DE102020200574A1 - Process and system for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten.Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) bereitgestellt wird. Mittels einer Kühlvorrichtung (14), welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt (12) aufzunehmen, ist es möglich diese Objekte (12) entsprechend zu kühlen. Dazu wird die Kühlvorrichtung (14) aktiviert, um das wenigstens eine Objekt (12), welches zuvor in der Kühlvorrichtung (14) platziert wird, abzukühlen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen.The invention relates to a method and a system for post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes. Provision is made for a method for post-treatment of objects (12) manufactured by means of additive manufacturing processes to be provided. By means of a cooling device (14), which is designed to receive at least one object (12) produced by means of an additive manufacturing process, it is possible to cool these objects (12) accordingly. For this purpose, the cooling device (14) is activated in order to cool the at least one object (12), which is previously placed in the cooling device (14), so that loose particles detach themselves from the at least one object (12) due to the thermal stresses that arise .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten.The invention relates to a method and a system for the post-treatment of objects produced by means of additive manufacturing processes.

In der Industrie sind pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren weit verbreitet und erprobt. Diese Bauteile sind dabei nicht mehr nur in reinen Prototypanwendungen wiederzufinden, sondern sind bereits für Serien- und Endprodukte als relevant anzusehen. Bei den pulverbettbasierten Verfahren ist es typisch, dass das Bauteil durch ein partielles Aushärten des Pulverbetts generiert wird. Dadurch ist es verfahrensspezifisch, dass das Bauteil von losem Pulver umgeben ist. Dieses Pulver hängt teilweise lose (zum Beispiel durch Verklammerung) und auch an sehr schwachen Partikelbrücken am Bauteil. Diese Partikel weisen bei Kunststoffen üblicherweise Größen von 0,05 - 0,1 mm auf. Bei Metallpulvern können die Partikel zehnmal kleiner sein. Insbesondere stellen die Kunststoffpartikel ein Problem dar, da durch die bloße Handhabung der Bauteile sich teilweise haftende Partikel lösen und in die Umwelt gelangen. Im Zuge der Diskussion um Partikelemissionen in die Umwelt, insbesondere von Mikroplastikpartikel, stellen die zuvor erläuterten Umstände ein gewisse Problemstellung für den gewerblichen Einsatz von im Pulverbett additiv hergestellten Bauteilen dar.Powder bed-based additive manufacturing processes are widely used and tested in industry. These components can no longer only be found in pure prototype applications, but are already to be regarded as relevant for series and end products. With powder bed-based processes, it is typical that the component is generated by partially curing the powder bed. This means that it is process-specific that the component is surrounded by loose powder. This powder partly hangs loosely (e.g. due to clinging) and also on very weak particle bridges on the component. In the case of plastics, these particles usually have sizes of 0.05-0.1 mm. In the case of metal powders, the particles can be ten times smaller. In particular, the plastic particles pose a problem, since simply handling the components detaches partially adhering particles and releases them into the environment. In the course of the discussion about particle emissions into the environment, in particular from microplastic particles, the above-mentioned circumstances pose a certain problem for the commercial use of additively manufactured components in the powder bed.

Bisher bestehen keine direkten technischen Ansätze, welche eine Pulveranhaftung zuverlässig unterbinden. Die sichtbaren Anhaftungen werden deswegen beispielsweise heutzutage durch Strahlen (beispielsweise mittels Druckluft) entfernt oder aber mittels entsprechender mechanischer Verfahren (zum Beispiel Pinseln) vom Bauteil entfernt.So far there have been no direct technical approaches that reliably prevent powder adhesion. The visible buildup is therefore nowadays removed, for example, by blasting (for example by means of compressed air) or removed from the component using appropriate mechanical methods (for example brushing).

Allerdings belassen viele Lösungen immer noch festhaftende Partikel an den Bauteilen, welche sich beim späteren Einsatz dann loslösen können. Auch können solche Partikel sich später aufgrund einer Manipulation lösen. Diese Partikel haften dann spürbar an der Hand und gelangen auf unterschiedliche Art und Weise in die Umwelt. Eine direkte Gefährdung von Menschen geht von diesen Partikeln nicht aus, da diese nicht lungengängig sind. Die Partikel können sich aber in der Natur oder auch in Tieren ablagern und eine sekundäre Gefährdung der Umwelt darstellen. Zudem ist eine Reinigung von Partikelverunreinigungen nahezu unmöglich, sodass es gilt, alternative Verfahren hervorzubringen, um an dieser Stelle entscheidende Verbesserungen herbeizuführen. Aus dem Stand der Technik werden nachfolgend einige Lösungen vorgestellt, welche sich im weitesten Sinne mit der zuvor erläuterten Thematik auseinandersetzen.However, many solutions still leave firmly adhering particles on the components, which can then become detached during later use. Such particles can also later become detached due to manipulation. These particles then stick noticeably to the hand and get into the environment in different ways. These particles do not pose a direct hazard to people as they are not lung-friendly. The particles can, however, be deposited in nature or in animals and represent a secondary hazard to the environment. In addition, the cleaning of particle contamination is almost impossible, so it is necessary to develop alternative processes in order to bring about decisive improvements at this point. Some solutions from the state of the art are presented below, which deal with the topic explained above in the broadest sense.

So ist aus der Druckschrift US 2005 0173838 A1 eine Glättungsmethode als bekannt zu entnehmen. Offenbart wird dabei insbesondere ein Verfahren zum Glätten der Oberfläche eines Gegenstandes, der unter Verwendung einer Schichtherstellung-Rapid-Prototyping-Technik aus einem Polymer- oder Wachsmaterial hergestellt ist. Nachdem das Objekt aufgebaut ist, wird es einem verdampften Lösungsmittel ausgesetzt. Ein Lösungsmittel wird auf der Grundlage seiner Fähigkeit ausgewählt, das Material, das den Gegenstand bildet, vorübergehend zu erweichen und danach vom Gegenstand abzudampfen. Der Gegenstand wird aus dem Lösungsmittel entfernt und trocknen gelassen, wodurch ein glattes Fertigteil entsteht.So is from the pamphlet US 2005 0173838 A1 a smoothing method known as known. In particular, a method is disclosed for smoothing the surface of an object which is produced from a polymer or wax material using a layer production-rapid prototyping technique. After the object is built, it is exposed to an evaporated solvent. A solvent is selected based on its ability to temporarily soften the material making up the article and then to evaporate from the article. The article is removed from the solvent and allowed to dry, creating a smooth finished part.

Aus der Druckschrift US 2009 0321998 A1 ist zudem ein Kunststoffpulver mit abgerundeten Teilchen, insbesondere zur Anwendung beim Lasersintern, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Pulvers und ein Lasersinterverfahren unter Verwendung eines solchen Pulvers als bekannt zu entnehmen. Bei einem Lasersinterverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes, bei dem nachfolgende Schichten des zu bildenden Gegenstandes an entsprechenden Stellen des Gegenstands nachverfestigt werden, wird als Aufbaumaterial ein Pulver verwendet, bei dem die Kornobergrenze der Pulverpartikel unter 100 µm liegen, der D0.5-Wert unter 55 µm liegt und die BET-Oberfläche unter 5 m2/g liegt. Die Körner des Pulvers haben grundsätzlich eine Kugelform.From the pamphlet US 2009 0321998 A1 a plastic powder with rounded particles, in particular for use in laser sintering, and a method for producing such a powder and a laser sintering method using such a powder are also known. In a laser sintering process for the production of a three-dimensional object, in which subsequent layers of the object to be formed are post-solidified at corresponding points on the object, a powder is used as the build-up material in which the upper limit of the powder particles is below 100 μm and the D 0.5 value below 55 µm and the BET surface area is below 5 m 2 / g. The grains of the powder are basically spherical in shape.

Aus der Druckschrift WO 2018 128656 A1 ist zudem ein Core-Shell-Legierungspulver für die additive Fertigung, ein additives Herstellungsverfahren und eine additiv hergestellte ausscheidungsdispersionsverstärkte Legierungskomponente als bekannt zu entnehmen. Dabei wird ein Pulver aus einer Core-Shell-strukturierten Legierung zur additiven Herstellung, eine additiv hergestellte ausscheidungsdispersionsverstärkte Legierungskomponente und ein Verfahren zur additiven Herstellung der Komponente bereitgestellt. Das Legierungspulver umfasst eine Vielzahl von Partikeln, wobei eines oder mehrere der Vielzahl von Partikeln einen Legierungspulverkern und eine sauerstoff- oder stickstoffreiche Hülle umfassen, die auf mindestens einem Teil des Legierungspulverkerns angeordnet ist. Der Legierungspulverkern umfasst eine Legierungsbestandteilsmatrix mit einem oder mehreren reaktiven Elementen, wobei die reaktiven Elemente so konfiguriert sind, sodass sie mit Sauerstoff, Stickstoff oder beiden reagieren. Die Legierungsbestandteilsmatrix umfasst rostfreien Stahl, eine Eisenbasislegierung, eine Nickelbasislegierung, eine Nickelbasislegierung, eine Kobaltbasislegierung, eine Kupferbasislegierung, eine Aluminiumbasislegierung, eine Titanbasislegierung oder Kombinationen davon. Die Legierungsbestandteilsmatrix umfasst reaktive Elemente, die in einem Bereich von etwa 0,01 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent eines Gesamtgewichts des Legierungspulvers vorliegen.From the pamphlet WO 2018 128656 A1 a core-shell alloy powder for additive manufacturing, an additive manufacturing process and an additively manufactured precipitation dispersion-reinforced alloy component can also be found as known. A powder made of a core-shell structured alloy for additive manufacturing, an additively manufactured precipitation dispersion-reinforced alloy component and a method for additive manufacturing of the component are provided. The alloy powder includes a plurality of particles, one or more of the plurality of particles including an alloy powder core and an oxygen- or nitrogen-rich shell disposed on at least a portion of the alloy powder core. The alloy powder core includes an alloy constituent matrix having one or more reactive elements, the reactive elements configured to react with oxygen, nitrogen, or both. The alloy constituent matrix includes stainless steel, an iron-based alloy, a nickel-based alloy, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy, a copper-based alloy, an aluminum-based alloy, a titanium-based alloy, or combinations thereof. The alloy constituent matrix comprises reactive elements that range from about 0.01 percent by weight to 10% by weight Weight percent of a total weight of the alloy powder are present.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren und ein alternatives System zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten, welche eine zuverlässige Pulverrestentfernung nach der Herstellung gewährleisten.The invention is now based on the object of providing an alternative method and an alternative system for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes, which ensure reliable powder residue removal after manufacture.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei den folgenden Schritt: Bereitstellen einer Kühlvorrichtung, welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt aufzunehmen. Das Verfahren umfasst zudem die folgenden weiteren Schritte: Platzieren wenigstens eines mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Objekts in der Kühlvorrichtung, Aktivieren der Kühlvorrichtung, um das wenigstens eine Objekt abzukühlen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt lösen. Auf diese Weise können auf vorteilhafte Weise restliche Partikel, welche von dem Herstellungsprozess des jeweiligen Objekts herrühren und noch am selbigen haften, zuverlässig und effektiv entfernt werden. Mit anderen Worten kann somit eine zuverlässige Pulverrestentfernung nach der Herstellung gewährleistet werden. Die in das jeweilige Objekt eingebrachte Kälte induziert entsprechend thermische Spannungen zum Loslösen der Partikel.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a method for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing methods is provided. Such a method comprises the following step: providing a cooling device which is designed to receive at least one object produced by means of an additive manufacturing method. The method also comprises the following further steps: placing at least one object produced by means of an additive manufacturing process in the cooling device, activating the cooling device in order to cool the at least one object, so that loose particles detach from the at least one object due to the thermal stresses that arise. In this way, residual particles which originate from the manufacturing process of the respective object and are still adhering to the same can be removed reliably and effectively in an advantageous manner. In other words, reliable powder residue removal after production can be ensured. The cold brought into the respective object induces thermal stresses to detach the particles.

Anders gesagt wird ein jeweiliges Objekt so behandelt, sodass seine Oberfläche thermisch behandelt wird, wobei eine ausreichende Menge an Kühlenergie eingebracht wird, sodass ein Losbrechen der unsicher versinterten Partikel beziehungsweise Pulverreste möglich ist. Diese losen Partikel fallen dann vom Objekt, welches beispielsweise ein Bauteil für die Fahrzeugindustrie sein kann, ab. Das additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren sein.In other words, a respective object is treated in such a way that its surface is thermally treated, with a sufficient amount of cooling energy being introduced so that it is possible for the insecurely sintered particles or powder residues to break away. These loose particles then fall off the object, which can be a component for the vehicle industry, for example. The additive manufacturing process can be, for example, a powder-bed-based additive manufacturing process.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein System zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten bereitgestellt wird. Solch ein System umfasst dabei eine Kühlvorrichtung, welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt aufzunehmen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt lösen. Zudem umfasst das System wenigstens eine weitere Nachbehandlungsvorrichtung zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung ausgewählt ist aus: Ultraschallbadvorrichtung, Waschvorrichtung, Wärmevorrichtung, chemischen Nachbehandlungsvorrichtung. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für das vorgestellte System. Das additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren sein.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that a system for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes is provided. Such a system comprises a cooling device which is designed to receive at least one object produced by means of an additive manufacturing process, so that loose particles detach from the at least one object due to the thermal stresses that arise. In addition, the system comprises at least one further post-treatment device for post-processing objects manufactured by means of additive manufacturing processes, the post-treatment device being selected from: ultrasonic bath device, washing device, heating device, chemical post-treatment device. The advantages mentioned above also apply to the presented system, insofar as they are transferrable. The additive manufacturing process can be, for example, a powder-bed-based additive manufacturing process.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention emerge from the other features mentioned in the subclaims.

So ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Abkühlen für einen Zeitraum von 10 bis 500 Sekunden, vorzugsweise von 20 bis 400 Sekunden, vorzugsweise von 30 bis 200 Sekunden, vorzugsweise von 35 bis 140 Sekunden, vorzugsweise für 60 Sekunden vorgesehen ist oder wobei ein schockartiger Abkühlvorgang mittels der Kühlvorrichtung, insbesondere unter Verwendung von flüssigem Stickstoff, für einen Zeitraum von 0,1 bis 1 Sekunde durchgeführt wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise ausgelegt sein, das Objekt zumindest oberflächlich schockartig abzukühlen, sodass sich entsprechend aufgrund der auftretenden Spannungen Entpulverungsvorgänge einstellen. Dies kann beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, welcher auf das Objekt aufgebracht wird, durchgeführt werden. Dabei kann eine Behandlungsdauer von einem Bruchteil einer Sekunde vorgesehen werden, sodass sich der gewünschte Effekt einstellt, ohne dass die weiteren Strukturen des Objekts Schaden nehmen oder sonst wie negativ betroffen werden. Insofern wird demnach lediglich die Oberfläche des Objekts schockartig abgekühlt, wobei ein innerer Bereich des Objekts beziehungsweise ein Bauteilkern bei einer deutlich höheren Temperatur verbleibt. Somit kann nicht nur ein gründliche Entpulverung beziehungsweise eine zuverlässige Pulverrestentfernung vollzogen werden, sondern auch eine deutlich verkürzte Prozesszeit vorgesehen werden, sodass das vorgestellte Verfahren besonders effizient ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that the cooling is provided for a period of 10 to 500 seconds, preferably 20 to 400 seconds, preferably 30 to 200 seconds, preferably 35 to 140 seconds, preferably 60 seconds or wherein a shock-like cooling process by means of the cooling device, in particular using liquid nitrogen, is carried out for a period of 0.1 to 1 second. The advantages mentioned above can thus be achieved even better. The cooling device can be designed, for example, to cool the object at least superficially in a shock-like manner, so that de-powdering processes take place due to the stresses that occur. This can be carried out, for example, with liquid nitrogen which is applied to the object. A treatment duration of a fraction of a second can be provided so that the desired effect occurs without the other structures of the object being damaged or otherwise negatively affected. In this respect, only the surface of the object is cooled in a shock-like manner, with an inner area of the object or a component core remaining at a significantly higher temperature. In this way, not only a thorough powder removal or a reliable removal of residual powder can be carried out, but also a significantly shortened process time can be provided, so that the method presented is particularly efficient.

Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Abkühlen des Objekts bis zu einer Temperatur von -5 °C, vorzugsweise von -10 °C, vorzugsweise von -15 °C, vorzugsweise von -20 °C, vorzugsweise von -30 °C, vorzugsweise von -100 °C, vorzugsweise von -200 °C vorgesehen ist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.In a further embodiment of the invention it is also provided that the cooling of the object down to a temperature of -5 ° C, preferably -10 ° C, preferably -15 ° C, preferably -20 ° C, preferably -30 ° C, preferably -100 ° C, preferably -200 ° C is provided. The advantages mentioned above can thus be achieved even better.

Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: Entfernen des wenigstens einen Objekts aus der Kühlvorrichtung, Durchführen wenigstens eines weiteren Verfahrens zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten. Auf diese Weise kann mittels der vorgestellten Kombination aus zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren besonders gut gewährleistet werden, dass jegliche überschüssige Partikel beziehungsweise Pulverreste von dem jeweiligen behandelten Objekt abfallen beziehungsweise entfernt werden.Furthermore, in a further embodiment of the invention it is provided that the method comprises the following further steps: removing the at least one object from the cooling device, performing at least one further method for post-processing of objects manufactured using additive manufacturing processes. In this way, by means of the presented combination of two different post-processing methods, it can be ensured particularly well that any excess particles or powder residues fall off or are removed from the respective treated object.

Zudem ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen einer Ultraschallbadvorrichtung mit wenigstens einer Erregungseinheit, Platzieren des wenigstens einen Objekts in der Ultraschallbadvorrichtung, Aktivieren der Ultraschallbadvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von mechanischen Schwingungen von dem wenigstens einem Objekt lösen. Auf diese Weise kann mittels der vorgestellten Kombination aus zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren besonders gut gewährleistet werden, dass jegliche überschüssige Partikel beziehungsweise Pulverreste von dem jeweiligen behandelten Objekt abfallen beziehungsweise entfernt werden. Die wenigstens eine Erregungseinheit überträgt dabei Schwingungen in das Bad der Ultraschallbadvorrichtung. Diese Wellenbewegungen treffen auf die losen Partikel beziehungsweise Pulverreste. Dadurch werden diese weiter gelockert und fallen schlussendlich in das Bad. Das Bad kann beispielsweise jegliche Flüssigkeiten umfassen, zum Beispiel zumindest einen Anteil Wasser mit oder ohne Zusätze. So werden also mechanische Schwingungen über das Bad beziehungsweise über das Fluid auf die Partikel übertragen, sodass beispielsweise unsicher versinterte Partikel dadurch gelöst werden. Das Übertragungsfluid kann beispielsweise mittels der wenigstens einen Erregungseinheit mit Hilfe von Ultraschallsignalen in Schwingung versetzt werden, sodass diese dann entsprechend bis zum platzierten Objekt und insbesondere direkt an die losen Partikel übertragen werden. Es können auch zwei oder mehrere solcher Erregungseinheiten vorgesehen sein, wobei diese beispielsweise gegenüberliegend in dem Bad oder zumindest zeitweise in versetzten und/oder unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeiten.In addition, a further embodiment of the invention provides that the at least one further method for post-processing objects manufactured by means of additive manufacturing processes comprises the following further method steps: providing an ultrasonic bath device with at least one excitation unit, placing the at least one object in the ultrasonic bath device, activating the ultrasonic bath device, so that further loose particles detach from the at least one object due to mechanical vibrations. In this way, by means of the presented combination of two different post-processing methods, it can be ensured particularly well that any excess particles or powder residues fall off or are removed from the respective treated object. The at least one excitation unit transmits vibrations into the bath of the ultrasonic bath device. These wave movements hit the loose particles or powder residues. This loosens them further and ultimately falls into the bathroom. The bath can for example comprise any liquids, for example at least a portion of water with or without additives. Mechanical vibrations are thus transmitted to the particles via the bath or via the fluid, so that, for example, particles that have sintered insecurely are thereby loosened. The transmission fluid can, for example, be made to vibrate by means of the at least one excitation unit with the aid of ultrasonic signals, so that these are then correspondingly transmitted to the placed object and in particular directly to the loose particles. Two or more such excitation units can also be provided, these working, for example, opposite one another in the bathroom or at least temporarily in offset and / or different frequency ranges.

Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen einer Waschvorrichtung, Platzieren des wenigstens einen Objekts in der Waschvorrichtung, Aktivieren der Waschvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von Waschvorgängen von dem wenigstens einem Objekt lösen. Auf diese Weise kann mittels der vorgestellten Kombination aus zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren besonders gut gewährleistet werden, dass jegliche überschüssigen Partikel beziehungsweise Pulverreste von dem jeweiligen behandelten Objekt abfallen beziehungsweise entfernt werden.In a further embodiment of the invention it is also provided that the at least one further method for post-processing objects manufactured by means of additive manufacturing processes comprises the following further method steps: providing a washing device, placing the at least one object in the washing device, activating the washing device so that others become loose Release particles from the at least one object due to washing processes. In this way, by means of the combination of two different post-processing methods presented, it can be ensured particularly well that any excess particles or powder residues fall off or are removed from the respective treated object.

Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen einer Wärmevorrichtung, Platzieren des wenigstens einen Objekts in der Wärmevorrichtung, Aktivieren der Wärmevorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt lösen. Auf diese Weise kann mittels der vorgestellten Kombination aus zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren besonders gut gewährleistet werden, dass jegliche überschüssigen Partikel beziehungsweise Pulverreste von dem jeweiligen behandelten Objekt abfallen beziehungsweise entfernt werden.Furthermore, in a further embodiment of the invention, it is provided that the at least one further method for post-processing objects produced by means of additive manufacturing processes comprises the following further method steps: providing a heating device, placing the at least one object in the heating device, activating the heating device so that others become loose Particles are released from the at least one object due to the thermal stresses that arise. In this way, by means of the combination of two different post-processing methods presented, it can be ensured particularly well that any excess particles or powder residues fall off or are removed from the respective treated object.

Des Weiteren ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen einer chemischen Nachbehandlungsvorrichtung, Platzieren des wenigstens einen Objekts in der chemischen Nachbehandlungsvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von chemischen Nachbehandlungsreaktionen mit dem wenigstens einen Objekt lösen. Auf diese Weise kann mittels der vorgestellten Kombination aus zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren besonders gut gewährleistet werden, dass jegliche überschüssigen Partikel beziehungsweise Pulverreste von dem jeweiligen behandelten Objekt abfallen beziehungsweise entfernt werden.Furthermore, it is provided in a further embodiment of the invention that the at least one further method for post-processing objects produced by means of additive manufacturing processes comprises the following further process steps: providing a chemical post-treatment device, placing the at least one object in the chemical post-treatment device so that further loose particles are formed solve due to chemical aftertreatment reactions with the at least one object. In this way, by means of the combination of two different post-processing methods presented, it can be ensured particularly well that any excess particles or powder residues fall off or are removed from the respective treated object.

Schlussendlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Waschvorrichtung Mittel aufweist, um das wenigstens eine Objekt in einem Tauchbad von losen Partikeln zu befreien und/oder Mittel aufweist, um das wenigstens eine Objekt mit wenigstens einem Reinigungsstrahl von losen Partikeln zu befreien. Das Tauchbad bietet den Vorteil, dass solch ein Verfahrensschritt besonders einfach zu automatisieren ist, sodass ein besonders effizientes Verfahren resultiert. Reinigungsstrahlen hingegen bieten die Möglichkeit und den Vorteil, dass eine gezielte manuelle Arbeit und/oder zumindest ein gewisses teilautomatisiertes Vorgehen zu einer besonders akkuraten Entfernung von Pulverresten führt.Finally, a further embodiment of the invention provides that the washing device has means to free the at least one object from loose particles in an immersion bath and / or has means to free the at least one object from loose particles with at least one cleaning jet. The immersion bath offers the advantage that such a process step can be automated particularly easily, so that a particularly efficient process results. Cleaning jets, on the other hand, offer the possibility and the advantage that targeted manual work and / or at least a certain partially automated procedure leads to a particularly accurate removal of powder residues.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are Unless otherwise stated in individual cases, they can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Verfahrensablaufdiagramm von einem Verfahren zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten;
  • 2 eine schematische Darstellung von einem System zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a process flow diagram of a process for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes;
  • 2 a schematic representation of a system for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes.

1 zeigt ein Verfahrensablaufdiagramm 100 von einem Verfahren zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird eine Kühlvorrichtung, welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt aufzunehmen, bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird wenigstens eines mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Objekts in der Kühlvorrichtung platziert. In einem dritten Verfahrensschritt 130 wird die Kühlvorrichtung aktiviert, um das wenigstens eine Objekt abzukühlen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt lösen. 1 shows a process flow diagram 100 of a process for the post-treatment of objects manufactured by means of additive manufacturing processes. In a first process step 110 a cooling device, which is designed to receive at least one object produced by means of an additive manufacturing process, is provided. In a second process step 120 at least one object manufactured by means of an additive manufacturing process is placed in the cooling device. In a third process step 130 the cooling device is activated in order to cool the at least one object, so that loose particles are detached from the at least one object due to the thermal stresses that arise.

2 zeigt eine schematische Darstellung von einem System 10 zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten 12. Dabei ist das System 10 mit einer Kühlvorrichtung 14 und einem in dieser Kühlvorrichtung 14 platziertem Objekt 12 dargestellt. Mit anderen Worten ist die Kühlvorrichtung 14 ausgelegt wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt 12 aufzunehmen. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann diese Kühlvorrichtung 14 auch so dimensioniert sein, sodass zwei oder mehrere derartige Objekte 12 beziehungsweise allgemein Bauteile oder andere Konstruktionsteile, welche jeweils mittels eines additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden, dort platziert werden können. Das additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren sein. Mittels der Kühlvorrichtung 14 kann entsprechend einer benutzerdefinierten Einstellung über eine zuvor bestimmte Zeitspanne eine gewisse Menge an Kühlenergie in das Objekt 12 eingebracht werden, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von diesem Objekt 12 lösen. Diese auf diese Weise gelösten nicht näher dargestellten Partikel können beispielsweise gemäß dem Schwerkraftprinzip in Richtung Boden fallen, wobei auch bei einem Herausnehmen des Objekts 12 durch Drehen und Wenden des Objekts 12 weitere gelöste Partikel zu Boden fallen. Bezogen auf die Bildebene ist rechts von der Kühlvorrichtung 14 eine weitere Nachbehandlungsvorrichtung 16 zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten 12 dargestellt. Ein gestrichelter Blockpfeil 18 deutet an, dass das Objekt 12 nach einer erfolgreichen Anwendung in der Kühlvorrichtung 14 von der Kühlvorrichtung 14 in diese Nachbehandlungsvorrichtung 16 zu transformieren ist. Es können mehr als eine Nachbehandlungsvorrichtung 16 vorgesehen sein, wobei sowohl eine serielle Anwendung als eine zumindest teilweise sich überlappende Anwendung mittels dieser einzelnen Vorrichtungen 14, 16 vorstellbar ist. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass das gezeigte Objekt 12 mittels einer nicht näher gezeigten Bewegungsvorrichtung, beispielsweise eine Bewegungsvorrichtung, welche wenigstens eine Fließbandvorrichtung oder dergleichen umfasst, von einer Vorrichtung 14, 16 zu einer jeweils nächsten bewegt wird, wobei sich die vorgesehen in diesen Vorrichtungen 14, 16 vorgesehen Anwendungsschritte beziehungsweise Anwendungsverfahren zumindest teilweise überlappen. Auch ist vorstellbar, dass sich die Vorrichtungen 14, 16 und ihre jeweiligen Funktionen in einem Anwendungsraum beziehungsweise mittels einer Anwendungsstrecke bereitstellen lassen und nur jeweilige Komponenten dieser Vorrichtungen 14, 16 bewegbar in Richtung des Objekts 12 vorgesehen sind. Mit anderen Worten stellt das vorgestellte System 10 eine Kombination aus unterschiedlichen Nachbehandlungsvorrichtungen dar, wobei jeweils zuerst eine Anwendung mit Kälte vorgesehen ist. Die erste Behandlung mit Kälte weist dabei den Vorteil auf, dass jeweilige nachfolgende Anwendungen noch besser die restlichen losen Partikel beziehungsweise Pulverreste mobilisieren, sodass im Endeffekt besonders gereinigte Objekte 12 hervorgebracht werden können. Die dargestellte Nachbehandlungsvorrichtung 16 kann beispielsweise aus den folgenden Vorrichtungen ausgewählt sein: Ultraschallbadvorrichtung, Waschvorrichtung, Wärmevorrichtung, chemischen Nachbehandlungsvorrichtung. 2 shows a schematic representation of a system 10 for the post-treatment of objects manufactured using additive manufacturing processes 12th . The system is there 10 with a cooling device 14th and one in this cooler 14th placed object 12th shown. In other words, is the cooling device 14th designed at least one object manufactured by means of an additive manufacturing process 12th to record. In an embodiment not shown in detail, this cooling device 14th also be dimensioned so that two or more such objects 12th or, in general, components or other construction parts, which are each manufactured by means of an additive manufacturing process, can be placed there. The additive manufacturing process can be, for example, a powder-bed-based additive manufacturing process. By means of the cooling device 14th According to a user-defined setting, a certain amount of cooling energy can enter the object over a predetermined period of time 12th are introduced so that loose particles are removed from this object due to the thermal stresses that arise 12th to solve. These particles (not shown in greater detail) that are dissolved in this way can, for example, fall towards the ground according to the principle of gravity, even when the object is removed 12th by rotating and flipping the object 12th more dissolved particles fall to the ground. In relation to the image plane is to the right of the cooling device 14th another aftertreatment device 16 for post-processing of objects manufactured using additive manufacturing processes 12th shown. A dashed block arrow 18th indicates that the object 12th after a successful application in the cooling device 14th from the cooler 14th into this aftertreatment device 16 is to be transformed. There can be more than one aftertreatment device 16 be provided, both a serial application and an at least partially overlapping application by means of these individual devices 14th , 16 is imaginable. It is conceivable, for example, that the object shown 12th by means of a movement device not shown in detail, for example a movement device which comprises at least one assembly line device or the like, from a device 14th , 16 is moved to the next, which is provided in these devices 14th , 16 provided application steps or application processes at least partially overlap. It is also conceivable that the devices 14th , 16 and have their respective functions provided in an application space or by means of an application path and only the respective components of these devices 14th , 16 movable towards the object 12th are provided. In other words, the presented system represents 10 represent a combination of different aftertreatment devices, each with an application with cold being provided first. The first treatment with cold has the advantage that the respective subsequent applications mobilize the remaining loose particles or powder residues even better, so that, in the end, particularly cleaned objects 12th can be produced. The illustrated aftertreatment device 16 can for example be selected from the following devices: ultrasonic bath device, washing device, heating device, chemical aftertreatment device.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Systemsystem
1212th
Objektobject
1414th
KühlvorrichtungCooling device
1616
NachbehandlungsvorrichtungAftertreatment device
1818th
gestrichelter Blockpfeildashed block arrow
100100
VerfahrensablaufdiagrammProcess flow diagram
110110
erster Verfahrensschrittfirst procedural step
120120
zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
130130
dritter Verfahrensschrittthird process step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • US 20090321998 A1 [0006]US 20090321998 A1 [0006]
  • WO 2018128656 A1 [0007]WO 2018128656 A1 [0007]

Claims (10)

Verfahren zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) umfassend den folgenden Schritt: • Bereitstellen einer Kühlvorrichtung (14), welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt (12) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: • Platzieren wenigstens eines mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellten Objekts (12) in der Kühlvorrichtung (14); • Aktivieren der Kühlvorrichtung (14), um das wenigstens eine Objekt (12) abzukühlen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen.A method for the post-treatment of objects (12) manufactured by means of additive manufacturing processes comprising the following step: providing a cooling device (14) which is designed to receive at least one object (12) manufactured by means of an additive manufacturing process, characterized in that the method includes the following further Steps include: • placing at least one object (12) produced by means of an additive manufacturing process in the cooling device (14); • Activating the cooling device (14) in order to cool the at least one object (12) so that loose particles detach themselves from the at least one object (12) due to the thermal stresses that arise. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abkühlen für einen Zeitraum von 10 bis 500 Sekunden, vorzugsweise von 20 bis 400 Sekunden, vorzugsweise von 30 bis 200 Sekunden, vorzugsweise von 35 bis 140 Sekunden, vorzugsweise für 60 Sekunden vorgesehen ist oder wobei ein schockartiger Abkühlvorgang mittels der Kühlvorrichtung, insbesondere unter Verwendung von flüssigem Stickstoff, für einen Zeitraum von 0,1 bis 1 Sekunde durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the cooling is provided for a period of 10 to 500 seconds, preferably from 20 to 400 seconds, preferably from 30 to 200 seconds, preferably from 35 to 140 seconds, preferably for 60 seconds, or a shock-like cooling process by means of the cooling device, in particular using liquid nitrogen, for a period of 0.1 to 1 second. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Abkühlen des Objekts (12) bis zu einer Temperatur von -5 °C, vorzugsweise von -10 °C, vorzugsweise von -15 °C, vorzugsweise von -20 °C, vorzugsweise von -30 °C, vorzugsweise von -100 °C, vorzugsweise von -200 °C vorgesehen ist.Method according to one of the Claims 1 until 2 , wherein the cooling of the object (12) to a temperature of -5 ° C, preferably -10 ° C, preferably -15 ° C, preferably -20 ° C, preferably -30 ° C, preferably - 100 ° C, preferably -200 ° C is provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: • Entfernen des wenigstens einen Objekts (12) aus der Kühlvorrichtung (14); • Durchführen wenigstens eines weiteren Verfahrens zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12).Method according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the method comprises the following further steps: removing the at least one object (12) from the cooling device (14); • Carrying out at least one further method for post-processing objects (12) produced by means of additive manufacturing methods. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: • Bereitstellen einer Ultraschallbadvorrichtung mit wenigstens einer Erregungseinheit; • Platzieren des wenigstens einen Objekts (12) in der Ultraschallbadvorrichtung; • Aktivieren der Ultraschallbadvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von mechanischen Schwingungen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen.Procedure according to Claim 4 , wherein the at least one further method for post-processing objects (12) manufactured by means of additive manufacturing methods comprises the following further method steps: providing an ultrasonic bath device with at least one excitation unit; • placing the at least one object (12) in the ultrasonic bath device; • Activation of the ultrasonic bath device, so that further loose particles are detached from the at least one object (12) due to mechanical vibrations. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: • Bereitstellen einer Waschvorrichtung; • Platzieren des wenigstens einen Objekts (12) in der Waschvorrichtung; • Aktivieren der Waschvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von Waschvorgängen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen.Procedure according to Claim 4 , wherein the at least one further method for post-processing objects (12) produced by means of additive manufacturing methods comprises the following further method steps: providing a washing device; • placing the at least one object (12) in the washing device; • Activating the washing device so that further loose particles are detached from the at least one object (12) due to washing processes. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: • Bereitstellen einer Wärmevorrichtung; • Platzieren des wenigstens einen Objekts (12) in der Wärmevorrichtung; • Aktivieren der Wärmevorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen.Procedure according to Claim 4 , wherein the at least one further method for post-processing objects (12) manufactured by means of additive manufacturing methods comprises the following further method steps: providing a heating device; • placing the at least one object (12) in the heating device; • Activation of the heating device, so that further loose particles detach themselves from the at least one object (12) due to the thermal stresses that arise. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine weitere Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) folgende weitere Verfahrensschritte umfasst: • Bereitstellen einer chemischen Nachbehandlungsvorrichtung; • Platzieren des wenigstens einen Objekts (12) in der chemischen Nachbehandlungsvorrichtung, sodass sich weitere lose Partikel aufgrund von chemischen Nachbehandlungsreaktionen mit dem wenigstens einen Objekt (12) lösen.Procedure according to Claim 4 , wherein the at least one further method for post-processing objects (12) produced by means of additive manufacturing processes comprises the following further method steps: providing a chemical post-treatment device; • Placing the at least one object (12) in the chemical aftertreatment device so that further loose particles are detached due to chemical aftertreatment reactions with the at least one object (12). Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Waschvorrichtung Mittel aufweist, um das wenigstens eine Objekt (12) in einem Tauchbad von losen Partikeln zu befreien und/oder Mittel aufweist, um das wenigstens eine Objekt (12) mit wenigstens einem Reinigungsstrahl von losen Partikeln zu befreien.Procedure according to Claim 6 wherein the washing device has means to free the at least one object (12) from loose particles in an immersion bath and / or has means to free the at least one object (12) from loose particles with at least one cleaning jet. System (10) zur Nachbehandlung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12) umfassend eine Kühlvorrichtung (14), welche ausgelegt ist wenigstens ein mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestelltes Objekt (12) aufzunehmen, sodass sich lose Partikel aufgrund von sich einstellenden thermischen Spannungen von dem wenigstens einem Objekt (12) lösen und wenigstens einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung (16) zur Nachbearbeitung von mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellten Objekten (12), wobei die Nachbehandlungsvorrichtung (16) ausgewählt ist aus: Ultraschallbadvorrichtung, Waschvorrichtung, Wärmevorrichtung, chemischen Nachbehandlungsvorrichtung.System (10) for the post-treatment of objects (12) manufactured by means of additive manufacturing processes, comprising a cooling device (14) which is designed to receive at least one object (12) manufactured by means of an additive manufacturing process, so that loose particles separate from the object due to thermal stresses that arise solve at least one object (12) and at least one further post-treatment device (16) for post-processing objects (12) produced by means of additive manufacturing processes, the post-treatment device (16) being selected from: ultrasonic bath device, Washing device, heating device, chemical post-treatment device.
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