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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten mit Behältern sowie ein Verfahren zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten mit Behältern. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage, umfassend eine erfindungsgemäße Transporteinrichtung, sowie eine Einrichtung zum generativen Herstellen von Objekten.
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In einer Vielzahl von produzierenden Industriebereichen sind generative Herstellungsverfahren, wie beispielsweise das 3D-Drucken mittels Binderjetting-Verfahren zur Herstellung von Objekten aus einem formlosen Material, etabliert. Auch in der Automobilindustrie finden derartige Verfahren zunehmend Verwendung.
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Zur Steigerung der Effizienz von derartigen Einrichtungen zum generativen Herstellen von Objekten wurden in der Vergangenheit Anlagen und Einrichtungen entwickelt, die einen kontinuierlichen Betrieb ermöglichen.
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Die
DE 10 2015 225 757 A1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb von 3D-Druckern. Dabei werden Verfestigungs- und dazugehörige Auftragsvorrichtungen zum Auftrag eines pulverförmigen Materials relativ zu einer Arbeitsplattform, auf der die herzustellenden Objekte schichtweise aufgebaut werden, bewegt. Insbesondere erfolgt die Relativbewegung auf einer Kreisbahn.
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Auch die
DE 10 2017 219 090 A1 zeigt eine als geschlossenen Linienzug ausgebildete Arbeitsplattform, auf der gleichzeitig mehrere Objekte schichtweise generativ hergestellt werden können, wobei zwischen der Arbeitsplattform, an der sogenannte Jobboxen angeordnet sind, in denen die Objekte hergestellt werden, und der Auftrags- und Verfestigungseinrichtung eine Relativbewegung realisiert wird. Die Jobboxen sind dabei austauschbar, so dass der Arbeitsplattform eine Jobbox mit fertig aufgebauten Objekten entnommen werden kann und eine neue, leere Jobbox an der entsprechenden Position der Arbeitsplattform platziert werden kann. Der Betrieb der Auftrags- und Verfestigungseinrichtung muss zu diesem Zweck nicht unterbrochen werden. Die Entnahme der vollen Jobboxen und die Zuführung leerer Jobboxen erfolgt dabei seitlich über ein Schienensystem, wobei die Abgabeposition für volle Jobbox von der Arbeitsplattform und die Aufnahmeposition von leeren Jobbox an die Arbeitsplattform ortsfest sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transporteinrichtung sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen auf einfache und flexible Weise ein Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Transporteinrichtung zum Be- und Entladen gemäß Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren zum Be- und Entladen gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausführungsformen der Transporteinrichtung werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt.
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Ergänzend wird eine Anlage gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Anlage wird in Unteranspruch 10 aufgezeigt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Transporteinrichtung zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten mit Behältern mit einer ersten Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines ersten Behälters sowie mit einer zweiten Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines zweiten Behälters. Die Transporteinrichtung umfasst des Weiteren eine Bewegungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, beide Aufnahmeeinrichtungen in Zu- und Abfuhrbewegungsvorgängen gemeinsam zu bewegen. Ferner ist die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, beide Aufnahmeeinrichtungen in wenigstens einem Austauschbewegungsvorgang zu bewegen. Ein von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommener zweiter Behälter ist in einem Zufuhrbewegungsvorgang in einen definierten räumlichen Bereich bewegbar. In diesem definierten räumlichen Bereich ist von der ersten Aufnahmeeinrichtung ein erster Behälter aufnehmbar. Die beiden Aufnahmeeinrichtungen können außerdem in einem Austauschbewegungsvorgang bewegt werden, sodass sich der von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommene zweite Behälter an der vormaligen Position des ersten Behälters befindet und dort abgebbar ist, und der erste Behälter in einem Abfuhrbewegungsvorgang aus dem definierten räumlichen Bereich abtransportierbar ist.
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Im Sinne der Erfindung sind von dem Begriff „Behälter“ auch Tabletts, Platten oder vergleichbare im Wesentlichen zweidimensionale Gegenstände erfasst, die dazu eingerichtet sind, dass ein Objekt an oder auf ihnen mittels eines generativen Herstellungsverfahrens herstellbar ist.
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Die erste Aufnahmeeinrichtung und die zweite Aufnahmeeinrichtung sind dazu eingerichtet, einen Behälter aufzunehmen, und mit dem Behälter verbunden zu sein oder verbunden zu werden, so dass ein verbundener Behälter mittels der Bewegungseinrichtung von der Transporteinrichtung bewegt werden kann. Dabei ist die Verbindung, die zwischen einer Aufnahmeeinrichtung und einem Behälter ausbildbar ist, eine lösbare Verbindung.
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Die zweite Aufnahmeeinrichtung ist zur Aufnahme eines zweiten Behälters, insbesondere eines zweiten, leeren Behälters, eingerichtet. Die erste Aufnahmeeinrichtung ist zur Aufnahme eines ersten Behälters, insbesondere eines ersten, wenigstens teilweise gefüllten oder vollen Behälters, eingerichtet. Dabei ist der zweite, leere Behälter ein Behälter, der zwecks Herstellung eines Objekts an oder in dem Behälter, der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten zugeführt bzw. zu dieser hin transportiert wird, um in einem definierten räumlichen Bereiche, insbesondere an oder auf einer Arbeitsplattform, positioniert zu werden. Der erste, volle Behälter ist dagegen ein Behälter, in oder an dem wenigstens ein Objekt mittels der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten hergestellt wurde, und der mittels der Bewegungseinrichtung der Transporteinrichtung von der Einrichtung zur generativen Herstellung abgeführt bzw. von dieser weg transportiert wird. Gleichwohl kann auch die erste Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines zweiten, leeren Behälters und die zweite Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines ersten, vollen Behälters Verwendung finden. Typischer- aber nicht notwendigerweise sind die erste Aufnahmeeinrichtung und die zweite Aufnahmeeinrichtung, insbesondere im Hinblick auf die Art der mit einem Behälter auszubildenden Verbindung, im Wesentlichen gleichartig gestaltet.
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Die Transporteinrichtung umfasst eine Bewegungseinrichtung, die zur Bewegung beider Aufnahmeeinrichtungen in Zu- und Abfuhrbewegungsvorgängen, und zur Bewegung in wenigstens einen Austauschbewegungsvorgang eingerichtet ist.
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Die Bewegungseinrichtung kann dabei zur Realisierung der Bewegung beider Aufnahmeeinrichtungen in Zu- und Abfuhrbewegungsvorgängen eine erste Bewegungseinheit umfassen. Des Weiteren kann die Bewegungseinrichtung zur Realisierung der Bewegung des Austauschbewegungsvorgangs eine zweite Bewegungseinheit umfassen. Zur Realisierung der Bewegungen der Bewegungseinrichtung umfasst diese typischerweise wenigsten eine Antriebseinheit, sowie wenigstens eine Führungseinheit, entlang der die Bewegungen ausführbar sind. Die Bewegungen der Bewegungseinheit werden von einer Steuereinheit gesteuert, die mit einer Einrichtung zur generativen Herstellung, und insbesondere mit beweglichen Einheiten der Einrichtung zur generativen Herstellung, informationstechnisch gekoppelt sein kann, so dass Kollisionen zwischen beweglichen Einheiten und Einrichtungen der Transporteinrichtung und der Einrichtung zur generativen Herstellung vermeidbar sind.
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Ein Zufuhrbewegungsvorgang ist ein Bewegungsvorgang, bei dem die Aufnahmeeinrichtungen gemeinsam zu der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten hinbewegt werden, um wenigstens einen, insbesondere leeren, Behälter der Einrichtung zur generativen Herstellung zuzuführen. Der zuzuführende Behälter wird dabei einer Zufuhreinrichtung entnommen.
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Ein Abfuhrbewegungsvorgang ist ein Bewegungsvorgang, bei dem die Aufnahmeeinrichtungen gemeinsam von der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten wegbewegt werden, um wenigstens einen, insbesondere vollen, Behälter von der Einrichtung zur generativen Herstellung abzuführen. Der abzuführende Behälter wird dabei einer Abfuhreinrichtung zugeführt.
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Sowohl die Zu- und Abfuhrbewegungsvorgängen, als auch der Austauschbewegungsvorgang können dabei Bewegungen sein, die durch die Kombination mehrerer einzelner Translations- und/oder Rotationsbewegungen realisiert werden. Die einzelnen Translations- und/oder Rotationsbewegungen können ganz oder teilweise zeitlich nacheinander oder im Wesentlichen zeitgleich ausgeführt werden.
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Insgesamt ermöglicht die Bewegungseinrichtung, dass ein von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommener zweiter, insbesondere leerer, Behälter mittels einer Zufuhrbewegung, bei der die zweite und die erste Aufnahmeeinrichtung gemeinsam bewegt werden, zu einem definierten räumlichen Bereich bewegt wird. Der definierte räumliche Bereich ist dabei ein Volumen oder ein Punkt an oder in der Einrichtung zur Herstellung von Objekten, in oder an dem ein Behälter, in dem wenigsten ein Objekt hergestellt oder herzustellen ist, angeordnet oder anordbar ist. Der definierte räumliche Bereich kann dabei einen Teil einer Arbeitsplattform der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten umfassen.
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In dem definierten räumlichen Bereich wird von der gemeinsam mit der zweiten Aufnahmeeinrichtung bewegten ersten Aufnahmeeinrichtung ein erster, insbesondere voller, Behälter aufgenommen. Der aufzunehmende erste Behälter befindet sich dabei in dem definierten räumlichen Bereich an einer Position auf einer Arbeitsplattform der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten.
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Insbesondere ist die Transporteinrichtung dazu eingerichtet, dass wenigstens zeitabschnittsweise gleichzeitig ein erster Behälter von der ersten Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, bzw. mit anderen Worten ein erster Behälter mit der ersten Aufnahmeeinrichtung verbunden ist, und ein zweiter Behälter von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, bzw. mit anderen Worten ein zweiter Behälter mit der zweiten Aufnahmeeinrichtung verbunden ist, so dass ein erster Behälter und ein zweiter Behälter gemeinsam bewegbar sind. Entsprechend ist der Austauschvorgang der Behälter innerhalb kürzester Zeit ausführbar.
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In dem definierten räumlichen Bereich wird von der Bewegungseinrichtung eine Austauschbewegung ausgeführt. Dabei ist die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, den zweiten Behälter, der von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, an die Position zu bewegen, an der vormalig, dass heißt vor dessen Aufnahme durch die erste Aufnahmeeinrichtung, der erste Behälter war, und den zweiten Behälter an diese vormalige Position abzugeben. Im Ergebnis ist somit durch die Bewegungseinrichtung ein Austauschbewegungsvorgang realisierbar, der den zweiten Behälter an der vormalige Position des ersten Behälters positioniert, so dass zwecks Ausführung der Herstellung eines Objekts mittels der Einrichtung zur generativen Herstellung ein leerer Behälter an der Position zur Verfügung gestellt wird, an der zuvor ein Objekt in oder an dem ersten Behälter hergestellt wurde.
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Die erfindungsgemäße Transporteinrichtung ermöglicht dabei ein schnelles und effizientes Austauschen von Behältern und somit ein effizientes Be- und Entladen, insbesondere einer Arbeitsplattform, einer Einrichtung zur Herstellung von Objekten mittels eines generativen Herstellungsverfahrens mit Behältern, an oder in denen die Objekte herzustellen sind.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung ist die Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet, beide Aufnahmeeinrichtungen in wenigstens einem Austauschbewegungsvorgang gemeinsam zu bewegen.
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Mit anderen Worten werden in dieser Ausführungsform die beiden Aufnahmeeinrichtungen in Zu- und Abfuhrbewegungsvorgängen, sowie auch in einem Austauschbewegungsvorgang gemeinsam bewegt.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung sind beide Aufnahmeeinrichtungen in einer Aufnahmeeinheit mechanisch miteinander gekoppelt.
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Die mechanische Kopplung ist dabei eine feste, insbesondere eine starre, mechanische Kopplung.
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Mit anderen Worten wird die Aufnahmeeinheit durch zwei typischer- aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen gleichartige Aufnahmeeinrichtungen ausgebildet, die stets gemeinsam im Verbund bewegt werden.
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Die Aufnahmeeinrichtungen sind typischerweise nebeneinander in einer zu einer Arbeitsplattform einer Einrichtung zur generativen Herstellung im Wesentlichen parallelen Ebene angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung umfassen die Aufnahmeeinrichtungen wenigstens ein Hakenelement zur Ausbildung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit einem Behälter, insbesondere mit einem an einem Behälter ausgebildeten Formelement.
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Mit anderen Worten umfasst eine jeweilige Aufnahmeeinrichtung wenigstens ein Hakenelement, wobei ein jeweiliges Hakenelement zur Ausbildung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit einem Bereich des Behälters ausgebildet ist, der im Hinblick auf das Hakenelement der Form und Größe nach komplementär gestaltet ist. Insbesondere weist der Behälter ein Formelement zur Ausbildung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung auf, wobei ein Formelement beispielsweise eine Hinterschneidung und/oder eine Öffnung sein kann.
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In einer besonders einfachen Ausführungsform kann ein Hakenelement aus einem Stangenmaterial ausgeführt sein.
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Insbesondere weist eine jeweilige Aufnahmeeinrichtung wenigstens zwei Hakenelemente auf, wobei die wenigstens zwei Hakenelemente derart ausgebildet oder angeordnet sind, dass ein von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommener Behälter derart befestigbar ist, dass eine Rotation des Behälters in einer Bewegungsebene, senkrecht zur Wirkrichtung der Gewichtskraft eines von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen Behälters, im Wesentlichen blockiert ist. Dabei wird die Gewichtskraft von Auflageflächen und/oder Auflagepunkten der Hakenelemente aufgenommen.
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Ferner können die Hakenelemente derart ausgebildet sein, dass eine Translationsbewegung eines von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Behälters relativ zur Aufnahmeeinrichtung, in der Bewegungsebene senkrecht zur Wirkrichtung der Gewichtskraft des aufgenommenen Behälters, in wenigstens einer, bevorzugt in wenigstens zwei Richtungen, im Wesentlichen blockiert ist.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst eine jeweilige Aufnahmeeinrichtung wenigstens drei Hakenelemente, die derart angeordnet sind, dass ihre Auflagepunkte bzw. Auflageflächen in einer Ebene, insbesondere in einer Ebene senkrecht zur Wirkrichtung der Gewichtskraft eines von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen Behälters, die Eckpunkte eines ideellen Dreiecks bilden.
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Es ist erfindungsgemäß ferner nicht ausgeschlossen, dass eine jeweilige Aufnahmeeinrichtung über vier oder mehr Hakenelemente verfügt.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung umfasst die Bewegungseinrichtung eine erste Translationseinrichtung zur zumindest teilweisen Realisierung der Zu- und Abfuhrbewegungsvorgänge durch wenigstens eine erste Translationsbewegung der Aufnahmeeinrichtungen, insbesondere durch eine erste Translationsbewegung und eine zweite Translationsbewegung der Aufnahmeeinrichtungen, in einer ersten Bewegungsebene, senkrecht zur Richtung der Gewichtskraft eines von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen Behälters.
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Die erste Bewegungsebene erstreckt sich dabei typischerweise parallel zu Auflageflächen der Hakenelemente, die die Gewichtskraft eines an der Aufnahmeeinrichtung angeordneten Behälters aufnehmen. Ferner ist die erste Bewegungsebene üblicherweise parallel zu einer Arbeitsplattform einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten ausgerichtet. Die Bewegung in der ersten Bewegungsebene ist begrenzt durch Führungseinrichtungen, entlang derer die erste und/oder die zweite translatorische Bewegung ausgeführt werden.
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In einer Ausführungsform, bei der eine translatorische Bewegung zur zumindest teilweisen Realisierung der Zu- und Abfuhrbewegungsvorgänge vorgesehen ist, sind mittels der Bewegungseinrichtung definierte räumliche Bereiche entlang einer im Wesentlichen linear ausgerichteten Arbeitsplattform von den Aufnahmeeinrichtungen erreichbar.
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In einer weiteren Ausführungsform, bei der zwei translatorischen Bewegungen in der ersten Bewegungsebene zur zumindest teilweisen Realisierung der Zu- und Abfuhrbewegungsvorgänge vorgesehen sind, sind mittels der Bewegungseinrichtung definierte räumliche Bereiche entlang eines sich in zwei Raumrichtungen erstreckenden und insbesondere geschlossenen, rechteckigen Linienzugs einer Arbeitsplattform von den Aufnahmeeinrichtungen erreichbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung umfasst die Bewegungseinrichtung eine zweite Translationseinrichtung zur Bewegung der Aufnahmeeinrichtungen in einer dritten Translationsbewegung in einer zweiten Bewegungsebene, die zur ersten Bewegungsebene senkrecht verläuft.
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Die dritte Translationsbewegung ermöglicht es, den Abstand zwischen den Aufnahmeeinrichtungen, angeordnet oberhalb einer Arbeitsplattform einer Einrichtung zur generativen Herstellung, und der Arbeitsplattform einer Einrichtung zur generativen Herstellung zu verändern, mit anderen Worten die Aufnahmeeinrichtungen und damit die mit den Aufnahmeeinrichtungen verbundenen Behälter, anzuheben und/oder abzusenken.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung umfasst die Bewegungseinrichtung zur zumindest teilweisen Realisierung des Austauschbewegungsvorgangs eine Rotationseinrichtung zur Rotation der Aufnahmeeinrichtungen um eine zur ersten Bewegungsebene im Wesentlichen senkrechte Rotationsachse.
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In einer besonderen Ausführungsform verläuft die Rotationsachse zwischen der ersten Aufnahmeeinrichtung und der zweiten Aufnahmeeinrichtung, so dass die erste und die zweite Verbindungsvorrichtung auf im Wesentlichen derselben Kreisbahn rotierbar sind.
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In einer speziellen Ausführungsform ist die Rotationsbewegung dazu eingerichtet, eine erste Rotationsbewegung und/oder eine zweite Rotationsbewegung auszuführen.
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Dabei kann mittels einer ersten Rotationsbewegung die Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtungen in der ersten Bewegungsebene derart verändert und ggf. fixiert werden, dass die Aufnahmeeinrichtungen in verschiedenen Winkelpositionen, insbesondere allen Winkelpositionen zwischen 0° und 360°, in dem definierten räumlichen Bereich ausrichtbar sind.
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In dieser speziellen Ausführungsform ist dann die zweite Rotationsbewegung eine Bewegung zur Durchführung des Austauschbewegungsvorgangs. Dabei wird mittels der zweiten Rotationsbewegung eine Rotation um im Wesentlichen 180° ermöglicht, wodurch die erste Aufnahmeeinrichtung an die Position der zweiten Aufnahmeeinrichtung bringbar ist und umgekehrt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten mit Behältern mittels einer erfindungsgemäßen Transporteinrichtung, wobei mittels der Bewegungseinrichtung ein von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommener zweiter Behälter in einem Zufuhrbewegungsvorgang in einen definierten räumlichen Bereich bewegt wird. Ferner wird in diesem definierten räumlichen Bereich von der ersten Aufnahmeeinrichtung ein erster Behälter aufgenommen. Die beiden Aufnahmeeinrichtungen werden in einem Austauschbewegungsvorgang bewegt, so dass sich der von der zweiten Aufnahmeeinrichtung aufgenommene zweite Behälter an der vormaligen Position des ersten Behälters befindet und dort abgegeben wird. Der erste Behälter wird in einem Abfuhrbewegungsvorgang aus dem definierten räumlichen Bereich abtransportiert.
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Ferner wird mittels der Bewegungseinrichtung
- - ein zweiter, leerer Behälter in einem Zufuhrbewegungsvorgang von einer Zufuhreinrichtung, in der zweite, leere Behälter bereitgestellt werden, der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten zugeführt;
- - zwecks Ausführung eines Zufuhrbewegungsvorgangs, bei der ein zweiter, leerer Behälter der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten zugeführt wird, die zweite Aufnahmeeinrichtung gemeinsam mit der ersten Aufnahmeeinrichtung wenigstens translatorisch, insbesondere jedoch in einer Kombination aus wenigstens einer translatorischen Bewegung und einer Rotationsbewegung, bewegt;
- - zwecks Aufnahme des ersten Behälters von der ersten Aufnahmeeinrichtung, insbesondere durch eine Kombination mehrere mittels der Translationseinrichtungen ausgeführten Translationsbewegungen, die erste Aufnahmeeinrichtung derart relativ zum ersten Behälter bewegt, dass Hakenelemente der ersten Aufnahmeeinrichtung Formelementen des ersten Behälters hintergreifen, so dass zwischen der ersten Aufnahmeeinrichtung und dem ersten Behälter eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ausgebildet wird, und der erste Behälter mittels der Bewegungseinheit von der vormaligen Position weg bewegbar ist;
- - zwecks Ausführung der Austauschbewegung mittels der Rotationseinrichtung der Bewegungseinrichtung die Aufnahmeeinheit, umfassend die erste Aufnahmeeinrichtung und die zweite Aufnahmeeinrichtung, derart um im Wesentlichen 180° um die Rotationsachse gedreht, dass die zweite Aufnahmeeinrichtung die Position der ersten Aufnahmeeinrichtung einnimmt, und in umgekehrter Weise die erste Aufnahmeeinrichtung die Position der zweiten Aufnahmeeinrichtung einnimmt;
- - zwecks Abgabe des zweiten Behälters von der zweiten Aufnahmeeinrichtung, insbesondere durch eine Kombination mehrerer mittels der Translationseinrichtungen ausgeführter Translationsbewegungen, die zweite Aufnahmeeinrichtung derart relativ zum zweiten Behälter bewegt, dass Hakenelemente der zweiten Aufnahmeeinrichtung aus Formelementen des zweiten Behälters herausbewegt werden, so dass zwischen der zweiten Aufnahmeeinrichtung und dem zweiten Behälter eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung aufgehoben wird, und der zweite Behälter an der vormaligen Position des ersten Behälters abgegeben wird;
- - zwecks Ausführung eines Abfuhrbewegungsvorgangs, bei der ein erste, volle Behälter von der Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten entfernt wird, die erste Aufnahmeeinrichtung gemeinsam mit der zweiten Aufnahmeeinrichtung wenigstens translatorisch, insbesondere jedoch in einer Kombination aus wenigstens zwei translatorischen Bewegungen und einer Rotationsbewegung, bewegt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ist eine Anlage zur Herstellung von Objekten mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, umfassend eine erfindungsgemäße Transporteinrichtung, sowie eine Einrichtung zum generativen Herstellen von Objekten, wobei die Transporteinrichtung dazu eingerichtet ist, die Einrichtung zum generativen Herstellen mit Behältern zu beladen und zu entladen.
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Die Anlage umfasst ferner eine Zufuhreinrichtung zur Zuführung zweiter, leerer Behälter, zwecks Aufnahme mittels der zweiten Aufnahmeeinrichtung, so dass diese der Einrichtung zum generativen Herstellen, insbesondere zur Arbeitsplattform auf oder an der der zweite, leere Behälter anzuordnen ist, mittels der Bewegungseinrichtung zuführbar sind. Die Zufuhreinrichtung kann insbesondere durch ein Schienen- und/oder Rollensystem ausgebildet sein. Der Transport entlang der Zufuhreinrichtung kann schwerkraftbedingt erfolgen.
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Die Anlage umfasst ferner eine Abfuhreinrichtung zur Abführung erster, voller Behälter, die mittels der Transporteinrichtung der Abfuhreinrichtung von der Einrichtung zum generativen Herstellen von Objekten zugeführt werden. Die Abfuhreinrichtung kann dabei in vergleichbarer Weise wie die Zufuhreinrichtung ausgebildet sein. Die Abfuhreinrichtung kann eine Erwärmungseinrichtung umfassen, zwecks teilweiser Trocknung und/oder thermischer Verfestigung der in oder an den ersten Behälter befindlichen generativ hergestellten Objekte.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage umfasst die Anlage an einer Arbeitsplattform anordbare Behälter, an oder in denen ein Objekt herstellbar ist, wobei die Behälter im Querschnitt parallel zur Ebene der Anordnung an der Arbeitsplattform im Wesentlichen die Form eines Kreisringsegments aufweisen, so dass mehrere Behälter nebeneinander in einer Kreisringform anordbar sind.
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Mit anderen Worten weisen die Behälter im Querschnitt wenigstens eine trapezähnliche Form auf, so dass mehrere Behälter derart nebeneinander angeordnet werden können, dass sie insgesamt einen Ring oder wenigstens eine Ringsegment ausbilden können. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Objekts, mit anderen Worten ein 3D-Drucker, auf einer Kreisbahn an bzw. über den Behältern entlang führbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Einrichtung zur generativen Herstellung eines Objekts und die Transporteinrichtung derart in Bezug zueinander angeordnet, dass die Translations- und Rotationsbewegungen der Aufnahmeeinrichtungen im Wesentlichen oberhalb der Einrichtung zur generativen Herstellung ausgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anlage eine Positionserkennungseinrichtung. Die Positionserkennungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Position eines Behälters an der Arbeitsplattform zu erkennen, die erkannte Position mit einer Soll-Position abzugleichen und bei Erkennen einer Abweichung zwischen der erkannten Position und der Soll-Position ein Signal an eine informationstechnisch mit der Bewegungseinrichtung gekoppelte Steuereinheit zu senden, so dass die Bewegung der Bewegungseinrichtung durch die Steuereinheit unterbrechbar und/oder korrigierbar ist.
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Die Positionserkennungseinrichtung kann beispielsweise wenigstens einen Sensor umfassen, der die Position eines Behälters optisch, mechanisch, elektrisch und/oder magnetisch erkennt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Objekten mittels eines generativen Herstellungsverfahrens;
- 2: die Aufnahmeeinheit entsprechend 1 im Detail;
- Fig: 3: eine Ausführungsform eines Behälters;
- Fig: 4: ein Formelement eines Behälters entsprechend 3 im Querschnitt; sowie
- 5 - 8: das Verfahren zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung, wobei
- 5: den Zufuhrbewegungsvorgang zur Zuführung eines zweiten, leeren Behälters zeigt,
- 6: die Aufnahme eines ersten, vollen Behälters mittels der ersten Aufnahmeeinrichtung zeigt,
- 7: den Austauschbewegungsvorgang zeigt, und
- 8: die Anordnung des zweiten, leeren Behälters an der vormaligen Position des ersten, vollen Behälters zeigt.
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1 zeigt eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anlage 50 zur Herstellung von Objekten mittels eines generativen Herstellungsverfahrens. Die Anlage 50 umfasst eine Einrichtung zur generativen Herstellung 40 von Objekten. Zwecks generativer Herstellung der Objekte wird aus einen Materialspeicher 55 pulverförmiges Material einer kombinierten Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 zugeführt, die über die in dieser Ausführung kreisringförmige Arbeitsplattform 51 mit darauf angeordneten Behältern 21, 22 auf einer Kreisringbahn bewegt wird. Der Vorgang der generativen Herstellung von Objekten erfolgt in den austauschbaren Behältern 21, 22, die zu diesem Zweck mit einem verschiebbaren Boden ausgestattet sein können, so dass das Volumen des Behälters 21, 22 in Anhängigkeit vom Fortschritt des Herstellungsprozesses veränderbar ist. Die Zuleitung des pulverförmigen Materials zu der Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 ist in der gezeigten Darstellung von einem Teil des Schienensystems 35 verdeckt. Die gezeigte Anlage 50 verfügt ferner über eine Zufuhreinrichtung 52, welche mittels eines Schienensystems oder Rollenbandes zweite, leere Behälter 22, insbesondere schwerkraftgetrieben, in die Nähe der Arbeitsplattform 51 transportiert, sowie über eine Abfuhreinrichtung 53, mit der ebenfalls mittels eines Schienensystems oder Rollenbandes erste, volle Behälter 21 von der Einrichtung zur generativen Herstellung 40 weg transportiert werden können. Die gezeigte Abfuhreinrichtung 53 verfügt ferner über eine Erwärmungseinrichtung 54, beispielsweise einen Mikrowellenofen, mit dem die in dem ersten Behälter 21 befindlichen generativ hergestellten Objekte wenigstens teilweise getrocknet und/oder verfestigt werden können.
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Oberhalb der Einrichtung zur generativen Herstellung 40 ist die erfindungsgemäße Transporteinrichtung 1 angeordnet. Die Transporteinrichtung 1 verfügt über eine Bewegungseinrichtung 30 mit einem Schienensystem 35, mittels der die zwei Aufnahmeeinrichtungen umfassende Aufnahmeeinheit 10 entlang aller drei Raumrichtungen x, y und z translatorisch bewegbar ist. Zum anderen ist die Bewegungseinrichtung 30 dazu eingerichtet, die Aufnahmeeinheit 10 um die Rotationsachse 34 drehen zu können. Durch die Kombination aus den drei möglichen Translationsbewegungen und der Rotationsbewegung, die durch die Bewegungseinrichtung 30 realisierbar sind, ist von der Aufnahmeeinheit 10 jede Position auf bzw. an der kreisringförmigen Arbeitsplattform 51 erreichbar und die Aufnahmeeinrichtung 10 derart ausrichtbar, dass von jeder Position auf der Arbeitsplattform 51 ein erster, voller Behälter 21 entnehmbar ist, und ein zweiter, leerer Behälter 22 an die vormalige Position des ersten, vollen Behälters 21 abgebbar ist.
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Die oberhalb der Einrichtung zur generativen Herstellung 40 angeordnete Transporteinrichtung 1 ermöglicht es, die Einrichtung zur generativen Herstellung 40 derart zu gestalten, dass die zum kontinuierlichen Betrieb der Anlage 50 erforderliche Relativbewegung zwischen Arbeitsplattform 51 und Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 ausschließlich mittels der Bewegung der Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 realisiert werden kann, und die Arbeitsplattform 51 feststehend sein kann. Ferner ist es bei der gezeigten Ausgestaltung der Anlage 50 nicht erforderlich, dass Personen im Bereich der Anlage 50 tätig werden, so dass besondere Sicherheitseinrichtungen zum Schutz von Personen vor sich selbsttätig bewegenden Einrichtungen im Wesentlichen entfallen können.
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2 zeigt die Aufnahmeeinheit 10 gemäß 1 im Detail. Es ist zu erkennen, dass die Aufnahmeeinheit 10 über eine erste Aufnahmeeinrichtung 11 und eine zweite Aufnahmeeinrichtung 12 verfügt. Die beiden Aufnahmeeinrichtungen 11, 12 sind im Wesentlichen gleich gestaltet und verfügen jeweils über drei U-förmige Hakenelemente 13, deren Positionen die Eckpunkte eines ideellen Dreiecks ausbilden. Ein jedes Hakenelement 13 ist dazu ausgebildet, in ein Formelement, wie eine Hinterschneidung bzw. eine Öffnung, eines Behälters einzugreifen, so dass wenigstens bei einer Translationsbewegung entlang der Rotationsachse 34 nach darstellungsgemäß oben der Behälter an den Anlageflächen 14 der Hakenelemente 13 zur Anlage gebracht wird, und die Hakenelemente 13 über die Anlageflächen 14 die Gewichtskraft des Behälters aufnehmen können. Die Aufnahme der Behälter durch Ausbildung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung mittels der Hakenelemente 13 stellt eine besonders einfache und sichere Möglichkeit der Befestigung der Behälter an der Aufnahmeeinheit 10 dar. Durch die Gleichartigkeit der beiden Aufnahmeeinrichtungen 11, 12 ist es nicht von Bedeutung, welche der beiden Aufnahmeeinrichtungen 11, 12 den ersten Behälter und welche den zweiten Behälter aufnimmt, was die Flexibilität der Nutzung der Transporteinrichtung erhöht. Die hier gezeigte Ausführungsform mit drei Hakenelementen 13 hat den Vorteil, dass eine Rotation eines aufgenommenen Behälters relativ zur Aufnahmeeinheit 10, in der zur Rotationsachse 34 senkrechten Ebene, blockiert ist. Dieser Vorteil lässt sich jedoch ebenso mit anderen Ausgestaltungen der Hakenelemente 13, wie z.B. breiteren Hakenelementen 13, Anschlägen, etc. realisieren. Eine Ausgestaltung mit vier oder mehr Hakenelementen 13 ist nicht ausgeschlossen.
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Die Rotationsachse 34 verläuft zwischen den beiden Aufnahmeeinrichtungen 11, 12. Somit kann, insbesondere bei Durchführung des Austauschbewegungsvorgangs, durch eine 180°-Drehung der Aufnahmeeinheit 10 um die Rotationsachse 34 die erste Aufnahmeeinrichtung 11 besonders schnell die Position der zweiten Aufnahmeeinrichtung 12 einnehmen und umgekehrt. Dies erhöht die Effizienz des Austauschbewegungsvorgangs.
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In 2 ist ferner ein Teil des Schienensystems 35 der Bewegungseinrichtung 30 zu erkennen. Die beiden gezeigten Schienen definieren die erste Bewegungsebene, in der die erste translatorische Bewegung und die zweite translatorische Bewegung der Bewegungseinrichtung 30 ausgeführt werden. Die dritte translatorische Bewegung ist diejenige entlang der Rotationsachse 34, mit der die Aufnahmeeinheit in Bezug zur Ebene der Arbeitspattform der Einrichtung zur Herstellung von Objekten angehoben oder abgesenkt werden kann.
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3 zeigt eine Ausführungsform eines hier zweiten, leeren Behälters 22 in dreidimensionaler Ansicht. Der Querschnittsfläche des Behälters 22 weist eine Trapenzform mit einer langen Seite 24 und einer kurzen Seite 25 auf. Diese Form ermöglicht es, dass eine Vielzahl derartiger Behälter 22 auf die in 1 ersichtliche Weise in einer Kreisringform anordbar sind, wodurch ein kreisringförmiger geschlossener Linienzug von Behältern 22 für eine kontinuierliche arbeitende Einrichtung zur generativen Herstellung von Objekten erzeugbar ist. In 3 ist außerdem zu erkennen, dass der Behälter 22 auf seiner kurzen Seite 25 zwei Formelemente 23 aufweist die dazu eingerichtet sind, dass jeweils ein Hakenelement, wie es in 2 gezeigt ist, von darstellungsgemäß unten in ein jeweiliges Formelement 23 eingreifen kann. In 3 nicht zu sehen ist, dass der Behälter 22 in analoger Weise auf der langen Seite 24 ebenfalls über zwei Formelemente 23 verfügt. Zur Nutzung der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung müssen Art und Anordnung der Formelemente 23 eines jeweiligen Behälters 22 zu Art und Anordnung der Hakenelemente der Aufnahmeeinrichtungen entsprechend gestaltet sein. Der in 3 gezeigte Behälter 22 ist somit ausgebildet zum Zusammenwirken mit einer Aufnahmeeinrichtung, welche über vier Hakenelemente verfügt. Ein Behälter 22, welcher für das Zusammenwirken mit der Aufnahmeeinrichtung entsprechend 2 gestaltet wäre, würde entweder an der kurzen Seite 25 oder der langen Seite 24 lediglich über ein Formelement 23 verfügen.
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4 zeigt ein Formelement 23 entsprechend dem in 3 gezeigten Behälter 22 im Querschnitt. Zu erkennen ist in dieser Ansicht, dass das Formelement 23 einen nach darstellungsgemäß unten offenen Raum 26 aufweist, in den das Hakenelement der Aufnahmeeinrichtung eingreifen kann, so dass bei Anlage des Hakenelements an dem Formelement 23 die Gewichtskraft des Behälters anteilig von dem Hakenelement aufgenommen werden kann.
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5 - 8 zeigen ausschnittweise das Verfahren zum Be- und Entladen einer Einrichtung zur generativen Herstellung.
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5 zeigt den Zufuhrbewegungsvorgang zur Zuführung eines zweiten, leeren Behälters 22. Der zweite, leere Behälter 22 wurde zuvor von der zweiten Aufnahmeeinrichtung 12 an der Zufuhreinrichtung aufgenommen. Ausgehend von der Aufnahmeposition an der Zufuhreinrichtung wurde der zweite Behälter 22 mittels der Bewegungseinrichtung 30 zunächst entlang der Bewegungsrichtung der dritten Translationsbewegung 66 angehoben. Anschließend wurde der trapenzförmige Behälter 22 mittels der ersten und zweiten Translationsbewegung 64, 65 mittels des Schienensystems der Bewegungseinrichtung 30 in den definierten räumlichen Bereich 41 verbracht. Durch Drehung der Aufnahmeeinheit 10 um die Rotationsachse 34 in einer ersten Rotationsbewegung 67 wurde die Aufnahmeeinheit 10 in eine bestimmte Winkelstellung gebracht. In der in 5 gezeigten Stellung befindet sich die erste Aufnahmeeinheit 11 oberhalb eines ersten, vollen Behälters 21 auf der kreisringförmigen Arbeitsplattform 51. Die im Uhrzeigersinn entlang der Arbeitsplattform 51 bewegliche Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 hat die Position des ersten, vollen und im folgenden aufzunehmenden Behälters 21 verlassen.
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Die Translations- und Rotationsbewegungen 64, 65, 66, 67 müssen dabei nicht nacheinander ausgeführt werden, sondern können wenigstens teilweise auch gleichzeitig erfolgen.
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6 zeigt die Aufnahme eines ersten, vollen Behälters 21. Die Aufnahmeeinheit 10 wurde durch eine Kombination erster, zweiter und dritter Translationsbewegungen derart bewegt, dass die Hakenelement der ersten Aufnahmeeinrichtung 11 in die die Formelemente des ersten, vollen Behälters 21 eingreifen, so dass dieser mit der dritten Translationsbewegung 66 angehoben werden kann, und von der Arbeitsplattform 51 noch oben entnehmbar ist, so dass auf der Arbeitsplattform 51 der erste Behälter 21 gegen den zweiten Behälter 22 ausgetauscht werden kann.
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7 zeigt den Austauschbewegungsvorgang. In einer zweiten Rotationsbewegung 68, bei der die Aufnahmeeinheit 10 um 180° um die Rotationsachse 34 gedreht wird, werden der erste und der zweite Behälter 21, 22 in der Art ausgetauscht, das der erste Behälter 21 die Position des zweiten Behälters 22 einnimmt und umgekehrt. In der Folge befindet sich der zweiter, leere Behälter 22 oberhalb der kreisringförmigen Arbeitsplattform 51.
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8 zeigt die Anordnung des zweiten, leeren Behälters 22 an der vormaligen Position des ersten, vollen Behälters 21 durch ein Absenken der Aufnahmeeinheit 10 mittels der dritten Translationsbewegung 66. Im Folgenden, nachdem der zweite, leere Behälter 22 seine Position auf der Arbeitsplattform 51 erreicht hat, werden die Hakenelemente der zweiten Aufnahmeeinheit 12 in einer Kombination aus erster, zweiter und dritter Translationsbewegung 64, 65, 66 aus den Formelementen des zweiten Behälters 22 ausgefädelt, so dass die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem zweitem Behälter 22 und der zweiten Aufnahmeeinheit 12 aufgehoben wird und die Aufnahmeeinheit 12 an den Formelementen des zweiten Behälters 22 nach oben vorbeibewegbar ist. Anschließend wird der erste, volle Behälter 21 mittels der Bewegungseinrichtung 30 in einer Kombination aus Translation- und Rotationsbewegungen zu der Abfuhreinrichtung verbracht, wo in analoger Weise in einem umgekehrten Bewegungsablauf, zwecks Abgabe des ersten Behälters 21, die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zur ersten Aufnahmeeinrichtung 11 aufgehoben wird.
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Nicht zu erkennen ist in den 5-8, dass die Einrichtung zur generativen Herstellung über eine Positionserkennungseinrichtung verfügt, mittels der erkannt wird, ob der zweite, leere Behälter 22 korrekt an der Arbeitsplattform 51 angeordnet wurde. Insbesondere ist die Positionserkennungseinrichtung als Sensor an der Arbeitsplattform 51 ausgeführt. Zwischen der Positionserkennungseinrichtung und der Transporteinrichtung ist eine informationstechnische Verbindung realisiert, so dass bei Erkennen einer fehlerhaften Positionierung eines Behälters 22 durch die Positionserkennungseinrichtung ein Signal an eine Steuerungseinheit der Transporteinrichtung geleitet wird, woraufhin die Bewegungen der Bewegungseinrichtung unterbrochen und/oder korrigiert werden. Mittels der Positionierungseinrichtung wird sichergestellt, dass es nicht aufgrund einer fehlerhaften Position und/oder Ausrichtung eines Behälters 22 an der Arbeitsplattform 51 zu einer Kollision mit der beweglichen Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung 56 kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transporteinrichtung
- 10
- Aufnahmeeinheit
- 11
- erste Aufnahmeeinrichtung
- 12
- zweite Aufnahmeeinrichtung
- 13
- Hakenelement
- 14
- Auflagefläche
- 21
- erster Behälter
- 22
- zweiter Behälter
- 23
- Formelement
- 24
- lange Seite
- 25
- kurze Seite
- 26
- offener Raum
- 30
- Bewegungseinrichtung
- 34
- Rotationsachse
- 35
- Schienensystem
- 40
- Einrichtung zur generativen Herstellung
- 41
- definierter räumlicher Bereich
- 50
- Anlage
- 51
- Arbeitsplattform
- 52
- Zufuhreinrichtung
- 53
- Abfuhreinrichtung
- 54
- Erwärmungseinrichtung
- 55
- Materialspeicher
- 56
- Verfestigungs- und Auftragsvorrichtung
- 64
- erste Translationsbewegung
- 65
- zweite Translationsbewegung
- 66
- dritte Translationsbewegung
- 67
- erste Rotationsbewegung
- 68
- zweite Rotationsbewegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015225757 A1 [0004]
- DE 102017219090 A1 [0005]
