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Die Erfindung betrifft eine Behälteranordnung einer Entpackungsvorrichtung für eine Fertigungsvorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen von pulverartigem Baumaterial (Baumaterialpulver),
- • mit einem Baubehälter für die Fertigungsvorrichtung, wobei der Baubehälter einen Bauraum aufweist, welcher zur gleichzeitigen Aufnahme des in dem Bauraum aus Baumaterialpulver erzeugten Bauteils und von losem Baumaterialpulver in einer inerten Atmosphäre ausgebildet ist,
- • mit einem mit dem Baubehälter lösbar verbundenen Auffangbehälter, der einen Auffangraum zur Aufnahme von aus dem Bauraum des Baubehälters stammendem losem Baumaterialpulver aufweist sowie
- • mit einem Innenraum, der von dem Bauraum des Baubehälters und einem außerhalb des Bauraums des Baubehälters angeordneten auffangbehälterseitigen und den Auffangraum des Auffangbehälters aufweisenden Teil ausgebildet ist und der gegen die Umgebung der Behälteranordnung abgedichtet ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Behälteranordnung versehene Entpackungsvorrichtung für eine Fertigungsvorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen von pulverartigem Baumaterial sowie eine Fertigungsvorrichtung mit einer Entpackungsvorrichtung der genannten Art.
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Bei der additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen von pulverartigem Baumaterial in einem Baubehälter enthält der Baubehälter nach Abschluss eines Fertigungsprozesses neben dem im Rahmen des Fertigungsprozesses erzeugten Bauteil prozessbedingt auch loses Baumaterialpulver. Durch Entpacken des Bauteils wird das lose Baumaterialpulver zur Wiederverwendung in nachfolgenden Fertigungsprozessen zurückgewonnen.
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An die Qualität des für die additive Fertigung eingesetzten Baumaterialpulvers werden je nach Anwendungsfall sehr hohe Anforderungen gestellt. Etwa bei medizintechnischen Anwendungen oder bei Anwendungen der Luft- und Raumfahrttechnik ist das für die additive Fertigung eingesetzte Baumaterialpulver weitestmöglich vor schädlichen Umgebungseinflüssen zu schützen. Zu vermeiden ist insbesondere eine Oxidation des Baumaterialpulvers. Infolgedessen muss nicht nur der Fertigungsprozess in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, sondern auch beim Entpacken eines zuvor gefertigten Bauteils von in dem Baubehälter des Fertigungsprozesses verbliebenem losem Baumaterialpulver sind schädliche Umgebungseinflüsse auf das für künftige Fertigungsprozesse zurückgewonnene Baumaterialpulver zu verhindern.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist offenbart in
EP 3 068 606 B1 . Dieses Dokument offenbart eine Laserschmelzvorrichtung mit einer Auspackstation. In einer Prozesskammer der Laserschmelzvorrichtung wird in einem nach oben offenen Baubehälter unter selektivem Aufschmelzen und Verfestigen von Baumaterialpulver ein dreidimensionales Objekt erzeugt. Nach Beendigung des Fertigungsprozesses wird der nach oben offene Baubehälter mit dem darin enthaltenen Objekt und mit dem verbliebenen losen Baumaterialpulver zu der Auspackstation transportiert und dort in ein um eine horizontale Drehachse drehbares Gestell eingesetzt. An dem Gestell befindet sich ein mit einer verschließbaren Auslassöffnung versehener Behälterdeckel, welcher den Baubehälter nach dem Einsetzen in das Gestell nach oben verschließt. Durch Drehen des Gestells der Auspackstation um die horizontale Drehachse wird der in das Gestell eingesetzte Baubehälter in eine Stellung überführt, in welcher die Auslassöffnung des Behälterdeckels des Baubehälters in Schwerkraftrichtung nach unten zeigt. Gleichzeitig wird der Behälterdeckel des Baubehälters an einen Auffangbehälter angedockt, der mit einem Behälterdeckel mit einer nach oben weisenden Auffangöffnung versehen ist. Unter Entpacken des in dem Baubehälter angeordneten Objekts fließt das lose Baumaterialpulver unter Schwerkraftwirkung aus dem Baubehälter in den Auffangbehälter. Der Auffangbehälter und der daran angedockte Baubehälter bilden einen geschlossenen und gasdichten Innenraum aus, der mit Schutzgas gefüllt sein kann. Ist der Innenraum des Auffangbehälters und des Baubehälters mit Schutzgas gefüllt, kann das Entpacken des in dem Baubehälter angeordneten Objekts von dem losen Baumaterialpulver unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Während des Transports von der Laserschmelzvorrichtung zu der Auspackstation ist das in dem nach oben offenen Baubehälter enthaltene lose Baumaterialpulver aber Oxidationsprozessen ausgesetzt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Rückgewinnung von in einem Baubehälter einer Fertigungsvorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils nach Abschluss eines Fertigungsprozesses enthaltenem Baumaterialpulver zu ermöglichen, ohne dass sich die Qualität des Baumaterialpulvers aufgrund von schädlichen Umgebungseinflüssen, beispielsweise aufgrund von Oxidationsvorgängen, verschlechtert.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Behälteranordnung gemäß Patentanspruch 1, durch die Entpackungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 12 und durch die Fertigungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 15.
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Im Falle der Erfindung weist der Baubehälter einen öffen- und schließbaren Behälterdeckel auf, der im geschlossenen Zustand einen Bauraum des Baubehälters gegen dessen Umgebung abdichtet. Geschlossen wird der Deckel des Baubehälters nach Abschluss eines Fertigungsprozesses, der an dem offenen Baubehälter in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird und an dessen Ende der Bauraum des Baubehälters das erzeugte Bauteil und loses Baumaterialpulver in einer inerten Atmosphäre aufnimmt. Als inerte Gase sind beispielsweise und je nach Anwendungsfall Stickstoff oder Argon gebräuchlich.
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Aufgrund des hermetischen Abschlusses des Bauraums des Baubehälters durch den geschlossenen Behälterdeckel kann der mit dem Behälterdeckel verschlossene Baubehälter im Anschluss an den Fertigungsprozess auch durch eine sauerstoffhaltige Umgebung transportiert werden, ohne dass die Qualität des in dem Baubehälter enthaltenen Baumaterialpulvers durch Oxidationsprozesse beeinträchtig wird.
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Zur Rückgewinnung des in dem Baubehälter enthaltenen Baumaterialpulvers durch Entpacken des in dem Bauraum angeordneten Bauteils ist der Baubehälter mit einem Auffangbehälter der erfindungsgemäßen Behälteranordnung dicht verbunden. Im Innern weist die Behälteranordnung einen Innenraum auf, der von dem zunächst durch den geschlossenen Behälterdeckel hermetisch abgedichteten Bauraum des Baubehälters und von einem auffangbehälterseitigen Teil gebildet wird, der seinerseits den Auffangraum des Auffangbehälters umfasst. Der auffangbehälterseitige Teil des Innenraums der Behälteranordnung weist einen Anschluss für eine Inertgasversorgung auf und kann mittels der Inertgasversorgung bei geschlossenem Behälterdeckel des Baubehälters mit einer inerten Atmosphäre gefüllt werden. Ist der auffangbehälterseitige Teil des Innenraums der Behälteranordnung inertisiert, wird der zunächst noch geschlossene Behälterdeckel des Baubehälters mittels einer von außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung betätigbaren Öffnungsvorrichtung mit einer in Richtung auf den Auffangraum des Auffangbehälters ausgeführten Öffnungsbewegung geöffnet. Bei geöffnetem Behälterdeckel ist der mit dem zurückzugewinnenden Baumaterialpulver gefüllte Bauraum des Baubehälters mit dem Auffangraum des Auffangbehälters verbunden. Der gesamte Innenraum der Behälteranordnung ist dabei mit einer inerten Atmosphäre gefüllt und das Baumaterialpulver kann in einer inerten Umgebung aus dem Bauraum des Baubehälters in den Auffangraum des Auffangbehälters fließen. Zu diesem Zweck kann die Behälteranordnung beispielsweise derart ausgerichtet werden, dass das Baumaterialpulver der Schwerkraft folgend aus dem Bauraum des Baubehälters in den Auffangraum des Auffangbehälters gelangt. Aus dem Auffangraum des Auffangbehälters kann das Baumaterialpulver beispielsweise unter inerten Umgebungsbedingungen abgesaugt und der Verwendung in einem anschließenden Fertigungsprozess zugeführt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, den mit dem Baumaterialpulver in einer inerten Atmosphäre gefüllten Auffangbehälter dicht zu verschließen und anschließend unter Bewahrung der inerten Atmosphäre in dem Auffangraum von dem Baubehälter zu trennen.
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Besondere Ausführungsarten der Behälteranordnung, der Entpackungsvorrichtung und der Fertigungsvorrichtung nach den unabhängigen Patentansprüchen 1, 12 und 15 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 11, 13, 14 und 16.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Öffnungsvorrichtung für den Behälterdeckel des Baubehälters ausweislich Patentanspruch 2 eine von außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung betätigbare Antriebsvorrichtung sowie eine in dem auffangbehälterseitigen Teil des Innenraums der Behälteranordnung vorgesehene Kupplung auf, über welche zwischen der Antriebsvorrichtung der Öffnungsvorrichtung und dem Behälterdeckel des Baubehälters eine Antriebsverbindung hergestellt werden kann. Die Kupplung in dem auffangbehälterseitigen Teil des Innenraums der Behälteranordnung umfasst ein mittels der Antriebsvorrichtung antreibbares antriebsseitiges Kupplungselement sowie ein dem Behälterdeckel zugeordnetes deckelseitiges Kupplungselement. Sind die beiden Kupplungselemente miteinander verbunden, befindet sich die Kupplung in einem Kupplungszustand und die Antriebsvorrichtung der erfindungsgemäßen Öffnungsvorrichtung kann die Öffnungsbewegung des Behälterdeckels des Baubehälters bewirken. Bei gegenseitiger Trennung des antriebsseitigen Kupplungselements und des deckelseitigen Kupplungselements befindet sich die Kupplung in einem Außerfunktionszustand und der Behälterdeckel des Baubehälters ist von der Antriebsvorrichtung der erfindungsgemäßen Bewegungsvorrichtung entkoppelt.
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Für die konstruktive Ausführung der Antriebsvorrichtung und der Kupplung der erfindungsgemäßen Öffnungsvorrichtung für den Behälterdeckel des Baubehälters bietet sich eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
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Als Antriebsvorrichtungen denkbar sind insbesondere ein von außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung betätigbarer Spindelantrieb (Patentanspruch 3) oder eine von außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung betätigbare Antriebsvorrichtung mit einer Antriebswelle, deren Wellenachse parallel zu einer Hauptebene des geschlossenen Behälterdeckels verläuft (Patentanspruch 4).
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Bei Verwendung eines Spindelantriebs als Antriebsvorrichtung kann im Falle der Erfindung eine Kupplung zwischen einer Gewindespindel des Spindelantriebs und dem Behälterdeckel des Baubehälters vorgesehen sein, die einerseits, beispielsweise in axialer Verlängerung der Gewindespindel, einen Kupplungsvorsprung und andererseits, beispielsweise an dem Behälterdeckel, eine Kupplungsaufnahme aufweist. In der Kupplungsaufnahme kann der Kupplungsvorsprung zur Überführung der Kupplung in den Kupplungszustand durch einen entsprechenden Schaltvorgang, etwa durch eine Querschnittserweiterung des Kupplungsvorsprungs, lösbar festlegbar sein.
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Eine parallel zu dem geschlossenen Behälterdeckel verlaufende Antriebswelle ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung mit einem Kupplungsarm versehen, der um eine Wellenachse der Antriebswelle drehfest mit dieser verbunden ist und der sich in radialer Richtung der Wellenachse über die Oberseite des Behälterdeckels erstreckt. Der Kupplungsarm kann flächig ausgebildet und mit dem zu öffnenden Behälterdeckel vollständig oder annähernd deckungsgleich sein.
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Kupplungselemente der zwischen der Antriebswelle und dem Behälterdeckel vorgesehenen Kupplung sind einerseits an dem Kupplungsarm und andererseits an dem Behälterdeckel vorgesehen und lassen sich zur Überführung der Kupplung in den Kupplungszustand miteinander verbinden (Patentanspruch 5).
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Zu diesem Zweck ist insbesondere eine herkömmliche Schnellspannverbindung vorgesehen (Patentanspruch 6), die einen Kupplungsvorsprung als Kupplungselement an einem der zu kuppelnden Bauteile und einen den Kupplungsvorsprung aufnehmenden und mit einem Kniehebelmechanismus versehenen Kupplungsring als Kupplungselement an dem anderen der miteinander zu kuppelnden Bauteile umfasst. Durch insbesondere manuelle Betätigung des Kniehebelmechanismus können bei in dem Kupplungsring aufgenommenem Kupplungsvorsprung der Kupplungsarm und der Behälterdeckel zur Überführung der Kupplung in den Kupplungszustand gegeneinander verspannt werden. Auf entsprechend einfache Art und Weise lässt sich eine mittels der Schnellspannverbindung zwischen dem Kupplungsarm und dem Behälterdeckel bestehende Verbindung lösen und die Kupplung zwischen der Antriebswelle und dem Behälterdeckel dadurch in den Außerfunktionszustand schalten.
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Vorzugsweise bildet der mit dem Behälterdeckel verbundene Kupplungsarm mit dem Behälterdeckel eine Baueinheit, die lösbar an die Antriebswelle der Antriebsvorrichtung angebunden ist. Insbesondere nach Beendigung des Entpackungsvorgangs kann die Baueinheit aus Kupplungsarm und Behälterdeckel etwa zu Reinigungszwecken getrennt gehandhabt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der mittels der Antriebswelle in eine Schwenk-Öffnungsstellung überführte Behälterdeckel in der Schwenk-Öffnungsstellung arretierbar (Patentanspruch 7). Eine Arretierung des schwenkgeöffneten Behälterdeckels empfiehlt sich insbesondere im Hinblick auf die Abläufe im Anschluss an das Öffnen des Bauraums des Baubehälters. Denkbar ist insbesondere eine Überführung der Behälteranordnung mit dem geöffneten Behälterdeckel in eine Stellung, in welcher das Baumaterialpulver den Bauraum des Baubehälters unter Schwerkraftwirkung verlassen kann. Durch die erfindungsgemäße Arretierung des Behälterdeckels werden ansonsten zu befürchtende unkontrollierte Bewegungen des Behälterdeckels verhindert. Die Arretierung des Behälterdeckels wird vorzugsweise durch eine Arretierung der Antriebswelle gegen Drehbewegungen um die Wellenachse realisiert. Über das mit der Antriebswelle verbundene antriebsseitige Kupplungselement und/oder über den mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Kupplungsarm bewirkt die Arretierung der Antriebswelle gegen eine Drehung um die Wellenachse eine Arretierung des Behälterdeckels gegen Verlassen der von dem Behälterdeckel eingenommenen Schwenk-Öffnungsstellung (Patentanspruch 8). Die Arretierung der Antriebswelle erfolgt vorzugsweise außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung und lässt sich dann auch von außerhalb des Innenraums der Behälteranordnung wieder lösen.
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An der erfindungsgemäßen Entpackungsvorrichtung kann der in der Schwenk-Öffnungsstellung arretierte Behälterdeckel bei entsprechender Ausrichtung der Behälteranordnung an der Tragstruktur der Entpackungsvorrichtung unter einem spitzen Winkel gegen die Horizontale in Schwerkraftrichtung geneigt sein (Patentanspruch 14). Der geöffnete Behälterdeckel bildet in diesem Fall eine schiefe Ebene über welche das aus dem Bauraum des geöffneten Baubehälters stammende lose Baumaterialpulver in den Auffangbehälter fließen kann. Unerwünschte Ablagerungen von Baumaterialpulver an der zu dem Bauraum des Baubehälters weisenden Seite des Behälterdeckels werden in diesem Fall vermieden.
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Ist der geschlossene Behälterdeckel an dem Baubehälter lose auf einen Rand der der von dem Behälterdeckel verschlossenen Behälteröffnung aufgelegt, so bedarf es zum Öffnen des Baubehälters lediglich der mittels der erfindungsgemäßen Öffnungsvorrichtung realisierbaren Öffnungsbewegung des Behälterdeckels in Richtung auf den Auffangraum des Auffangbehälters der Behälteranordnung (Patentanspruch 9).
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Damit die zur Erzeugung der Öffnungsbewegung des Behälterdeckels zwingend erforderliche Überführung der Kupplung zwischen der Antriebsvorrichtung der Öffnungsvorrichtung und dem Behälterdeckel des Baubehälters funktionssicher hergestellt werden kann, sieht eine weitere Erfindungsbauart vor, dass das antriebsseitige Kupplungselement und das deckelseitige Kupplungselement der Kupplung bei geschlossenem Behälterdeckel relativ zueinander parallel zu der Hauptebene des geschlossenen Behälterdeckels positionierbar sind (Patentanspruch 10). Durch die gegenseitige Positionierung des antriebsseitigen und des deckelseitigen Kupplungselements werden die Kupplungselemente in einen Kupplungsbereitschaftszustand überführt, von dem ausgehend es nur noch eines Schaltvorgangs, im Falle der erfindungsgemäßen Schnellspannverbindung der Betätigung des Kniehebelmechanismus', bedarf, um eine Antriebsverbindung zwischen der Antriebsvorrichtung der erfindungsgemäßen Bewegungsvorrichtung und dem zu öffnenden Behälterdeckel herzustellen.
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Insbesondere der Nachrüstbarkeit bestehender Entpackungsvorrichtungen mit der erfindungsgemäßen Bewegungsvorrichtung zum Öffnen des Behälterdeckels des Baubehälters in einer inerten Umgebung dient das Erfindungsmerkmal von Patentanspruch 11, wonach die erfindungsgemäße Öffnungsvorrichtung ein Vorrichtungsmodul ausbildet, das zwischen dem Baubehälter und dem Auffangbehälter der Behälteranordnung der Entpackungsvorrichtung angeordnet ist.
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Um ein möglichst vollständiges Entpacken des in dem Bauraum des Baubehälters angeordneten Bauteils von dem losen Baumaterialpulver sicherzustellen ist die Behälteranordnung in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Entpackungsvorrichtung an der Tragstruktur um eine Achse drehbar gelagert, die senkrecht zu dem geschlossenen Behälterdeckel des Baubehälters verläuft (Patentanspruch 13). Ergänzend oder alternativ kann der Entpackungsvorgang dadurch unterstützt werden, dass das zu entpackende Bauteil in Schwingung versetzt wird.
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Eine bevorzugte Bauart der erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung nutzt für die bei geschlossenem Behälterdeckel des Baubehälters durchgeführte Inertisierung des auffangbehälterseitigen Teils des Innenraums der Behälteranordnung eine Inertgasversorgung, die außerdem dazu dient, in einer Siebstation der Fertigungsvorrichtung eine inerte Atmosphäre bereitzustellen (Patentanspruch 16).
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a eine Behälteranordnung einer Entpackungsvorrichtung für eine Fertigungsvorrichtung zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch selektives Verfestigen von pulverartigem Baumaterial mit einer Bewegungsvorrichtung erster Bauart zum Öffnen eines Behälterdeckels eines Baubehälters der Behälteranordnung,
- 1b die Behälteranordnung gemäß 1b mit einer transparenten Wand der Behälteranordnung,
- 2a bis 2f schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Abläufe beim Entpacken eines in der Behälteranordnung gemäß den 1a und 1b enthaltenen Bauteils von losem Baumaterialpulver und
- 3 eine Bewegungsvorrichtung zweiter Bauart für die Behälteranordnung einer Entpackungsvorrichtung der in den 1a und 1b gezeigten Art.
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Gemäß den 1a und 1b umfasst eine Behälteranordnung 1 einen Baubehälter 2, einen trichterförmigen Auffangbehälter 3 sowie eine zwischen dem Baubehälter 2 und dem Auffangbehälter 3 angeordnete Öffnungsvorrichtung 4. Die Öffnungsvorrichtung 4 ist als Vorrichtungsmodul ausgebildet und mit dem Baubehälter 2 und dem Auffangbehälter 3 lösbar verbunden. Die Öffnungsvorrichtung 4 ist an einer in den 2b und 2f im Einzelnen dargestellten Tragstruktur 5 einer mit der Behälteranordnung 1 versehenen Entpackungsvorrichtung 6 vorgesehen.
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Der Baubehälter 2 war zuvor in einer Prozesskammer einer in den
2b und
2f andeutungsweise dargestellten Fertigungsvorrichtung 7 zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen von pulverartigem Baumaterial angeordnet. Der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise der Fertigungsvorrichtung 7 sind beispielsweise in
WO 2019/086231 A1 im Einzelnen beschrieben.
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Während der Anordnung in der Prozesskammer der Fertigungsvorrichtung 7 wurde in einem Bauraum 8 des Baubehälters 2 in üblicher Weise aus Baumaterialpulver, im vorliegenden Beispielsfall aus Metallpulver, ein dreidimensionales Bauteil 9 erzeugt. Das Bauteil 9 ist auf einer Substratplatte 10 befestigt, die in dem Bauraum 8 des Baubehälters 2 längs einer vertikalen Zustellachse 11 angehoben und abgesenkt werden kann.
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Zur Vermeidung einer Oxidation des für die Fertigung des Bauteils 9 eingesetzten Baumaterialpulvers wird der Fertigungsprozess in der Prozesskammer der Fertigungsvorrichtung 7 bei nach oben offenem Baubehälter 2 in einer inerten Atmosphäre, vorliegend in einer Stickstoffatmosphäre, durchgeführt. Nach Abschluss des Fertigungsprozesses wird der Baubehälter 2 in der Prozesskammer mit einem Behälterdeckel 12 verschlossen. Dabei wird der Behälterdeckel 12 lose auf einen Rand 13 einer Behälteröffnung 14 aufgelegt.
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Aufgrund eines entsprechenden Formschlusses zwischen dem Behälterdeckel 12 und dem Rand 13 der Behälteröffnung 14 sowie mittels eines in Umfangsrichtung des Behälterdeckels 12 verlaufenden Dichtrings ist in dem dargestellten Beispielsfall der Bauraum 8 des Baubehälters 2 einschließlich der darin enthaltenen inerten Atmosphäre durch den geschlossenen Behälterdeckels 12 gegen die Umgebung abgedichtet. Ergänzend oder alternativ zu einem Formschluss kommt zur Abdichtung des Bauraums 8 des Baubehälters 2 ein Kraftschluss zwischen dem lose aufgelegten Behälterdeckel 12 und dem Rand 13 der Behälteröffnung 14 in Frage. Der Kraftschluss kann sich aufgrund des Eigengewichts des Behälterdeckels 12 unmittelbar zwischen entsprechend konfigurierten, beispielsweise konischen, Kontaktflächen des Behälterdeckels 12 und des Randes 13 der Behälteröffnung 14 ergeben. Denkbar ist auch ein Kraftschluss aufgrund einer zwischen den Behälterdeckel 12 und den Rand 13 der Behälteröffnung 14 eingelegten Flachdichtung.
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Prozessbedingt enthält der Bauraum 8 zusätzlich zu dem dort erzeugten Bauteil 9 und der inerten Atmosphäre des Fertigungsprozesses loses Baumaterialpulver. Dabei reicht der Füllstand des losen Baumaterialpulvers im Innern des Bauraums 8 des Baubehälters 2 zumindest bis zu dem von der Substratplatte 10 abliegenden oberen Ende des Bauteils 9. Vielfach werden im Rahmen des Fertigungsprozesses nach der Erzeugung des Bauteils 9 auf das bis auf Höhe des oberen Endes des Bauteils 9 anstehende lose Baumaterialpulver weitere Baumaterialpulverschichten als Schutzschichten für das darunter liegende Baumaterialpulver aufgetragen. Insbesondere diese Schutzschichten im Innern des Baubehälters 2 wären ohne den geschlossenen Behälterdeckel 12 beim Transport des Baubehälters 2 von der Prozesskammer der Fertigungsvorrichtung 7 zu der Entpackungsvorrichtung 6 schädlichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt.
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Eine inerte Atmosphäre ist in den 2a bis 2f durch eine Punktierung in den betreffenden Räumen der Behälteranordnung 1 symbolisiert. Das lose Baumaterialpulver ist in den Zeichnungen nicht im Einzelnen dargestellt.
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In dem in 2a veranschaulichten Zustand wird der Baubehälter 2 aus der Prozesskammer der Fertigungsvorrichtung 7 entnommen und bei weiterhin geschlossenem Behälterdeckel 12 durch eine sauerstoffhaltige Umgebung zu der Entpackungsvorrichtung 6 transportiert und dort in die Tragstruktur 5 eingesetzt (2b). Vorübergehend kann der lose aufgelegte Behälterdeckel 12 während des Transports an dem Rand 13 des Baubehälters 2 in der abdichtenden Position verriegelt werden, um einen Verlust oder ein unerwünschtes Verrutschen des Behälterdeckels 12 zu verhindern. An der Entpackungsvorrichtung 6 wird die Verriegelung des Behälterdeckels 12 gegebenenfalls wieder gelöst.
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Die Tragstruktur 5 ist mit der Öffnungsvorrichtung 4 versehen. An eine ringförmige Wand 16 der Öffnungsvorrichtung 4 wird der Baubehälter 2 mit dem Rand 13 der Behälteröffnung 14 gasdicht angeschlossen. Gemeinsam mit der Öffnungsvorrichtung 4 ist der Baubehälter 2 an einem um eine vertikale Drehachse 17 drehbaren Drehring 18 einer Behälterhalterung 19 der Tragstruktur 5 gelagert.
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Die Öffnungsvorrichtung 4 dient zum Abheben des Behälterdeckels 12 von dem Rand 13 der Behälteröffnung 14. Die Öffnungsvorrichtung 4 umfasst eine Antriebsvorrichtung 20 sowie eine zwischen der Antriebsvorrichtung 20 und dem Behälterdeckel 12 vorgesehene Kupplung 21. Die Kupplung 21 ist als herkömmliche Schnellspannverbindung ausgeführt mit einem Kupplungsring 22 als antriebsseitiges Kupplungselement und einem Kupplungsvorsprung 23 als deckelseitiges Kupplungselement (1b).
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Der Kupplungsring 22 ist gemeinschaftlich mit einem herkömmlichen Kniehebelmechanismus zu seiner Betätigung an einem Kupplungsarm 24 angebracht, der seinerseits auf einer Antriebswelle 25 der Antriebsvorrichtung 20 aufsitzt und mit der Antriebswelle 25 um eine Wellenachse 26 drehfest verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kupplungsarm 24 und der Antriebswelle 25 ist lösbar. Der Kupplungsvorsprung 23 ist Teil des Behälterdeckels 12.
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In üblicher Weise können der Kupplungsarm 24 und der Behälterdeckel 12 mittels des Kniehebelmechanismus gegeneinander verspannt oder voneinander entspannt und dadurch die von dem Kupplungsring 22 und dem Kupplungsvorsprung 23 gebildete Kupplung 21 in einen Kupplungszustand oder in einen Freigabezustand geschaltet werden. Zur gegenseitigen Ausrichtung des Kupplungsrings 22 und des Kupplungsvorsprungs 23 parallel zu einer Hauptebene 45 des geschlossenen Behälterdeckels 12 ist ein mit dem Kupplungsring 22 und dem zugehörigen Kniehebelmechanismus versehener Teil des Kupplungsarms 24 relativ zu dem restlichen Kupplungsarm 24 parallel zu der Hauptebene 45 des Behälterdeckels 12 positionierbar.
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Mittels eines senkrecht zu der Wellenachse 26 verlaufenden und an der Antriebswelle drehfest montierten Handhebels 27 ist die Antriebswelle 25 um die Wellenachse 26 antreibbar.
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Nach dem Einsetzen des mit dem Behälterdeckel 12 verschlossenen Baubehälters 2 in die Tragstruktur 5 der Entpackungsvorrichtung 6 und der gasdichten Anbindung des Randes 13 der Behälteröffnung 14 an die Wand 16 der Öffnungsvorrichtung 4 (2b) wird der Kupplungsarm 24 der Behälteröffnung 14 durch entsprechende Betätigung des Handhebels 27 über die um die Wellenachse 26 gedrehte Antriebswelle 25 gegen den Behälterdeckel 12 geschwenkt, und mittels des Kniehebelmechanismus wird eine Verbindung hergestellt zwischen dem antriebsseitigen Kupplungsring 22 und dem deckelseitigen Kupplungsvorsprung 23 der Kupplung 21 (2c). Der Behälterdeckel 12 ist nach wie vor geschlossen und dichtet weiterhin den Bauraum 8 des Baubehälters 2 und die darin enthaltene inerte Atmosphäre des Bauraums 8 gegen die Umgebung ab.
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Bei geschlossenem Behälterdeckel 12 und an den Behälterdeckel 12 angekuppelter Antriebsvorrichtung 20 wird nun der trichterförmige Auffangbehälter 3 wie in 2c angedeutet auf die Wand 16 der Öffnungsvorrichtung 4 aufgesetzt. Nach dem Aufsetzen wird der Auffangbehälter 3 mittels eines Spannrings 28 (1a) dicht mit der Öffnungsvorrichtung 4 verbunden. Es ergeben sich damit die in den 1a und 1b im Einzelnen dargestellten Verhältnisse. Die inerte Atmosphäre im Innern des Bauraums 8 ist in 1b nicht veranschaulicht.
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Der das zuvor erzeugte Bauteil 9 und loses Baumaterialpulver in einer inerten Atmosphäre enthaltende Bauraum 8 des Baubehälters 2 ist nun durch den geschlossenen Behälterdeckel 12 gegen einen Innenraum 29 der Öffnungsvorrichtung 4 und einen Auffangraum 30 des trichterförmigen Auffangbehälters 3 abgedichtet (1b). Der Innenraum 29 der Öffnungsvorrichtung 4 und der Auffangraum 30 des Auffangbehälters 3 bilden einen auffangbehälterseitigen Teil 31 eines von dem Bauraum 8 des Baubehälters 2, dem Innenraum 29 der Öffnungsvorrichtung 4 und dem Auffangraum 30 des Auffangbehälters 3 gebildeten Innenraums 32 der Behälteranordnung 1.
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An der Öffnungsvorrichtung 4 sind lediglich die axialen Enden der Antriebswelle 25 außerhalb des Innenraums 29 angeordnet. An einem der außerhalb des Innenraums 29 liegenden Enden der Antriebswelle 25 ist der Handhebel 27 angebracht.
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Von außen auf die Wand 16 der Öffnungsvorrichtung 4 aufgesetzt ist eine Ventilanordnung 33. Eine Einlassseite der Ventilanordnung 33 ist an eine Inertgasversorgung 34 der Fertigungsvorrichtung 7 angeschlossen. Die Inertgasversorgung 34 dient im Übrigen dazu, in der Prozesskammer der Fertigungsvorrichtung 7, im Einzelnen in einer Siebstation der Prozesskammer, die für den Fertigungsprozess benötigte inerte Atmosphäre bereitzustellen. Die Ventilanordnung 33 umfasst außerdem einen in den Figuren nicht im Detail gezeigten Sauerstoffsensor.
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Bei dem in den 1a und 1b dargestellten Funktionszustand der Behälteranordnung 1 wird mittels der Inertgasversorgung 34 der Fertigungsvorrichtung 7 bei geschlossenem Behälterdeckel 12 des Baubehälters 2 inerte Atmosphäre in den auffangbehälterseitigen Teil 31 des Innenraums 32 der Behälteranordnung 1 aufgegeben, und die in dem auffangbehälterseitigen Teil 31 des Innenraums 32 bis dato enthaltene sauerstoffhaltige Atmosphäre wird aus dem auffangbehälterseitigen Teil 31 des Innenraums 32 verdrängt. Die Inertgaszufuhr wird gestoppt, sobald der Sauerstoffsensor der Ventilanordnung 33 eine sauerstofffreie oder zumindest annähernd sauerstofffreie Atmosphäre im Inneren des auffangbehälterseitigen Teils 31 des Innenraums 32 detektiert. Die sich damit ergebenden Verhältnisse sind in 2d dargestellt.
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Ausgehend von diesen Verhältnissen wird nun mittels des Handhebels 27 von außerhalb des Innenraums 32 der Behälteranordnung 1 die Antriebsvorrichtung 20 der Öffnungsvorrichtung 4 betätigt und durch Schwenken des Kupplungsarms 24 um die Wellenachse 26 der Antriebswelle 25 wird der Behälterdeckel 12 von dem Rand 13 der Behälteröffnung 14 mit einer Öffnungs-Schwenkbewegung in die Schwenk-Öffnungsstellung gemäß 2e abgehoben.
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Nach Überführen des Behälterdeckels 12 in die Schwenk-Öffnungsstellung wird die Antriebswelle 25 gegen eine Drehung um die Wellenachse 26 und dadurch der Behälterdeckel 12 in der Schwenk-Öffnungsstellung arretiert. Zu diesem Zweck ist eine in den Zeichnungen nicht dargestellte und manuell betätigte Rastvorrichtung mit einem Raststift vorgesehen, der außerhalb des Innenraums 32 der Behälteranordnung 1 an der Wand 16 der Öffnungsvorrichtung 4 in radialer Richtung der Antriebswelle 25 geführt ist und der zum Arretieren der Antriebswelle 25 unter der Wirkung einer Rastfeder in eine Rastöffnung der Antriebswelle 25 einrastet. Zum Lösen der Arretierung des Behälterdeckels 12 ist der Raststift gegen die Wirkung der Rastfeder manuell aus der Rastöffnung der Antriebswelle 25 zurückzuziehen.
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Bei geöffnetem Behälterdeckel 12 ist nun der Bauraum 8 des Baubehälters 2 über den Innenraum 29 der Öffnungsvorrichtung 4 mit dem Auffangraum 30 des Auffangbehälters 3 verbunden. Die Substratplatte 10 mit dem daran befestigten Bauteil 9 ist in der in 2e dargestellten Position im Inneren des Baubehälters 2 arretiert.
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Durch Drehen der Behälterhalterung 19 der Entpackungsvorrichtung 6 um eine horizontale Behälter-Schwenkachse 35 (2b, 2f) wird die Behälteranordnung 1 nun aus der bislang eingenommenen Ausgangsstellung in eine in 2f veranschaulichte Entpackungsstellung geschwenkt. Das in dem Bauraum 8 des Baubehälters 2 bis zu diesem Zeitpunkt enthaltene lose Baumaterialpulver kann nun in den Auffangraum 30 des Auffangbehälters 3 abfließen. Der in der geöffneten Stellung arretierte Behälterdeckel 12 wirkt dabei als schiefe Ebene, entlang derer sich das lose Baumaterialpulver bewegt. Zur Förderung des Entpackungsvorgangs kann die Behälteranordnung 1 bei geöffnetem Behälterdeckel 12 um die Drehachse 17 der Behälterhalterung 19 gedreht werden. Außerdem kann das Bauteil 9 über die Substratplatte 10 in Schwingung versetzt werden.
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Zum Entleeren des Auffangraums 30 des Auffangbehälters 3 wird an eine Ventilanordnung 36 an der Spitze des Auffangbehälters 3 eine nicht gezeigte Saugleitung angeschlossen, über welche das aus dem Bauraum 8 des Baubehälters 2 in den Auffangraum 30 des Auffangbehälters 3 gelangte lose Baumaterialpulver abgesaugt wird.
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Nach dem Entpacken des Bauteils 9 von dem losen Baumaterialpulver wird die Behälteranordnung 1 um die horizontale Behälter-Schwenkachse 35 aus der Entpackungsstellung zurück in die Ausgangsstellung geschwenkt. Bei Ausgangsstellung der Behälteranordnung 1 wird der den Auffangbehälter 3 an der Öffnungsvorrichtung 4 fixierende Spannring 28 gelöst und der Auffangbehälter 3 wird von der restlichen Behälteranordnung 1 abgenommen. Nun werden der Behälterdeckel 12 und der über die Kupplung 21 an dem Behälterdeckel 12 festgelegte Kupplungsarm 24 als Baueinheit von der Antriebswelle 25 der Antriebsvorrichtung 20 getrennt, indem die lösbare Verbindung zwischen dem Antriebsarm 24 und der Antriebswelle 25 gelöst wird. Nach der Demontage des Kupplungsarms 24 und des Behälterdeckels 12 ist die Behälteröffnung 14 des Baubehälters 2 zur Entnahme des Bauteils 9 frei. Mittels einer herkömmlichen, an der Substratplatte 10 angreifenden Hubvorrichtung wird das Bauteil 9 in dem Bauraum 8 des Baubehälters 2 aus der in den Figuren dargestellten Position in eine Position nahe der Behälteröffnung 14 angehoben. Ausgehend von der Position nahe der Behälteröffnung 14 wird das Bauteil 9 schließlich manuell aus dem Baubehälter 2 entnommen.
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Eine von der Öffnungsvorrichtung 4 der 1a bis 2f in konstruktiver Hinsicht abweichende Öffnungsvorrichtung 40 ist in 3 dargestellt. Die Öffnungsvorrichtung 40 umfasst eine Antriebsvorrichtung 41 und eine Kupplung 42 zwischen der Antriebsvorrichtung 41 und dem Behälterdeckel 12 des Baubehälters 2.
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Als Antriebsvorrichtung 41 ist ein Spindelantrieb mit einer Gewindespindel 43 vorgesehen. Eine Spindelachse 44 der Gewindespindel 43 verläuft senkrecht zu der in 3 strichpunktiert angedeuteten Hauptebene 45 des geschlossenen Behälterdeckels 12. Die Gewindespindel 12 kämmt mit einer Spindelmutter 46, die ihrerseits an dem Auffangbehälter 3 montiert ist. Ein Kupplungsvorsprung 47 an einem deckelseitigen Ende der Gewindespindel 43 ist als antriebsseitigen Kupplungselement vorgesehen und greift in eine Kupplungsaufnahme 48 ein, die ihrerseits zu dem Kupplungsvorsprung 47 der Gewindespindel 43 hin offen ist und als deckelseitiges Kupplungselement der Kupplung 42 an der Oberseite des Behälterdeckels 12 angebracht ist.
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Mittels einer herkömmlichen, nicht im Einzelnen dargestellten Spannvorrichtung kann der Kupplungsvorsprung 47 der Gewindespindel 43 unter Erweiterung seines Querschnitts in der Kupplungsaufnahme 48 längs der Spindelachse 44 wirksam festgelegt und die von dem Kupplungsvorsprung 47 und der Kupplungsaufnahme 48 gebildete Kupplung 42 dadurch in den Kupplungszustand überführt werden. Zur Betätigung der Antriebsvorrichtung 41 ist an der Gewindespindel 43 außerhalb des Innenraums 32 der Behälteranordnung 1 eine Handkurbel 49 angebracht. Ist die Kupplung 42 in den Kupplungszustand geschaltet und wird mittels der Handkurbel 49 eine Drehbewegung der Gewindespindel 43 in einer Öffnungs-Drehrichtung erzeugt, so wird der Behälterdeckel 12 mit einer linearen Öffnungsbewegung längs der Spindelachse 44 geöffnet.
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Vor der abschließenden Entnahme des Bauteils 9 aus dem Baubehälter 2 wird der Behälterdeckel 12 in Baueinheit mit dem Auffangbehälter 3 von der restlichen Behälteranordnung 1 abgenommen.
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Im Übrigen entspricht die Handhabung der mit der Öffnungsvorrichtung 40 versehenen Behälteranordnung 1 der vorstehend im Einzelnen beschriebenen Handhabung der Behälteranordnung 1 mit der Öffnungsvorrichtung 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3068606 B1 [0005]
- WO 2019/086231 A1 [0029]
