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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von wenigstens einem durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials im Rahmen eines generativen Bauprozesses entstandenen realen Objekts, wobei das Verfahren den Schritt einer Anregung des realen Objekts mittels eines Schwingungserregers durch eine Schwingung mit einer Erregerfrequenz umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus
WO 2015/071184 A1 bekannt. Dort wird zunächst eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung als Bauvorrichtung beschrieben. Zum Aufbauen des Objekts enthält sie eine Baukammer, in der ein nach oben offener Wechselbehälter angeordnet ist, was bedeutet, dass er der Prozesskammer entnommen und wieder in sie eingesetzt werden kann. In dem Wechselbehälter ist ein in einer vertikalen Richtung bewegbarer Träger angeordnet, an dem eine Grundplatte angebracht ist, die den Wechselbehälter nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Auf der Grundplatte ist eine Bauplattform angebracht sein, auf der das Objekt durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebaut wird. Zusätzlich zur Bauvorrichtung wird eine als Drehvorrichtung ausgebildete Auspackvorrichtung beschrieben. An einer Drehvorrichtung wird der Wechselbehälter nach dem Abschluss des Bauprozesses angebracht und dann der Wechselbehälter um einen Winkel von mindestens 90° aus der aufrechten Position herausgedreht, damit unverfestigt gebliebenes Pulver aus dem Wechselbehälter herausrieseln kann. Zusätzlich ist vorgesehen, dass Vibrationen von außen auf den Wechselbehälter aufgebracht werden, um ein Ablösen von Pulver von dem Objekt zu unterstützen.
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Die Aufgabe der Erfindung darin, das Verfahren derart weiterzubilden, dass es ein verbessertes Reinigungsergebnis liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Herstellen des wenigstens einen dreidimensionalen Objekts, wie beispielsweise eines Bauteils oder Modells, welches dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial getrennt wird, erfolgt in einem Schichtbauverfahren mit Hilfe von Computerdaten, indem wiederholt dünne Schichten aus losem pulverförmigen Aufbaumaterial auf eine Bauplattform und/oder in einem Baubehälter aufgetragen werden und jede einzelne Schicht selektiv zu einem Bauteil- oder Modellquerschnitt verfestigt wird. Die Verfestigung erfolgt beispielsweise chemisch, indem mit Drucktechnologie Tröpfchen aus Kleber selektiv auf festgelegte Bereiche der Schichten aus losem pulverförmigen Aufbaumaterial aufgebracht werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, loses pulverförmiges Aufbaumaterial selektiv mit energiereicher (Laser-)Strahlung zu verschmelzen oder zu versintern.
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Unter einem Objekt soll daher im Sinne der Erfindung ein zusammen mit der Bauplattform hergestelltes Werkstück oder Bauteil verstanden werden, oder auch das Werkstück oder Bauteil alleine ohne eine Bauplattform sowie auch ein Objekt. Welches in einem Baubehälter generativ erzeugt worden ist.
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Nach dem additiven Bauprozess haftet noch unverfestigt verbliebenes, pulverförmiges Aufbaumaterial an dem Objekt. Dieses unverfestigt verbliebene, pulverförmiges Aufbaumaterial soll von dem Objekt getrennt werden. Das Trennen des wenigstens einen Objekts von losem, nicht verfestigtem pulverförmigem Aufbaumaterial kann das komplette Auspacken des Objekts aus dem Kuchen losen Aufbaumaterials oder Pulvers beinhalten oder aber lediglich ein Abreinigen von Resten von losem Pulver oder Aufbaumaterial von dem wenigstens einen Objekt und optional auch von der Bauplattform und gegebenenfalls auch von Stützstrukturen, welche nach dem Auspacken noch an dem wenigstens einen Objekt vorhanden sind.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Trennen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von wenigstens einem durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials im Rahmen eines generativen Bauprozesses entstandenen realen Objekts, wobei das Verfahren einen Schritt einer Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch einen Schwingungserreger mit einer Erregerfrequenz (fe ) umfasst, um unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt zu trennen.
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Durch den Schritt der Anregung des realen Objekts zu Schwingungen kann das unverfestigt verbliebene Aufbaumaterial insbesondere fluidisiert werden, wodurch es von dem Objekt abfließen kann. Der Schwingungserreger erzeugt daher Schwingungen mit der Erregerfrequenz (fe ), die dann auf das reale Objekt übertragen werden. Die als Reaktion hierauf in dem realen Objekt hervorgerufenen Schwingungen müssen nicht zwangsläufig die Erregerfrequenz (fe) des Schwingungserregers aufweisen, sondern können bedingt beispielsweise durch eine im Übertragungsweg zwischen dem Schwingungserreger und dem realen Objekt angeordnete Spanneinrichtung auch hiervon abweichen.
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Der Schwingungserreger kann dabei beispielsweise einen Rüttler oder Vibrator umfassen, welcher eine periodische Schwingung erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann der Schwingungserreger auch einen sog. Klopfer umfassen, welcher impulsartig eine Kraft erzeugt, welche dann das reale Objekt zu einer Schwingung anregt.
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Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt umfasst, in dem eine Modalanalyse des realen Objekts oder eines computergenerierten Modells des realen Objekts durchgeführt und die Erregerfrequenz (fe) abhängig von wenigstens einem im Laufe der Modalanalyse gewonnenen modalen Parameters bestimmt wird.
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Unter Modalanalyse ist generell die Charakterisierung des dynamischen Verhaltens eines schwingungsfähigen Systems mit Hilfe seiner Eigenschwingungen zu verstehen, wobei das System hier durch das Objekt gebildet wird. Die modalen Parameter charakterisieren daher das Eigenschwingungsverhalten des Objekts.
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Die im Rahmen der experimentellen Modalanalyse bestimmten modalen Parameter des realen Objekts oder des computergenerierten Modells des realen Objekts umfassen beispielsweise die Eigenfrequenz ωe , die modale (Lehrsche) Dämpfung De, die Kenn-Nachgiebigkeit Ne, die modale Masse me und die Eigenschwingungsform des Objekts. Für die Zwecke der Erfindung kann jeder dieser modalen Parameter oder eine beliebige Kombination der modalen Parameter herangezogen werden.
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Bevorzugt können sich bei einem realen Objekt der Schritt der Schwingungsanregung mit der Erregerfrequenz (fe ) und der Schritt der Durchführung der Modalanalyse zeitlich wenigstens teilweise überschneiden oder zeitlich hintereinander stattfinden, auch zyklisch, mit oder ohne zeitlichen Abstand dazwischen. Dabei muss am Anfang der Schritt der Durchführung der Modalanalyse vor dem Schritt der Durchführung der Schwingungsanregung mit der Erregerfrequenz (fe ) ausgeführt werden, damit die Erregerfrequenz (fe) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen, im Laufe der Modalanalyse gewonnenen modalen Parameter bestimmt werden kann. Solange dann der wenigstens eine modale Parameter während des Schritts der Durchführung der Schwingungsanregung mit der Erregerfrequenz (fe ) konstant bleibt, bleibt vorzugsweise auch die ermittelte Erregerfrequenz (fe ) konstant. Wenn dann (in zeitlichem Abstand oder unmittelbar darauf folgend) wiederum der Schritt der Durchführung der Modalanalyse ausgeführt wird, und dabei festgestellt wird, dass sich der wenigstens eine modale Parameter verändert hat, beispielsweise dadurch, dass von dem realen Objekt infolge der Schwingungsanregung mit der Erregerfrequenz (fe ) unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial getrennt worden ist, dann findet beispielsweise eine Anpassung oder Variation der Erregerfrequenz (fe ) statt. Ein Beispiel für einen quantitativen Zusammenhang zwischen dem modalen Parameter Eigenfrequenz ωe des Objekts und der Erregerfrequenz (fe), mit welcher das Objekt durch den Schwingungserreger dann angeregt wird, ist weiter unten angegeben.
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Unter einem computergenerierten Modell des realen Objekts kann insbesondere ein virtuelles, digitales CAD-Modell des Objekts verstanden werden. Generativ oder additiv erzeugte Objekte werden in der Regel mit Hilfe eines CAD-Systems konstruiert, wobei dann ein computergeneriertes Modell des realen Objekts erzeugt wird. Dabei wird oftmals an dem computergenerierten Modell des realen Objekts eine Modalanalyse durchgeführt, um das dynamische Verhalten des realen Objekts im Voraus zu bestimmen, was beispielsweise bei Objekten eine Rolle spielt, die dynamischen Belastungen unterworfen sind. Bei einem solchen computergenerierten Modell des realen Objekts liegen dann die modalen Parameter bezogen auf das reale Modell ohne anhaftendes loses Aufbaumaterial bereits vor.
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Die Gewinnung der modalen Parameter oder wenigstens eines modalen Parameters eines durch ein additives Druckverfahren hergestellten Objekts von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial bringt verschiedene vorteilhafte Anwendungen und Ausführungen mit sich:
- Wenn im Rahmen der Modalanalyse als modaler Parameter beispielsweise die Eigenfrequenz (ωe ) des realen Objekts oder des computergenerierten Modells des realen Objekts ermittelt wird, dann kann eine Anregung des realen Objekts mit einer Erregerfrequenz (fe ), welche etwa der Eigenfrequenz (ωe ) oder einer Vielfachen der Eigenfrequenz (ωe ) entspricht, vermieden werden. Denn eine Anregung des realen Objekts unter Eigenfrequenz (ωe ) oder einer Vielfachen der Eigenfrequenz (ωe ) würde zu relativ großen Schwingungsamplituden des Objekts führen. Da das Objekt aber in einer Trenn- oder Reinigungsvorrichtung oftmals frei auskragend eingespannt ist und zudem rotiert wird, wenn es von dem unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial getrennt wird, würden solche großen Amplituden zu einer hohen Belastung von Lagern und Maschinenbauteilen sowie von einer Einspanneinrichtung der Trenn- oder Reinigungsvorrichtung führen.
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Konsequenterweise wird dann bevorzugt als Erregerfrequenz (fe) der von dem Schwingungserreger angeregten Schwingung eine von der bei der Modalanalyse ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) oder einer Vielfachen der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) abweichende Erregerfrequenz (fe) herangezogen.
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Andererseits kann eine Anregung des realen Objekts mit seiner Eigenfrequenz (ωe ) oder mit einer Vielfachen seiner Eigenfrequenz (ωe ) mit sich dann einstellenden relativ großen Schwingungsamplituden des realen Objekts wünschenswert sein, weil die relativ großen Schwingungsamplituden abhängig von dem jeweils verwendeten Aufbaumaterial zu einem verbesserten Lösen und Abfluss des Aufbaumaterials von dem realen Objekt führen können.
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In diesem Fall kann als Erregerfrequenz fe der von dem Schwingungserreger angeregten Schwingung eine der ermittelten Eigenfrequenz ωe oder einer Vielfachen der ermittelten Eigenfrequenz ωe entsprechende Erregerfrequenz fe herangezogen werden.
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Bevorzugt erfolgt die Rahmen der Modalanalyse durchgeführte Krafterregung und/oder Schwingungserregung des realen Objekts zeitlich getrennt oder zeitlich überschneidend in Bezug auf die Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch den Schwingungserreger mit der Erregerfrequenz fe .
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Weiterhin kann auch zu verschiedenen Zeitpunkten der wenigstens eine modale Parameter des realen Objekts bestimmt und zu einem Zeitpunkt zwischen diesen Zeitpunkten der Schritt der Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch den Schwingungserreger mit der Erregerfrequenz fe durchgeführt werden, wobei eine Größe G, welche eine Menge, eine Masse, einen Massenstrom, ein Volumen und/oder einen Volumenstrom des von dem realen Objekt dabei getrennten, unverfestigt verbliebenen Aufbaumaterials repräsentiert, abhängig von einer Änderung des wenigstens einen, zu den verschiedenen Zeitpunkten ermittelten modalen Parameters des realen Objekts ermittelt oder geschätzt wird.
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Diese besondere Ausführung des Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass sich die modalen Parameter beeinflussende Eigenschaften des realen Objekts wie beispielsweise die Masse, die Geometrie, die Dämpfung und/oder die Steifigkeit des realen Objekts mit der Zeit verändert (verändern), wenn der Schritt der Anregung des realen Objekts mittels des Schwingungserregers durch die Schwingung mit der Erregerfrequenz durchgeführt wird. Denn im Laufe der Zeit wird immer mehr unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt getrennt, wodurch das reale Objekt beispielsweise eine immer geringere Masse m aufweist. Folglich ändert sich mit der geringeren Masse m des Objekts die Eigenfrequenz
ωe , für welche gilt:
wobei
- ωe
- die Eigenfrequenz des realen Objekts,
- k
- die Steifigkeit des realen Objekts, und
- m
- die Masse des realen Objekts inklusive des noch anhaftenden Aufbaumaterials ist.
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Bei mit der Zeit durch das Trennen von Aufbaumaterial immer geringerer Masse des realen Objekts wird die Eigenfrequenz ωe des realen Objekts daher immer größer. Folglich kann aus der sich innerhalb des Zeitintervalls beispielsweise kontinuierlich oder in Zeitabständen im Rahmen der dann durchgeführten Modalanalyse gemessenen Eigenfrequenz ωe des realen Objekts auf die Größe G und daher auf den Fortschritt und/oder den Erfolg des Trennverfahrens geschlossen werden.
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Die Information über die genannte Größe G erleichtert die Steuerung des Verfahrens, indem beispielsweise bei einem weniger erfolgreichen Trennen, bei welchem die Größe relativ gering ist oder unterhalb eines Grenzwerts Ggrenz für die Größe G liegt, die Erregerfrequenz fe der Schwingungsanregung solange variiert wird, bis die genannte Größe G einen höheren Wert oder einen maximalen Wert annimmt.
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Andererseits kann die Erregerfrequenz fe der Schwingungsanregung konstant bleiben, wenn die genannte Größe G relativ groß ist oder den Grenzwert Ggrenz für die Größe G erreicht oder überschritten hat.
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Die Erregerfrequenz fe der durch den Schwingungserreger angeregten Schwingung kann daher insbesondere abhängig von der oben genannten Größe (G) bestimmt oder variiert werden.
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Andererseits, wenn die modalen Parameter des computergenerierten Modells des realen Objekts bestimmt werden, so beziehen sich diese auf das „nackte“ reale Objekt, ohne an ihm noch anhaftendes Aufbaumaterial. Ein Vergleich dieser modalen Parameter mit den modalen Parametern, die mit dem realen Objekt, an dem noch Aufbaumaterial anhaftet, lässt dann einen Schluss auf die Menge des an dem realen Objekt anhaftenden Aufbaumaterial zu.
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Die der Schritt der Durchführung der Modalanalyse des realen Objekts vorzugsweise ausgeführt werden, wenn sich das reale Objekt in einer Vorrichtung zum Trennen des Objekts von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial befindet, in welcher unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt getrennt wird. Dann wird die experimentelle Modalanalyse beispielsweise durch eine Steuerung der Vorrichtung gesteuert.
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Alternativ kann die Modalanalyse des realen Objekts auch durchgeführt werden, wenn sich das reale Objekt außerhalb der Vorrichtung zum Trennen des Objekts von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial befindet, in welcher unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt getrennt wird. Dann wird die Modalanalyse des realen Objekts unabhängig von der Vorrichtung beispielsweise in einer separaten Modalanalyse-Einrichtung durchgeführt.
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Vorzugsweise kann eine im Rahmen der Modalanalyse durchgeführte Kraftanregung des realen Objekts oder des computergenerierten Modells des realen Objekts zur Ermittlung des wenigstens einen modalen Parameters durch eine zeitlich variierende Kraft oder durch eine impulsartige Kraft in wenigstens einer Raumrichtung erfolgen. Dabei wird generell von drei Raumrichtungen ausgegangen, welche jeweils senkrecht zueinander sind.
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Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme kann die im Rahmen der Modalanalyse durchgeführte Kraftanregung des realen Objekts durch den Schwingungsanreger erfolgen, durch welchen das reale Objekt zu einer Schwingung mit der Erregerfrequenz (fe ) angeregt wird, um das unverfestigt verbliebene Aufbaumaterial von dem realen Objekt zu trennen. Der Schwingungserreger hat dann eine vorteilhafte Doppelfunktion, indem er gemäß einer ersten Funktion die Kraftanregung des realen Objekts im Rahmen der Modalanalyse durchführt, um den wenigstens einen modalen Parameter des Objekts zu bestimmen, und gemäß einer zweiten Funktion das reale Objekt mit der Erregerfrequenz (fe) anregt. Wie oben beschrieben kann der Schwingungserreger insbesondere einen Klopfer umfassen, der dann auch die impulsartige Kraft für die Modalanalyse erzeugt.
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Wie oben bereits ausgeführt, wird im Rahmen der Modalanalyse als modaler Parameter bevorzugt die Eigenfrequenz (ωe ) des realen Objekts und/oder des computergenerierten Modells des realen Objekts bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch ein anderer modaler Parameter der oben genannten Parameter bestimmt werden, oder auch eine Kombination von verschiedenen modalen Parametern.
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Wie oben ausgeführt, kann als Erregerfrequenz (fe ) der von dem Schwingungserreger angeregten Schwingung eine von der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) oder von einer Vielfachen der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) abweichende Erregerfrequenz (fe ) oder eine der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) oder einer Vielfachen der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) entsprechende Erregerfrequenz (fe ) herangezogen werden.
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Auch können zur Realisierung einer Frequenzregelung mittels eines Schwingungssensors ein Istwert (fist) der (tatsächlichen) Schwingungsfrequenz des durch die Erregerfrequenz (fe ) zur Schwingung angeregten realen Objekts gemessen und eine Abweichung (Δf) zwischen einem Sollwert (fsoll ) der Schwingungsfrequenz des realen Objekts und dem gemessenen Istwert (fist) der Schwingungsfrequenz des realen Objekts bestimmt sowie die Abweichung (Δf) im Rahmen einer Frequenzregelung ausgeregelt werden.
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Als Sollwert (fsoll ) der Schwingungsfrequenz des realen Objekts kann dann beispielsweise die Eigenfrequenz (ωe ) oder eine Vielfache der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ), oder eine von der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) oder von einer Vielfachen der ermittelten Eigenfrequenz (ωe ) abweichende Erregerfrequenz (fe) herangezogen werden.
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Hintergrund der Frequenzregelung ist, dass eine optimale Schwingungsfrequenz des realen Objekts oder ein bestimmter Frequenzbereich von optimalen Schwingungsfrequenzen des realen Objekts existiert, bei welcher oder bei welchen das Trennergebnis sehr gut oder optimal ist und dass es dann wünschenswert ist, dass die weitere Anregung des realen Objekts durch den Schwingungsanreger weiterhin mit einer Erregerfrequenz (fe) bzw. mit Erregerfrequenz (fe) erfolgt, bei welcher (welchen) sich dann die optimale Schwingungsfrequenz des realen Objekts bzw. die optimalen Schwingungsfrequenzen des realen Objekts einstellen.
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Wie oben bereits ausgeführt, kann beispielsweise die Eigenfrequenz (ωe ) des realen Objekts eine solche optimale Schwingungsfrequenz darstellen.
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Auch kann eine optimale Schwingungsfrequenz des realen Objekts oder ein bestimmter Frequenzbereich von optimalen Schwingungsfrequenzen des realen Objekts dadurch ermittelt werden, dass eine Größe (G), welche die Menge, die Masse, den Massenstrom, das Volumen und/oder den Volumenstrom des von dem realen Objekt getrennten, unverfestigt verbliebenen Aufbaumaterials repräsentiert, durch wenigstens einen Sensor gemessen wird. Durch Variation der Erregerfrequenz (fe) und Messung der daraus resultierenden Schwingungsfrequenz des realen Objekts kann dann die optimale Erregerfrequenz (fe) oder die optimale Schwingungsfrequenz des realen Objekts ermittelt werden, bei welcher die Größe (G) maximal wird.
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Auch kann zu verschiedenen Zeitpunkten der wenigstens eine modale Parameter des realen Objekts bestimmt und zu einem Zeitpunkt zwischen diesen Zeitpunkten der Schritt der Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch den Schwingungserreger mit der Erregerfrequenz (fe ) durchgeführt werden, wobei die Größe (G), welche die Menge, die Masse, den Massenstrom, das Volumen und/oder den Volumenstrom des von dem realen Objekt dabei getrennten, unverfestigt verbliebenen Aufbaumaterials repräsentiert, abhängig von einer Änderung des wenigstens einen, zu den verschiedenen Zeitpunkten ermittelten modalen Parameters des realen Objekts ermittelt oder geschätzt wird.
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Mit dieser ermittelten Größe G kann das Verfahren dann beispielsweise derart fortgesetzt werden, dass überprüft wird, ob die Größe G kleiner als ein Grenzwert Ggrenz für die Größe G ist. Falls dies der Fall ist, so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt beispielsweise in einem hohen Grad von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann kann das Verfahren beendet werden. Falls dies jedoch nicht der Fall ist, so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt bisher in einem eher geringen Grad von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann wird das Verfahren zurückgeschleift und wenigstens noch einmal durchlaufen bis die Größe G kleiner als der Grenzwert Ggrenz für die Größe G ist.
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Bevorzugt kann auch die Erregerfrequenz (fe ) oder die Soll-Schwingungsfrequenz (fsoll ) abhängig von der ermittelten oder geschätzten Größe (G) bestimmt werden.
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Weiterhin kann das Verfahren auch den Schritt des Rotierens des realen Objekts in einer Schwenkvorrichtung um wenigstens eine Raumachse umfassen. Durch die Rotation kann insbesondere unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial aus inneren Kanälen, Ausnehmungen und Vertiefungen des realen Objekts besser abfließen. Die Schwenkvorrichtung ist dann beispielsweise innerhalb einer Reinigungs- oder Trennkammer der Vorrichtung angeordnet.
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Insbesondere werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte durch eine elektronische Steuerung koordiniert gesteuert.
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Die Erfindung betrifft gemäß eines weiteren Aspekts auch ein Verfahren zum Trennen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von wenigstens einem durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen des Aufbaumaterials im Rahmen eines generativen Bauprozesses entstandenen realen Objekts, wobei das Verfahren einen Schritt einer Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch einen Schwingungserreger mit einer Erregerfrequenz umfasst, um unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt zu trennen. Das umfasst wenigstens einen Schritt, in dem eine Modalanalyse des realen Objekts des realen Objekts durchgeführt wird, wobei im Laufe der Modalanalyse wenigstens ein modaler Parameter, insbesondere die Eigenfrequent (ωe ) des realen Objekts bestimmt wird. Bei dem Verfahren wird zu verschiedenen Zeitpunkten (t1 , t2 ) der wenigstens eine modale Parameter, insbesondere die Eigenfrequenz (ωe1 , ωe2 ) des realen Objekts bestimmt und zu einem Zeitpunkt (t*) zwischen diesen Zeitpunkten (t1 , t2 ) der Schritt der Anregung des realen Objekts zu Schwingungen durch den Schwingungserreger mit der Erregerfrequenz (fe ) durchgeführt, wobei eine Größe (G), welche eine Menge, eine Masse, einen Massenstrom, ein Volumen und/oder einen Volumenstrom des von dem realen Objekt dabei getrennten, unverfestigt verbliebenen Aufbaumaterials repräsentiert, abhängig von einer Änderung des wenigstens einen, zu den verschiedenen Zeitpunkten (t1 , t2 ) ermittelten modalen Parameters, insbesondere abhängig von einer Änderung (Δω) der Eigenfrequenz des realen Objekts (ωe1 , ωe2 ) ermittelt oder geschätzt wird.
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Dann wird vorzugsweise überprüft, ob die Größe (G) kleiner oder größer gleich in Bezug auf einen Grenzwert (Ggrenz) für die Größe (G) ist.
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Falls beispielsweise die Größe G kleiner als der Grenzwert Ggrenz für die Größe G ist, so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt beispielsweise in einem hohen Grad von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann kann das Verfahren beendet werden. Falls dies jedoch nicht der Fall ist, so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt bisher in einem eher geringen Grad von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann wird das Verfahren zurückgeschleift und wenigstens noch einmal durchlaufen bis die Größe G kleiner als der Grenzwert Ggrenz für die Größe G ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Figurenliste
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung zum Trennen von realen, additiv hergestellten Objekten von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial;
- 2 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Frequenzregelung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 4 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung 1 zum Trennen von realen, additiv hergestellten Objekten von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schwenkvorrichtung 2, durch welche ein reales Objekt 3 um beispielsweise hier zwei Schwenkachsen 4, 5 verschwenkt oder rotiert werden kann. Dazu beinhaltet die Schwenkvorrichtung 2 einen ersten Schwenkaktuator 6, welcher hier beispielsweise einen hier mit seinem einen Ende von einer Lagerstelle frei auskragendenden Schwenkarm 7 um eine beispielsweise horizontale erste Schwenkachse 4 schwenkt. Weiterhin umfasst die Schwenkvorrichtung 2 hier beispielsweise auch einen Drehteller 8, der beispielsweise an dem andern Ende des Schwenkarms 7 angeordnet und von einem zweiten Schwenkaktuator 9 um eine zweite, beispielsweise senkrecht zur ersten Schwenkachse 4 angeordnete Schwenkachse 5 verschwenkt. Der Schwenkbereich soll sich in beiden Fällen von 0 Grad bis 360 Grad (Vollrotation) erstecken, wobei neben einer einmaligen Teil- oder Vollrotation auch mehrere Teil- oder Vollrotationen vorgesehen sind. Die beiden Schwenkaktuatoren 6, 9 werden durch eine hier nicht gezeigte elektronische Steuerung koordiniert gesteuert.
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Nicht dargestellt ist eine Trennkammer, in welcher die Schwenkvorrichtung 2 hier zusammen dem Objekt 3 angeordnet ist und welche über eine verschließbare Beladungsöffnung zur Zu- und Abfuhr der Objekte verfügt.
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Beispielhaft ist hier ein additiv erzeugtes, reales Objekt 3 in einer Spanneinrichtung 10 der Schwenkvorrichtung 2 gespannt, wobei die Spanneinrichtung 10 hier beispielsweise auf dem Drehteller 8 angeordnet ist, so dass das Objekt 3 zusammen mit dem Drehteller 8 einerseits um die zweite Schwenkachse 5 und andererseits zusammen mit dem Schwenkarm 7 um die erste Schwenkachse 4 rotiert oder geschwenkt werden kann.
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Durch die Rotation des realen Objekts 3 kann insbesondere unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial aus inneren Kanälen, Ausnehmungen und Vertiefungen sowie von der Oberfläche des realen Objekts 3 besser abfließen.
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Auf dem Drehteller 8 ist ein Schwingungserreger, hier beispielsweise in Form eines Rüttlers 11 und eines Klopfers 12 angeordnet. Der Rüttler 11 erzeugt periodische Schwingungen oder Kräfte und der Klopfer 12 impulsartige Kräfte, wobei die Schwingungen und Kräfte auf den Drehteller 8 und von dort auf das in der Spanneinrichtung 10 gespannte reale Objekt 3 übertragen werden. Die in dem realen Objekt 3 angeregten Schwingungen begünstigen dann ebenfalls ein Abfließen und Trennen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial.
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Weiterhin ist an dem Drehteller 8 ein Schwingungssensor 13, hier beispielsweise in Form eines 3-Achs-Beschleunigungssensors angeordnet, welcher Schwingungen in drei Raumachsen aufnehmen und als Schwingungssignale in die elektronische Steuerung einsteuert. Alternativ kann der Schwingungssensor 13 auch direkt an oder in dem realen Objekt 3 oder irgendwo in der Trennkammer angeordnet sein.
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Das in 2 in einer bevorzugten Ausführungsform als Ablaufplan gezeigte Verfahren geht aus von der in 1 gezeigten Situation, in welcher das reale Objekt 3 auf dem Drehteller 8 der Vorrichtung 1 gespannt ist. An dem realen Objekt 3 soll nach unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial anhaften, welches durch das Verfahren zumindest teilweise von dem realen Objekt 3 entfernt oder getrennt werden soll. Wenn von dem realen Objekt 3 die Rede ist, so ist damit je nach Fortschritt des Verfahrens, das reale Objekt 3 in einem Zustand gemeint, in welchem noch eine bestimmte Menge von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial an ihm anhaftet oder, gegen Ende des Verfahrens, das Aufbaumaterial vollständig von dem realen Objekt 3 entfernt worden ist.
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In einem Schritt 100 wird dann zu einem Zeitpunkt t1 eine Modalanalyse des realen Objekts 3 durchgeführt. Des geschieht beispielsweise dadurch, dass die Steuerung den Klopfer 12 des Schwingungserregers ansteuert, um eine impulsartige Kraft zu erzeugen, welche dann auf das reale Objekt 3 übertragen wird, welches dann in seiner charakteristischen Eigenschwingungsform und mit seiner Eigenfrequenz ωe schwingt. Während der Modalanalyse ist die Schwenkvorrichtung 2 bevorzugt nicht aktiviert, so dass das reale Objekt 3 während der Modalanalyse statisch ist.
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Die Schwingungserregung des realen Objekts 3 durch den Klopfer 12 während der Modalanalyse, damit dieses in seiner Eigenschwingung schwingt, ist vorzugsweise getrennt zu betrachten von der Schwingungserregung, welche der Klopfer 12 und/oder der Rüttler 13 alleine zu dem Zweck erzeugt (erzeugen), um unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial von dem realen Objekt 3 zu trennen. Daher entfällt die zuletzt genannte Schwingungserregung vorzugsweise während der Modalanalyse, um diese nicht zu beeinträchtigen.
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Anstatt in der Vorrichtung 1 könnte die Modalanalyse an dem realen Objekt 3 auch außerhalb der Vorrichtung 1 durchgeführt und die modalen Parameter dann von außen in einen Speicher der elektronischen Steuerung eingelesen werden.
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Dann wird in einem Schritt 200 als modaler Parameter beispielsweise die zum Zeitpunkt t1 vorliegende Eigenfrequenz ωe1 des realen Objekts 3 durch den Schwingungssensor 13 am Drehteller 8 oder am realen Objekt 3 selbst erfasst und als Schwingungssignal an die elektronische Steuerung gemeldet und dort beispielsweise in einem Speicher gespeichert.
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In einem nachfolgenden Schritt 300 steuert die elektronische Steuerung dann hier vorzugsweise den Rüttler 11 zur Erzeugung einer Schwingung mit einer Erregerfrequenz fe an, welche hier beispielsweise von der ermittelten, zum Zeitpunkt t1 vorliegenden Eigenfrequenz ωe1 des realen Objekts 3 oder von einer Vielfachen dieser Eigenfrequenz ωe1 abweicht. Damit soll vermieden werden, dass die Schwingungsamplituden des realen Objekts 3 zu groß werden. Anstatt den Rüttler 11 oder zusätzlich zu diesem könnte die Steuerung den Klopfer 12 ansteuern, damit dieser eine Schwingungsanregung des realen Objekts 3 mit der Erregerfrequenz fe ausführt.
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Alternativ hierzu könnte die elektronische Steuerung einen oder beide Schwingungserreger 11, 12 auch ansteuern, um eine Erregerfrequenz fe zu erzeugen, welche gerade der ermittelten, zum Zeitpunkt t1 vorliegenden Eigenfrequenz ωe des realen Objekts 3 oder einer Vielfachen dieser Eigenfrequenz ωe entspricht, um relativ große Schwingungsamplituden des realen Objekts 3 zu erzeugen, welche dann zu einer verbesserten Trennung von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial beitragen können. Bevorzugt gleichzeitig mit der Schwingungserregung wird die Schwenkvorrichtung 2 aktiviert, damit das reale Objekt 3 um die beiden Schwenkachsen 4, 5 jeweils beispielsweise mehrmals rotiert.
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Damit sich eine gewünschte Schwingungsfrequenz f, welche wie oben beschrieben beispielsweise der zum Zeitpunkt t1 vorliegenden Eigenfrequenz ωe des realen Objekts 3 entspricht oder alternativ von dieser abweicht, zumindest über einen gewissen Zeitraum hinweg in oder an dem realen Objekt 3 einstellt, folgt im optionalen Schritt 400 eine Regelung der Schwingungsfrequenz f des realen Objekts. Diese Frequenzregelung des Schritts 400 ist in 3 dargestellt.
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Dazu wird mittels des Schwingungssensors 13 der Istwert fist der Schwingungsfrequenz f des realen, durch die Erregerfrequenz fe des Schwingungsanregers 12, 13 zur Schwingung angeregten realen Objekts 3 gemessen und ein entsprechendes Messsignal in die elektronische Steuerung eingesteuert, in welcher der Regler mit den Regelalgorithmen der Frequenzregelung implementiert ist. Das Stellglied der Regelung wird dann durch den Schwingungserreger 12, 13 und die die Regelstrecke durch das reale Objekt 3 und dessen Einspannung gebildet. Die Führungsgröße der Regelung ist die jeweils gewünschte Soll-Schwingungsfrequenz fsoll des realen Objekts 3, welche hier beispielsweise der zum Zeitpunkt t1 vorliegenden Eigenfrequenz ωe des realen Objekts 3 entspricht oder alternativ von dieser abweicht.
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Die Regelalgorithmen der Regelung bestimmen dann eine Abweichung Δf zwischen der Soll-Schwingungsfrequenz fsoll und der gemessenen Ist-Schwingungsfrequenz fist des realen Objekts 3 und regeln diese aus, indem sie den Schwingungserreger 12, 13 ansteuern, eine entsprechende Erregerfrequenz fe zu erzeugen.
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Da durch die Schwingungsanregung des realen Objekts 3 unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial mit der Zeit von dem realen Objekt 3 getrennt wird und dadurch die Masse m des realen Objekts 3 abnimmt, kann das Verfahren einen weiteren Schritt 500 umfassen, in welchem zu einem Zeitpunkt t2 , der später als der Zeitpunkt t1 ist, wiederum eine Modalanalyse an dem realen Objekt 3 durchgeführt wird, beispielsweise mit dem Ziel, die durch den Masseverlust Δm durch das inzwischen stattgefundene Abfließen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von dem realen Objekt 3 veränderte Eigenfrequenz ωe2 des realen Objekts 3 in einem Schritt 600 mittels des Schwingungssensors 13 zu ermitteln. Dabei soll bevorzugt wiederum die Schwenkvorrichtung 2 inaktiv gesetzt werden und die Schwingungserregung zum Trennen von Aufbaumaterial ausbleiben.
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Durch die in Schritt 300 erfolgte Schwingungserregung und den damit einher gehenden Masseverlust Δm des realen Objekts wird gemäß obiger Gleichung (1) die die Eigenfrequenz ωe2 des realen Objekts 3 zum Zeitpunkt t2 größer als Eigenfrequenz ωe1 zum Zeitpunkt t1 .
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In optional nachfolgenden Schritten kann dann abhängig von der (neuen) ermittelten Eigenfrequenz ωe2 des realen Objekts 3 zum Zeitpunkt t2 dann eine geeignete Erregerfrequenz fe bestimmt werden, damit das reale Objekt 3 beispielsweise mit einer bestimmten Soll-Schwingungsfrequenz fsoll schwingt, wobei hierzu wiederum eine Frequenzregelung gemäß Schritt 500 durchgeführt werden kann.
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Das in 4 in einer weiteren Ausführungsform als Ablaufplan gezeigte Verfahren geht ebenfalls aus von der in 1 gezeigten Situation, in welcher das reale Objekt 3 auf dem Drehteller 8 der Schwenkvorrichtung 2 gespannt ist. Wie bei Ausführungsform von 3 wird in einem Schritt 100' eine (erste) Modalanalyse des realen Objekts 3 zu einem Zeitpunkt t1 und dann in einem Schritt 200' als modaler Parameter beispielsweise wiederum die Eigenfrequenz ωe1 des realen Objekts 3 wie oben beschrieben durch den Schwingungssensor 13 erfasst und als Schwingungssignal an die elektronische Steuerung gemeldet und dort beispielsweise in einem Speicher gespeichert.
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In einem nachfolgenden Schritt 300' steuert die elektronische Steuerung dann den Schwingungserreger 12, 13 zu einem Zeitpunkt t* zur Erzeugung einer Schwingung mit einer Erregerfrequenz fe an, welche hier beispielsweise von der ermittelten Eigenfrequenz ωe1 des realen Objekts oder von einer Vielfachen dieser Eigenfrequenz ωe1 abweicht.
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Alternativ hierzu könnte die elektronische Steuerung den Schwingungserreger auch ansteuern, um eine Erregerfrequenz fe zu erzeugen, welche gerade der ermittelten Eigenfrequenz ωe1 des realen Objekts oder einer Vielfachen dieser Eigenfrequenz ωe1 entspricht.
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Da durch die Schwingungsanregung des realen Objekts 3 mit der Erregerfrequenz fe unverfestigt verbliebenes Aufbaumaterial mit der Zeit von dem realen Objekt 3 getrennt wird und dadurch die Masse m des realen Objekts 3 abnimmt, umfasst die hier beschriebene Ausführungsform des Verfahrens einen Schritt 400', in welchem zu einem gegenüber dem Zeitpunkt t1 späteren Zeitpunkt t2 eine (zweite) Modalanalyse an dem realen Objekt 3 durchgeführt wird, beispielsweise mit dem Ziel, die durch den Masseverlust Δm durch das inzwischen stattgefundene Abfließen von unverfestigt verbliebenem Aufbaumaterial von dem realen Objekt 3 veränderte Eigenfrequenz ωe2 des realen Objekts 3 in einem Schritt 500' mittels des Schwingungssensors 13 zu ermitteln.
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In einem nachfolgenden Schritt 600' kann dann eine Abweichung/Differenz Δω zwischen der zu dem Zeitpunkt t1 ermittelten Eigenfrequenz ωe1 und der zu dem Zeitpunkt t2 ermittelten Eigenfrequenz ωe2 des realen Objekts 3 bestimmt werden.
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Der Zusammenhang zwischen der Masse m des realen Objekts 3, zu welcher auch die Masse des unverfestigt am realen Objekt 3 verbliebenen oder anhaftenden Aufbaumaterials zu rechnen ist, und der Eigenfrequenz ω des realen Objekts 3 ist oben in Gleichung (1) angegeben. Folglich geht mit dem Masseverlust Δm des realen Objekts 3 eine proportionale Erhöhung der Eigenfrequenz ω des realen Objekts 3 einher. Die Abweichung/Differenz Δω repräsentiert dann den Masseverlust des realen Objekts 3 infolge der Schwingungserregung in Schritt 300'.
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Dann wird in einem Schritt 600' eine Größe G, welche eine Menge, eine Masse, einen Massenstrom, ein Volumen und/oder einen Volumenstrom des von dem realen Objekt 3 im Schritt 300' getrennten, unverfestigt verbliebenen Aufbaumaterials repräsentiert, abhängig von der Abweichung/Differenz Δω der zu den Zeitpunkten t1 und t2 ermittelten Eigenfrequenzen ωe1 und ωe2 ermittelt oder geschätzt. Diese Größe G entspricht dann beispielsweise dem Masseverlust Δm.
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Mit dieser ermittelten Größe G kann das Verfahren dann beispielsweise in einem Schritt 700' fortgesetzt werden, in welchem überprüft wird, ob die Größe G kleiner als ein (unterer) Grenzwert Ggrenz für die Größe G ist. Falls dies der Fall ist („JA“), so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt 3 beispielsweise in einem hohen Grad oder vollständig von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann kann das Verfahren beendet werden („ENDE“).
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Falls dies in Schritt 700' jedoch nicht der Fall ist („NEIN“), so deutet dies daraufhin, dass das reale Objekt 3 bisher in einem eher geringen Grad von unverfestigtem Aufbaumaterial gereinigt worden ist. Dann wird das Verfahren auf den Schritt 100' zurückgeschleift und die Schritte 100' bis 700' zulange durchlaufen bis das Ergebnis in Schritt 700' ein „JA“ ist.
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Wie bei der Ausführungsform von 3 unterbleibt vorzugsweise während der Modalanalysen und der Messung der Eigenfrequenz ωe1 und ωe2 eine Rotation des realen Objekts 3 durch Inaktivierung der Schwenkvorrichtung 2. Weiterhin findet dann auch bevorzugt keine Schwingungsanregung zum Trennen von Aufbaumaterial statt.
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Auch kann die Ausführungsform des Verfahrens gemäß 4 mit einer Frequenzregelung der Schwingungsfrequenz f des realen Objekts 3 gemäß 3 und Schritt 400 von 2 kombiniert werden.
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Auch kann bei der Ausführungsform von 4 in Schritt 300' die Erregerfrequenz fe der durch den Schwingungserreger 12, 13 angeregten Schwingung zusätzlich abhängig von der zuletzt ermittelten oder geschätzten Größe G bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schwenkvorrichtung
- 3
- reales Objekt
- 4
- erste Schwenkachse
- 5
- zweite Schwenkachse
- 6
- erster Schwenkaktuator
- 7
- Schwenkarm
- 8
- Drehteller
- 9
- zweiter Schwenkaktuator
- 10
- Spanneinrichtung
- 11
- Rüttler
- 12
- Klopfer
- 13
- Schwingungsensor
- fe
- Erregerfrequenz
- f
- Schwingungsfrequenz
- fsoll
- Soll-Schwingungsfrequenz
- fist
- Ist-Schwingungsfrequenz
- ωe
- Eigenfrequenz
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- t*
- Zeitpunkt
- ωe1
- Eigenfrequenz zum Zeitpunkt t1
- ωe2
- Eigenfrequenz zum Zeitpunkt t2
- Δω
- Abweichung/Differenz
- G
- Größe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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