DE102021116666A1

DE102021116666A1 - Heizen beim entpacken oder entpulvern von bauteilen eines additiven fertigungsprozesses

Info

Publication number: DE102021116666A1
Application number: DE102021116666.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Spes; Fabian Herz; Mirko Bahrenberg
Original assignee: Dyemansion GmbH
Current assignee: Dyemansion GmbH
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-12-29
Also published as: WO2023274889A1; EP4363202A1

Abstract

Ein Verfahren Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen (109) umfasst das Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) einer Entpulverungsanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Entpulverungsanlage (100) angeordnet sind. Das Verfahren umfasst ferner das Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) der Entpulverungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Entpulverungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen Techniken, um Restpulvers eines additiven Fertigungsprozesses von Bauteilen zu entfernen.
HINTERGRUND
Bauteile, z.B. Kunststoffbauteile, die mittels eines additiven Fertigungsprozesses, etwa einem 3-D Druckverfahren, hergestellt werden, werden typischerweise nach Abschluss des additiven Fertigungsprozesses nachbehandelt. Insbesondere können die Bauteile entpackt und entpulvert werden. Bei solchen Nachbehandlungsschritten wird Restpulver des additiven Fertigungsprozesses (AM-Prozess) von den Bauteilen entfernt.
Bei einem manuellen Entfernen von Restpulver (z. B. mittels Bürsten), können die Bauteile beschädigt werden.
Es sind auch automatisierte Techniken bekannt. Zum Beispiel offenbart WO 2019/113 104 A1 Techniken, um durch Bestrahlen von Kunststoffbauteilen mit einem Fluid-Feststoff-Gemisch Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu entfernen. In US 10,213,959 B2 sind auch Techniken zum Entfernen von Pulver von Kunststoffbauteilen, die mittels eines AM-Prozess hergestellt sind, offenbart. Dabei wird eine Flüssigkeit zum Waschen verwendet und die Flüssigkeit wird beheizt. In WO 2021007425 A1 wird Restpulver von Kunststoffbauteilen durch Verwendung von Ultraschall entfernt. Solche voranstehend beschriebenen Techniken weisen bestimmte Nachteile oder Einschränkungen auf. Es wurde beobachtet, dass das Restpulver nicht vollständig entfernt wurde. Außerdem können die Bauteile bei den beschriebenen Verfahren beschädigt werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken, um Restpulver eines AM-Prozesses von Bauteilen, insbesondere Kunststoffbauteilen, zu entfernen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Es werden Techniken offenbart, um Bauteile wie insbesondere Kunststoffbauteile, die durch einen AM-Prozess hergestellt sind, von Restpulver des AM-Prozesses zu befreien. Mittels der hierin beschriebenen Techniken können die Kunststoffbauteile entpackt und/oder entpulvert werden. Verschiedene offenbarte Techniken verwenden eine erhöhte Temperatur, um zumindest die Oberfläche der Bauteile vor und während des Bestrahlens mit einem Strahlmittels zum Entfernen des Restpulvers zu behandeln.
Das Strahlmittel kann Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit beinhalten. Auch könnte das Strahlmittel durch Druckluft oder allgemein einen Gasstrom umgesetzt werden. Es wurde beobachtet, dass aufgrund der erhöhten Temperatur der Oberfläche der Bauteile - zum Beispiel im Vergleich zu Raumtemperatur - Restpulver zuverlässiger entfernt werden kann, da die Haftung der Partikel bei hohen Temperaturen verringert ist. Dies trifft auf verschiedenste Arten von Kunststoffbauteilen zu, zum Beispiel insbesondere auf thermoplastische Elastomere.
Ein Verfahren umfasst das Beheizen von Bauteilen, wenn diese in einer Prozesskammer einer Entpulverungsanlage angeordnet sind.
Außerdem kann das Verfahren das Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel umfassen, um derart Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Alternativ oder zusätzlich zum Bestrahlen, könnte das Verfahren auch Bewegen der Bauteile (z.B. Rütteln bzw. Schütteln) umfassen, um derart Restpulver eines AM-Prozesses von der Oberfläche der Bauteile zu lösen.
Grundsätzlich können die Bauteile indirekt über das Strahlmittel und/oder direkt beheizt werden. Das Heizen mittels Strahlmittel bedeutet, dass das Strahlmittel beheizt werden kann und dann durch das erhitzte Strahlmittel die Bauteile indirekt beheizt werden können. Das direkte Beheizen kann auch ohne Beteiligung des Strahlmittels erfolgen, z.B. durch Wärmestrahlung, Konvektion eines Mediums und/oder Wärmeleitung.
Ein Verfahren umfasst das Ansteuern mindestens eines Heizelements einer Entpulverungsanlage zum Beheizen von Bauteilen, wenn diese in einer Prozesskammer einer Entpulverungsanlage angeordnet sind.
Das Verfahren kann ferner das Ansteuern einer Strahlvorrichtung der Entpulverungsanlage zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel umfassen, um derart das Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch das Ansteuern einer Bewegungseinrichtung der Entpulverungsanlage umfassen, um die Bauteile zu bewegen und um derart das Restpulver von der Oberfläche der Bauteile zu lösen.
Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode. Der Programmcode kann von einem Prozessor geladen und ausgeführt werden. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, bewirkt dies, dass der Prozessor mindestens ein Heizelement einer Entpulverungsanlage zum Beheizen von Bauteilen ansteuert, wenn die Bauteile in einer Prozesskammer der Entpulverungsanlage angeordnet sind. Außerdem ist es möglich, dass der Prozessor eine Strahlvorrichtung der Entpulverungsanlage ansteuert zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel an, um derart das Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Der Prozessor könnte auch eine Bewegungseinrichtung der Entpulverungsanlage ansteuern, um das Restpulver durch Bewegung zu lösen. um die Bauteile zu bewegen und um derart das Restpulver von der Oberfläche der Bauteile zu lösen.
Eine Steuervorrichtung einer Strahlanlage ist eingerichtet, um mindestens ein Heizelement der Strahlanlage zum Beheizen von Bauteilen anzusteuern, wenn die Bauteile in einer Prozesskammer der Strahlanlage angeordnet sind. Außerdem ist die Steuervorrichtung optional eingerichtet, um eine Strahlvorrichtung der Entpulverungsanlage zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel anzusteuern, um derart das Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Es wäre auch denkbar, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um eine Bewegungseinrichtung der Entpulverungsanlage anzusteuern,
Ein Verfahren umfasst das Ansteuern einer Strahlvorrichtung einer Strahlanlage zum Bestrahlen von Bauteilen mit einem Strahlmittel. Derart wird Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern mindestens eines Heizelements der Strahlanlage zum Aufheizen von zumindest einem Bestandteil des Strahlmittels. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Die Bauteile werden also indirekt über das Strahlmittel beheizt.
Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode. Der Programmcode kann von einem Prozessor geladen und ausgeführt werden. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, bewirkt dies, dass der Prozessor eine Strahlvorrichtung einer Strahlanlage zum Bestrahlen von Bauteilen mit einem Strahlmittel ansteuert. Derart wird Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst. Außerdem steuert der Prozessor mindestens ein Heizelement der Strahlanlage zum Aufheizen von zumindest einem Bestandteil des Strahlmittels an. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Eine Steuervorrichtung einer Strahlanlage ist eingerichtet, um eine Strahlvorrichtung der Strahlanlage zum Bestrahlen von Bauteilen mit einem Strahlmittel anzusteuern. Derart wird Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst. Außerdem ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um mindestens ein Heizelement der Strahlanlage zum Aufheizen von zumindest einem Bestandteil des Strahlmittels anzusteuern. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 illustriert schematisch ein Kunststoffbauteil, das von Restpulver in Form eines Pulverkuchens umgeben ist.
2 illustriert schematisch das Kunststoffbauteil der 1, wobei der Pulverkuchen durch Entpacken entfernt wurde und angebackenes Restpulver in einer Schicht auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils vorhanden ist.
3 illustriert angebackenes Restpulver, das nach einem Entpulvern des Kunststoffbauteils aus 2 in einer Vertiefung der Oberfläche des Kunststoffbauteils zurückgeblieben ist.
4 illustriert den Einfluss von zurückgebliebenem Restpulver gemäß 3 auf einen Färbe-Prozess.
5 illustriert den Einfluss von zurückgebliebenem Restpulver gemäß 3 auf einen Glättungs-Prozess.
6 illustriert schematisch eine Strahlanlage zum Entfernen von Restpulver von einem Kunststoffbauteil gemäß verschiedenen Beispielen.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, um Kunststoffbauteile, die durch einen AM-Prozess erhalten werden, nach dem AM-Prozess nachzubearbeiten.
Bei einem AM-Prozess wird Kunststoffmaterial in Pulverform (Pulver) verwendet, um Kunststoffbauteile nach und nach aufzubauen. Typischerweise werden die Kunststoffbauteile Schicht für Schicht gefertigt. Dazu wird das Pulver lokal erhitzt, sodass es in einem entsprechenden Volumen verschmilzt. Dadurch wird das Kunststoffbauteil gebildet. AM-Prozesse sind insbesondere abzugrenzen von Spritzgussverfahren, bei denen Kunststoffbauteile durch Vorhalten einer Form in einem Schritt gefertigt werden. Beispiele für AM-Prozesse sind: Pulverbettverfahren, wie (selektives) Lasersintern (SLS), Binder Jetting, Multijet Fusion Technologien (MJF), Highspeed Sintering (HSS), Cold Metal Fusion oder Laserschmelzverfahren; lichthärtende Verfahren, wie Stereolithographie (SLA oder STL), Digital Light Production (DLP), Continuous Light Interface Production (CLIP), PolyJet Verfahren (PJM), DualCure-Verfahren, HotLithography sowie Extrusionsverfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF), MultiJet Modeling (MJM), Layer Plastic Deposition, Selective Thermoplastic Electrophotographic Process (STEP), Selective Absorption Fusion (SAF).
Die Kunststoffbauteile, die in einem AM-Prozess hergestellt werden, können aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aber nicht begrenzt aus der Gruppe, umfassend Polyamid, insbesondere Polyamid-11 und Polyamid-12, thermoplastisches Polyurethan, aluminiumgefülltes Polyamid, insbesondere aluminiumgefülltes Polyamid-12, glasgefülltes Polyamid, carbonverstärktes Polyamid, Verbundwerkstoff, thermoplastischen Kunststoffe, thermoplastische Elastomere, Polyolefine, Polystyrole, Polyester, Polyimide und thermoplastische Elastomere und Kombinationen, Blends oder Copolymere und gefüllte Varianten (z.B. mit Glas, Carbonfaser, Aluminium) hiervon.
Grundsätzlich könnten die Techniken auch mit Bauteilen aus anderen Materialien als Kunststoff angewendet werden, z.B. Bauteilen aus Sand, Gips, Harz, Keramik oder Metall.
Verschiedene hierin beschriebene Techniken ermöglichen es insbesondere mit der Entpulverungsanlage Kunststoffbauteile zu behandeln, die - zum Beispiel im Vergleich mit Metall-Bauteilen - vergleichsweise empfindlich gegenüber Belastung sind. Kunststoffbauteile können zum Beispiel brechen, wenn sie herunterfallen oder gegeneinander reiben. Der Vorteil des AM-Prozesses besteht aus dem großen Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Bauteile. Dies bedeutet aber auf der anderen Seite, dass die Komplexität bei der Prozessierung der Kunststoffbauteile zunimmt. Die Kunststoffbauteile müssen typischerweise vorsichtig behandelt werden, um die Oberfläche oder Geometrieelemente der Kunststoffbauteile nicht zu beschädigen (durch die hohe Gestaltungsfreiheit bei AM-Fertigungsverfahren können die Kunststoffbauteile filigrane und/oder empfindliche Geometrieelemente aufweisen). Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen insbesondere ein schonendes Entfernen von Restpulver des AM-Prozesses.
Nachdem der AM-Prozess abgeschlossen ist, ist das Kunststoffbauteile noch von Resten des zur Fertigung verwendeten Pulvers (Restpulver) umgeben. Hierin werden Techniken beschrieben, um das Restpulver zu entfernen.
Um das Restpulver zu entfernen, wird eine Entpulverungsanlage verwendet werden. Die Entpulverungsanlage umfasst ein Gehäuse, in dem eine Prozesskammer angeordnet ist. Die Prozesskammer kann die Kunststoffbauteile aufnehmen, sodass diese mit einem Strahlmittel behandelt werden können oder z.B. durch Bewegung behandelt werden.
Nachfolgend werden beispielhaft verschiedene Aspekte im Zusammengang mit einer Strahlanlage beschrieben, die ein Strahlmittel für das Entfernen von Restpulver verwendet. Entsprechende Techniken könnten aber auch mit einer Entpulverungsanlage umgesetzt werden, die kein Bestrahlen benötigt (bei einer solchen Anlage, könnte z.B. ein Rüttelelement usw. angesteuert werden, um das Restpulver zu lösen).
Bei einer Strahlanlage wird das Strahlmittel (manchmal auch als Strahlmedium bezeichnet) in die Prozesskammer der Strahlanlage gestrahlt. Durch die physikalische Wechselwirkung des Strahlmittels mit der Oberfläche der Bauteile wird die Oberfläche der Kunststoffbauteile behandelt. Insbesondere kann auch Restpulver des AM-Fertigungsprozesses von der Oberfläche entfernt werden, beim Entpacken und/oder Entpulvern. Es ist grundsätzlich auch möglich, sowohl durch Bestrahlen, als auch durch Bewegung das Restpulver zu entfernen.

Als nächstes werden Details zum Entfernen des Restpulvers beschrieben, sh. TAB. 1.

Entpacken	Nach Abschluss eines solchen AM-Fertigungsprozesses ist es zunächst erforderlich, die Kunststoffbauteile aus einem sog. Pulverkuchen herauszutrennen. Gemäß verschiedener hierin beschriebener Beispiele kann das Heraustrennen aus dem Pulverkuchen - manchmal auch als Entpacken bezeichnet - mittels einer Strahlanlage geschehen.
	1 illustriert das Kunststoffbauteil 109 und Restpulver in Form eines Pulverkuchens 82.
	Beim Entpacken werden die Kunststoffbauteile aus Volumenmaterial des AM-Fertigungsprozesses (Pulverkuchen) herausgetrennt. Typischerweise ist das Volumen des Pulverkuchens in etwa so groß oder größer als das Volumen der Bauteile. Das bedeutet, dass Kunststoffmaterial des AM-Fertigungsprozesses in relativ großer Menge von den Bauteilen gelöst wird.
	Grundsätzlich ist es möglich, dieses Kunststoffmaterial wieder zu verwenden. Das bedeutet, dass beim Entpacken das Restpulver gesammelt werden kann und anschließend wieder dem AM-Fertigungsprozess zugeführt werden kann.
Entpulvern	Nach dem Entpacken weisen die Kunststoffbauteile oftmals Reste des Pulvers in Kavitäten auf, sowie Anhaftungen von beeinträchtigten (z.B. durch thermische oder chemische Einflüsse) Pulver (manchmal auch als Anbacken bezeichnet). Solches Restpulver kann als vergleichsweise (im Vergleich zum Pulverkuchen) dünne Schicht der Oberfläche der Kunststoffbauteile folgen. Das angebackene Pulver haftet stärker als der Pulverkuchen an der Oberfläche der Kunststoffbauteile, ist aber nicht vollkommen mit dem Material der Kunststoffbauteile verschmolzen
	2 illustriert angebackenes Restpulver 83 nach dem Entpacken.
	Sobald das Kunststoffbauteil mittels Entpulvern vom Restpulver befreit wurde, kommt die raue, offenporige Oberfläche zum Vorschein. Es wurde beobachtet, dass bei Referenztechniken das Entpulvern manchmal das Restpulver 83 nicht vollständig entfernt.
	Beim Entpulvern besteht die Herausforderung darin, das Kunststoffbauteil 109 bzw. dessen Oberfläche nicht zu beschädigen, die Oberfläche des Bauteils nicht zu verändern oder bereits verschmolzene Partikel abzutragen. Das Kunststoffbauteil soll so schonend bearbeitet werden, dass Folgeprozesse, wie beispielsweise der Verdichtungsprozess nicht beeinträchtigt werden.
	Z.B. ist in 3 ein Zustand dargestellt, bei dem das Restpulver 83 nicht vollständig entfernt ist. Dann können nachfolgende Prozesse - wie z.B. das Färben mit Farbstoff 84, der durch das Restpulver 83 nicht gleichmäßig in das Kunststoffbauteil 109 eindringt, cf. 4;
	oder ein chemischer Glättungsprozess, bei dem eine Blase 85 gebildet wird cf. 5, sodass die Oberfläche dort nicht wie in einem anderen Bereich 86 geglättet wird - negativ beeinflusst werden. Andere nachfolgende Prozesse, die negativ beeinflusst werden können, wären z.B. Funktionalisierung/Aktivierung, Beschichtung, Lackierung usw.

TAB. 1: Zwei Prozesse, um Restpulver eines AM-Prozesses zu entfernen. Beide Prozesse können von den hierein beschriebenen Techniken profitieren. Beide Prozesse können durch Bestrahlen mit einer Strahlmittel durchgeführt werden. Dabei könnten unterschiedliche Strahlmittel für das Entpacken und das Entpulvern verwendet werden. Das Entpacken kann z.B. nur mit Druckluft erfolgen, während beim Entpulvern Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit als Strahlmittel verwendet werden. Es wäre, wie obenstehend bereits beschrieben, alternativ oder zusätzlich zum Entfernen von Restpulver mit Strahlmittel auch möglich, dass das Entpulvern und/oder Entpacken durch Bewegung erfolgt.
Wird ein Strahlmittel aus Festkörperpartikeln verwendet, entfällt ein Trocknen des Kunststoffbauteile nach dem Bestrahlen. Dies ermöglicht ein schnelleres Durchführen des Prozesses mit gesteigertem Durchsatz pro Zeit.
Im Anschluss an das Entfernen von Restpulver (beim Entpacken und Entpulvern) können weitere Bearbeitungsschritte der Oberfläche erfolgen.
So kann die Oberfläche verdichtet bzw. homogenisiert werden. Die Homogenisierung der Oberfläche wird z.B. durch mit Druckluft beschleunigte Kugeln erzeugt, welche die Berge und Täler der offenporigen Kunststoffteile angleichen und diese im mikroskopischen Bereich verformen (auch „Shotpeening“ genannt). Die Poren werden geschlossen und das Ergebnis zeigt sich in einer deutlich verbesserten, gleichmäßigen Oberflächenqualität. Beim Verdichtungsstrahlen wird also die zunächst offenporige Oberfläche des Bauteils verdichtet. Die Poren können so bis zu einem gewissen Grad geschlossen werden, die Oberfläche wird glatt und glänzend. Zudem wird die Oberfläche homogener. Um diesen Effekt zu erreichen, werden die Bauteile mit einem Strahlmittel, das Festkörperpartikel umfasst, bestrahlt. Die Festkörperpartikel können mit einem Gas oder einer Flüssigkeit beschleunigt werden. Typischerweise werden für das Entpulvern und das Verdichten unterschiedliche Festkörperpartikel für das Strahlmittel verwendet. Einerseits sollten die beim Verdichten verwendeten Festkörperpartikel nicht zu abrasiv sein, andererseits sollte eine entsprechende Partikelform vorliegen, um den Verdichtungseffekt zu erreichen. Das Verdichten ist vor allem für weitere Bearbeitungsschritte wie einen chemischen Färbeprozess (cf 4), einen Beschichtungsprozess oder einen Glättungsprozess (cf. 5 für einen chemischen Glättungsprozess) hilfreich, sodass durch die Homogenisierung/Verdichtung die Farbe gleichmäßig in das Bauteil einziehen kann, Beschichtungen aufgetragen werden können oder Glättungseffekte zusätzlich verstärkt werden können.
Verschiedene hierin beschriebene Techniken betreffen das Entfernen von Restpulver eines AM-Prozesses von Kunststoffbauteilen, zum Beispiel im Rahmen des Entpackens und/oder des Entpulverns, vergleiche TAB. 1. Dabei kann insbesondere ein Strahlmittel verwendet werden.
Grundsätzlich können in den verschiedenen hierin beschriebenen Techniken unterschiedliche Typen von Strahlmittel zum Entfernen des Restpulvers eingesetzt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Strahlmittel durch einen Gasstrahl, etwa einen Strahl aus Druckluft, implementiert wird. In einem solchen Szenario muss das Strahlmittel keine Festkörperpartikel und keine Flüssigkeit umfassen. Es wäre aber auch denkbar, dass das Strahlmittel Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit umfasst.
Wird ein Strahlmittel mit Festkörperpartikeln verwendet, dann können ein oder mehrere Typen von Polymerpartikeln verwendet werden. Strahlmittel aus Polymer können ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, Harzen, Polyestern, Polystyrolen, Polyolefine, Polyvinylen, Kautschuken, Polyvinylchloriden, Polyphenylenen, Polyethern, Polyurethanen, Polysacchariden, Polyimiden, Polyacrylaten, Silikonen sowie Blends und Copolymeren davon. Es wären aber auch Festkörperpartikel aus der Gruppe bestehend aus Metallen, passivierten Metallen, Eisen, Stahl, Mineralien, Rußpartikel, Kohlefasern, Farbpartikeln, Keramiken, Polymeren, Legierungen oder Gläsern möglich. Die verwendeten Strahlmittel können sich je nach Typ, zum Beispiel hinsichtlich Korngröße, Granularität, chemischer Zusammensetzung und Morphologie der verwendeten Festkörperpartikel unterscheiden. Weitere Charakteristiken sind Fließfähigkeit, Dichte, Wärmekapazität und elektrostatische Eigenschaften. Ein Beispiel wäre Strahlmittel aus Kunststoff, Glas, Keramik oder Sand mit einer Korngröße von 50µm bis 600µm.
Zum Beispiel könnten die Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit mittels des Gasstrahls in einer Strahldüse einer Strahlvorrichtung der Strahlanlage beschleunigt werden.
Eine Beschleunigung von Festkörperpartikeln oder einer Flüssigkeit könnte aber auch durch ein Schleuderrad einer Strahlvorrichtung der Strahlanlage erfolgen. Ein Schleuderrad bezeichnet dabei ein in Rotation versetztes Rad beziehungsweise Schaufelrad oder Schleuderrad welches auf eine gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Während das Rad rotiert, wird dem Rad das Strahlmittel zugeführt. Das Strahlmittel wird durch die Rotation von dem Rad beziehungsweise dessen Schaufeln mitgerissen und in die gewünschte Richtung beschleunigt. Hierbei kann das Strahlmittel von außen dem Schleuderrad zugeführt werden, sodass der Strahlmittelstrom von diesem bzw. von dessen Schaufeln mitgerissen und in die gewünschte Richtung beschleunigt wird; und/oder von innen dem Schleuderrad zugeführt werden, sodass das Strahlmittel durch die Rotation des Schleuderrads Zentrifugalkraft erfährt und somit vom Innenraum des Schleuderrads über Öffnungen nach außen getrieben wird und über das Schleuderrad beziehungsweise dessen Schaufeln in die gewünschte Richtung beschleunigt wird.
Es wurde festgestellt, dass Restpulver von Kunststoffbauteilen besonders zuverlässig entfernt werden kann, wenn zumindest die Oberfläche der Kunststoffbauteile erwärmt ist. Zum Beispiel kann es hilfreich sein, eine entsprechende Temperatur im Bereich von 40 °C bis 180°C zu verwenden, insbesondere in einem Bereich von 60°C bis 120°C, weiter insbesondere in einem Bereich von 60°C bis 80°C.
Die Anwendung eines Strahlprozesses mit erhöhter Temperatur ist dabei kontraintuitiv, da insbesondere Kunststoffmaterialien in Pulverform, wie das verwendete Druckpulver eines AM-Prozesses, bei höheren Temperaturen zum Verklumpen neigen und eine verringerte Rieselfähigkeit aufweisen können. Überraschend konnte festgestellt werden, dass Restpulver insbesondere in den genannten Temperaturbereichen besonders zuverlässig entfernt werden kann, ohne dass Verklumpen festgestellt wurde.

Dabei kann es grundsätzlich unterschiedliche Techniken zum Beheizen der Kunststoffbauteile geben. Zwei Techniken sind nachfolgend in Tab. 2 zusammengefasst. Tab. 2: Zwei Varianten zum Beheizen von Kunststoffbauteilen im Zusammenhang mit dem Entpacken und/oder Entpulvern. Grundsätzlich ist es möglich, beide Varianten, das heißt direktes und indirektes Heizen, miteinander zu kombinieren.

Direktes Beheizen	Hierbei kann Wärme direkt auf die Kunststoffbauteile und das umgebende Restpulver übertragen werden; das heißt, die Wärmeübertragung erfolgt nicht über das Strahlmittel.
	Eine solche Technik weist den Vorteil auf, dass die Kunststoffbauteile auch vor dem eigentlichen Bestrahlen beheizt werden können, wenn diese in der Prozesskammer angeordnet sind. Typischerweise könnte das Beheizen derart auch besonders gezielt erfolgen, zum Beispiel um mittels eines Regelkreises eine bestimmte Zieltemperatur geregelt einzustellen - wobei gleichzeitig das Bestrahlen flexibel angepasst werden kann.
	Auch beim direkten Beheizen kann es möglich sein, die Kunststoffbauteile während des Bestrahlens mit dem Strahlmittel zum Entfernen von Restpulver des AM-Prozesses weiter zu beheizen. Derart kann eine bestimmte Zieltemperatur auch während des Bestrahlens beibehalten werden.
	Gemäß verschiedenen Beispielen kann also ein Heizelement einer Strahlanlage zum Beheizen der Kunststoffbauteile angesteuert werden, wenn diese in der Prozesskammer angeordnet sind. Dies kann gleichzeitig zu und/oder vor dem Ansteuern einer Strahlvorrichtung der Strahlanlage zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile mit dem Strahlmittel erfolgen.
	Beispielsweise kann durch das gleichzeitige Bestrahlen mit Strahlmittel zum Entfernen des Restpulvers und Heizen ein zwischenzeitliches Erkalten der Kunststoffbauteile vermieden werden.
Indirektes Beheizen	Beim indirekten Heizen erfolgt eine Erwärmung der Kunststoffbauteile über das Strahlmittel. Das bedeutet, dass das Strahlmittel erhitzt werden kann und dann infolgedessen auch die Kunststoffbauteile beheizt werden, wenn das Strahlmittel in Kontakt mit den Kunststoffbauteilen gelangt.
	Gemäß verschiedener Beispiele kann also ein Heizelement der Strahlanlage zum Aufheizen des Strahlmittels, zum Beispiel insbesondere von beinhalteten Festkörperpartikel oder Flüssigkeit oder einem Gas, angesteuert werden.
	Ein entsprechendes Heizelement könnte z.B. als Durchlauferhitzer für eine Flüssigkeit oder ein Gas, z.B. Druckluft, ausgebildet sein. Es könnte auch ein Behälter erhitzt werden, z.B. durch Wärmeplatten, in dem ein Teil des Strahlmittels angeordnet ist.
	Geeignete Strahlmittel haben eine spezifische Wärmekapazität von 250 bis 2500 J/(kgK) auf. Besonders geeignet sind Strahlmittel mit einer spezifischen Wärmekapazität von 1000 bis 2500 J/(kgK).

Nachfolgend werden mögliche Implementierungen für Heizelemente für das direkte Heizen, vgl. TAB. 2, offenbart. TAB. 3: Verschiedene Implementierungen für Heizelemente, die ein direktes Beheizen der Kunststoffbauteile ermöglichen. Grundsätzlich ist es möglich, mehrere Varianten miteinander zu kombinieren.

Wärmestrahlung	Beispielsweise könnte das Heizelement als Infrarot-Lichtquelle oder Mikrowellen-Strahlungsquelle ausgebildet sein und entsprechende Wärmestrahlung auf die in der Prozesskammer angeordneten Kunststoffbauteile aussenden.
Wärmeleitung	Eine weitere Variante wäre, dass die Kunststoffbauteile über Wärmeleitung mittels eines Wärmetauscherelements beheizt werden.
	Das bedeutet, dass ein Kontakt zwischen den Kunststoffbauteilen und einer Oberfläche des Wärmetauscherelements hergestellt werden kann. Zum Beispiel wäre es denkbar, dass die Kunststoffbauteile auf einem Träger angeordnet sind, welcher eine Bewegung der Kunststoffbauteile ermöglicht. Ein Beispiel wäre ein Muldenband oder ein drehender Korb. Dann kann es möglich sein, über eine solche Bewegung der Kunststoffbauteile nach und nach unterschiedliche Kunststoffbauteile, die in der Prozesskammer angeordnet sind, in Kontakt mit dem Wärmetauscherelement zu bringen. Das Wärmetauscherelement kann aus einem metallischen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, das heißt als Heizplatte implementiert sein.
Konvektion	Es wäre grundsätzlich auch möglich, dass die Kunststoffbauteile mittels erzwungener Konvektion eines Heizgases beheizt werden. Es kann zum Beispiel Luft verwendet werden oder auch Stickstoff, um eine Oxidation der Kunststoffbauteile zu vermeiden. Die Prozesskammer kann mit dem Heizgas geflutet werden. Dann könnte über einen in der Prozesskammer angebrachten Lüfter und entsprechende Heizplatten oder Heizwendel das Heizgas umgewälzt und erhitzt werden.

Als allgemeine Regel ist es in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen denkbar, dass das Heizen geregelt erfolgt. Beispielsweise wäre es also denkbar, dass ein Temperatursensor vorhanden ist, der die Ist-Temperatur der Kunststoffbauteile bzw. der Oberfläche der Kunststoffbauteile misst. Ein Infrarotthermometer könnte verwendet werden, um die Ist-Temperatur zu messen. Es könnte auch ein Funkthermometer zu den Kunststoffbauteilen in die Prozesskammer gegeben werden. Dann kann ein Regelkreis implementiert werden, so dass die Temperatur einen Sollwert erreicht. Das Heizelement kann entsprechend angesteuert werden.
Die Verwendung eines Regelkreises ist optional. Es kann auch „open-loop“ beheizt werden.
6 illustriert schematisch eine beispielhafte Strahlanlage 100. Die Strahlanlage 100 ist eingerichtet, um Kunststoffbauteile 109, die durch einen AM-Prozess erhalten werden, mit einem Strahlmittel zu bestrahlen, um derart Restpulver 82, 83 des AM-Prozesses zu entfernen. Dies kann zum Entpacken und/oder Entpulvern verwendet werden, vergleiche TAB. 1.
Die Strahlanlage umfasst ein Gehäuse 103 und eine Prozesskammer 101, die im Gehäuse 103 ausgebildet ist. In die Prozesskammer 101 können die Kunststoffbauteile 109 angeordnet werden. Im Beispiel der 6 sind die Kunststoffbauteile 109 in einer Bewegungseinrichtung, exemplarisch als Trommel 101 dargestellt angeordnet, die bewegt werden kann, um die Kunststoffbauteile 109 zu bewegen. Dazu kann die Trommel 102 von einer Steuerungsvorrichtung 111 angesteuert werden (Steuerleitungen sind in 6 mit gepunktet-gestrichelten Linien dargestellt).
In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass die Trommel 102 - neben einer Drehung - gerüttelt wird. Dazu kann eine entsprechende Bewegungseinrichtung vorgesehen sein, z.B. ein Elektromotor. Auch derart kann das Entfernen von Restpulver unterstützt werden.
Als nächstes werden Aspekte im Zusammenhang mit einer Strahlvorrichtung beschrieben. Die Strahlvorrichtung der Strahlanlage 100 ist eingerichtet, um die Kunststoffbauteile 109 mit Strahlmittel zu bestrahlen. Im Beispiel der 6 umfasst die Strahlvorrichtung einen Behälter 121 in dem Festkörper-Partikel 122 angeordnet sind. Außerdem ist eine Druckluftquelle 125 vorhanden, die Druckluft in eine Zuleitung 126 leitet, so dass die Festkörper-Partikel 122 aus dem Behälter 121 gesaugt werden und über eine Strahldüse 127 in die Prozesskammer 101 auf die Kunststoffbauteile 109 gestrahlt werden. Das Strahlmittel umfasst also im dargestellten Beispiel sowohl Druckluft, wie auch die Festkörper-Partikel 122. Als allgemeine Regel wäre es aber denkbar, dass das Strahlmittel zum Beispiel nur ein Gas umfasst, also das Restpulver mittels zum Beispiel Druckluft entfernt wird. Es wäre auch denkbar, dass anstatt der Festkörper-Partikel 122 eine Flüssigkeit im Behälter 121 angeordnet ist und als Teil des Strahlmittels verwendet wird.
Es ist auch eine Trennvorrichtung 104 - z.B. ein (Rüttel-)Sieb und/oder ein Zyklon - vorgesehen, die es ermöglichen kann, die Festkörper-Partikel 122 vom Restpulver zu trennen und dem Behälter 121 wieder zuzuführen.
Im Beispiel der 6 umfasst die Strahlanlage 100 ein „direktes“ Heizelement 151, dass für ein direktes Heizen (vergleiche Tab. 2) der Kunststoffbauteile 109 eingerichtet ist. Im Beispiel der 6 ist das direkte Heizelement 151 als eine Strahlungsquelle für Wärmestrahlung (vergleiche Tab. 3) eingerichtet; es wären aber auch andere Heizelemente, zum Beispiel für die Wärmeleitung oder die Konvektion (vergleiche Tab. 3) denkbar.
Außerdem ist im Beispiel der 6 ein „indirektes“ Heizelement 152 vorgesehen. Dieses ist eingerichtet, um die Druckluft aus der Druckluftquelle 126 zu beheizen. Das Heizelement 152 kann als Durchlauferhitzer ausgebildet sein. Derart können die Kunststoffbauteile 109 indirekt beheizt werden, vergleiche TAB. 2. Während im Beispiel der 6 das indirekte Heizelement 152 die Druckluft aus der Druckluftquelle 125 beheizt, wäre es alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass ein indirektes Heizelement die Festkörperpartikel 122 (oder, in anderen Varianten, eine Flüssigkeit, die im Behälter 121 angeordnet ist) beheizt.
Die Steuerungsvorrichtung 111 könnte zum Beispiel einen Prozessor und einen Speicher umfassen. Der Prozessor könnte Programmcode aus dem Speicher laden und ausführen. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, kann der Prozessor Techniken im Zusammenhang mit dem Ansteuern von Heizelementen, einer Strahlvorrichtung, einer Bewegungseinrichtung usw. wie sie hierin beschrieben sind, ausführen. Details dazu sind in 7 beschrieben.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren aus 7 kann von einer Steuerungsvorrichtung einer Strahlanlage ausgeführt werden. Beispielsweise könnte das Verfahren gemäß 7 von der Steuerungsvorrichtung 111 der Strahlanlage 100 aus 6 ausgeführt werden.
In Box 3005 wird mindestens ein Heizelement angesteuert. Dadurch kann ein Beheizen von Kunststoffbauteilen, die durch einen AM-Prozess erhalten werden, erfolgen. Beispielsweise könnte eines der Heizelemente 151, 152 der Strahlanlage 100 angesteuert werden. Das mindestens eine angesteuerte Heizelement kann eingerichtet sein, um die Kunststoffbauteile direkt und/oder indirekt zu beheizen, vergleiche TAB. 2.
Das Beheizen könnte geregelt erfolgen. Dazu kann ein Regelkreis von der Steuerungsvorrichtung implementiert werden. Eine Soll-Temperatur kann als Zielwert vorgegeben sein. Eine Ist-Temperatur kann über ein Thermometer gemessen werden. Das Heizelement kann dann basierend auf einer Differenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur angesteuert werden. Grundsätzlich wäre es möglich, dass die Soll-Temperatur (Zieltemperatur) in Abhängigkeit von einem Typ der Kunststoffbauteile gewählt wird, zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Material der Kunststoffbauteile und/oder in Abhängigkeit von einer Oberflächengeometrie der Kunststoffbauteile.
Beispielsweise könnte Box 3005 das Senden von digitalen Steueranweisungen an das mindestens eine Heizelement umfassen. Zum Beispiel könnte in einer entsprechenden Steueranweisung eine Stärke des Heizvorgang spezifiziert werden. Es wäre auch denkbar, dass über eine analoge Schnittstelle eine Spannung an das mindestens eine Heizelement ausgegeben wird, über die zum Beispiel eine Stärke des Heizvorgangs eingestellt werden kann.
In Box 3010 wird eine Strahlvorrichtung der Strahlanlage angesteuert, um Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu lösen und entfernen. Zum Beispiel könnte ein Schleuderrad angesteuert werden, um Festkörperpartikel eines entsprechenden Strahlmittels zu beschleunigen. Es wäre auch denkbar, dass eine Druckluftquelle angesteuert wird, um mittels Druckluft Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit zu beschleunigen und über eine Strahldüse in die Prozesskammer einzustrahlen; entsprechende Techniken wurden Zusammenhang mit der Druckluftquelle 125 der Strahlanlage 100 in 6 beschrieben.
Beispielsweise könnte Box 3010 das Senden von digitalen Steueranweisungen an die Strahlvorrichtung umfassen. Zum Beispiel könnte in einer entsprechenden Steueranweisung eine Stärke des Strahlens spezifiziert werden. Es wäre auch denkbar, dass über eine analoge Schnittstelle eine Spannung an die Steuervorrichtung ausgegeben wird, über die zum Beispiel eine Stärke des Strahlvorgangs eingestellt werden kann. In 7 sind Box 3005 und Box 3010 sequenziell dargestellt. Als allgemeine Regel wäre es denkbar, dass das mindestens eine Heizelement in Box 3005 vor und/oder auch während des Strahlvorgangs gemäß Box 3010 zum Beheizen der Kunststoffbauteile angesteuert wird. Durch solche Techniken kann erreicht werden, dass die Kunststoffbauteile während des Bestrahlens zum Entfernen von Restpulver nicht erkalten. Ein besonders gutes Ergebnis für einen entsprechenden Prozess zum Entpacken und/oder Entpulvern kann erzielt werden.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit 8 eine beispielhafte Implementierung eines Prozesses zum Entpacken und/oder Entpulvern, der durch das Verfahren aus 7 ermöglicht wird, beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Prozessierung von Kunststoffbauteilen, die durch einen AM-Prozess erhalten werden. Mittels des Verfahrens aus 8 kann Restpulver des AM-Prozesses von den Kunststoffbauteilen gelöst und entfernt werden. Das Verfahren aus 8 kann zum Entpacken und/oder zum Entpulvern dienen, vergleiche Tab. 1. Beim Verfahren aus 8 erfolgt ein Beheizen der Kunststoffbauteile vor und/oder während des Bestrahlens der Kunststoffbauteile mit Strahlmittel zum Entfernen des Restpulvers. Das Verfahren aus 8 könnte durch Steueranweisungen eine Steuervorrichtung eine entsprechenden Strahlanlage, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren aus 7 beschrieben, implementiert werden.
Zunächst erfolgt optional in Box 3105 ein Aufheizen der Kunststoffbauteile auf eine bestimmte Zieltemperatur. Dabei kann insbesondere ein Aufheizen der Oberfläche der Kunststoffbauteile erreicht werden. Typische Zieltemperaturen liegen im Bereich von 40 bis 180 °C, insbesondere im Bereich von 60 bis 120 °C. Die Kunststoffbauteile können insbesondere aufgeheizt werden, wenn diese bereits in der Prozesskammer der Strahlanlage angeordnet sind.
Box 3105 kann als Vorheizen bezeichnet werden, d.h. vor dem Entpulvern oder Entpacken in Box 3110.
Ein Vorteil des Vorheizens (falls notwendig) kann sein, dass man dadurch einen effizienteren Prozess schafft, da das Verwenden eines Strahlmittels zum Entpulvern oder Entpacken in Box 3110, z.B. Druckluft, vergleichsweise energieintensiv ist und durch das Vorheizen eine geringere Menge der Druckluft benötigt wird.
Box 3105 kann durch Box 3005 des Verfahrens aus 7 implementiert werden.
In Box 3110 erfolgt das Entpacken und/oder das Entpulvern der Kunststoffbauteile. Dabei werden die Kunststoffbauteile z.B. mit einem Strahlmittel bestrahlt, mit dem Ziel, das Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu entfernen, ohne die Oberfläche zu beschädigen. Dabei können zum Beispiel Festkörperpartikel des Strahlmittels beschleunigt werden, in einer entsprechenden Strahlvorrichtung. Die Partikel können dabei sowohl von einem Schleuderrad, als auch durch einen Luftstrom oder ein sonstiges Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, beschleunigt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Bestrahlen können die Kunststoffbauteile außerdem vor, während, zwischen mehrere Strahlvorgängen und/oder nach dem Strahlen kontinuierlich bewegt werden, zum Beispiel durch eine rotierende Trommel oder ein Muldenband. Die Kunststoffbauteile werden dabei umorientiert, bewegt und miteinander vermischt. Durch die Bewegung der Bauteile kann optional auch bereits Restpulver gelöst werden.
Die Festkörperpartikel können aus einem Behälter entnommen werden. Typische Festkörperpartikel für das Strahlmittel wären Glas oder Kunststoff oder eine Mischung von unterschiedlichen Festkörperpartikel, die unterschiedliche Formen und/oder Materialien aufweisen. Luft aus einer Druckluftversorgung kann dazu verwendet werden, um die Festkörperpartikel zu beschleunigen. Mittels einer Düse kann das Strahlmittel dann in die Prozesskammer eingebracht werden. Das Strahlmittel löst das Restpulver. Die Festkörperpartikel des Strahlmittels können wiederaufbereitet werden. Beispiel kann mittels einer entsprechenden Trennvorrichtung das Restpulver von Teilen des Strahlmittels, insbesondere den Festkörperpartikel, getrennt werden. Dazu kann ein Sieb und/oder ein Zyklon verwendet werden. Typischer Druck für die Druckluft wäre zum Beispiel 2 bis 7 bar. Das Bestrahlen in Box 3110 kann typischerweise zwischen 1 Minute und 60 Minuten andauern.
Box 3110 kann durch Box 3010 implementiert werden, vgl. 7.
In Box 3115 erfolgt optional auch während des Entpulverns bzw. des Entpackens in Box 3110 ein Beheizen der Kunststoffbauteile. Intervallheizen wäre denkbar.
Box 3115 kann grds. gemäß Box 3105 implementiert werden. Es wäre auch möglich, dass Box 3105 durch direktes Heizen implementiert wird und Box 3115 durch direktes und indirektes Heizen implementiert wird.
Optional kann in Box 3120 ein Abkühlen der Kunststoffbauteile erfolgen. Dazu könnte ein Luftstrom verwendet werden.
Optional können in Box 3125 ein oder mehrere weitere Prozesse durchgeführt werden, die von der vorangegangenen gründlichen Entfernung des Restpulvers profitieren können. Beispiele für weitere Prozesse in Box 3125 wären z.B. Glättung, Funktionalisierung/Aktivierung der Oberfläche, Beschichtung, Lackierung, Färben.
Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, um durch Beheizen von Bauteilen wie insbesondere Kunststoffbauteilen eines AM-Prozesses ein zuverlässiges und reproduzierbares Entpulvern und/oder Entpacken der Bauteile zu ermöglichen. Mehrstufiges Nacharbeiten entfällt. Die derart erhaltenen Bauteile haben eine besonders hohe Oberflächenqualität. Das bedeutet, dass kein oder nur sehr wenig angebackenes Restpulver an den Kunststoffbauteilen anhaften kann. Dadurch kann insbesondere bei nachfolgenden Prozessschritten (cf. 8: box 3125), wie beispielsweise chemisches Glätten, eine deutlich verringerte Blasenbildung oder Delamination erzielt werden. Das Verwenden von ein oder mehreren Heizelementen zum Beheizen von Kunststoffbauteilen ist vergleichsweise kostengünstig, zum Beispiel im Vergleich zum Trockeneisstrahlen oder Kühlen. Werden die Kunststoffbauteile geheizt, kann das Restpulver zügiger entfernt werden. Dadurch verringert sich die Prozessdauer.
Für gute Ergebnisse - d.h. Entfernen von Restpulver ohne Beschädigung der Kunststoffbauteile - haben sich folgende Prozessparameter als vorteilhaft erwiesen (wobei die verschiedenen Prozessparameter auch einzeln von den angegebenen Werten variiert werden können).
Temperatur: Eine Temperatur der zu bearbeitenden Bauteile von 60 - 80°C oder 120°C. Höhere Temperaturen lassen ggf. nochmals verbesserte Ergebnisse erwarten.
Strahldruck: Ein Strahldruck von 5 bar ist unabhängig vom Strahlmedium vorteilhaft. Im Speziellen für Kunststoff-Strahlmedien sind 2-5 bar vorteilhaft, für Glas-Strahlmedien 3-5 bar. Bei niedrigem Strahldruck verlängert sich die Strahlzeit.
Strahlzeit: Eine Strahlzeit von 20-80 Minuten. Im Durchschnitt kann von einer Strahlzeit von 40 Minuten, abhängig von der Bauteilgeometrie ausgegangen werden, bei einem Strahldruck von 5 bar.
Ionisierte Abblaszeit: Am Ende des Strahlprozesses ist ein ionisiertes abblasen mit einer Dauer von > 6 min vorteilhaft.
Strahlmedium: Basierend auf dem Strahlmedium können unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden. Das Ergebnis mit den besten Tiefenreinigungsergebnissen (Entpulverung an der Bauteiloberfläche) konnte mit glasgefülltem Polymer-Strahlmedium (Beispielsweise Dyemansion „PC4“) erzielt werden. Die kürzeste benötigte Strahlzeit konnte mit Melamin-Strahlmittel für Bauteile aus TPE erzielt werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise wurden voranstehend Techniken beschrieben, um Restpulver von Kunststoffbauteilen zu entfernen. Entsprechende Techniken können grundsätzlich auch verwendet werden, um Pulver von Bauteilen aus einem anderen Material, z.B. Sand, Gips , Keramik oder Metall, zu entfernen, die durch einen AM-Prozess gefertigt worden sind.
Ferner wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen Bestrahlen und Heizen von Bauteilen zur Verbesserung des Entfernens von Restpulver eines additiven Fertigungsprozesses verwendet wurden. Grundsätzlich wäre es möglich, die Kombination von Bestrahlen und Heizen von Bauteilen auch für andere Zwecke zu verwenden. So wäre es denkbar, dass Bestrahlen und Heizen zur Färbung oder Beschichtung von Bauteilen verwendet wird. Hier kann das Strahlmittel Farbpartikeln oder Färbelösung umfassen. Das Strahlmittel könnte auch nur aus Farbpartikeln oder Färbelösung bestehen. Durch die Aufbringung im Strahlprozess und eine Fixierung auf dem Bauteil unter Wärmeeinwirkung können hierbei zumindest teilweise Färbeeffekte wie z.B. Einfärbungen oder andere physikalische Effekte erzielt werden. Das bedeutet, dass die Oberfläche der Kunststoffbauteile gegenüber der ursprünglichen Farbe des Materials verfärbt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019113104 A1 [0004]
US 10213959 B2 [0004]
WO 2021007425 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen (109), wobei das Verfahren umfasst: -Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) einer Entpulverungsanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Entpulverungsanlage (100) angeordnet sind, und -Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) der Entpulverungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Entpulverungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Beheizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch vor dem Bestrahlen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Beheizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch während des Bestrahlens erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement (151) eingerichtet ist, um die Kunststoffbauteile (109) über Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung zu beheizen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement (151) eingerichtet ist, um die Kunststoffbauteile (109) über Wärmeleitung mittels eines Wärmetauscherelements, das in Kontakt mit den Kunststoffbauteilen (109) gebracht werden kann, zu beheizen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement eingerichtet ist, um die Kunststoffbauteile über erzwungene Konvektion eines Heizgases zu beheizen.
Verfahren zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen (109), wobei das Verfahren umfasst: - Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) einer Strahlanlage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen, wobei das Strahlmittel Festkörperpartikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) mittels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahlanlage (100) eingebracht wird, und - Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151, 152) geregelt mit einer Zieltemperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement (151, 152) angesteuert wird, um die Kunststoffbauteile (109) auf eine Temperatur in einem Bereich von 40°C bis 180°C liegt, optional in einem Bereich von 60°C bis 120°C zu beheizen.
Kunststoffbauteil (109) das nach einem Verfahren der voranstehenden Ansprüche hergestellt ist.
Steuervorrichtung für eine Entpulverungsanlage zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen: - Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) der Entpulverungsanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Entpulverungsanlage (100) angeordnet sind, und -Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) der Entpulverungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Entpulverungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Steuervorrichtung für eine Strahlanlage zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen: -Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) einer Strahlanlage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen, wobei das Strahlmittel Festkörperpartikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) mittels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahlanlage (100) eingebracht wird, und - Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
Steuervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach Anspruch 7 auszuführen.