-
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen angegeben.
-
Additive Fertigungsverfahren sind etabliert, um die Produktenwicklungszeiten durch Prototypen zu verkürzen. Der Einsatz ist zudem aufgrund der raschen technologischen Evolution, Materialvielfalt und Anwendungsbreite in den vergangenen Jahren stark angestiegen und bietet großes Potential für eine variantenflexible Produktion von Serienbauteilen.
-
Branchenweit liegt der Fokus der Vorentwicklung im Bereich der additiven Fertigung daher aktuell stark auf der Industrialisierung der der Gesamtprozesskette, welche bislang hauptsächlich aus manuellen Tätigkeiten besteht. Dies liegt an dem hohen Aufwand, die schichtweise hergestellten und individuellen Bauteile vom umliegenden Material zu befreien und die Oberflächen zu säubern (sog. Post-Processing).
-
Um eine Serienproduktion wirtschaftlich für das kostensensitive, automobile Produktionssystem zu gestalten, wird an der Optimierung der Post-Processing Bearbeitungsschritte durch Automatisierungskonzepte und Automatisierungslösungen geforscht.
-
Pulverbasierte additive Fertigungsverfahren, wie das Multi Jet Fusion oder das Selektive Lasersintern, welche bereits heute für die Herstellung von Serienbauteilen qualifiziert sind, produzieren schichtweise Bauteile durch das lokale Aufschmelzen von Kunststoffen.
-
Nach einigen Stunden der Herstellung müssen die Bauteile innerhalb des sog. Pulverkuchens für einige Stunden abkühlen. Nach dem Erreichen einer gewissen Temperatur erfolgt anschließend ein manueller Auspackprozess, der zur Vereinzelung der Bauteile notwendig ist. Nun liegen die Bauteile als unförmige Gebilde vor, da anhaftendes und teilweise aufgeschmolzenes Pulver an der Oberfläche des hergestellten Volumens hängt. Die vereinzelten Bauteile müssen nun batchweise, bedingt durch die Produktionsintervalle, manuell in zwei unterschiedliche Strahlkabinen gegeben werden, welche das anhaftende Pulver mit Hilfe eines Strahlguts in einer rotierenden Trommel in zwei Schritten löst. Dabei kommt in den beiden Kabinen ein unterschiedliches Strahlgut zum Einsatz (Grob- und Feinentpulverung). Beide Kabinen ermöglichen aufgrund des Aufbaus und des entstehenden Schüttguts unterschiedlicher Geometrien keine Möglichkeit der automatisierten Bauteilentnahme und müssen daher erneut manuell bedient und gerüstet werden.
-
Die batchweise und manuelle Belegung der Strahlkabinen stellt einen Flaschenhalt in der Gesamtprozesskette einer Serienproduktion mittels additiver Fertigungsverfahren aufgrund der manuellen Rüstung dar. Dies konnte anhand simulationsgestützter Auswertungen der Gesamtprozesskette identifiziert werden.
-
Eine Automatisierung der Bauteilhandhabung zwischen den Kabinen ist mit dem aktuellen Stand der Technik aufgrund der Variantenvielfalt nicht umsetzbar. Fragile Bauteilbereiche können zudem aufgrund der Rotation in der Trommel der Strahlkabinen zerstört werden. Zusätzliche Arbeitsschritte zum Bauteilfinish, wie Oberflächenveredelung, Farbgebung oder Beschichtung sind an Anlagen gekoppelt, welche auf weitere manuelle Handgriffe angewiesen sind.
-
Es ist somit eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, eine Vorrichtung zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen anzugeben, durch welche der Entpulverungsprozess automatisiert werden kann und/oder durch welche zumindest einer der genannten Nachteile vermieden werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen anzugeben.
-
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung hervor.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine hier beschriebene Vorrichtung zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen eine Transporteinrichtung zum Fördern einer Mehrzahl von additiv gefertigten Bauteilen entlang eines Förderwegs auf. Additiv gefertigte Bauteile sind Bauteile, welche durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt sind.
-
Unter einem additiven Fertigungsverfahren wird hier insbesondere ein generatives Fertigungsverfahren, wie z.B. ein selektives Lasersinterverfahren verstanden. In einem solchen selektiven Lasersinterverfahren wird ein Bauteil Schicht für Schicht erzeugt, indem jeweils eine Schicht aus einem sintergeeigneten Pulvermaterial an den Stellen, an welchen das Bauteil entstehen soll, mit einem Laser erhitzt und gesintert wird. Dieser Schritt wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Bauteil fertig ist. Bei dem so erhaltenen Produkt bleibt das lose, nicht verfestigte Pulver zumindest teilweise an dem Bauteil haften. Daher muss dieses Pulver nachfolgend mittels geeigneter Maßnahmen von dem Pulver getrennt werden.
-
Weiterhin weist die Vorrichtung zum Entpulvern eine Entpulverungseinrichtung zum Entfernen von an den Bauteilen anhaftendem Pulver während des Förderns der Bauteile durch die Transporteinrichtung auf. Die Transporteinrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Bauteile mittels der Transporteinrichtung durch die Entpulverungseinrichtung hindurch gefördert werden und dabei durch die Entpulverungseinrichtung von Pulver befreit werden können.
-
Die Entpulverungseinrichtung weist eine erste Entpulverungskammer und eine zweite Entpulverungskammer auf, wobei die erste Entpulverungskammer zu einer Grobentpulverung der Bauteile während des Förderns der Bauteile durch die Transporteinrichtung ausgebildet ist, und wobei die zweite Entpulverungskammer zu einer Feinentpulverung der Bauteile während des Förderns der Bauteile durch Transporteinrichtung, welche sich an die Grobentpulverung anschließt, ausgebildet ist.
-
Vorzugsweise grenzen die erste Entpulverungskammer und die zweite Entpulverungskammer unmittelbar aneinander an. Dadurch kann die Entpulverungseinrichtung vorteilhafterweise sehr platzsparender aufgebaut sein. Weiterhin können die erste Entpulverungskammer und die zweite Entpulverungskammer eine gemeinsame geschlossene Einhausung aufweisen. Durch die Einhausung kann sichergestellt werden, dass kein Pulver oder Strahlgut aus der Entpulverungseinrichtung gelangen kann bzw. dass das System im Gegensatz zu dem herkömmlichen mehrstufigen Strahlkabinen-Prozess samt manuellem Bauteiltransfer staubfrei gestaltet werden kann. Die geschlossene Einhausung kann sozusagen durch zwei Kammern separiert sein, welche durch die erste und zweite Entpulverungskammer gebildet sind, sodass die Arbeitsschritte der Grobentpulverung und der Feinentpulverung in einer Vorrichtung bzw. in einer Entpulverungseinrichtung der Vorrichtung vereint sind. Durch den Verzicht einer Entpulverungstrommel, welche den aktuellen Stand der Technik abbildet, kann die gesamte Prozesskette zu einem schlankeren, kosteneffizienteren und robusteren Produktionsverfahren weiterentwickelt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Entpulverungskammer für eine Grobentpulverung der Bauteile ohne Strahlgut ausgebildet und die zweite Entpulverungskammer ist für eine Feinentpulverung der Bauteile mit einem Strahlgut ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Entpulverungskammer zur Grobentpulverung durch Vibration und/oder durch Druckluft ausgebildet sein. Dazu kann die erste Entpulverungskammer beispielsweise Mittel zum Rütteln der Bauteile bzw. eine Drucklufteinrichtung zum Aufbringen von Druckluft und/oder einer chemischen Substanz und/oder einer Flüssigkeit auf die Bauteile während des Förderns der Bauteile durch die Transporteinrichtung aufweisen. Die zweite Entpulverungskammer kann Mittel zum Bestrahlen der Bauteile mit einem Strahlgut, wie z.B. mit Glaskugeln oder anderen Partikeln, während des Förderns durch die Transporteinrichtung aufweisen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Entpulverungskammer für eine Grobentpulverung der Bauteile mit einem ersten Strahlgut ausgebildet, und die zweite Entpulverungskammer bis für eine Feinentpulverung der Bauteile mit einem zweiten Strahlgut, welches sich vom ersten Strahlgut unterscheidet, ausgebildet. Das erste und das zweite Strahlgut können sich z.B. durch ihr Material und/oder durch die Partikelgröße voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann das erste Strahlgut aus Glaskugeln mit einer ersten durchschnittlichen Größe bestehen und das zweite Strahlgut kann aus Glaskugeln mit einer von der ersten Größe verschiedenen zweiten durchschnittlichen Größe bestehen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Transporteinrichtung als Linearachsentransporteinrichtung ausgebildet. Die Linearachsentransporteinrichtung kann z.B. Zahnradachsen und/oder Kettenförderer aufweisen. Vorzugsweise weist die Linearachsentransporteinrichtung eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Halteeinrichtungen zum Halten der additiv gefertigten Bauteile während des Förderns der Bauteile durch die Entpulverungseinrichtung bzw. durch die erste Entpulverungskammer und die zweite Entpulverungskammer auf. Die Halteeinrichtungen können dabei insbesondere derart voneinander beabstandet sein, dass sich die einzelnen Bauteile, welche durch die Halteeinrichtungen gehalten werden, nicht berühren. Weiterhin kann die Halteeinrichtungen derart ausgebildet sein, dass die Bauteile liegend und/oder hängen durch die Entpulverungseinrichtung gefördert werden können. Die Halteeinrichtungen können z.B. Greifvorrichtungen aufweisen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten der Bauteile während des Förderns der Bauteile durch Transporteinrichtung auf. Die Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten ist vorteilhafterweise benachbart zur zweiten Entpulverungskammer angeordnet, insbesondere auf einer der ersten Entpulverungskammer abgewandten Seite der zweiten Entpulverungskammer. Insbesondere kann die Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten derart angeordnet sein, dass die durch die Transporteinrichtung geförderten Bauteile unmittelbar nach dem Verlassen der zweiten Entpulverungskammer in die Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten eintreten. In der Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten können die vom Pulver befreiten Bauteile mit einer Beschichtung versehen werden bzw. mit einer oder mehreren Fahrten eingefärbt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen ersten, der ersten Entpulverungskammer zugeordneten Auffangbehälter, und einen zweiten, der zweiten Entpulverungskammer zugeordneten Auffangbehälter auf, wobei die Auffangbehälter zum Auffangen von Strahlgut, insbesondere von jeweils verschiedenem Strahlgut, ausgebildet sind. Insbesondere durch das zweigeteilte Kammersystem ist es möglich, geschlossene Kreisläufe zu gestalten, um eine Wiederverwendung von unterschiedlichem Strahlgut sicher stellen zu können.
-
Mithilfe eines linearen Aufbaus in Form einer Durchlaufkabine können die additiv gefertigten Bauteile hängend und/oder liegend vereinzelt befördert und Entpulvern werden. Dieser Prozess kann dadurch durchgängig gestaltet werden, um Engpässe und lange Durchlaufzeiten zu vermeiden. Durch den Aufbau einer solchen automatisierten Durchlaufstrahlkabine ist es möglich, manuelle Arbeitsschritte zu reduzieren und Mitarbeiter flexibel einzusetzen. Durch die gleichbleibende Positionierung der Bauteile ist eine automatisierte Entnahme der vom Pulver befreiten additiv gefertigten Bauteile möglich.
-
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen angegeben. Zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere eine Vorrichtung zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen mit Merkmalen gemäß den vorgenannten Ausführungsformen eingesetzt werden. Weiterhin ist die vorab beschriebene Vorrichtung vorzugsweise zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ausgebildet. Die bisher und nachfolgend in Verbindung mit der Vorrichtung genannten Merkmale können somit sowohl für die Vorrichtung an sich als auch für eine bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren eingesetzte Vorrichtung gelten.
-
Bei dem Verfahren wird dann hier beschriebene Vorrichtung zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen bereitgestellt. Mittels der Transporteinrichtung wird eine Mehrzahl von additiv gefertigten Bauteilen entlang eines Förderwegs gefördert, wobei die Bauteile während des Förderns durch die Entpulverungseinrichtung der Vorrichtung von anhaftendem Pulver befreit werden. Dabei werden die Bauteile für eine Grobentpulverung durch die erste Entpulverungskammer der Entpulverungseinrichtung bewegt und anschließend für eine Feinentpulverung durch die zweite Entpulverungskammer der Entpulverungseinrichtung bewegt.
-
Insbesondere können die mit Pulver umringten Bauteile nach dem Prozess des Auspackens in vereinzelter Form hängend oder liegend mithilfe spezieller Greifer und/oder Positioner- bzw. Haltevorrichtungen auf einer Linearachse durch die Entpulverungskammern geführt werden. Dabei können die Bauteile beispielsweise von allen Seiten mit Glaskugeln bestrahlt werden, um das anhaftende Kunststoffpulver zu lösen. Dies erfolgt in den zwei Entpulverungskammer, welche räumlich getrennt sind, durch zwei separate Stufen. Durch das zweigeteilte Kammersystem ist es möglich, geschlossene Kreisläufe zu gestalten, um eine Wiederverwendung des unterschiedlichen Strahlguts sicherzustellen. Aufgrund des Aufbaus bzw. der Einhausung ist es möglich, das System im Gegensatz zu herkömmlichen Strahlkabinen staubfrei zu gestalten. Folgeprozesse zur Modifizierung der Oberflächen können zusätzlich in den Durchlaufaufbau integriert werden.
-
Vorzugsweise werden die Bauteile von der Transporteinrichtung unmittelbar beim Verlassen der erste Entpulverungskammer in die zweite Entpulverungskammer gefördert. Dadurch kann die Entpulverungseinrichtung vorteilhafterweise sehr platzsparend aufgebaut sein.
-
Die Grobentpulverung in der ersten Entpulverungskammer kann durch Druckluft und/oder Vibration und/oder durch ein erste Strahlgut erfolgen. Die Feinentpulverung in der zweiten Entpulverungskammer folgt vorzugsweise durch ein zweite Strahlgut.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Vorrichtung bzw. des Verfahrens zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.
-
Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Entpulvern von additiv gefertigten Bauteilen 2. Die Vorrichtung 1 weist eine Transporteinrichtung 3 zum Fördern einer Mehrzahl von additiv gefertigten Bauteilen 2 entlang eines Förderwegs in einer Förderrichtung 7 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Transporteinrichtung 3 zwei Kettenförderer mit jeweils einer Vielzahl von Halteeinrichtungen 8 auf, wobei die Bauteile 2 durch einen der Kettenförderer liegend und durch den anderen der Kettenförderer hängend gefördert werden.
-
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 zum Entpulvern eine Entpulverungseinrichtung 4 zum Entfernen von an den Bauteilen 2 anhaftendem Pulver während des Förderns der Bauteile 2 durch die Transporteinrichtung 3 auf. Insbesondere weist Entpulverungseinrichtung 4 eine erste Entpulverungskammer 5 und eine zweite Entpulverungskammer 6 auf, wobei die erste Entpulverungskammer 5 zu einer Grobentpulverung der Bauteile 2 während des Förderns der Bauteile 2 durch Transporteinrichtung 3 ausgebildet ist, und wobei die zweite Entpulverungskammer 6 zu einer sich an die Grobentpulverung anschließenden Feinentpulverung der Bauteile 2 während des Förderns der Bauteile 2 durch Transporteinrichtung ausgebildet ist.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt die zweite Entpulverungskammer 6 unmittelbar an die erste Entpulverungskammer 5 an. In der ersten Entpulverungskammer 5 werden die Bauteile 2 durch ein Bestrahlen der Bauteile 2 mit einem ersten Strahlgut grobentpulvert. Unmittelbar nach dem Verlassen der ersten Entpulverungskammer 5 und beim Eintreten in die zweite Entpulverungskammer 6 werden die Bauteile durch ein Bestrahlen mit einem zweiten Strahlgut feinentpulvert.
-
Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus einen ersten Auffangbehälter (nicht gezeigt), welcher der ersten Entpulverungskammer 5 zugeordnet ist, und einen zweiten Auffangbehälter (nicht gezeigt), welcher der zweiten Entpulverungskammer 6 zugeordnet ist, auf. Durch den ersten Auffangbehälter kann das erste Strahlgut aus der ersten Entpulverungskammer 5 aufgefangen werden. Davon getrennt kann durch den zweiten Auffangbehälter das zweite Strahlgut aus der zweiten Entpulverungskammer 6 aufgefangen werden. Dadurch kann eine Wiederverwendung des unterschiedlichen Strahlguts sichergestellt werden.
-
Des Weiteren kann die Vorrichtung 1 eine Einrichtung zum Färben und/oder Beschichten der Bauteile 2 während des Förderns der Bauteile 2 durch die Transporteinrichtung 3 aufweisen, welche die Bauteile 2 nach dem Verlassen der zweiten Entpulverungskammer 6 beschichten und/oder färben kann. Dadurch kann ein Oberflächenfinish der entpulverten Bauteile 2 in automatisierter Form erfolgen, ohne dass die Bauteile 2 aus der Transporteinrichtung 3 bzw. von den Halteeinrichtungen 8 entnommen werden müssen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Entpulverungsvorrichtung
- 2
- additiv gefertigtes Bauteil
- 3
- Transporteinrichtung
- 4
- Entpulverungseinrichtung
- 5
- erste Entpulverungskammer
- 6
- zweite Entpulverungskammer
- 7
- Förderrichtung
- 8
- Halteeinrichtung
