DE102019209641A1 - Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks (10), wobei die Vorrichtung (1) ein Grundgestell (50), eine Baukammer (2), zumindest einen Druckkopf (3), eine Aufnahmevorrichtung (11) zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks (10) mit einem Heizelement (14), eine Verstellvorrichtung (5) zur Verstellung der Aufnahmevorrichtung (11) und ein Kühlsystem (40) umfasst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (40) zumindest eine erste Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung des Druckkopfs (3) und/oder der Baukammer (2), eine zweite Kühlvorrichtung (24) im Bereich der Aufnahmevorrichtung (11) und eine Vorrichtung (44) zur Zuführung eines Kühlmittels (49) umfasst.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks (10) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks.
  • Stand der Technik
  • Eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks, bzw. ein 3D-Drucker für ein thermoplastisches Material erhält eine feste Phase dieses Materials als Ausgangsmaterial, erzeugt daraus eine flüssige Phase und bringt diese flüssige Phase selektiv an den Stellen, die zu dem zu erzeugenden Objekt gehören, auf. Ein solcher 3D-Drucker umfasst einen Druckkopf, in den das Ausgangsmaterial geschmolzen wird. Weiterhin sind Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Druckkopf und der Arbeitsfläche, auf der das Objekt entstehen soll, vorgesehen. Dabei können entweder nur der Druckkopf, nur die Arbeitsfläche oder aber sowohl der Druckkopf als auch die Arbeitsfläche bewegt werden.
  • Derzeit befinden sich Druckköpfe in der Entwicklung, die auch metallische Ausgangsmaterialien verarbeiten können. Aufgrund des im Vergleich zu thermoplastischen Kunststoffen wesentlich höheren Schmelzpunktes von Metallen ist es in der Regel nicht möglich, das Metall on-demand genau in dem Moment, in dem es aufgebracht werden soll, zur flüssigen Phase aufzuschmelzen. Daher umfassen Druckköpfe für Metalle in der Regel einen Tiegel, bzw. ein Reservoir, in dem die flüssige Phase des Metalls bevorratet wird.
  • Ferner sind Kühlkonzepte bekannt in denen ausschließlich der Aktor zur Tröpfchenerzeugung mit einer Kühlung versehen ist. Bei dieser Kühlstrategie, welche nur die Kühlung des Aktors beinhaltet, wird die Wärme von den von der Wärmequelle (Schmelze) aus kontaktbehafteten Komponenten nicht gezielt abgeführt. Die Wärme kann sich nachteilig entsprechend stauen und strahlt durch Konvektion an ihre Umgebung ab. Dies kann als sicherheitsrelevanter Aspekt angesehen werden, da es beispielsweise zu einer Verbrennungsgefahr oder einer unzulässig hohen Erwärmung der umliegenden Elektrokomponenten kommen kann, wodurch beispielsweise Kunststoffe, allgemeine Materialien, sowie Kabelleitungen zerstört werden können.
    Darüber hinaus wird für die Adaptierung des Aktors die Verwendung der Materialien eingeschränkt, da schlecht wärmeleitende Materialien zu bevorzugen sind um den Wärmetransport zu hemmen. Die Aktoren haben in den meisten Fällen einen Temperaturarbeitsbereich <150°C, der nicht überschritten werden sollte
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Dauerhaften Betrieb sicherstellt und einen stabilen Druckprozess ermöglicht. Ferner soll durch ein effizientes Kühlsystem ein industrieller Einsatz der Vorrichtung erreicht werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 11 erfüllt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks umfasst ein Grundgestell, eine Baukammer, zumindest einen Druckkopf, eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks mit einem Heizelement, eine Verstellvorrichtung zur Verstellung der Aufnahmevorrichtung und ein Kühlsystem, wobei das Kühlsystem zumindest eine erste Kühlvorrichtung zur Kühlung des Druckkopfs und / oder der Baukammer, eine zweite Kühlvorrichtung im Bereich der Aufnahmevorrichtung und eine Vorrichtung zur Zuführung eines Kühlmittels umfasst. Ferner ist das Kühlsystem als temperaturgeregeltes Kühlsystem ausgebildet.
    Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass nicht nur der Aktor mit einer Kühlung versehen ist, sondern durch das Kühlsystem auch die Grundmaschine inklusive der Aufnahmevorrichtung, bzw. Substratplatte und zusätzlich die Antriebstechnik der Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks gekühlt wird. Dies erweist sich vorteilhaft für die Erzeugung und Reproduzierbarkeit von 3D Strukturen, sowie den Komponentenschutz der Vorrichtung.
  • Durch das Kühlsystem kann in vorteilhafter Weise Wärme, ausgehend von der Wärmequelle (Schmelze), von kontaktbehafteten Komponenten gezielt abgeführt werden. Ein möglicher Wärmestau kann verringert werden und eine mögliche Konvektion an die Umgebung kann verhindert werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass beispielsweise einer unzulässig hohen Erwärmung der umliegenden Elektrokomponente wie die Antriebstechnik sowie Kabelleitungen vorgebeugt wird und eine Verbrennungsgefahr reduziert wird. Das Kühlsystem erfüllt demnach auch sicherheitsrelevante Aspekte.
  • Die Vorrichtung weist eine Verstellvorrichtung auf, durch deren Verstellung in vorteilhafter Weise das dreidimensionale Werkstück durch den Druckkopf hergestellt wird. Die Verstellvorrichtung sorgt für eine Relativbewegung des Druckkopfs zur Aufnahmevorrichtung zur Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks.
    Die Verstellvorrichtung kann in vorteilhafter Weise durch ein dreidimensionales Linearachssystem gebildet sein. Dadurch wird die Positioniergenauigkeit des Druckkopfes, bzw. des Druckkopfes relativ zur Aufnahmevorrichtung optimiert, bzw. erreicht. Eine erste Ausführungsform ist aus einem ortsfesten Druckkopf und einer in x-, y- und z-Richtung beweglichen Aufnahmevorrichtung, bzw. Substratplatte gebildet. Eine zweite Ausführungsform ist aus einer in z-Richtung beweglichen Substratplatte und einem in x- und y-Richtung beweglichen Druckkopf gebildet. Ferner ist es auch möglich eine ortsfeste Substratplatte und einen in x-, y- und z-Richtung beweglichen Druckkopf auszuführen. Beispielsweise kann der Druckkopf auch an einem Roboterarm angeordnet sein und durch diesen dreidimensional angesteuert werden.
    Ferner umfasst die Aufnahmevorrichtung der Vorrichtung ein Heizelement. Das Heizelement wärmt durch eine Temperaturregelung die Aufnahmevorrichtung, bzw. die Substratplatte, wodurch in vorteilhafter Weise die Druckgenauigkeit erhöht, Spannungen im Werkstück reduziert und dadurch die Werkstoffeigenschaften des Werkstücks verbessert werden. Ebenso wird die Automatisierbarkeit der Vorrichtung erreicht, bzw. verbessert. Die Temperaturregelung kann beispielsweise über elektrische Heizelemente in der Substratplatte durchgeführt werden, wobei die Heizelemente auf Temperatur geregelt werden, indem Soll-/Ist-Werte verglichen werden. Die Regelung erfolgt durch die Maschinenlogik der SPS.
    Die Wasserkühlung das Kühlsystems kann in vorteilhafter Weise bei Bedarf zusätzlich geregelt werden.
  • In einer Weiterbildung ist die zweite Kühlvorrichtung zumindest aus einem Isolator und einer Kühlplatte gebildet. Dabei ist der Isolator zwischen dem Heizelement der Aufnahmevorrichtung und der Kühlplatte angeordnet.
  • Der Isolator unterbricht/reduziert den Wärmefluss des beispielsweise ca. 800°C heißen Schmelzematerials, wodurch in vorteilhafter Weise der Wärmetransport, bzw. Verlust erheblich reduziert/gemindert werden kann. Der Einsatz des Isolators wirkt sich energetisch positiv aus. Aus Sicht des Wärmetransports/ - übergangs ist es von Vorteil eine Kontaktfläche am Übergang vom Isolator zum Kühltisch zu reduzieren, wodurch ein weiterer Energieverlust reduziert werden kann.
  • In einer Weiterbildung weist die Kühlplatte Kühlkanäle zur Aufnahme des Kühlmittels auf.
    Durch die integrierten Kühlkanäle wird die Kühlvorrichtung in vorteilhafter Weise gekühlt. Die zweite Kühlvorrichtung ist im Bereich der Aufnahmevorrichtung angeordnet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass temperaturempfindliche Bauteile wie die Baukammer oder die Verstellvorrichtung von Hochtemperaturbereichen, bzw. -teilen wie der temperaturgeregelten, bzw. beheizten Substratplatte durch Kühlung geschützt werden und die Auswirkung der Wärmestrahlung reduziert wird.
  • In einer Weiterbildung ist die Kühlplatte über Schnittstellen an der Vorrichtung zur Zuführung des Kühlmittels angeordnet. Dadurch kann das Kühlmittel in vorteilhafter Weise direkt an die Kühlplatte gefördert werden.
    Dadurch wird eine aktive Kühlung erreicht, die in vorteilhafter Weise großflächig unmittelbar nach der Wärmequelle die Wärme abführt. Somit ist ein hervorragender Schutz geben Wärmestau und Konvektion gegeben. Zusätzlich wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die in der Grundmaschine verbauten Antriebe einer reduzierten Wärmebeeinflussung ausgesetzt sind und die Wärmequellen weniger an die Umgebung und die Peripherie abstrahlen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Antriebstechnik vor Überhitzung geschützt und die Lebensdauer erhöht wird.
  • Durch das Kühlsystem kann in vorteilhafter Weise die Prozessfähigkeit und die Positioniergenauigkeit der Vorrichtung optimiert werden. Prozessbedingte, bzw. nicht erwünschte Restwärme wird somit verringert, bzw. vermieden, wodurch temperaturbedingte Positionsungenauigkeiten des dreidimensionalen Werkstücks vermieden werden können.
  • Durch die Abschirmung, bzw. Kühlung der Verstellvorrichtung kann in vorteilhafter Weise die Werkstückgenauigkeit erhöht werden, da ein präzises und wiederholbar herstellbares dreidimensionales Bauteil nur realisiert werden kann, wenn die Achsen der Verstellvorrichtung eine gleichmäßige Temperatur haben, bzw. während des Druckprozesses halten können. Da die Vorrichtung Bauteile beinhaltet, die Temperaturen im Bereich von über 1000°C beinhalten können, müssen die Achsen auf einem niedrigen Temperaturniveau gehalten werden, bzw. es ist erforderlich, dass eine geregelte Kühlung der Achsen realisiert wird.
  • Für das Kühlsystem kann eine Quelle bzw. ein Aufarbeitungsgerät zur Wasserkühlung verwendet werden, wodurch in vorteilhafter Weise die Kosten der Gesamtmaschine niedrig gehalten werden.
  • In einer ersten Ausführung sind die Schnittstellen aus Lagerbuchsen gebildet und die Vorrichtung zur Zuführung des Kühlmittels ist innerhalb des Grundgestells angeordnet.
    In einer weiteren Ausführung sind die Schnittstelle aus Steckverbindungen gebildet und die Vorrichtung zur Zuführung des Kühlmittels ist innerhalb des Grundgestells angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist die Vorrichtung zur Zuführung des Kühlmittels aus Hohlwellen gebildet, wobei innerhalb der Hohlwellen zusätzliche Versorgungsleitungen angeordnet sind. Die durch die Hohlwelle geführten Versorgungsleitungen sind beispielsweise Zuleitungen, bzw. Verkabelung von Heizelement und Thermosensoren. Durch die Ausführung als Hohlwelle kann in vorteilhafter Weise die komplette Versorgung des Druckkopfes, insbesondere der Werkstückaufnahme erfolgen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung ein Metalldrucker.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks mit einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks. Die Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den vorab beschriebenen Vorteilen der Vorrichtung.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von den Figuren näher dargestellt.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks,
    • 2 eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,
    • 3 eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
    • 4 eine Draufsicht einer Kühlplatte und
    • 5 eine Detailansicht der Vorrichtung.
  • Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 wobei die Vorrichtung 1, eine Baukammer 2, zumindest einen Druckkopf 3, eine Aufnahmevorrichtung 11 zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks 10 mit einem Heizelement 14, eine Verstellvorrichtung 5 zur Verstellung der Aufnahmevorrichtung 11 und ein Kühlsystem 40 umfasst.
    Die Vorrichtung 1 ist ein Metalldrucker 1, der nach dem Drop-on-Demand Prinzip arbeitet, wobei ein metallischer Werkstoff durch Erhitzen in einem Schmelztiegel 13 in eine flüssige Phase überführt wird und diese durch eine Düse 23 des Druckkopfs 3 als Tropfen 8 selektiv an Stellen aufgetragen werden, die durch die Form und die Abmessungen des Werkstücks 10 vorgegeben sind. Das Werkstück 10 wird dabei schichtweise auf die Aufnahmevorrichtung 11, bzw. auf das Werkstück 10 aufgebaut. Die Aufnahmevorrichtung 11 ist als Substratträger 11, bzw. Substratplatte 11 ausgebildet.
  • Das Kühlsystem 40 umfasst eine erste Kühlvorrichtung 4 zur Kühlung des Druckkopfs 3 und / oder der Baukammer 2, eine zweite Kühlvorrichtung 24 im Bereich der Aufnahmevorrichtung 11 und eine Vorrichtung 44 zur Zuführung eines Kühlmittels. Das Kühlsystem 40 ist als temperaturgeregeltes Kühlsystem 40 ausgebildet ist.
    Zwischen der Baukammer 2 und dem Druckkopf 3 ist die erste Kühlvorrichtung 4 zur Kühlung des Druckkopfs 3 und / oder der Baukammer 2 angeordnet. Die Kühlung, bzw. Wärmeableitung geschieht über integrierte Wasserkanäle in der Kühlvorrichtung 4, wobei das Kühlwasser über nicht dargestellte Anschlüsse in die Kühlvorrichtung 4 geleitet wird. Die Kühlvorrichtung 4 schützt temperaturempfindliche Bauteile wie die Baukammer 2 oder die Verstellvorrichtung 5 vor Hitze ausgehend von Hochtemperaturbereichen, bzw. - teilen wie dem Schmelztiegel 13 des Druckkopfes 3, indem durch Kühlung die auftretende Wärmestrahlung reduziert wird. Eine nicht dargestellte Isolationsschicht reduziert eine weitere Wärmeleitung, Konvektion oder Wärmestrahlung.
    Die Verstellvorrichtung 5 ist aus einem dreidimensionalen Linearachssystem gebildet und führt die Druckbewegungen des Metalldruckers 1 aus. Sie ist aus dem ortsfesten Druckkopf 3 und der in x-, y- und z-Richtung beweglichen Aufnahmevorrichtung 11, bzw. Substratplatte 11 gebildet. Die Substratplatte 11 dient zur Aufnahme des zu druckenden Werkstücks 10.
    Zwischen der Baukammer 2 und der Verstellvorrichtung 5 sind jeweils Dichtmittel 6 angeordnet. Diese sorgen dafür, dass die Baukammer 2 während des Betriebs des Metalldruckers 1 als ein gegenüber der Umgebungsluft 30 abgedichteter Raum 21 ausgebildet ist, wobei dieser eine, ein Inertgas umfassende, Schutzgasatmosphäre 20 aufweisen kann.
    Die Aufnahmevorrichtung 11, bzw. Substratplatte 11 umfasst das Heizelement 14 zur Temperaturregelung der Aufnahmevorrichtung 11.
    Die Temperaturregelung kann über nicht dargestellte elektrische Heizelemente in der Substratplatte 11 durchgeführt werden. Die temperaturgeregelte, bzw. beheizte Substratplatte 11 sorgt für eine bessere Reproduzierbarkeit des Werkstücks 10, da lokale Temperaturunterschiede an der Substratplatte 11 vermieden werden.
  • Die Baukammer 2 umfasst eine zweite Regelvorrichtung 34 zur Temperaturregelung eines Bereichs am Werkstück 10 oder der Aufnahmevorrichtung 11. Die zweite Regelvorrichtung 34 ist derart in der Baukammer 2 angeordnet, dass die Temperatur in dem Bereich an dem Teil des Werkstücks 10 oder der Aufnahmevorrichtung 11 regelbar ist, an dem der Tropfen 8 der flüssigen Phase eines Ausgangsmaterials des Werkstücks 10 auf das Werkstück 10 oder auf die Aufnahmevorrichtung 11 aufgebracht wird. Dieser temperaturgeregelte, bzw. beheizte Bereich sorgt für eine bessere Reproduzierbarkeit des Werkstücks 10, da lokale Temperaturunterschiede vermieden werden.
  • Ferner umfasst die Baukammer 2 die zweite Kühlvorrichtung 24 zur Kühlung der Baukammer 2 im Bereich der Aufnahmevorrichtung 11.
    Die Kühlung wird über in dieser Figur nicht dargestellte integrierte Wasserkanäle in der Kühlvorrichtung 24 erreicht. Zwischen der Baukammer 2 und der Kühlvorrichtung 24 ist ein in dieser Figur nicht dargestellter Isolator, bzw. eine Isolationsschicht angeordnet.
    Die zweite Kühlvorrichtung 24 ist zur Kühlung der Verstellvorrichtung 5 als eine temperaturgeregelte Kühlvorrichtung 24 ausgebildet, so dass die Linearachsen 5 bedarfsgerecht gekühlt werden können.
  • Die erste 4 und die zweite Kühlvorrichtung 24 sind als temperaturgeregelte Kühlvorrichtungen 4, 24 ausgebildet.
  • Die Baukammer 2 weist eine Überwachungseinheit 7 zur Überwachung der Schutzgasatmosphäre 20 auf, wobei die Überwachungseinheit 7 ein Sensor, insbesondere ein Sauerstoffsensor ist. Dieser überwacht die Eigenschaften der Schutzgasatmosphäre 20 und über die ermittelten Werte kann ein nicht dargestelltes Regelsystem Inertgas in die Baukammer 2 einströmen lassen.
  • Ferner weist die Baukammer 2 eine Wartungsvorrichtung 9 auf, wobei diese benachbart zur Substratplatte 11 angeordnet ist. Die Wartungsvorrichtung 9 ist über die Verstellvorrichtung 5 derart verschiebbar angeordnet, dass sie im Wartungs- oder Prüfmodus des Metalldruckers 1 unter den Druckkopf 3 positioniert werden kann. Eine Überprüfung der Qualität der Tropfen 8 oder eine Entleerung des Schmelztiegels 13 ist möglich.
  • 2 zeigt eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einem Grundgestell 50. Die zweite Kühlvorrichtung 24 ist zumindest aus einem Isolator 31 und einer Kühlplatte 25 gebildet und der Isolator 31 ist zwischen dem Heizelement 14 der Aufnahmevorrichtung 11 und der Kühlplatte 25 angeordnet. Die Kühlplatte 25 weist in dieser Figur nicht dargestellte Kühlkanäle zur Aufnahme des Kühlmittels 49 auf. Ferner ist die Kühlplatte 25 über Schnittstellen 26 an der Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 angeordnet, wobei die Schnittstellen aus Lagerbuchsen 26 gebildet sind und die Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 innerhalb des Grundgestells 50 angeordnet ist. Die Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 ist aus Hohlwellen 27 gebildet, wobei innerhalb der Hohlwellen 27 zusätzliche Versorgungsleitungen angeordnet sein können. Die zweite Kühlvorrichtung 24 schirmt die Verstellvorrichtung 5 vor Wärmestrahlung ab.
    Der Wärmefluss des beispielsweise 800°C heißen Schmelzematerials wird zuerst durch den Isolator 31 unterbrochen. Dadurch wird der Wärmetransport /Verlust erheblich reduziert. Anschließend kommt die aktive Kühlung durch das Kühlsystem 40, bzw. die Wasserkühlung durch das Kühlwasser 49 in der Kühlplatte 25 zum Tragen, die großflächig unmittelbar nach der Wärmequelle die Wärme abführt. Somit ist ein Schutz geben Wärmestau und Konvektion gegeben. Die Wasserkühlung innerhalb des Kühlsystems 40 kann bei Bedarf geregelt werden.
    Die in der Vorrichtung 1 und im Grundgestell 50 verbauten Antriebe 5 erfahren dadurch eine reduzierte Wärmebeeinflussung und strahlen weniger an die Umgebung und die Peripherie ab. Energetisch positiv ist es, wenn auch der Wärmefluss über den Isolator 31 begrenzt wird. Dies lässt sich durch eine reduzierte Kontaktfläche am Übergang vom Isolator 31 zur Kühlplatte 25, bzw. zum Kühltisch realisieren, wodurch Energieverlust reduziert werden.
  • Eine Anschlussmöglichkeit des Kühlkreises erfolgt über die Hohlwellen 27. Hierzu können Wasserschläuche durch die Hohlwellen 27 geführt werden und wiederum über die Lagerbuchsen 26, bzw. Fittings von unten mit der Kühlplatte 25, bzw. dem Kühltisch durch eine Schraubverbindung verbunden sein. Da es vier Hohlwellen 27 gibt, können beispielsweise zwei davon für die Anschlüsse des Kühlkreislaufes des Kühlsystems 40 genutzt werden. Dadurch werden die Schläuche nicht der Temperatur, die in der Baukammer 2 herrscht, ausgesetzt.
  • 3 zeigt eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1, wobei der Aufbau grundsätzlich dem der ersten Ausführungsform aus 2 entspricht. Unterschiede ergeben sich daraus, dass die Kühlplatte 25 über anders ausgebildete Schnittstellen 55, 56 an der Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 angeordnet ist. Die Schnittstellen sind aus Steckverbindungen 55, 56 gebildet und die Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 ist innerhalb des Grundgestells 50 angeordnet.
  • Eine erste Steckverbindung 55 der Hohlwelle 27 ist an einem ersten Anschluss 45 der Kühlplatte 25 angeordnet, bzw. mit diesem verbunden und eine zweite Steckverbindung 56 der Hohlwelle 27 ist an einem zweiten Anschluss 45 der Kühlplatte 25 angeordnet, bzw. mit diesem verbunden. Der ersten Anschluss 45 ist ein Eingang, bzw. ermöglicht eine Zuleitung des Kühlmittels 49 zur Kühlplatte 25 und der zweite Anschluss 46 ist ein Ausgang, bzw. ermöglicht eine Ableitung des Kühlmittels 49 aus der Kühlplatte 25 heraus. Die Steckverbindungen 55, 56 stellen dadurch einen Anschluss zum Kühlsystem 40 der Vorrichtung 1 her. Sie können als Schnellkupplungen ausgebildet sein.
  • 4 zeigt eine Draufsicht der Kühlplatte 25, wobei die Kühlplatte 25 Kühlkanäle 42 zur Aufnahme des Kühlmittels 49 aufweist. Die Kühlplatte 25, bzw. der Kühltisch ist wasserdurchströmt. Die Wasserkühlung wird in dieser Konstruktion mit Anschlüssen 45, 46 realisiert. Der Ein- 45 und Ausgang 46 des Kühlkreises ist mit Schnellkupplungen wie in 3 oder Fittings wie in 4 dargestellt und Schläuchen oder mit Rohren verbunden. Hierzu ist der Kühlplatte 25 mit den Kühlkanälen 42 versehen. Die nicht für Ein 45 - und Ausgang 46 verwendeten Eintrittsbohrungen müssen mit Verschlüssen 57, bzw. geeigneten Stopfen verschlossen werden.
  • 5 zeigt eine Detailansicht der Vorrichtung 1, wobei die Vorrichtung 44 zur Zuführung des Kühlmittels 49 mit den Hohlwellen 27 dargestellt ist und innerhalb der Hohlwellen 27 zusätzliche Versorgungsleitungen angeordnet sind. Die Versorgungsleitungen sind beispielsweise Kabel- und/oder Schlauchführungen, wie das dargestellte Kabel 61 zur Versorgung des Heizelements 14 über die Einheit 60.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks (10), wobei die Vorrichtung (1) ein Grundgestell (50), eine Baukammer (2), zumindest einen Druckkopf (3), eine Aufnahmevorrichtung (11) zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks (10) mit einem Heizelement (14), eine Verstellvorrichtung (5) zur Verstellung der Aufnahmevorrichtung (11) und ein Kühlsystem (40) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (40) zumindest eine erste Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung des Druckkopfs (3) und/oder der Baukammer (2), eine zweite Kühlvorrichtung (24) im Bereich der Aufnahmevorrichtung (11) und eine Vorrichtung (44) zur Zuführung eines Kühlmittels (49) umfasst.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (40) als temperaturgeregeltes Kühlsystem (40) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlvorrichtung (24) zumindest aus einem Isolator (31) und einer Kühlplatte (25) gebildet ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (31) zwischen dem Heizelement (14) der Aufnahmevorrichtung (11) und der Kühlplatte (25) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (25) Kühlkanäle (42) zur Aufnahme des Kühlmittels (49) aufweist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (25) über Schnittstellen (26, 55, 56) an der Vorrichtung (44) zur Zuführung des Kühlmittels (49) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen aus Lagerbuchsen (26) gebildet sind und die Vorrichtung (44) zur Zuführung des Kühlmittels (49) innerhalb des Grundgestells (50) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen aus Steckverbindungen (55, 56) gebildet sind und die Vorrichtung (44) zur Zuführung des Kühlmittels (49) innerhalb des Grundgestells (50) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (44) zur Zuführung des Kühlmittels (49) aus Hohlwellen (27) gebildet ist, wobei innerhalb der Hohlwellen (27) zusätzliche Versorgungsleitungen angeordnet sind.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Metalldrucker ist.
  11. Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks (10) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE102019209641.7A 2019-07-02 2019-07-02 Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks Pending DE102019209641A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022121567A1 (de) 2022-08-25 2024-03-07 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung mit frischwasserloser Notkühlung

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