DE102019208440A1

DE102019208440A1 - Fertigungsstraße und 3D-Druckvorrichtung

Info

Publication number: DE102019208440A1
Application number: DE102019208440.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beetz; Clemens Lieberwirth; Vincent Morrison
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; AIM3D GmbH
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; AIM3D GmbH
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-12-17
Also published as: US20220242045A1; WO2020249613A1; EP3983204A1; US11981083B2

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Fertigungsstraße (F), mit- mindestens einer 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks und- mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9b) zur weiteren Bearbeitung des mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebauten Werkstücks. Die Fertigungsstraße (F) umfasst zwei über eine Gabelung (3) miteinander verbundene Fertigungsstrecken (30, 31), denen wahlweise ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück über eine Fördereinrichtung der Fertigungsstraße (F) automatisiert zuführbar ist und von denen eine erste Fertigungsstrecke (30) wenigstens eine erste Bearbeitungsstation (4-7, 9a-9b) der mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9b) und eine zweite Fertigungsstrecke (31) wenigstens eine zweite Bearbeitungsstation (8) der zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9b) aufweisen.

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft Fertigungsstraße mit mindestens einer 3D-Druckvorrichtung sowie eine 3D-Druckvorrichtung.
Beim 3D-Druck werden dreidimensionale Werkstücke üblicherweise schichtweise aus einem oder mehreren Materialien aufgebaut. Als Materialien kommen hierbei beispielsweise Kunststoffen, Harze, Keramiken und/oder Metalle zum Einsatz. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang das sogenannte Schmelzschichtverfahren oder Strangablageverfahren (englisch „Fused Deposition Modeling“, kurz FDM) bekannt. Hierbei wird ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff und/oder mit einem Metall- und/oder Keramikpulver aufgebaut.
Für die schichtweise Herstellung des jeweiligen Werkstücks wird über mindestens eine Druckdüse einer 3D-Druckvorrichtung, z.B. in Form eines sogenannten 3D-Druckers, Druckmaterial an einer Druckplatte aufgebracht. Durch das an der Druckdüse austretende Druckmaterial wird dabei computergestützt schichtweise das jeweilige Werkstück aufgebaut. Aus der WO 2018/039261 A1 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise eine entsprechende 3D-Druckvorrichtung bekannt.
Bisher bekannte 3-D-Druckvorrichtung sind üblicherweise für die manuelle Entnahme eines schichtweise aufgebauten, dreidimensionalen Werkstücks eingerichtet und vorgesehen. Hierbei wird typischerweise eine Druckplatte mit dem hierauf gedruckten Werkstück von einer Bedienperson, gegebenenfalls unter Nutzung von Hebewerkzeugen, aus einem Innenraum der 3D-Druckvorrichtung entnommen. Das Werkstück wird häufig noch einem Folgeprozess zugeführt, beispielsweise einem Sinterprozess. Hierfür wird das gedruckte Werkstück durch die Bedienperson einer entsprechenden weiteren Bearbeitungsstation, beispielsweise einem Sinterofen, zugeführt.
Die bisher in der Praxis üblichen eine 3D-Druckvorrichtung einschließenden Verarbeitungsprozesse erfordern somit regelmäßig häufig manuelle Eingriffe durch eine Bedienperson und sind für eine industrielle Fertigung nur mit Abstrichen geeignet.
Vor diesem Hintergrund stellt sich für die vorgeschlagene Lösung die Aufgabe, in dieser Hinsicht eine Verbesserung bereitzustellen und insbesondere eine zumindest teilweise Automatisierung bei der Herstellung dreidimensional gedruckter Werkstücke zu erreichen.
Diese Aufgabe ist sowohl mit einer Fertigungsstraße nach Anspruch 1 als auch mit einer 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 13 gelöst.
Insbesondere ist eine Fertigungsstraße mit mindestens einer 3D-Druckvorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks und mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zur weiteren Bearbeitung des mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebauten Werkstücks vorgeschlagen. Die Fertigungsstraße umfasst hierbei zwei über eine Gabelung miteinander verbundene Fertigungsstrecken, denen wahlweise ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück über eine Förderrichtung der Fertigungsstraße automatisiert zuführbar ist. Eine erste Fertigungsstrecke weist hierbei wenigstens eine erste Bearbeitungsstation auf, während eine zweite Fertigungstrecke wenigstens eine zweite Bearbeitungsstation aufweist.
Die vorgeschlagene Fertigungsstraße sieht somit vor, dass ein mithilfe der 3D-Druckvorrichtung gedrucktes dreidimensionales Werkstück automatisiert wenigstens zwei unterschiedlichen Folgeprozessen selektiv zugeführt werden kann. So kann dann beispielsweise in Abhängigkeit von einem hinterlegten und nutzerseitig ausgewählten Herstellungsszenario und damit verbundenen Computerprogrammablauf ein erster Typ eines mit der 3D-Druckvorrichtung hergestellten Werkstücks der ersten Fertigungsstrecke zugeführt werden. Für ein nachfolgend gedrucktes Werkstück eines zweiten Typs kann dann wiederum vorgesehen sein, dass dieses Werkstück an der Gabelung der anderen, zweiten Fertigungsstrecke zugeführt wird. Derart lassen sich automatisiert und damit auch in höherer Stückzahl über eine 3D-Druckvorrichtung unterschiedliche Typen von Werkstücken dreidimensional drucken und nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zuführen.
In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass über die Gabelung und eine Steuerelektronik der Fertigungsstraße ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück elektronisch gesteuert entweder der ersten Fertigungsstrecke oder der zweiten Fertigungsstrecke zur weiteren Verarbeitung zuführbar ist. Über die Steuerelektronik wird folglich die Fördereinrichtung, die beispielsweise ein Förderband, ein Palettensystem und/oder einen Industrieroboter umfasst, derart gesteuert, dass an der Gabelung - in Abhängigkeit von dem gedruckten Werkstück - das Werkstück automatisch der einen oder anderen Fertigungsstrecke zur weiteren Bearbeitung zugeführt wird und mindestens eine hier vorgesehene Bearbeitungsstation durchläuft.
In einer Ausführungsvariante ist wenigstens eine Bearbeitungsstation der zwei Fertigungsstrecken, d.h. wenigstens eine erste und/oder eine zweite Bearbeitungsstation der beiden Fertigungsstrecken zur Sinterung eines mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebauten Werkstücks eingerichtet und vorgesehen. Beispielsweise weist eine Fertigungsstrecke in diesem Zusammenhang eine Entbinderungsstation, eine Sinterstation und eine Abkühlstrecke für die weitere Bearbeitung eines dreidimensional gedruckten Werkstücks auf.
Um die automatisierte Herstellung eines zu sinternden Bauteils zu erleichtern, kann die Fertigungsstraße beispielsweise eine Wechselvorrichtung umfassen, die eingerichtet ist, ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück auf einen Sinterwagen aufzusetzen, mit dem das Werkstück zur weiteren Verarbeitung gehandhabt wird. Dies schließt insbesondere ein, dass der Sinterwagen zusammen mit dem hierauf befindlichen dreidimensional gedruckten Werkstück einer zur Sinterung eingerichteten und vorgesehenen Bearbeitungsstation zuführbar ist. Durch das Aufsetzen auf einen Sinterwagen kann das gedruckte Werkstück innerhalb der Fertigungsstraße leichter automatisiert und über eine motorisch betriebene Fördereinrichtung den dem eigentlichen 3D-Druck nachgeschalteten Sinterprozess zugeführt werden.
In einer Weiterbildung ist zur weiteren Automatisierung und Handhabung beispielsweise vorgesehen, dass das Werkstück auf einer Sintergrundplatte in der 3D-Druckvorrichtung gedruckt wird und diese Sintergrundplatte dann anschließend automatisiert auf einen Sinterwagen zusammen mit dem hierauf befindlichen Werkstück auf den Sinterwagen aufgesetzt wird. Eine entsprechende (Druck-) Plattform an der 3D-Druckvorrichtung kann dann im Anschluss mit einer neuen Sintergrundplatte automatisiert bestückbar sein, sodass fortlaufend weitere Werkstücke gedruckt und automatisiert weiter gefördert werden können.
Insbesondere kann die Wechselvorrichtung eingerichtet sein, eine Druckplattform der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung, auf der das Werkstück aufgebaut wird, zurück an die mindestens eine 3D-Druckvorrichtung zu fördern. Mithilfe der Wechselvorrichtung kann somit beispielsweise eine Druckplattform mit einer Druckplatte und insbesondere eine Sintergrundplatte zur neuerlichen Verwendung an der 3D-Druckvorrichtung zurück gefördert werden, nachdem das zuvor hierauf befindliche dreidimensional gedruckte Werkstück hiervon entnommen wurde.
In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Fertigungsstraße eine Reinigungsstation zur Reinigung einer Druckplattform oder zumindest einer Grundplatte, insbesondere einer Sintergrundplatte für die Druckplattform aufweist. Wird das gedruckte Werkstück von der Druckplattform und gegebenenfalls insbesondere einer Sintergrundplatte dieser Druckplattform entnommen, wird die Druckplattform automatisiert der Reinigungsstation zugeführt und hiervon zurück an die 3D-Druckvorrichtung gefördert. Die Wechselvorrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise ein oder mehrere Förderbänder und/oder mindestens einen Industrieroboter umfassen.
In einer Ausführungsvariante münden die erste Fertigungstrecke und die zweite Fertigungstrecke in einen gemeinsamen Entnahmebereich, an dem ein fertiggestelltes Werkstück, d.h., ein Werkstück, das den (die) jeweiligen über die erste oder zweite Fertigungstrecke umgesetzten, auf den 3D-Druck folgenden Verarbeitungsprozess(e) durchlaufen hat, entnehmbar ist. Indem die ersten und zweiten Fertigungsstrecken in einen gemeinsamen Entnahmebereich münden, können stets an ein und demselben Entnahmebereich der Fertigungsstraße fertiggestellte Werkstücke entnommen werden, unabhängig davon, ob das jeweilige Werkstück über die erste Fertigungstrecke oder die zweite Fertigungsstrecke weiterbearbeitet wurde. Derart lässt sich insbesondere der Abtransport der fertiggestellten Werkstücke vereinfachen und die Fertigungsstraße vergleichsweise kompakt aufbauen.
Die mindestens eine in der Fertigungsstraße verwendete 3D-Druckvorrichtung ist in einer Ausführungsvariante softwareseitig anpassbar, um unterschiedliche Werkstücke zu drucken. Ein dreidimensional gedrucktes Werkstück kann somit nicht nur über die unterschiedlichen Fertigungsstrecken unterschiedlich weiterbearbeitet werden. Vielmehr ist in dieser Ausführungsvariante bereits über die 3D-Druckvorrichtung eine weitere Variabilität erreicht, indem lediglich in der 3D-Druckvorrichtung lediglich eine neue Konfiguration hinterlegt werden muss, um ein anderes Werkstück zu drucken. Über die Steuerelektronik und die Fördereinrichtung der Fertigungsstraße ist dann in Abhängigkeit von dem Werkstück auch die Zuführung zu den unterschiedlichen Fertigungsstrecken (und damit z.B. unterschiedlichen Nachbearbeitungsschritten) einstellbar.
Zur weiteren Flexibilisierung und Produktivitätssteigerung ist in einer Ausführungsvariante die mindestens eine 3D-Druckvorrichtung an einer ersten Seite mit einem Werkstückentnahmebereich und an einer zweiten Seite mit einer Werkstückausgabe ausgebildet. An dem Werkstückentnahmebereich kann ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück entnommen werden, während an der Werkstückausgabe an einer anderen Seite der 3D-Druckvorrichtung ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück über die Fördereinrichtung der Fertigungsstraße der Gabelung zuführbar ist. Eine entsprechende 3D-Druckvorrichtung weist somit an unterschiedlichen Seiten für verschiedene Zwecke vorgesehene Zugänge auf. Dabei kann beispielsweise ein erster, über den Werkstückentnahmebereich bereitgestellter Zugang an einer Frontseite der 3D-Druckvorrichtung und ein zweiter, über die Werkstückausgabe bereitgestellter Zugang an einer Rück- oder Längsseite der 3D-Druckvorrichtung vorgesehen sein.
Beispielsweise ermöglicht der Werkstückentnahmebereich der ersten Seite eine manuelle Entnahme eines Werkstücks und eine manuelle Rüstung der 3D-Druckvorrichtung. Während bisher im Markt bekannte 3D-Druckvorrichtungen lediglich einen einzigen Zugang zu einem Druckraum der 3D-Druckvorrichtung und damit beispielsweise einer Druckplattform, an der das Werkstück zu drucken ist, bereitstellen, sieht somit die hier vorgeschlagene Ausführungsvariante vor, dass der Druckraum von wenigstens zwei unterschiedlichen Seiten her zugänglich ist. Über den Werkstückentnahmebereich ist somit weiterhin, wie bisher üblich, eine manuelle Entnahme eines Werkstücks und die Rüstung der 3D-Druckvorrichtung über eine Bedienperson möglich. Über die zusätzlich vorgesehene Werkstückausgabe steht ferner mindestens ein zweiter Zugang zu dem Druckraum, z.B. an der Rückseite oder seitlich, zur Verfügung, der für eine automatisierte Förderung eines dreidimensional gedruckten Werkstücks zur weiteren Bearbeitung in der Fertigungsstraße vorgesehen ist. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Bereiche für die Werkstückentnahme oder - ausgabe vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Entnahme eines Werkstücks von vier unterschiedlichen Seiten und/oder eine Entnahme von oben ermöglicht sein.
In einer Ausführungsvariante sind mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen vorgesehen, wobei dann über die Fördereinrichtung der Fertigungsstraße jeweils ein mit der jeweiligen 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück der Gabelung und wahlweise der ersten oder zweiten Fertigungsstrecke zuführbar ist. Es können somit in mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen parallel gegebenenfalls baugleiche, aber auch unterschiedliche und insbesondere mit unterschiedlichen Druckmaterialien aufgebaute Werkstücke gedruckt werden, die dann zur weiteren Bearbeitung automatisiert den unterschiedlichen Fertigungsstrecken zuführbar sind.
In einer Ausführungsvariante mit mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen kann auch vorgesehen sein, dass die 3D-Druckvorrichtungen jeweils einen Werkstückentnahmebereich und eine Werkstückausgabe aufweisen, sodass an jeder 3D-Druckvorrichtung letztlich wenigstens zwei unterschiedliche Zugänge zu einem Druckraum der jeweiligen 3D-Druckvorrichtung vorhanden sind. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen eingerichtet sind, über den Werkstückentnahmebereich einer ersten Seite einer der mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen die Herstellung eines Werkstücks manuell einrichten und/oder erproben zu können, während aus der Werkstückausgabe einer zweiten Seite einer anderen der mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen über die Fördereinrichtung ein Werkstück der Gabelung und wahlweise der ersten oder zweiten Fertigungsstrecke automatisiert zu geführt wird. An einer oder mehrerer der 3D-Druckvorrichtungen kann somit automatisiert (weiter) gefertigt werden, während an wenigstens einer der 3D-Druckvorrichtungen eine Umrüstung und/oder Erprobung über den Werkstückentnahmebereich erfolgt.
Bei einer entsprechenden, 3D-Druckvorrichtungen mit zwei Zugängen für eine manuelle und automatisierte Werkstückentnahme aufweisenden Fertigungsstraße ist dann beispielsweise eine Steuerungselektronik vorgesehen, die nutzerseitig die Einstellung der Art der Nutzung einer oder mehrerer der 3D-Druckvorrichtungen der Fertigungsstraße ermöglicht. Beispielsweise ist derart elektronisch einstellbar, dass lediglich eine der 3D-Druckvorrichtungen manuell betrieben wird, beispielsweise für eine Prototypenfertigung, während eine oder mehrere andere 3D-Druckvorrichtungen derselben Fertigungsstraße computergestützt Werkstücke (weiter) fertigen, die automatisiert über den jeweiligen anderen Zugang mithilfe der Fördereinrichtung an einer eventuell vorhandenen Wechselvorrichtung entnehmbar und weitertransportierbar, sind.
In einer Ausführungsvariante ist eine Materialzufuhr vorgesehen, über die mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen der Fertigungsstraße automatisiert mit Druckmaterial versorgt werden. Es ist in einer derartigen Ausführungsvariante somit nicht zwingend, dass von einer Bedienperson an einer 3D-Druckvorrichtung vorhandene Druckmaterialreservoirs oder -trichter nachgefüllt werden. Vielmehr werden hier mehrere 3D-Druckvorrichtungen automatisiert, zum Beispiel mithilfe von Füllstandssignalen entsprechender Füllstandssensoren, aus einer zentralen Materialzufuhr mit dem vorgesehenen Druckmaterial versorgt. Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass die 3D-Druckvorrichtungen mit unterschiedlichen Druckmaterialien über die zentrale Materialzufuhr versorgt werden können.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks. Hierbei ist vorgeschlagen, dass die 3D-Druckvorrichtung nicht nur an einer ersten Seite, z.B. einer Frontseite, einen Werkstückentnahmebereich aufweist, an dem ein mit der 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück manuell entnehmbar ist. Vielmehr weist eine vorgeschlagene 3D-Druckvorrichtung an einer zweiten Seite der 3D-Druckvorrichtung, zum Beispiel eine Rück- oder Längsseite, eine Werkstückausgabe auf, aus der ein mit der 3D-Druckvorrichtung aufgebautes Werkstück über eine Fördereinrichtung automatisiert entnehmbar ist.
Eine vorgeschlagene 3D-Druckvorrichtung stellt somit an zwei Seiten wenigstens zwei unterschiedliche Zugänge zu einem Druckraum der 3-D-Druckvorrichtung bereit, wobei wenigstens ein Zugang für eine automatisierte Werkstückentnahme, zum Beispiel mithilfe eines Greifreporters und/oder eines Förderbandes, eingerichtet und vorgesehen ist. Ein weiterhin vorhandener Werkstückentnahmebereich für eine manuelle Werkstückentnahme stellt dabei sicher, dass die 3D-Druckvorrichtung, z.B. in Form eines 3D-Druckers, auch unabhängig von einer Fördereinrichtung zur automatisierten Entnahme eines Werkstücks betreibbar ist. Die 3D-Druckvorrichtung ist somit flexibel nutzbar und kann insbesondere in einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Fertigungsstraße zum Einsatz kommen.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:

1 in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Fertigungsstraße mit mehreren 3D-Druckvorrichtungen zum dreidimensionalen Drucken von Werkstücken, die an der Fertigungsstraße automatisiert über zwei unterschiedliche Fertigungsstrecken der Fertigungsstraße weiter bearbeitbar sind;
2 die Fertigungsstraße der 1 in Draufsicht;
3 in Draufsicht eine weitere Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Fertigungsstraße;
4 in Draufsicht eine weitere Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Fertigungsstraße.

Die 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten eine Fertigungsstraße F, die unter anderem eine mehrere 3D-Druckvorrichtungen in Form von 3D-Druckern 1a bis 1h umfassende Druckeranordnung D aufweist. Die 3D-Drucker 1a bis 1h sind paarweise einander gegenüberliegend in einer Reihe hintereinander angeordnet, sodass zwischen ihnen eine Förderstraße einer Fördereinrichtung der Fertigungsstraße F verläuft, über die von den 3D-Druckern 1a bis 1h gedruckte Werkstücke automatisiert abtransportiert und einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden können. Die 3D-Drucker 1a bis 1h werden hierbei über eine zentrale Materialzufuhr 2 mit Druckmaterial versorgt. Die Materialzufuhr 2 weist hierfür mehrere Zuleitungen zu den 3D-Druckern 1a bis 1h auf.
Jeder 3D-Drucker 1a bis 1h der Druckanordnung D der Fertigungsstraße F ist zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks, zum Beispiel im Wege des Strangablageverfahrens, eingerichtet und vorgesehen. Jeder der 3D-Drucker 1a-1h weist vorliegend zwei Zugänge zu einem Druckraum im Inneren des jeweiligen 3D-Druckers 1a bis 1h auf. Ein erster frontseitiger Zugang ist an einer Vorderseite 10 mit einem Werkstückentnahmebereich bereitgestellt. Ein zweiter Zugang ist rückseitig, d. h. an einer einem gegenüberliegenden 3D-Drucker zugewandten Rückseite 11 vorgesehen. Die Rückseiten 11 sind dabei der Förderstraße der Fördereinrichtung der Fertigungsstraße F zugewandt, sodass über die Rückseiten 11 der 3D-Drucker 1a bis 1h dreidimensional gedruckte Werkstücke automatisiert abtransportiert werden können.
Über die Vorderseiten 10 der einzelnen 3D-Drucker 1a bis 1h bleibt jeder der 3D-Drucker 1a bis 1h weiterhin für eine Bedienperson zugänglich, beispielsweise um an einer Druckplatte 100 einer Plattformeinheit des jeweiligen 3D-Druckers 1a bis 1h eine Umrüstung und/oder Erprobung vornehmen zu können, ohne dass hierfür eine Fertigung von Werkstücken über die anderen 3D-Drucker unterbrochen werden müsste.
Die Fertigungsstraße F weist zwei Fertigungsstrecken 30 und 31 auf, die an einer Gabelung 3 miteinander verbunden sind, sodass von der Druckeranordnung D kommende Werkstücke wahlweise entweder der einen Fertigungstrecke 30 entlang einer Förderrichtung R1 oder der anderen Fertigungsstrecke 31 entlang einer anderen Förderrichtung R2 zugeführt werden können. Die Fertigungsstraße F und eine auch in den Fertigungsstrecken 30 und 31 integrierte Förderrichtung, zum Beispiel mit wenigstens einem Förderband und/oder Industrieroboter, ist über eine Steuerelektronik derart automatisiert steuerbar, dass in Abhängigkeit von dem an der Druckeranordnung D gefertigten Werkstück das Werkstück zur weiteren Bearbeitung der passenden Fertigungsstrecke 30 oder 31 automatisch zugeführt wird.
Die eine (erste) Fertigungstrecke 30 ist hierbei beispielsweise über mehrere miteinander verbundene Teilstücke 30a, 30b und 30c mit drei Bearbeitungsstationen 4, 5 und 6 ausgestattet. Eine erste Bearbeitungsstation wird hierbei durch eine Entbinderungsstation 4, eine zweite Bearbeitungsstation durch eine Sinterstation5 und eine dritte Bearbeitungsstation durch eine Abkühlstrecke 6 gebildet. Über die eine Fertigungstrecke 30 kann somit ein dreidimensional gedrucktes Werkstück aus der Druckeranordnung D kommend automatisiert einem Sinterprozess zugeführt werden, an dessen Ende an einem Entnahmebereich E das fertiggestellte Werkstück von der Fertigungsstraße F entnehmbar ist.
An den Entnahmebereich E gelangen auch diejenigen Werkstücke, die über die andere (zweite) Fertigungstrecke 31 weiterbearbeitet wurden. Die Fertigungsstraße 31 ist hierbei deutlich kürzer als die die Sinterstation 5 aufweisende Fertigungstrecke 30. Die andere (zweite) Fertigungstrecke 31 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel exemplarisch lediglich eine Nachbearbeitungsstation 8, beispielsweise zum Trocknen eines Werkstücks auf. Alternativ oder ergänzend kann die Nachbearbeitungsstation beispielsweise zum Reinigen von zum Transport genutzter Teile und/oder von während zuvor durchgeführter Bearbeitungsprozesse genutzter Teile, für eine mechanische Nacharbeit am Grünling oder Kunststoffbauteil (z.B. durch einen Roboter), zur Entfernung von Stützmaterial, zum Oberflächenstrahlen und/oder Oberflächenversiegeln vorgesehen sein.
Insbesondere mit Blick auf die an der ersten Fertigungsstraße 30 vorhandene Sinterstation 5 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass über eine Wechselvorrichtung ein aus einem 3D-Drucker 1a bis 1h an dessen Rückseite 11 entnommenes Werkstück - gegebenenfalls zusammen mit einer entnommenen Sintergrundplatte - auf einen Sinterwagen aufgesetzt wird. Im Anschluss läuft das Werkstück auf diesem Sinterwagen die einzelnen Bearbeitungsstationen 4, 5 und 6 der ersten Fertigungsstrecke 30.
In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass eine Sintergrundplatte nach der Entnahme des Werkstücks an dem Entnahmebereich E einer Reinigungsstation zugeführt und dann wieder über die Wechselvorrichtung an einem 3D-Drucker 1a bis 1h, insbesondere an dessen jeweiliger Druckplatte 100, automatisiert eingesetzt wird. Dementsprechend kann beispielsweise vorgesehen sein, dass automatisiert an einer Rückseite 11 ein dreidimensional gedrucktes Werkstück entnommen und über die Gabelung 3 der jeweiligen Fertigungsstraße 30 oder 31 zugeführt wird. Im Anschluss wird über die Wechselvorrichtung gleich eine neue Sintergrundplatte an den jeweiligen 3D-Drucker 1a bis 1h transportiert, sodass hierauf gleich wieder ein neues Werkstück gedruckt werden kann. Damit ist eine kontinuierliche und auch industrielle Fertigung von komplexen, additiv gefertigten Werkstücken möglich.
Bei der Ausführungsvariante der 1 und 2 sieht die Fertigungsstraße F zusätzlich noch eine Bearbeitungsstation in Form eines Ofens 7 vor. Dieser Ofen 7 ist von den Teilstücken 30a, 30b und 30c der ersten Fertigungsstrecke 30 und der anderen Fertigungsstrecke 31 umschlossen und befindet sich somit in einem inneren Bereich der Fertigungsstraße F. Dieser Ofen 7 ist somit für eine Bedienperson in Kombination mit allen Fertigungsstrecken 30 und 31 nutzbar, um beispielsweise ein Werkstück bei Bedarf auch manuell dem Ofen 7 zuzuführen. Selbstverständlich ist es aber gerade mit Blick auf eine automatisierte Fertigung denkbar, dass in dem umschlossenen Bereich mit dem Ofen 7 ein Greifroboter vorgesehen ist, über den bei Bedarf ein Werkstück dem Ofen 7 zugeführt und im Anschluss wieder einer der Fertigungsstrecken 30, 31 zugeführt oder direkt zu dem Entnahmebereich E transportiert wird.
Die 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsvarianten einer vorgeschlagenen Fertigungsstraße F jeweils in Draufsicht. Bei beiden Varianten der 3 und 4 ist hierbei exemplarisch lediglich ein 3D-Drucker 1a am Beginn der jeweiligen Fertigungsstraße F vorgesehen. Analog zu der Ausführungsvariante der 1 und 2 kann hier aber auch eine Druckanordnung D mit wenigstens zwei 3D-Druckern vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsvariante der 3 schließt sich an die zwei über eine Gabelung 3 miteinander verbundenen Fertigungsstrecken 30 und 31 mit den unterschiedlichen Bearbeitungsstationen 4 bis 6 und 8 ein gemeinsamer Fertigungsstreckenabschnitt 32 mit einer oder (wie dargestellt) mehreren Nachbearbeitungsstationen 9a bis 9c an. Unabhängig davon, ob ein von einem 3D-Drucker 1a kommendes Werkstück über die eine Fertigungsstrecke 30 oder die andere Fertigungsstrecke 31 weiterverarbeitet wurde, gelangt das bearbeitete Werkstück hier folglich anschließend zu dem den Entnahmebereich E aufweisenden Fertigungsstreckenabschnitt 32. In diesem Fertigungsstreckenabschnitt kann das Werkstück dann wahlweise einer oder mehreren der Nachbearbeitungsstationen 9a, 9b und/oder 9c für einen vorgegebenen Nachbearbeitungsschritt zugeführt werden.
Bei der Ausführungsvariante der 4 ist eine, erste Fertigungsstrecke 30 als Rundstrecke oder Rondell ausgeführt. Nach Durchlaufen der ersten Fertigungsstrecke 30 gelangt somit ein Werkstück wieder an eine Gabelung 3 und kann hiernach einer zweiten Fertigungsstrecke 31 mit der Nachbearbeitungsstation 8 zugeführt werden. Je nach herzustellendem Werkstück kann somit die erste Fertigungsstrecke 30 durchlaufen werden, an der das Werkstück an einer oder mehreren der hieran angeordneten Bearbeitungsstationen 4 bis 6 und 9a bis 9c weiter bearbeitet wird. Anschließend gelangt das Werkstück über die Gabelung 3 zu der zweiten Fertigungsstrecke 31, an der das Werkstück dann optional noch an der Nachbearbeitungsstation 8 weiter bearbeitet werden kann. Alternativ kann ein aus dem 3D-Drucker 1a (oder einem anderen 3D-Drucker einer Druckanordnung D) stammendes Werkstück an der ersten Fertigungsstrecke 30 vorbei lediglich der zweiten Fertigungsstrecke 31 zugeführt werden.
Bei einer Rundstrecke der 4 kann eine Bearbeitungsreihenfolge auch dahingehend elektronisch gesteuert und mithin automatisiert werden, dass das Werkstück entlang einer Förderrichtung entlang der Rundstrecke nur an einer oder nur einem Teil der Bearbeitungsstationen 4 bis 6 und 9a bis 9c einem Bearbeitungsprozess unterzogen wird und anschließend über die zweite Fertigungsstrecke 31 am Entnahmebereich E zur Verfügung gestellt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Werkstück wenigstens zwei Mal entlang der Förderrichtung über die erste Fertigungsstrecke 30 geführt wird, um in einem zweiten Durchgang mindestens eine andere Bearbeitungsstation zu nutzen als in einem ersten Durchgang.
Bezugszeichenliste

1a -1h: 3D-Drucker
100: Druckplatte
10: Vorderseite mit Werkstückentnahmebereich
11: Rückseite mit Werkstückausgabe
2: Materialzufuhr
3: Gabelung
30: 1. Fertigungsstrecke mit Förderband
30a, 30b, 30c: Teilstück
31: 2. Fertigungsstrecke mit Förderband
32: Fertigungsstreckenabschnitt
4: Entbinderungsstation
5: Sinterstation
6: Abkühlstrecke
7: Ofen
8: Nachbearbeitungsstation
9a, 9b, 9c: Nachbearbeitungsstation
D: Druckeranordnung
E: Entnahmebereich
F: Fertigungsstraße
R1, R2: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/039261 A1 [0003]

Claims

Fertigungsstraße, mit - mindestens einer 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks und - mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9c) zur weiteren Bearbeitung des mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebauten Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsstraße (F) zwei über eine Gabelung (3) miteinander verbundene Fertigungsstrecken (30, 31) umfasst, denen wahlweise ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück über eine Fördereinrichtung der Fertigungsstraße (F) automatisiert zuführbar ist und von denen eine erste Fertigungsstrecke (30) wenigstens eine erste Bearbeitungsstation (4-7, 9a-9b) der mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9b) und eine zweite Fertigungsstrecke (31) wenigstens eine zweite Bearbeitungsstation (8) der zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen (4-8, 9a-9b) aufweisen.
Fertigungsstraße nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Gabelung (3) und eine Steuerelektronik der Fertigungsstraße (F) ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück elektronisch gesteuert entweder der ersten Fertigungsstrecke (30) oder der zweiten Fertigungsstrecke (31) zur weiteren Verarbeitung zuführbar ist.
Fertigungsstraße nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bearbeitungsstation (5) und/oder die zweite Bearbeitungsstation zur Sinterung eines mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebauten Werkstücks eingerichtet und vorgesehen ist.
Fertigungsstraße nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsstraße (F) eine Wechselvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück auf einen Sinterwagen aufzusetzen, mit dem das Werkstück zur weiteren Verarbeitung der zur Sinterung eingerichteten und vorgesehenen Bearbeitungsstation (5) zuführbar ist.
Fertigungsstraße nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung ferner eingerichtet ist, eine Druckplattform der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h), auf der das Werkstück aufgebaut wird, zurück an die mindestens eine 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) zu fördern.
Fertigungsstraße nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fertigungsstrecke (30) und die zweite Fertigungsstrecke (31) in einem gemeinsamen Entnahmebereich (E) münden, an dem ein fertiggestelltes Werkstück entnehmbar ist.
Fertigungsstraße nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) softwareseitig anpassbar ist, um unterschiedliche Werkstücke zu drucken.
Fertigungsstraße nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) an einer ersten Seite (10) einen Werkstückentnahmebereich, an dem ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück entnommen werden kann, und an einer zweiten Seite (11) eine Werkstückausgabe, aus der ein mit der mindestens einen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück über die Fördereinrichtung der Gabelung (3) zuführbar ist, aufweist.
Fertigungsstraße nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass über den Werkstückentnahmebereich der ersten Seite eine manuelle Entnahme eines Werkstücks und eine Rüstung der 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) ermöglicht ist.
Fertigungsstraße nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen (1a-1h) vorgesehen sind und über die Fördereinrichtung der Fertigungsstraße (F) jeweils ein mit der jeweiligen 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück der Gabelung (3) und wahlweise der ersten oder zweiten Fertigungsstrecke (30, 31) zuführbar ist.
Fertigungsstraße nach Anspruch 8 oder 9 und dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen (1a-1h) jeweils einen Werkstückentnahmebereich und eine Werkstückausgabe aufweisen und eingerichtet sind, über den Werkstückentnahmebereich an der ersten Seite (10) einer der mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen (1a-1h) die Herstellung eines Werkstücks manuell einrichten und/oder erproben zu können, während aus der Werkstückausgabe an der zweiten Seite (11) einer anderen der mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen (1a-1h) über die Fördereinrichtung ein Werkstück der Gabelung (3) und wahlweise der ersten oder zweiten Fertigungsstrecke (30, 31) automatisiert zugeführt wird.
Fertigungsstraße nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass den mindestens zwei 3D-Druckvorrichtungen (1a-1h) über eine Materialzufuhr (2) automatisiert Druckmaterial zuführbar ist.
3D-Druckvorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Werkstücks, wobei die 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) an einer ersten Seite (10) einen Werkstückentnahmebereich aufweist, an dem ein mit der 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück manuell entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zweiten Seite (11) der 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) zusätzlich eine Werkstückausgabe vorgesehen, aus der ein mit der 3D-Druckvorrichtung (1a-1h) aufgebautes Werkstück über eine Fördereinrichtung automatisiert entnehmbar ist.