fused Filament Fabrication (FFF), bei der ein thermoplastisches Filament geschmolzen und auf ein Druckbrett aufgetragen wird. Das Filament kann Additive oder Verstärkungen enthalten. Das Filament kühlt auf dem Druckbett ab und verfestigt sich wieder.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2019 108 123.8 ist eine additive Fertigungsmaschine bekannt, die Profilstäbe anstelle von Filament verwendet. Die darin offenbarte Fertigungsmaschine verwendet einen herkömmlichen Zahnradantrieb, um die Profilstäbe zu fördern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Arbeitsgeschwindigkeit additiver Fertigungsmaschinen und die Qualität von mit additiven Fertigungsmaschinen erzeugten Bauteilen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schafft eine Fördereinrichtung für eine additive Fertigungsmaschine, wobei die Fördereinrichtung zum Fördern eines Halbzeugs, das aus von der additiven Fertigungsmaschine zu verarbeitendem Fertigungsmaterial besteht und eine Halbzeug-Längsachse aufweist, ausgebildet ist, wobei die Fördereinrichtung einen Längsfördermechanismus, der zum Fördern des Halbzeugs entlang einer Förderrichtung parallel zu der Halbzeug-Längsachse derart ausgebildet ist, dass das Halbzeug aufgrund periodischer Bewegung wenigstens eines Förderelements beim Bewegen in der Förderrichtung erfassbar ist und beim Bewegen entgegen der Förderrichtung von dem Halbzeug lösbar ist, um das Halbzeug in Förderrichtung zu bewegen.
Es ist bevorzugt, dass das Halbzeug ein Filament und/oder ein, insbesondere längenmäßig vorkonfektionierter, Profilstab ist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement einen Förderbereich aufweist, der ausgebildet ist, beim Bewegen in Förderrichtung das Halbzeug zu erfassen, um das Halbzeug zu fördern.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement einen Förderbereich aufweist, der ausgebildet ist, beim Bewegen entgegen der Förderrichtung sich von dem Halbzeug derart zu lösen, dass der Förderbereich keine Förderkraft in Förderrichtung auf das Halbzeug ausübt.
Es ist bevorzugt, dass der Förderbereich eine Förderkante und/oder eine Förderfläche umfasst. Es ist bevorzugt, dass die Förderkante ausgebildet ist, das Halbzeug formschlüssig zu erfassen. Es ist bevorzugt, dass die Förderfläche ausgebildet ist, das Halbzeug formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu erfassen. Es ist bevorzugt, dass die Förderfläche einen Reibbelag zum kraftschlüssigen Erfassen des Halbzeugs aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Förderfläche eine Oberflächenstruktur, beispielsweise eine Rändelung, zum formschlüssigen Erfassen des Halbzeugs aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement eine Förderöffnung für das Halbzeug aufweist, durch die das Halbzeug hindurchförderbar ist.
Es ist bevorzugt, dass der Förderbereich, insbesondere die Förderkante und/oder die Förderfläche, an der Förderöffnung angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, dass der Förderbereich, insbesondere die Förderkante und/oder die Förderfläche, die Förderöffnung begrenzt.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement als Förderplatte ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement einen Lagerbereich an einem Ende des Förderelements aufweist, wobei das Förderelement an dem Lagerbereich schwenkbar gelagert ist.
Vorzugsweise umfasst die Fördereinrichtung eine Mehrzahl von Förderelementen.
Es ist bevorzugt, dass ein erstes Förderelement und ein zweites Förderelement derart angeordnet und antreibbar sind, dass aufgrund der Bewegung der Förderelemente eine gleichmäßige Förderbewegung des Halbzeugs erzeugbar ist.
Es ist bevorzugt, dass die Förderelemente derart antreibbar sind, dass das erste Förderelement und das zweite Förderelement während der jeweiligen Bewegung wenigstens teilweise jeweils entgegengesetzte Bewegungsrichtungen aufweisen.
Es ist bevorzugt, dass in Förderrichtung benachbart angeordnete Förderelemente derart ausgebildet sind, dass bei einer Bewegung in Förderrichtung das Halbzeug derart erfassbar ist, dass das Halbzeug einen Winkelbetrag um seine Halbzeug-Längsachse drehbar ist.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein Förderelement einen Förderbereich umfasst, der derart geformt ist, dass der Förderbereich beim Zusammenwirken mit dem Halbzeug diesen einen Winkelbetrag um seine Halbzeug-Längsachse dreht.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein Förderelement, insbesondere wenigstens ein Förderbereich, derart ausgebildet ist, dass der Winkelbetrag proportional zu der Bewegungsweite des Förderelements ist.
Vorzugsweise umfasst die Fördereinrichtung einen Drehmechanismus, der zum Drehen des Halbzeugs um die Halbzeug-Längsachse ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass der Drehmechanismus ausgebildet ist, das Förderelement derart anzutreiben, dass das Halbzeug um die Halbzeug-Längsachse drehbar ist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus angeordnet ist, dass das Förderelement in einen Dreherfassungszustand bewegbar ist, in welchem eine Drehbewegung von dem Drehmechanismus auf das Halbzeug übertragbar ist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus angeordnet ist, dass das Förderelement in einen drehgelösten Zustand bewegbar ist, in welchem keine Kraft, die geeignet ist, das Halbzeug um die Halbzeug-Längsachse zu drehen, von dem Drehmechanismus auf das Halbzeug übertragbar ist, bewegbar ist.
Es ist bevorzugt, dass das Förderelement derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus angeordnet ist, dass das Förderelement in einen Längsförderzustand bewegbar ist, in welchem eine Förderbewegung des Halbzeugs in die Förderrichtung ermöglicht ist, wobei vorzugsweise beim Bewegen in Förderrichtung der Längsförderzustand vor dem Dreherfassungszustand von dem Förderelement erreichbar ist.
Die Erfindung schafft einen Arbeitskopf zur Montage und Verwendung in einer additiven Fertigungsmaschine, wobei der Arbeitskopf einen Eingangsbereich für ein Halbzeug, das aus von der additiven Fertigungsmaschine zu verarbeitendem Fertigungsmaterial besteht und eine Halbzeug-Längsachse aufweist, einen Ausgangsbereich, der ausgebildet ist, geschmolzenes Fertigungsmaterial auf einem Druckbett abzulegen, um ein Bauteil zu fertigen, sowie eine bevorzugte Fördereinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, das Halbzeug von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich zu fördern und an dem Arbeitskopf zu halten.
Die Erfindung schafft eine additive Fertigungsmaschine, die zum Durchführen eines Schmelzschichtungsverfahrens zum Fertigen eines Bauteils, insbesondere für ein Luftfahrzeug, ausgebildet ist, wobei die Fertigungsmaschine ausgebildet ist, in Profilstäben konfektioniertes Fertigungsmaterial zu verarbeiten, wobei die Fertigungsmaschine eine bevorzugte Fördereinrichtung zum Fördern des Halbzeugs und/oder einen bevorzugten Arbeitskopf zum Verarbeiten des Halbzeugs umfasst.
Die häufigste 3D-Druck-Anwendung verwendet Plastikmaterialien in der sogenannten Fused Filament Fabrication (FFF), bei der ein thermoplastisches Filament geschmolzen und auf ein Druckbrett aufgetragen wird. Das Filament kann Additive oder Verstärkungen enthalten. Das Filament kühlt auf dem Druckbett ab und verfestigt sich wieder.
Üblicherweise wird das Filament als Spule vorgesehen, die in der Nähe des Druckkopfes oder an einer nicht beweglichen Stelle des 3D-Druckers montiert wird. Dabei wird das Filament dem Druckkopf über ein adäquates Führungssystem zugeführt, beispielsweise mittels eines Bowdenzugs. Das ermöglicht die Verwendung vergleichsweise langer Filamente, geht aber mit gewissen Einschränkungen für die benutzten Filamente einher.
So kann es eine Einschränkung sein, dass die verwendeten Filamente einen ziemlich kleinen Durchmesser (üblicherweise zwischen 0,8 mm und weniger als 3 mm) aufweisen, um das Aufwickeln und Führen mit annehmbaren Biegeradien zu erlauben. Aufgrund des kleinen Durchmessers können die erreichbaren Depositionsraten eingeschränkt sein. Alternative Verfahren, wie zum Beispiel die Verwendung beigemischter Garne oder einer in-situ Imprägnierung, können deutlich komplexer in Bezug auf die erhältliche Teilequalität sein, insbesondere aufgrund der zusätzlichen Komplexität des Verfahrens.
Für faserverstärkte Filamente kann zusätzlich erforderlich sein, dass aufgrund der kontinuierlichen Ausbildung der Filamente, eine Schneidoperation durchzuführen ist, wenn beispielsweise ein Teil nicht in einem einzelnen ununterbrochenen Faserpfad bzw. Filamentpfad erzeugt werden kann. Obwohl derartige Schneidvorrichtungen existieren, kann diese Vorgehensweise wenig erwünscht sein, weil das Abschneiden der Fasern eine Einschränkung für den Dauerbetrieb des 3D-Druckers sein kann. Das gilt insbesondere dann, wenn Materialien wie Kohlenstofffasern verwendet werden.
In einem anderen Fall kann die Ansammlung von degradiertem thermoplastischem Material am Austritt der Druckdüse ein Problem darstellen.
Ferner muss das Filament, je dicker es ist, länger aufgeheizt werden (oder das Verfahren muss verlangsamt werden) um ein Durchschmelzen des Filaments zu gewährleisten. Hierdurch können sich das Risiko und das Auftreten von Degradation erhöhen. Die Degradation ändert zum Beispiel die Viskosität des Materials, so dass sich dieses an der Düse ansammeln oder in das Bauteil hineingedrückt werden kann, was unerwünscht ist und die Druckqualität beeinträchtigen kann. Dies ist gewöhnlich kritischer für sogenanntes „(endless) fiber reinforced printing“, bei dem das Reinigen der Düse komplizierter ist als bei einem Endlosfilament, das nicht direkt an der Düse geschnitten werden kann.
Eine Druckvorrichtung für Schichtschmelzen mit und ohne Faserverstärkungen ist an sich bekannt und umfasst einen Druckkopf der relativ bewegbar zu einem Druckbett angeordnet ist. Der Druckkopf kann eine Filamentantriebseinrichtung enthalten, um mittels einer Mehrzahl von Antriebsrädern ein auf einer Spule aufgewickeltes Filament zum Hot-End zu bewegen. An einer Stelle in Materialflussrichtung vor dem Hot-End kann eine Schneidvorrichtung vorgesehen sein, mit der das Filament gekappt werden kann. Falls erforderlich kann zwischen der Filamentantriebsvorrichtung und dem Hot-End zusätzlich eine Filamentführung zwischengeschaltet sein. An dem Hot-End befindet sich ein Heizelement, welches das Filament auf Schmelztemperatur erwärmt und über eine Austrittsdüse auf dem Druckbett ablegt.
Die Reihenfolge und das Funktionsprinzip dieser Komponenten kann unterschiedlich sein. Auch kann die Schneidvorrichtung entbehrlich sein, wenn keine Endlosfaserverstärkung verwendet wird.
Die hierin beschriebenen Ideen beziehen sich auf das Gebiet des 3D-Druckens. Besonderes Augenmerk liegt auf unterschiedlichen Arten des 3D-Drucks, wie Fused Filament Fabrication (FFF), Additive Layer Manufactoring (ALM) oder Selektives Laser Sintern (SLS). Die hierin beschriebenen Ideen befassen sich insbesondere damit, die Ablagegeschwindigkeit bzw. die Positionsrate beim Druckprozess mit unverstärkten und verstärkten Materialien zu erhöhen. Insbesondere kann dies auch so genannte Endlosfaserverstärkungen betreffen, bei denen die Länge der Faser im Wesentlichen der Ausdehnung des zu verarbeitenden Halbzeugs bzw. des daraus gefertigten Bauteils entspricht. Die hierin erläuterten Maßnahmen sind insbesondere für die Maßnahmen der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2019 108 123.8 geeignet.
Ausführungsbeispiele werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel einer additiven Fertigungsmaschine;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Arbeitskopfes;
3 bis 5 Ausführungsbeispiele von Förderelementen; und
6 bis 9 Detailansichten einer Fördereinrichtung in unterschiedlichen Zuständen.

Es wird nachfolgend auf 1 Bezug genommen, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer additiven Fertigungsmaschine 10 zeigt. Die additive Fertigungsmaschine 10 weist einen Arbeitskopf 12 auf, der relativ bewegbar zu einem Druckbett 14 angeordnet ist. Dabei kann sich die Relativbewegung zwischen dem Arbeitskopf 12 und dem Druckbett 14 sowohl aus einer Bewegung des Arbeitskopfes als auch einer Bewegung des Druckbetts ergeben.
Der Arbeitskopf 12 ist ausgebildet, ein aus einem Fertigungsmaterial bestehendes Halbzeug 16 mit einer Halbzeug-Längsachse, beispielsweise einen Profilstab 18 mit einer Profilstab-Längsachse, von einem Eingangsbereich 20 zu einem Ausgangsbereich 22 mittels einer Fördereinrichtung 24 zu fördern.
Der Eingangsbereich 20 ist ausgebildet, den Profilstab 18 aufzunehmen und der Fördereinrichtung 24 zuzuführen. Die Fördereinrichtung 24 fördert den Profilstab 18 aufgrund von Steuerkommandos zu dem Ausgangsbereich 22, an dem der Profilstab 18 bis zum Schmelzen erwärmt wird und sodann auf dem Druckbett 14 oder einer bereits vorhandenen Bauteilschicht 26 abgelegt wird um sodann eine weitere Bauteilschicht 28 und sukzessiv das gewünschte Bauteil 30 zu bilden.
Es wird nachfolgend insbesondere auf 2 Bezug genommen, welche den Arbeitskopf 12 bzw. die Fördereinrichtung 24 näher darstellt.
Die Fördereinrichtung 24 weist einen Längsfördermechanismus 32 auf. Der Längsfördermechanismus 32 ist ausgebildet, den Profilstab 18 von dem Eingangsbereich 20 entlang einer Förderrichtung F zu dem Ausgangsbereich 22 zu fördern.
Der Längsfördermechanismus 32 umfasst wenigstens ein Förderelement 34. Das Förderelement 34 ist bevorzugt als Förderplatte 36 ausgebildet. Das Förderelement 34 weist an einem Ende einen Lagerbereich 38 auf, an dem das Förderelement 34 schwenkbar gelagert ist.
Der Längsfördermechanismus 32 weist ferner eine Längsförderantriebseinrichtung 40 auf. Die Längsförderantriebseinrichtung 40 ist ausgebildet, das wenigstens eine Förderelement 34 anzutreiben. Insbesondere ist die Längsförderantriebseinrichtung 40 ausgebildet, jedes Förderelement 34 individuell oder in Gruppen zusammengefasst anzutreiben. Die Längsförderantriebseinrichtung 40 kann hierzu einen oder mehrere Längsförderaktuatoren 42 und/oder eine oder mehrere Längsfördergetriebeeinrichtungen 44 aufweisen.
Wie aus 2 ersichtlich, umfasst der Längsfördermechanismus 32 vorliegend ein erstes Förderelement 46 und ein zweites Förderelement 48. Das erste Förderelement 46 und das zweite Förderelement 48 sind bevorzugt derart antreibbar, dass das erste Förderelement 46 und das zweite Förderelement 48 entgegengesetzte Schwenkbewegungen durchführen können. Mit anderen Worten sind das erste Förderelement 46 und das zweite Förderelement 48 derart mit der Längsförderantriebseinrichtung 40 wirkverbunden, dass, wenn das erste Förderelement 46 entgegen der Förderrichtung F geschwenkt wird, das zweite Förderelement 48 in Förderrichtung F angetrieben wird.
Die Fördereinrichtung 24 kann ferner einen Drehmechanismus 50 umfassen. Der Drehmechanismus 50 ist ausgebildet, den Längsfördermechanismus 32, insbesondere jedes Förderelement 34 derart anzutreiben, dass der Profilstab 18 um seine Profilstab-Längsachse gedreht werden kann. Der Drehmechanismus umfasst einen Drehaktuator 52, der vorzugsweise mittels einer Drehgetriebeeinrichtung 54 mit dem Längsfördermechanismus 32 bzw. dem Förderelement 34 mechanisch gekoppelt ist. Der Ausgangsbereich umfasst vorzugsweise einen Heizbereich 56, um den Profilstab 18 zu schmelzen. Ferner kann der Ausgangsbereich 22 eine Ausgangsdüse 58 aufweisen, die ausgebildet ist, dass aus dem Profilstab 18 erhaltene Fertigungsmaterial auf das Druckbett 14 oder die Bauteilschicht 26 aufzutragen, um schichtweise das Bauteil 30 zu formen.
Es wird nachfolgend auf die 3 bis 5 Bezug genommen, die Ausführungsbeispiele des Förderelements 34 in Querschnittsansicht zeigen.
Das Förderelement 34 ist bevorzugt als Förderplatte 36 ausgebildet. Das Förderelement 34 weist zudem einen Förderbereich 60 auf. Der Förderbereich 60 ist ausgebildet, den Profilstab 18 formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu erfassen. Der Förderbereich 60 kann eine oder mehrere Förderkanten 62 aufweisen, um den Profilstab 18 formschlüssig zu erfassen. Die Förderkanten 62 können sich in die Außenumfangsfläche des Profilstabs 18 einkerben und somit den Profilstab 18 formschlüssig erfassen.
Der Förderbereich 60 kann ferner eine Förderfläche 64 aufweisen, um den Profilstab 18 form- und/oder kraftschlüssig zu erfassen. Die Förderfläche 64 kann zum Verbessern der kraftschlüssigen Verbindung mit dem Profilstab 18 beispielsweise eine Elastomerbeschichtung 66 aufweisen, wie in 4 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Förderfläche 64 eine Rändelung 68 aufweisen, wie näher in 5 dargestellt.
Der Förderbereich 60 kann zudem eine Förderöffnung 70 aufweisen, die so bemessen ist, dass der Profilstab 18 durch die Förderöffnung 70 hindurch transportiert werden kann. Die Förderöffnung 70 verläuft vorzugsweise schräg durch das Förderelement 34. Die Förderöffnung 70 kann durch die Förderkante 62 und/oder die Förderfläche 64 begrenzt sein.
Der Förderbereich 60, insbesondere die Förderöffnung 70, kann derart geformt sein, dass der Förderbereich 60 bzw. die Förderöffnung 70 mit dem Profilstab 18 so zusammenwirkt, dass der Profilstab beim Transport aufgrund der Formgebung des Förderbereichs 60 um einen Winkelbetrag um seine Profilstab-Längsachse gedreht wird.
Beispielsweise kann der Profilstab 18 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, der beispielsweise mit einem elliptisch geformten Förderbereich 60 zusammenwirkt. Denkbar ist auch ein Zusammenwirken eines Profilstabs 18, der einen elliptischen Querschnitt aufweist. Ferner kann der Profilstab 18 einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, der mit einem ellipsenförmigen, kreisförmigen oder reckteckförmigen oder quadratischen Förderbereich 60 so zusammenwirken kann, dass der Profilstab 18 um seine Profilstab-Längsachse gedreht wird.
Nachfolgend wird anhand der 6 bis 9 die Funktionsweise der Fördereinrichtung 24 näher erläutert.
Wie in 6 dargestellt, befindet sich das Förderelement 34 zunächst in einem drehgelösten Zustand. In dem drehgelösten Zustand erfasst das Förderelement 34 den Profilstab 18 jedenfalls nicht derart, dass der Profilstab 18 eine Drehung um seine Profilstab-Längsachse durchführt. Vorzugsweise ist im drehgelösten Zustand das Förderelement 34 vollständig von dem Profilstab 18 gelöst. Mit anderen Worten haben das Förderelement 34 und der Profilstab 18 im drehgelösten Zustand bevorzugt keinen Kontakt miteinander. Wie ferner in 6 näher dargestellt, wird das Förderelement in Förderrichtung F geschwenkt (Pfeil A) bis es den Profilstab 18 erfasst.
Wie näher in 7 dargestellt, erfasst das Förderelement 34 sodann den Profilstab 18 derart, dass der Profilstab 18 um seine Profilstab-Längsachse um einen Winkelbetrag drehbar ist (Pfeil B). Das Förderelement 34 befindet sich im Dreherfassungszustand. In dem Dreherfassungszustand ist eine Kraftübertragung von dem Förderelement 34 auf den Profilstab 18 möglich. Die Drehung des Profilstabes 18 kann somit einerseits durch den Drehmechanismus 50 erfolgen, indem der Drehmechanismus 50 das Förderelement 34 antreibt. Andererseits kann der Profilstab 18 auch durch die spezielle Formgebung des Förderelements 34 bzw. des Förderbereichs 60 zur Drehung um seine Profilstab-Längsachse veranlasst werden. In diesem Fall kann auf den Drehmechanismus 50 verzichtet werden. Gleichwohl kann der Drehmechanismus 50 zur Ergänzung vorgesehen sein.
Hat sich das Förderelement 34 von seiner drehgelösten Anfangsposition 72 in seine Endposition 74 bewegt, kann das Förderelement 34 entgegen der Förderrichtung F geschwenkt werden (Pfeil C), wobei es sich von dem Profilstab 18 löst und diesen freigibt.
Wie näher in 8 dargestellt, schwenkt das Förderelement 34 (Pfeil A) zunächst von einer Förderanfangsposition 76 in eine Fördererfassungsposition 78, in der das Förderelement 34 den Profilstab 18 derart erfasst, dass eine ausreichende Kraftübertragung in Förderrichtung F möglich ist, so dass beim Bewegen des Förderelements 34 von der Fördererfassungsposition 78 in die Endposition 74 der Profilstab 18 entsprechend in Förderrichtung F weiterbewegt wird.
Beim Zurückschwenken (Pfeil C) des Förderelements 34 aus seiner Endposition 74 in Richtung auf die Förderanfangsposition 76 löst sich das Förderelement 34, insbesondere aufgrund der Formgebung des Förderbereichs 60, von dem Profilstab 18, so dass der Profilstab 18 nicht weiterbewegt wird. Der Vorgang beginnt beim Zurückschwenken aus der Förderanfangsposition 76 erneut und befördert so den Profilstab 18 stückweise in Förderrichtung F.
Bevorzugt kann die Fördererfassungsposition 78 mit dem Dreherfassungszustand des Förderelements 34 einhergehen.
Wie bereits in 2 angedeutet, sind bevorzugt mehrere Förderelemente 34 vorgesehen, die durch wechselseitige Betätigung derart betrieben werden können, dass sich eine gleichmäßige Bewegung des Profilstabs 18 in Förderrichtung ergibt, obwohl der Profilstab 18 lediglich abschnittsweise je Förderelement 34 bewegt wird.
Es sollte beachtet werden, dass eine an die Anwendung angepasste Kombination - auch von mehr als zwei Förderelementen 34 - verwendet werden kann. Mit anderen Worten können Förderelemente 34 vorgesehen sein, welche ausschließlich so geformt sind, dass eine Förderung des Profilstabs 18 in Förderrichtung F erfolgt, während andere Förderelemente 34 vorgesehen sind, welche eine Drehung des Profilstabs 18 um seine Profilstab-Längsachse hervorrufen und gleichzeitig eine Förderung des Profilstabs 18 in Förderrichtung F verursachen.
Aufgrund der vorbeschriebenen Maßnahmen kann der Profilstab 18 durch Schwenkbewegungen der Förderelemente 34 in Förderrichtung F bewegt werden. Bevorzugt sind für ein kontinuierliches gleichmäßiges Fördern des Profilstabs 18 wenigstens zwei Förderelemente 34, insbesondere in Form von Förderplatten 36, vorgesehen. Die Förderelemente 34 enthalten Förderöffnungen 70 beispielsweise Bohrungen. Die beispielsweise metallisch ausgeführten Förderplatten 36 können auf einer Seite geschwenkt und um eine Achse gedreht werden. Durch Betätigen mehrerer Förderelemente 34 im Gegentakt, befindet sich vorzugsweise zumindest ein Teil in direktem Kontakt mit dem Profilstab 18 und drückt diesen in Richtung der Ausgangsdüse 58, während andere Förderelemente 34 sich auf ihre Anfangsposition 76 zurückbewegen. Am Umkehrpunkt der Förderplatte 36 ändert sich der Kontakt zu dem Profilstab, so dass der Profilstab 18 weiterbewegt wird. Durch das Hinzufügen weiterer Förderplatten 36 bzw. Förderelemente 34, kann ebenso eine diskrete Drehung des Profilstabs 18 erfolgen, um insbesondere das Fertigungsmaterial beim Ablegen von gekrümmten Bauteilabschnitten zu ermöglichen. Insbesondere kann aufgrund der unterschiedlichen Fahrwege entlang des Krümmungsradius von innen nach außen erfolgen, so dass das Auftragen homogener entsprechend der Faserlänge erfolgen kann.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass mit den vorbeschriebenen Maßnahmen die Geschwindigkeit beim 3D-Druck signifikant erhöht werden kann, da aufgrund der Ausgestaltung des Transportmechanismus ein Abrutschen der Förderelemente, beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen, vermieden werden kann. Ferner kann eine bessere Kraftübertragung von den Förderelementen auf die Profilstäbe erfolgen, so dass im Falle eines erhöhten Bewegungswiderstandes die zuverlässige Förderung des Fertigungsmaterials für den 3D-Druck aufrechterhalten werden kann.
Bezugszeichenliste

10: additive Fertigungsmaschine
12: Arbeitskopf
14: Druckbett
16: Halbzeug
18: Profilstab
20: Eingangsbereich
22: Ausgangsbereich
24: Fördereinrichtung
26: Bauteilschicht
28: weitere Bauteilschicht
30: Bauteil
32: Längsfördermechanismus
34: Förderelement
36: Förderplatte
38: Lagerbereich
40: Längsförderantriebseinrichtung
42: Längsförderaktuator
44: Längsfördergetriebeeinrichtung
46: erstes Förderelement
48: zweites Förderelement
50: Drehmechanismus
52: Drehaktuator
54: Drehgetriebeeinrichtung
56: Heizbereich
58: Ausgangsdüse
60: Förderbereich
62: Förderkante
64: Förderfläche
66: Elastomerbeschichtung
68: Rändelung
70: Förderöffnung
72: drehgelöste Anfangsposition
74: Endposition
76: Förderanfangsposition
78: Fördererfassungsposition
F: Förderrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019108123 [0003, 0037]

Claims

Fördereinrichtung (24) für eine additive Fertigungsmaschine (10), wobei die Fördereinrichtung (24) zum Fördern eines Halbzeugs (16), das aus von der additiven Fertigungsmaschine (10) zu verarbeitendem Fertigungsmaterial besteht und eine Halbzeug-Längsachse aufweist, ausgebildet ist, wobei die Fördereinrichtung (24) einen Längsfördermechanismus (32), der zum Fördern des Halbzeugs (16) entlang einer Förderrichtung (F) parallel zu der Halbzeug-Längsachse derart ausgebildet ist, dass das Halbzeug (16) aufgrund periodischer Bewegung wenigstens eines Förderelements (34, 46, 48) beim Bewegen in der Förderrichtung (F) erfassbar ist und beim Bewegen entgegen der Förderrichtung (F) von dem Halbzeug (16) lösbar ist, um das Halbzeug (16) in Förderrichtung (F) zu bewegen.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) einen Förderbereich (60) aufweist, der ausgebildet ist, beim Bewegen in Förderrichtung (F) das Halbzeug (16) zu erfassen, um das Halbzeug (16) zu fördern und/oder dass das Förderelement (34, 46, 48) einen Förderbereich (60) aufweist, der ausgebildet ist, beim Bewegen entgegen Förderrichtung (F) sich von dem Halbzeug (16) derart zu lösen, dass der Förderbereich (60) keine Förderkraft in Förderrichtung (F) auf das Halbzeug (16) ausübt.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) eine Förderöffnung (70) für das Halbzeug (16) aufweist, durch die das Halbzeug (16) hindurchförderbar ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderbereich (60) an der Förderöffnung (70) angeordnet ist oder dass der Förderbereich (60) die Förderöffnung (70) begrenzt.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) einen Lagerbereich (38) an einem Ende des Förderelements (34, 46, 48) aufweist, wobei das Förderelement (34, 46, 48) an dem Lagerbereich (38) schwenkbar gelagert ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Förderelementen (34, 46, 48), wobei ein erstes Förderelement (46) und ein zweites Förderelement (48) derart angeordnet und antreibbar sind, dass aufgrund der Bewegung der Förderelemente (34, 46, 48) eine gleichmäßige Förderbewegung des Halbzeugs (16) erzeugbar ist, wobei vorzugsweise die Förderelemente (34, 46, 48) derart antreibbar sind, dass das erste Förderelement (46) und das zweite Förderelement (48) während der jeweiligen Bewegung wenigstens teilweise jeweils entgegengesetzte Bewegungsrichtungen aufweisen.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Förderelementen (34, 46, 48), wobei in Förderrichtung (F) benachbart angeordnete Förderelemente (34, 46, 48) derart ausgebildet sind, dass bei einer Bewegung in Förderrichtung (F) das Halbzeug (16) derart erfassbar ist, dass das Halbzeug (16) einen Winkelbetrag um seine Halbzeug-Längsachse drehbar ist, wobei vorzugsweise wenigstens ein Förderelement (34, 46, 48) einen Förderbereich (60) umfasst, der derart geformt ist, dass der Förderbereich (60) beim Zusammenwirken mit dem Halbzeug (16) diesen einen Winkelbetrag um seine Halbzeug-Längsachse dreht.
Fördereinrichtung (24) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Förderelement (34, 46, 48), insbesondere wenigstens ein Förderbereich (60), derart ausgebildet ist, dass der Winkelbetrag proportional zu der Bewegungsweite des Förderelements (34, 46, 48) ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drehmechanismus (50), der zum Drehen des Halbzeugs (16) um die Halbzeug-Längsachse ausgebildet ist.
Fördereinrichtung (24) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmechanismus (50) ausgebildet ist, das Förderelement (34, 46, 48) derart anzutreiben, dass das Halbzeug (16) um die Halbzeug-Längsachse drehbar ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus (50) angeordnet ist, dass das Förderelement (34, 46, 48) in einen Dreherfassungszustand bewegbar ist, in welchem eine Drehbewegung von dem Drehmechanismus (50) auf das Halbzeug (16) übertragbar ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus (50) angeordnet ist, dass das Förderelement (34, 46, 48) in einen drehgelösten Zustand bewegbar ist, in welchem keine Kraft, die geeignet ist, das Halbzeug (16) um die Halbzeug-Längsachse zu drehen, von dem Drehmechanismus (50) auf das Halbzeug (16) übertragbar ist, bewegbar ist.
Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (34, 46, 48) derart ausgebildet und/oder an dem Drehmechanismus (50) angeordnet ist, dass das Förderelement (34, 46, 48) in einen Längsförderzustand bewegbar ist, in welchem eine Förderbewegung des Halbzeugs (16) in die Förderrichtung (F) ermöglicht ist, wobei vorzugsweise beim Bewegen in Förderrichtung (F) der Längsförderzustand vor dem Dreherfassungszustand von dem Förderelement (34, 46, 48) erreichbar ist.
Arbeitskopf (12) zur Montage und Verwendung in einer additiven Fertigungsmaschine (10), wobei der Arbeitskopf (12) einen Eingangsbereich (20) für ein Halbzeug (16), das aus von der additiven Fertigungsmaschine (10) zu verarbeitendem Fertigungsmaterial besteht und eine Halbzeug-Längsachse aufweist, einen Ausgangsbereich (22), der ausgebildet ist, geschmolzenes Fertigungsmaterial auf einem Druckbett (14) abzulegen, um ein Bauteil (30) zu fertigen, sowie eine Fördereinrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, die ausgebildet ist, das Halbzeug (16) von dem Eingangsbereich (20) zu dem Ausgangsbereich (22) zu fördern und an dem Arbeitskopf (12) zu halten.
Additive Fertigungsmaschine (10), die zum Durchführen eines Schmelzschichtungsverfahrens zum Fertigen eines Bauteils (30), insbesondere für ein Luftfahrzeug, ausgebildet ist, wobei die Fertigungsmaschine ausgebildet ist, in Profilstäben (16) konfektioniertes Fertigungsmaterial zu verarbeiten, wobei die Fertigungsmaschine eine Fördereinrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Fördern des Halbzeugs (16) und/oder einen Arbeitskopf (12) nach Anspruch 14 zum Verarbeiten des Halbzeugs (16) umfasst.