DE102019122286A1 - Bodenelement für ein Additiv-Manufacturing-System sowie Additiv-Manufacturing-System - Google Patents

Bodenelement für ein Additiv-Manufacturing-System sowie Additiv-Manufacturing-System Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bodenelement (12) für ein Additiv-Manufacturing-System (10), insbesondere für einen 3D-Drucker, wobei das Bodenelement (12) wenigstens einen Trichter (16) und/oder einen Luftauslass aufweist, wobei im Bereich des Trichters (16) wenigstens ein Sieb (18) und/oder ein Gitterelement angeordnet ist.Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Additiv-Manufacturing-System (10), insbesondere 3D-Drucker, mit wenigstens einem Bodenelement (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bodenelement für ein Additiv-Manufacturing-System sowie eines Additiv-Manufacturing-System, insbesondere eines 3D-Druckers, sowie ein Additiv-Manufacturing-System, insbesondere einen 3D-Drucker.
  • Im Zusammenhang mit dem 3D-Druck von Kunststoffen insbesondere für medizinische Anwendungen (z.B. für Implantate) steht vor allem die derzeit erzielbare Bauteilqualität im Fokus vieler wissenschaftlicher Untersuchungen. Zwei der wichtigsten Herausforderungen, die im Hinblick auf Bauteilqualität eine entscheidende Rolle spielen sind die und Bauteiltoleranz und die Bauteilsterilität bzw. Bautei Ipartikeln iederschlag.
  • So ist aus der DE 10 2015 111 504 A1 bereits eine 3D-Druckvorrichtung, insbesondere eine FFF-Druckvorrichtung, mit zumindest einer Druckkopfeinheit bekannt, wobei die Druckkopfeinheit in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, ein zumindest teilweise von einem Hochleistungskunststoff, insbesondere einem Hochleistungsthermoplast, gebildetes Druckmaterial aufzuschmelzen.
  • Ferner offenbart die EP 2 261 009 A1 Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, wobei die Vorrichtung eine Vakuumpumpe aufweist, die an ein Zuführreservoir gekoppelt ist, um einen Luftstrom durch das Zuführreservoir zu erzeugen.
  • Zudem ist in der EP 3 023 228 A1 eine additive Fertigungsvorrichtung gezeigt, die ein Gasströmungssystem aufweist, um einen Gasstrom über dem Bereich der Bauplattform der additiven Fertigungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Im Übrigen ist in der EP 3 173 233 A1 eine dreidimensionale Fertigungsvorrichtung offenbart, die ein Verarbeitungsraum aufweist, der von einer dafür vorgesehenen Verarbeitungsraum-Heizeinheit beheizt wird.
  • Außerdem offenbart die US 6,033,301 A eine kombinierte Lüfter-Filter-Einheit, die zur Filterung der Luft eines Luftkreislaufs ein einem Reinraum vorgesehen ist.
  • Weiterhin ist in der US 6,722,872 B1 eine dreidimensionale Modellierungsvorrichtung gezeigt, die dazu vorgesehen ist dreidimensionale Objekte innerhalb einer beheizten Baukammer aufzubauen.
  • Darüber hinaus ist in der US 6,817,941 B1 ein Diffusor zur Erzeugung eines gleichmäßigen Luftstroms innerhalb einer Prozesskammer gezeigt, die z.B. bei der Fertigung von Halbleiterchips Anwendung findet.
  • Des Weiteren zeigt die US 2015/110911 A1 eine Umgebungs-Überwachungs- bzw. Steuerungseinheit, die beispielsweise als eine Schnittstelle bei additiven Fertigungstechnologien zu ihren jeweiligen Umgebungen verwendet wird.
  • Im Übrigen ist in der WO 2016/063198 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch „Fused Deposition Modelling“ gezeigt, wobei die Herstellungsvorrichtung Strahlungsheizelemente aufweist, welche eine ihnen ausgesetzte Oberfläche des herzustellenden Objekts erhitzen können.
  • Zudem ist aus der WO 2017/040675 A1 eine Reinraumtechnologie für 3D Drucker und sogenannte Bioprinter bekannt.
  • Die DE 10 2017 122 849 A1 offenbart ein Fluidversorgungssystem für einen 3D-Drucker, insbesondere für einen FFF-3D-Drucker.
  • Aus der WO 2017/108477 A1 kann weiter ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mit einem „Fused Deposition Modelling“-Drucker entnommen werden.
  • Ausgehend von den im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen besteht bei bezüglich dieser additiven Fertigungsvorrichtungen weiterhin die Problematik insbesondere einer für medizinische Anwendungen nicht ausreichenden Bauteilsterilität.
  • Darüber hinaus ist bekannt, dass im Zusammenhang mit dem Druck Kleinteile oder auch Reste noch aufgrund Schwerkrafteinfluss nach unten fallen können und in bewegte Teile, wie Radiatoren oder das Luftsystem hineinfallen können oder nicht mehr zugänglich sein können. Diese Art von Verunreinigungen muss nach Möglichkeit entsprechend wieder entfernt werden können.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, dass während des Druckvorgangs entstehende Verunreinigungen entsprechend daran gehindert werden können, das Luftsystem und die Aufbereitung eines Additiv-Manufacturing-Systems negativ beeinflussen zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bodenelement für ein Additiv-Manufacturing-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein Bodenelement für ein Additiv-Manufacturing-System, insbesondere für einen 3D-Drucker, bereitgestellt wird, wobei das Bodenelement wenigstens einen Trichter und/oder Luftauslass aufweist, wobei im Bereich des Trichters wenigstens ein Sieb und/oder ein Gitterelement angeordnet ist.
  • Ein Trichter kann in diesem Zusammenhang ein geeignete Rohrreduzierung oder ein geeignetes Luftführungselement sein, mit dem Abluft aus insbesondere dem Bauraum des Additiv-Manufacturing-Systems abgeführt werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Trichter durch ein Rohrelement mit einer Querschnittsverengung ausgebildet wird.
  • Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, etwaige Druckreste oder Kleinteile gerichtet aufzufangen und durch einen Trichter entsprechend so zu positionieren, dass sie leicht entnommen und das Additiv-Manufacturing-System leicht gereinigt werden kann. Durch den Einsatz eines Siebes wird weiterhin ermöglicht, die Kleinteile und Verunreinigungen auffangen zu können und gleichzeitig auch nicht die Funktion der Luftaufbereitung zu stören.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Trichter ein Teil der Luftführung ist, über die die Abluft aus dem Bauraum des Additiv-Manufacturing-Systems, d.h. also der Druckkammer des Additiv-Manufacturing-Systems, abgeführt wird.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Trichter ein Anschlusselement aufweist, das an ein Luftabsaugelement angeschlossen ist. Insbesondere wird es hierdurch möglich, kleinere Verunreinigungen in den Trichter hineinzusaugen und dann entsprechend am Sieb sammeln zu können.
  • Das Sieb kann insbesondere als Filter und/oder Vorfilter ausgebildet sein.
  • Denkbar ist insbesondere auch, dass der Filter ein Partikelfilter oder dergleichen ist. Insbesondere ist denkbar, dass der Filter ein sog. HEPA-Filter ist.
  • Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Sieb im und/oder vom Bodenelement lösbar und/oder entnehmbar angeordnet ist. Hierdurch wird es möglich, nach dem Betrieb im Reinigungszustand des Additiv-Manufacturing-Systems das Sieb entsprechend vom Bodenelement trennen zu können und entsprechend reinigen zu können.
  • Grundsätzlich ist auch denkbar, dass gesamte Bodenelement aus dem Additiv-Manufacturing-System entnehmbar ausgebildet ist. Hier eignen sich insbesondere Steckverbindungen oder Bajonettverbindungen oder entsprechende Schnellverschlüsse. Denkbar ist auch, dass der Trichter einschiebbar ausgebildet ist und ähnlich einer Schublade herausgezogen und durch Einschieben wieder eingesetzt werden kann. Der Trichter kann auch auf einem Vorsprung oder einer Stufe aufsitzen und von dort entsprechend entnommen werden.
  • Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn das Bodenelement insgesamt in seine sämtlichen Einzelteile einfach und werkzeuglos zerlegbar ausgebildet ist.
  • Das wenigstens eine Sieb kann im montierten Zustand bodenseitig und endseitig des Trichters angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, dass herabfallende Verunreinigungen und Polymerreste oder sonstige Druckreste sich durch die Schwerkraft entsprechend im Sieb, und zwar in dem Boden zugewandten Teil, sammeln können.
  • Hierdurch wird auch erreicht, dass Verunreinigungen sich vom eigentlichen Druckbereich entsprechend entfernen können und dort keinen Einfluss auf das Bauteil und die entsprechende Qualität des Bauteils haben können.
  • Der Trichter kann als Kreistrichter ausgebildet sein und mit zumindest abschnittweise einem sich kontinuierlich verringerndem Durchmesser ausgeführt sein. Hierdurch wird erreicht, dass nur ein kleiner Bereich tatsächlich einer Reinigung zugeführt werden muss. Über eine derartige Reduzierung wird es auch möglich, sich entsprechend an die Luftaufbereitungssysteme des Additiv-Manufacturing-Systems bzw. an die Luftleitsysteme entsprechend anschließen zu können.
  • Der sich kontinuierlich verringernde Durchmesser ermöglicht es weiter, von einem vergleichsweise großen Durchmesser im Bauraum auf entsprechend kleinere Durchmesser herunter zu reduzieren.
  • Auch Standardtrichter sind einsetzbar bzw. wird die Fertigung des Trichters entsprechend vereinfacht.
  • Die Längsachse des Trichters kann im montierten und aufgestellten Zustand des Bodenelements vertikal angeordnet sein. Hierdurch wird eine einfache Anordnung ermöglicht. Darüber hinaus kann hierüber auch besonders effektiv ein Sammeln von Verunreinigungen auf dem Sieb erreicht werden, da diese aufgrund der Schwerkraft und beispielsweise im Zusammenhang mit dem sich kontinuierlich verringerndem Durchmesser des Trichters sich automatisch auf dem Sieb sammeln.
  • Gegenüberliegend zum Sieb kann am Trichter ein Plattenelement angeordnet sein, das mittels einer oder mehrerer Streben derart am Trichter angeordnet ist, dass es lediglich einen Teil des Trichtereingangs abdeckt. Hierdurch ist eine entsprechende Platte denkbar, auf der entweder ein Bauteil aufgebaut werden kann oder ein entsprechender Bauteilträger abgestellt bzw. angeordnet werden kann.
  • Durch den Einsatz der entsprechenden Streben wird es weiterhin möglich, dass der offenbleibende Teil des Trichtereingangs als Ansaugöffnung für eine Luftansaugung bzw. Absaugung aus dem Bauraum ermöglicht. Hierdurch wird es einfach erreicht, dass neben der Platte entsprechend Verunreinigungen abgesaugt werden können und diese sich dann entsprechend im Trichter auf dem Sieb sammeln können.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Plattenelement kreisförmig ausgebildet ist. Hierdurch werden eine besonders einfache Ausgestaltung und Fertigung ermöglicht. Darüber hinaus lässt sich auch eine gleichmäßige Absaugung und entsprechende Bereitstellung von Absaugöffnungen ermöglichen.
  • Die Streben können gleichmäßig und/oder sternförmig angeordnet sein. Durch die gleichmäßige und/oder sternförmige Anordnung der Streben wird eine gleichmäßige Krafteinleitung und Lastverteilung ermöglicht. Insbesondere ist auch darauf zu achten, dass die Platte im Betrieb ortsfest verbleibt, da hierüber auch ggf. negativ die Druckgenauigkeit beeinflusst werden kann.
  • Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Additiv-Manufacturing-System, insbesondere einen 3D-Drucker, mit wenigstens einem Bodenelement wie vorstehend beschrieben.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Additiv-Manufacturing-Systems; und
    • 2 eine schematische Ansicht auf das Additiv-Manufacturing-System gemäß 1.
  • 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Additiv-Manufacturing-System 10 mit einem erfindungsgemäßen Bodenelement 12.
  • Das Additiv-Manufacturing-System 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein 3D-Drucker.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung auf das Baurauminnere 14, in dem der nicht näher dargestellte Druckkopf angeordnet ist.
  • Im bodenseitigen Bereich des Bauraums 14 befindet sich das Bodenelement 12 mit dem Trichter 16.
  • Bei dem Trichter 16 handelt es sich um einen Kreistrichter 16, der einen sich über seine gesamte Höhe kontinuierlich verringernden Durchmesser aufweist.
  • Bodenseitig im Trichter 16 ist ein Sieb 18 angeordnet.
  • Das Sieb 18 ist dabei bodenseitig und endseitig des Trichters 16 angeordnet.
  • Das Sieb 18 ist dabei vom Bodenelement 12 lösbar und entnehmbar angeordnet.
  • Bei dem Sieb 18 handelt es sich um einen Filter bzw. Vorfilter. Das Sieb 18 ist auch in vorteilhafter Ausgestaltung als sog. HEPA-Filter ausgebildet.
  • An den Trichter 16 kann nachgelagert und stromabwärts des Siebs 18 der Anschluss an die Luftabsaugung bzw. Luftaufbereitung des Additiv-Manufacturing-Systems 10 erfolgen. Hier ist im Ansatz noch das entsprechende Anschlusselement 20 an die Luftabsaugung des Additiv-Manufacturing-Systems 10 gezeigt.
  • Wie dies aus der Figur ersichtlich ist, ist die Längsachse des Trichters 16 im montierten und aufgestellten Zustand des Bodenelements 12 vertikal angeordnet.
  • Weiter ist ersichtlich, dass gegenüberliegend zum Sieb 18 am Trichter 16 bauraumseitig ein Plattenelement 22 angeordnet ist, auf dem Bauteile aufgebaut werden können.
  • Das Plattenelement 22 ist dabei kreisrund ausgebildet und mittig an der bauraumseitigen Öffnung des Trichters 16 entsprechend positioniert.
  • Dies ist insbesondere im Schnitt A-A ersichtlich.
  • Das Plattenelement 22 ist dabei mittels mehrerer Streben 24 an einer Trägerplatte 26 befestigt, wobei die Trägerplatte 26 eine untere Ebene des Bauraums 14 begrenzt.
  • Die Funktion des Bodenelements 12 lässt sich folgendermaßen beschreiben:
    • Beim Aufbau eines 3D-Druckbauteils kann es zu entsprechenden Druckresten kommen, die durch die entsprechende Luftzuführung im Bauraum 14 über die Platte 22 in Richtung der Zwischenräume zwischen den Streben 24 gedrückt werden.
  • Dort werden diese durch den entsprechenden Luftmassenstrom, aber auch durch die Schwerkraft in Richtung Sieb 18 bewegt, da diese im Trichter 16 nach unten fallen bzw. durch den Luftmassenstrom entsprechend in Richtung Sieb 18 geblasen werden.
  • Hierdurch wird erreicht, dass das Plattenelement 22 entsprechend sauber und frei von Verunreinigungen gehalten werden kann.
  • Die Trichtergeometrie kann auch so gewählt werden, dass der Trichter als Abscheider fungiert und Schmutzreste, Verunreinigungen oder dergleichen abfängt und sammelt. Diese Verschmutzungen werden dann nicht durch den Luftstrom vom Radialventilator angesogen und können stattdessen in einem Auffangbehälter aufgefangen und so einfach entfernt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Additiv-Manufacturing-System
    12
    Bodenelement
    14
    Bauraum
    16
    Trichter
    18
    Sieb
    20
    Anschlusselement
    22
    Plattenelement
    24
    Streben
    26
    Trägerplatte
  • 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 102015111504 A1 [0003]
    • EP 2261009 A1 [0004]
    • EP 3023228 A1 [0005]
    • EP 3173233 A1 [0006]
    • US 6033301 A [0007]
    • US 6722872 B1 [0008]
    • US 6817941 B1 [0009]
    • US 2015110911 A1 [0010]
    • WO 2016/063198 A1 [0011]
    • WO 2017/040675 A1 [0012]
    • DE 102017122849 A1 [0013]
    • WO 2017/108477 A1 [0014]

Claims (11)

  1. Bodenelement (12) für ein Additiv-Manufacturing-System (10), insbesondere für einen 3D-Drucker, wobei das Bodenelement (12) wenigstens einen Trichter und/oder einen Luftauslass (16) aufweist, wobei im Bereich des Trichters (16) wenigstens ein Sieb (18) und/oder ein Gitterelement angeordnet ist.
  2. Bodenelement (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (16) ein Anschlusselement (20) aufweist, das an ein Luftabsaugelement angeschlossen ist.
  3. Bodenelement (12) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sieb (18) als Filter und/oder Vorfilter ausgebildet ist.
  4. Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (18) im und/oder vom Bodenelement (12) lösbar und/oder entnehmbar angeordnet ist.
  5. Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (18) im montierten Zustand bodenseitig und endseitig des Trichters (16) angeordnet ist.
  6. Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (16) ein Kreistrichter mit zumindest abschnittweise einem sich kontinuierlich verringerndem Durchmesser ist.
  7. Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Trichters (16) im montierten und aufgestellten Zustand des Bodenelements (12) vertikal angeordnet ist.
  8. Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend zum Sieb (18) am Trichter (16) ein Plattenelement (22) angeordnet ist, das mittels einer oder mehrerer Streben (24) derart am Trichter (16) angeordnet ist, dass es einen Teil des Trichtereingangs abdeckt.
  9. Bodenelement (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (22) kreisförmig ausgebildet ist.
  10. Bodenelement (12) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (24) gleichmäßig und/oder sternförmig angeordnet sind.
  11. Additiv-Manufacturing-System (10), insbesondere 3D-Drucker, mit wenigstens einem Bodenelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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