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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtersystem für eine additive Fertigungsanlage, eine additive Fertigungsanlage, ein Verfahren zur Steuerung eines Beschichtersystems und die Verwendung eines Beschichtersystems.
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Stand der Technik
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Additive Fertigungsanlagen, welche ein Pulverbett ausbilden, sind hinlänglich bekannt. Dabei können jedoch durch Prozessschwankungen Teile der erzeugten Bauteile aus dem Pulverbett ragen und somit unter Umständen die Beschichterlippe beschädigen. Ein weiteres Phänomen, welches Beschädigungen der Beschichterlippe verursachen kann, ist die Oberflächenrauheit der Beschichterlippe. Die Oberflächenrauheit kann sowohl durch eine nicht angepasste Parameterauswahl entstehen, bei stochastisch auftretenden Spritzern auftreten, die auf den zu belichtenden Bauteilbereichen aufkommen, oder aufgrund von großen Pulverpartikel entstehen. Durch die Beschädigung von Beschichterlippen können im aufgetragenen Pulverbett Streifen durch eingeschnittene Beschichterlippen entstehen, weil an den Stellen der Einschnitte kein Pulver transportiert werden kann. Als Folge fehlt entlang des Streifens Material und somit Material am fertigen Bauteil. Bauteile mit Streifen (50 bis 1.000 µm) können meist nicht mehr verwendet werden. Die Streifenbildung im Pulverbettverfahren gehört im Bereich der additiven Fertigung zu den häufigsten und daher monetär signifikantesten Problemen.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit Ausführungsformen der Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein verbessertes Beschichtersystem für eine additive Fertigungsanlage bereitgestellt werden.
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Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Fachbegriffe werden auf die übliche Art und Weise verwendet. Wenn eine bestimmte Bedeutung einem bestimmten Begriff verliehen wird, werden im Folgenden Begriffsdefinitionen gegeben, in deren Rahmen die Begriffe verwendet werden.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Beschichtersystem für eine additive Fertigungsanlage, aufweisend:
- -eine Kontrolleinheit,
- -eine Walze,
- -zumindest zwei Beschichterlippen,
wobei die Walze zumindest zwei Aufnahmen aufweist, wobei die zumindest zwei Aufnahmen dazu eingerichtet sind, die zumindest zwei Beschichterlippen an der Walze festzulegen, wobei die zumindest zwei Beschichterlippen dazu eingerichtet sind, jeweils zumindest eine Schicht Pulvermaterial auszubilden, wobei die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Verschleißzustand zumindest einer der zwei Beschichterlippen zu detektieren, wobei die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, ein Kontrollsignal zu generieren, welches eine Rotation der Walze initiiert, wenn der vorbestimmte Verschleißzustand der Beschichterlippe erreicht/überschritten ist.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass, wenn während eines additiven Fertigungsprozesses eine der beiden Beschichterlippen durch beispielsweise ein herausstehendes Teil beschädigt wird, die Walze rotiert werden kann, sodass die andere Beschichterlippe die weiteren Pulverschichten ausbilden kann. Hierbei kann insbesondere die Kontrolleinheit den Zustand der Beschichterlippen detektieren, sodass keine Streifen im Pulverbett gezogen werden, insbesondere nicht durch eine beschädigte Beschichterlippe. Somit lässt sich die Anzahl von beschädigten additiv gefertigten Bauteilen bzw. Bauprozessabbrüchen deutlich reduzieren, was zu einem Kosteneinsparungseffekt führt.
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Bei der Kontrolleinheit kann es sich beispielsweise um eine programmierbare Logik oder ähnliches, wie beispielsweise einen Computer, handeln. Die Walze kann dabei einen Korpus aufweisen, welcher rotierbar um eine Achse ausgestaltet ist. Der Korpus der Walze kann dabei einen runden, eckigen und/oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Dabei kann die Rotationsachse der Walze parallel oder orthogonal zu einem Pulverbett der additiven Fertigungsanlage angeordnet sein. Ferner weist die Walze zumindest zwei Beschichterlippen auf. Ferner kann dabei die Walze eine Vielzahl, insbesondere vier, fünf oder mehr Beschichterlippen aufweisen, sodass eine Rotation der Walze und somit ein Wechsel der Beschichterlippen zu einer erhöhten Prozesssicherheit führen kann. Bei den Beschichterlippen kann es sich beispielsweise um Polymerbeschichterlippen, Metallbürsten oder andere stegähnlich geformte Festkörper handeln, welche beispielsweise aus einem Metall und/oder Kunststoffverbund gefertigt sind. Ferner kann dabei die Walze austauschbar innerhalb des Beschichtersystems angeordnet werden, sodass beschädigte Beschichterlippen nicht innerhalb der additiven Fertigungsanlage von der Walze abgelöst werden müssen, sondern die Walze mit den Beschichterlippen aus der additiven Fertigungsanlage herausgenommen werden kann, um sie dort zu reparieren. Ferner kann die Walze über zwei Aufnahmen verfügen, welche insbesondere dazu eingerichtet sind, die Beschichterlippen lösbar an die Walze zu befestigen. Ferner können die Aufnahmen beispielsweise über Mikrometerschrauben verfügen, welche dazu eingerichtet sind, die Position der Beschichterlippe im Verhältnis zur Walze zu verändern, insbesondere so, dass die Beschichterlippe möglichst parallel zu einer Baufläche der additiven Fertigungsanlage angeordnet ist. Ferner kann die Kontrolleinheit dazu eingerichtet sein, den Zustand der Beschichterlippen zu überwachen und somit einen aktuellen bzw. einen vorbestimmten Verschleißzustand der Beschichterlippen zu detektieren bzw. zu messen. Bspw. weist die Kontrolleinheit eine Kamera auf oder ist mit einer Kamera verbunden, um den Verschleißzustand der Beschichterlippen zu detektieren. Ferner kann der Verschleißzustand auch indirekt mittels einer Überwachung des Bauraums erfolgen, indem die Walze rotiert wird, wenn ein Streifen detektiert wird. Ferner kann dabei die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal generieren bzw. berechnen, welches ein Signal beinhaltet, dass die Walze und somit auch die Beschichterlippen rotiert werden, sodass eine beschädigte Beschichterlippe nicht länger dazu verwendet wird, eine Pulverschicht auszubilden, sondern die zweite Beschichterlippe dazu genutzt wird, die Pulverschicht auszubilden. Dabei kann die Rotation der Walze initiiert werden, wenn der vorbestimmte Verschleißzustand der Beschichterlippe erreicht bzw. überschritten ist. Dabei kann der vorbestimmte Verschleißzustand beispielsweise mittels einer Beschädigung der Beschichterlippe und/oder verschiedenen anderen Verschleißeigenschaften, wie beispielsweise eines Verschleißprofiles oder Riefen oder ähnlichem beschrieben werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Kontrollsignal dazu eingerichtet, einen Elektromotor, welcher an der Walze festgelegt ist, zu steuern.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass mithilfe des Elektromotors der Bauraum zur Rotation der Walze nicht geöffnet werden muss, da lediglich der Elektromotor aktiviert werden muss, um die Walze zu rotieren.
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Bei dem Elektromotor kann es sich beispielsweise um einen Schrittmotor handeln, welcher eine vorbestimmte Position anfahren kann. Das Kontrollsignal aktiviert beispielsweise den Elektromotor für eine vorbestimmte Zeit, sodass die Walze beispielsweise um 180 Grad gedreht wird, sodass nicht mehr die erste Beschichterlippe das Pulvermaterial verstreicht, sondern die zweite Beschichterlippe.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Elektromotor eine Schnittstelle auf, wobei die Schnittstelle mit der Kontrolleinheit kabelgebunden und/oder kabellos verbunden ist.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass mithilfe der Schnittstelle das Beschichtersystem in einer Vielzahl von additiven Fertigungsanlagen eingesetzt und insbesondere auch nachgerüstet werden kann.
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Beispielsweise kann es sich bei der Schnittstelle um einen Minicomputer oder ähnlichem handeln, welcher mittels einer kabelgebundenen oder kabellosen Verbindung mit dem Elektromotor verbunden sein kann. Die Schnittstelle kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das Kontrollsignal zu empfangen und ein Signal zur Steuerung des Elektromotors zu generieren und/oder zu übertragen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Walze zumindest zwei Verstelleinheiten auf, wobei die Verstelleinheiten dazu eingerichtet sind, die Beschichterlippen relativ zur Rotationsachse der Walze zu verstellen.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Parallelität zwischen der Beschichterlippe und der Baufläche einer additiven Fertigungsanlage mittels der Verstelleinheit gesteigert werden kann, sodass die Positionsgenauigkeit der additiv gefertigten Teile gesteigert werden kann, da gleichmäßige Dicken in der Pulverschicht erreicht werden können.
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Insbesondere können die Verstelleinheiten innerhalb oder in der Nähe von den Aufnahmen der Walze angeordnet sein. Dabei können die Verstelleinheiten ein Teil der Befestigung der Beschichterlippen zur Walze sein. Insbesondere sind die Verstelleinheiten derart ausgelegt, dass die Beschichterlippen derart orientiert werden können, dass diese eine möglichst parallele Ausrichtung zur Baufläche einer additiven Fertigungsanlage aufweisen können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Verstelleinheit zumindest einen Aktuator auf, welcher dazu eingerichtet ist, zumindest eine der zumindest zwei Beschichterlippen zur Rotationsachse der Walze zu verstellen.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass mithilfe eines Aktuators, wie beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Piezoelements, die Parallelität der Beschichterlippen millimetergenau oder noch genauer zur Baufläche einer additiven Fertigungsanlage eingestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil kann sein, dass mithilfe des Aktuators die Beschichterlippen für jede Pulverschicht neu justiert werden können, sodass die Parallelität bzw. die Dicke der Pulverschicht weiter verbessert werden kann.
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Der Aktuator kann beispielsweise an einer Walze bzw. an einer Aufnahme der Walze angeordnet sein. Ferner kann der Aktuator direkt mit der Beschichterlippe oder mit der Verstelleinheit verbunden sein, welche die Beschichterlippe befestigt. Ferner kann es sich bei dem Aktuator um einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Schrittmotor, und/oder um einen Piezoaktuator oder ähnlichem handeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kontrolleinheit dazu eingerichtet, den Aktuator derart zu steuern, dass die zumindest zwei Beschichterlippen parallel zu einer Baufläche einer additiven Fertigungsanlage ausgerichtet sind.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass mithilfe der gezielten Steuerung der Orientierung der Beschichterlippen mittels des Aktuators die Parallelität in der Beschichterlippe zur Baufläche gesteigert werden kann und somit die Schichtdicke der ausgebildeten Pulverschicht möglichst konstant bleibt. Ferner kann dabei die Kontrolleinheit eine Orientierung in der Beschichterlippe zur Baufläche der additiven Fertigungsanlage beispielsweise mittels einer Kamera detektieren. Daraufhin kann die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal ausbilden, welches den Aktuator dazu veranlasst, die Orientierung der Beschichterlippe zur Baufläche zu verändern. Dies kann insbesondere nach einer Rotation der Walze vorteilhaft sein, da somit Lagetoleranzen aufgrund der Bewegung der Walze ausgeglichen werden können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine additive Fertigungsanlage, welche ein Beschichtersystem, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, aufweist. Ferner weist die additive Fertigungsanlage eine Baufläche und ein Verfestigungssystem auf. Das Verfestigungssystem ist dazu eingerichtet, Pulver, welches mittels des Beschichtersystems auf der Baufläche aufgetragen wurde, zu verfestigen.
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Bei der additiven Fertigungsanlage kann es sich um jede additive Fertigungsanlage handeln, welche ein Pulvermaterial, Pulvergranulat oder ähnliches verarbeitet. Dabei kann es sich insbesondere um ein Metall, Kunststoff-, Kunststoffverbund- und/oder Keramikpulver handeln, welches mittels des Verfestigungssystems verbunden werden kann. Bei dem Verfestigungssystem kann es sich beispielsweise um einen Laser, eine LED oder um einen Druckkopf handeln. Insbesondere kann die additive Fertigungsanlage eine Selective Laser Melting, Selective Laser Sintering oder Binder Jetting Anlage sein. Ferner kann die additive Fertigungsanlage einen Vorratsbehälter aufweisen, in welchem Pulvermaterial gelagert wird. Das Pulvermaterial kann aus dem Vorratsbehälter auf die Baufläche mittels des Beschichtersystems ausgebracht werden. Ferner kann dabei die Baufläche in einem Bauraum angeordnet sein, welcher die ausgebildete Pulverschicht bzw. das zu fertigende Bauteil aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Beschichtersystems, aufweisend die Schritte:
- -Erfassen eines vorbestimmten Verschleißzustandes einer Beschichterlippe,
- -Generieren eines Kontrollsignals, beispielsweise durch die Kontrolleinheit, welches eine Rotation der Beschichterlippe initiiert, wenn der vorbestimmte Verschleißzustand der Beschichterlippe erreicht bzw. überschritten ist.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass mithilfe der Detektion bzw. Erfassung des Verschleißzustandes eine Beschichterlippe ausgetauscht werden kann, ohne den Bauprozess einer additiven Fertigungsanlage zu unterbrechen.
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Dabei kann das Verfahren einen vorbestimmten Verschleißzustand der Beschichterlippe erfassen, detektieren und/oder berechnen. Ferner kann dabei ein Kontrollsignal generiert, berechnet und/oder ausgegeben werden, beispielsweise durch eine Kontrolleinheit. Bei der Kontrolleinheit kann es sich beispielsweise um einen Computer oder ähnlichem handeln. Das Kontrollsignal kann dazu eingerichtet sein, beispielsweise einen Elektromotor dazu zu instruieren, eine Walze, welche beispielsweise eine Beschichterlippe aufweist, zu rotieren, wenn der vorbestimmte Verschleißgrad der Beschichterlippe erreicht bzw. überschritten wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines Beschichtersystems, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, zum Ausbilden einer Pulverschicht in einer additiven Fertigungsanlage.
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Elemente und/oder Schritte des Verfahrens, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, können Merkmale und Elemente des Beschichtersystems, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, und/oder der additiven Fertigungsanlage, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, sein und umgekehrt.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es zeigt:
- 1 ein Beschichtersystem gemäß einer Ausführungsform.
- 2 ein Beschichtersystem gemäß einer Ausführungsform.
- 3 ein Beschichtersystem gemäß einer Ausführungsform.
- 4 ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
- 5 eine additive Fertigungsanlage.
- 6 ein Beschichtersystem gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein Beschichtersystem 100 für eine additive Fertigungsanlage 300, aufweisend:
- -eine Kontrolleinheit 110,
- -eine Walze 102,
- -zumindest zwei Beschichterlippen 106,
wobei die Walze 102 zumindest zwei Aufnahmen 104 aufweist, wobei die zumindest zwei Aufnahmen 104 dazu eingerichtet sind, die zumindest zwei Beschichterlippen 106 an der Walze 102 festzulegen, wobei die Beschichterlippen 106 dazu eingerichtet sind, jeweils zumindest eine Schicht Pulvermaterial auszubilden, wobei die Kontrolleinheit 110 dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Verschleißzustand zumindest einer der zwei Beschichterlippen 106 zu detektieren, wobei die Kontrolleinheit 110 dazu eingerichtet ist, ein Kontrollsignal zu generieren, welches eine Rotation der Walze 102 initiiert, wenn der vorbestimmte Verschleißzustand der Beschichterlippe 106 erreicht/überschritten ist.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann sein, dass, wenn eine der Beschichterlippen 106 eine Riefe bzw. Kratzer oder ähnliches aufweist, die Walze 102 rotiert werden kann, sodass eine andere Beschichterlippe 106 die weiteren Pulverschichten ausbilden kann, sodass kein Abbruch eines Bauprozesses einer additiven Fertigungsanlage 300 auftritt.
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1 zeigt ein Beschichtersystem 100, welches eine Walze 102 aufweist. Die Walze 102 weist, wie in 1 gezeigt, zwei Aufnahmen 104 auf. In den Aufnahmen 104 sind die Beschichterlippen 106 angebracht bzw. befestigt. Ferner weist das Beschichtersystem 100 eine Kontrolleinheit 110 auf. Die Kontrolleinheit 110 kann den Verschleißzustand der Beschichterlippen 106 detektieren. Ferner kann die Kontrolleinheit die Walze rotieren lassen, wenn ein vorbestimmter Verschleißgrad der Beschichterlippe 106 erreicht bzw. überschritten ist.
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2 zeigt ein Beschichtersystem 100, welches eine Walze 102 aufweist. In der Walze 102 ist eine Verstelleinheit 108 verbaut. Die Verstelleinheit 108 kann insbesondere in der Aufnahme 104 angeordnet sein. Die Verstelleinheit 108 kann die Beschichterlippe 106 im Verhältnis zur Walze 102 verstellen, insbesondere derart, dass die Parallelität zwischen der Beschichterlippe 106 und der Baufläche 308 gesteigert werden kann. Ferner kann die Verstelleinheit 108 einen Aktuator 112 aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, die Beschichterlippe 106 in ihrer Relativposition zur Walze 102 bzw. zur Baufläche 308 zu verstellen.
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3 zeigt ein Beschichtersystem 100, welches eine Walze 102 aufweist. Die Walze 102 kann mittels einer Aufnahme 120 verbunden sein. Die Aufnahme 120 kann zumindest ein Befestigungsmittel 122 aufweisen, welches die Aufnahme 120 mit der additiven Fertigungsanlage 300 verbinden kann. Der Vorteil der Aufnahme 120 ist, dass die Walze 102 schnell ausgetauscht werden kann, wenn die Beschichterlippen 106 alle einen vorbestimmten Verschleißzustand aufweisen. Ferner kann an der Walze 102 ein Elektromotor 200 angebracht sein, welcher dazu eingerichtet ist, die Walze 102 zu rotieren. Ferner kann der Elektromotor 200 eine Schnittstelle 202 aufweisen. Die Schnittstelle 202 kann kabelgebunden oder kabellos mit der Kontrolleinheit 110 verbunden sein. Beispielsweise detektiert die Kontrolleinheit 110, dass eine Beschichterlippe 106 der Walze 102 einen vorbestimmten Verschleißzustand erreicht hat und generiert ein Kontrollsignal. Das Kontrollsignal wird mittels der kabelgebundenen oder kabellosen Verbindung zwischen der Kontrolleinheit 110 und der Schnittstelle 202 an den Elektromotor 200 übertragen, sodass dieser gemäß des Kontrollsignals die Walze 102 rotieren kann.
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4 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten des Verfahrens zur Steuerung eines Beschichtersystems 400, welches die Schritte aufweist:
- -Erfassen S1 eines vorbestimmten Verschleißzustandes der Beschichterlippe 106,
- -Generieren S2 eines Kontrollsignals, beispielsweise die Kontrolleinheit 110, welches eine Rotation der Beschichterlippe 106 initiiert, wenn der vorbestimmte Verschleißgrad der Beschichterlippe 106 erreicht bzw. überschritten ist.
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5 zeigt eine additive Fertigungsanlage 300. Die additive Fertigungsanlage 300 weist dabei einen Vorratsbehälter 302 auf, in welchem Pulvermaterial gelagert werden kann. Ferner kann mithilfe des Beschichtersystems 100 Pulver aus der Vorratskammer 302 auf die Baufläche 308 aufgebracht werden. Ferner kann ein Bauraum 304 seine Baufläche vertikal verschieben, sodass ein Bauteil schichtweise ausgebildet werden kann. Dabei verfügt die additive Fertigungsanlage 300 über ein Verfestigungssystem 306, welches das Pulvermaterial auf der Baufläche 308 partiell bzw. selektiv verfestigt, sodass ein additiv gefertigtes Bauteil entsteht. Dabei kann das Beschichtersystem 100 die Beschichterlippe 106 wechseln, wenn eine Riefe oder Beschädigung der Beschichterlippe 106 detektiert wird.
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6 zeigt eine Walze 102, deren Rotationsachse orthogonal zur Baufläche 308 angeordnet ist. Dabei weist die Walze 102 zumindest eine Aufnahme 104 auf, welche dazu eingerichtet ist, die Beschichterlippe 106 an der Walze 102 zu befestigen. Ferner kann dabei die Walze 102 rotiert werden, wenn der vorbestimmte Verschleißwert an einer Beschichterlippe 106 detektiert wird, sodass eine weitere Beschichterlippe 106 die weiteren Pulverschichten auf der Baufläche 308 ausbilden kann.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente ausschließen und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
