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Additive Schichtbauverfahren bezeichnen Prozesse, bei denen anhand eines virtuellen Modells eines herzustellenden Bauteils oder Bauteilbereichs Geometriedaten ermittelt werden, welche in Schichtdaten zerlegt werden (sog. „slicen“). Abhängig von der Geometrie des Modells wird eine Belichtungs- bzw. Bestrahlungsstrategie bestimmt, gemäß welcher die selektive Verfestigung eines Werkstoffs erfolgen soll. Beim Schichtbauverfahren wird dann der gewünschte Werkstoff schichtweise abgelagert und selektiv mittels eines Energiestrahls abgetastet und verfestigt, um das Bauteil schichtweise additiv aufzubauen. Verschiedene Bestrahlungsparameter wie beispielsweise die Energiestrahlleistung und die Belichtungsgeschwindigkeit eines zum Verfestigen zu verwendenden Energiestrahls sind für die entstehende Gefügestruktur von Bedeutung. Zusätzlich ist auch die Anordnung von sogenannten Scanlinien von Bedeutung. Die Scanlinien, welche auch als Einzelspuren, Schmelzspuren oder Belichtungsvektoren bezeichnet werden können, definieren die Strecken, entlang welchen der wenigstens eine Energiestrahl den Werkstoff abtastet und aufschmilzt und können generell linear oder nicht-linear verlaufen. Damit unterscheiden sich additive bzw. generative Herstellungsverfahren von konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsmethoden. Beispiele für additive Herstellungsverfahren sind generative Lasersinter- bzw. Laserschmelzverfahren, die beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen wie Flugtriebwerke verwendet werden können. Beim selektiven Laserschmelzen werden dünne Pulverschichten des Werkstoffs oder der verwendeten Werkstoffe auf eine Bauplattform aufgebracht und mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen lokal im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgeschmolzen und verfestigt. Anschließend wird die Bauplattform abgesenkt, eine weitere Pulverschicht aufgebracht und erneut lokal verfestigt. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis das fertige Bauteil bzw. der fertige Bauteilbereich erhalten wird. Das Bauteil kann anschließend bei Bedarf weiterbearbeitet oder ohne weitere Bearbeitungsschritte verwendet werden. Beim selektiven Lasersintern wird das Bauteil in ähnlicher Weise durch laserunterstütztes Sintern von pulverförmigen Werkstoffen hergestellt. Die Zufuhr der Energie erfolgt hierbei beispielsweise durch Laserstrahlen eines CO2-Lasers, Nd:YAG-Lasers, Yb-Faserlasers, Diodenlasers oder dergleichen. Ebenfalls bekannt sind Elektronenstrahlverfahren, bei welchen der Werkstoff durch einen oder mehrere Elektronenstrahlen selektiv abgetastet und verfestigt wird.
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Bei additiven Schichtbauverfahren, in welchen das Material als Pulver aufgetragen wird, können nicht verschmolzene Pulverreste an einem zumindest teilweise additiv gefertigten Bauteil anhaften. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass zumindest teilweise additiv gefertigten Bauteil nach Abschluss des Schichtbauverfahrens von den Pulverreste zu reinigen. Dies kann beispielsweise manuell mittels eines Druckluftgebläses erfolgen. Die manuelle Reinigung additiv gefertigter Bauteile hat jedoch den Nachteil, dass sie mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden ist, welcher insbesondere bei der Massenfertigung zu erhöhten Kosten der gefertigten Bauteile führen kann.
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Um einen höheren Automatisierungsgrad bei der Fertigung von Bauteilen Mittel ins Additive Schichtbauverfahren zu möglichen, ist es deshalb verbreitet, die gefertigten Bauteile mittels Reinigungsvorrichtungen von Pulverresten zu reinigen. Die besagten Reinigungsvorrichtungen Regen das gefertigte Bauteil zu Schwingungen an, wodurch sich die an dem Bauteil haftenden Pulverreste lösen. Die Pulverreste werden dabei gewöhnlicherweise in einer Auffangeinrichtung der Reinigungsvorrichtung gesammelt, um sie spätere additive Fertigungsprozesse bereitzustellen. Die Reinigungsvorgänge können in luftdichten Schutzkammern durchgeführt werden, wodurch es möglich ist, eine Verbreitung gesundheitsschädlicher Stäube in der Umgebung zu verhindern. Es ist auch möglich, diese Schutzkammern mit einem vorbestimmten Atmosphärengas zu füllen, um Reaktionen bei reaktiven Pulvern zu verhindern.
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Ein Problem bei Reinigungsvorgängen durch Reinigungsvorrichtungen ergibt sich bei der Anregung des Bauteils zu Schwingungen. Die Schwingungen werden in der Regel dadurch erzeugt, dass eine Maschinenplatte, auf der das Bauteil angeordnet ist, durch einen Vibrationsaktuator, welcher meist als Unwuchtgeber ausgeführt ist, in Schwingung versetzt wird. Diese Anregung erfolgt mit Anregungsfrequenz, welche mit einer Resonanzfrequenz der Maschinenplatte oder des Systems bestehend aus der Maschinenplatte und dem Bauteil übereinstimmt. Hierbei kann es vorkommen, dass diese Anregungsfrequenz einer Resonanzfrequenz des Bauteils nahekommt oder mit dieser übereinstimmt. Die dadurch in dem Bauteil hervorgerufenen Resonanzen können zu einer Schädigung des Bauteils führen.
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Die
US 2019/0234908 A1 offenbart ein Verfahren zur Analyse eines additiv gefertigten Objektes. In dem Verfahren ist es vorgesehen, ein Schwingungsverhalten des gefertigten Objektes in Abhängigkeit einer Frequenz zu erfassen. Hierfür wird das Objekt in einem vorbestimmten Frequenzbereich durch eine Anregung einer Körperschwingung durch ein Testsignal zu einer Körperschwingung angeregt. Die in dem Objekt hervorgerufene Körperschwingung wird erfasst und mit einem Schwingungsverhalten verglichen, welches mittels einer Simulation bestimmt wurde. Durch den Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens des Objekts mit dem simulierten Schwingungsverhalten des Objekts wird ein Zustand des Objekts abgeleitet.
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In der
US 2018/0126620 A1 ist eine 3D Druckvorrichtung offenbart. Die 3D Druckvorrichtung weist eine Druckerdüse zur Auftragung von Material auf eine Haltestruktur auf, um ein 3D Objekt zu fertigen. Die Druckerdüse und die Haltestruktur sind derart angeordnet, dass sie relativ zueinander mit einer Translationsgeschwindigkeit in eine Translationsrichtung verfahrbar sind. Die 3D Druckvorrichtung weist einen Vibrationsaktuator auf, der dazu eingerichtet ist, eine Vibrationsbewegung eines ersten Teils der Haltestruktur relativ zu der Druckerdüse zu bewirken, die in eine andere Richtung als die Translationsrichtung erfolgt.
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In der
US 2020/0057030 A1 sind ein System und eine Methode zur Inspektion von Bauteilen mittels dynamischer Antwortfunktionen offenbart. Dabei ist es vorgesehen, dass eine additiv gefertigte Struktur durch einen Eingabemechanismus mit einer Anregungskraft, welche insbesondere eine Vibration sein kann, angeregt wird. Es ist vorgesehen, dass die dynamische Antwort, welche durch die Anregung in dem Bauteil hervorgerufen wird, durch einen Ausgabemechanismus erfasst wird. Durch einen Prozessor wird basierend auf einem Verhältnis zwischen der Antwort und der Anregung des Bauteils ein Defekt in dem Bauteil erfasst.
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In der
CN 110681947A ist ein Verfahren offenbart, um in welchem ein additives Fertigungsverfahren durch eine Resonanzuntersuchung unterstützt wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Auftreten von Resonanzschäden in zumindest teilweise additiv gefertigten Bauteilen während eines Reinigungsvorgangs zu verhindern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Resonanzschäden während einer Reinigung eines zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils von Pulverresten eines additiven Schichtbauverfahrens durch eine Reinigungsvorrichtung. Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein Bauteil einer Strömungsmaschine handeln. Die Pulverreste können metallische und/oder nicht metallische Anteile aufweisen. In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass eine Maschinenplatte und das auf dieser angeordnete zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil während eines Reinigungsvorgangs durch einen Vibrationsaktuator der Reinigungsvorrichtung mit einer eingestellten Resonanzfrequenz der Maschinenplatte zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden um die Pulverreste von dem zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil zu lösen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das zumindest teilweise additiv gefertigte Bauteil, an welchen sich die Pulverreste befinden, auf einer Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist. Die Anordnung kann beispielsweise ein Klemmen, Einspannen oder Verschrauben des Bauteils an der Maschinenplatte umfassen. Um ein Lösen der Pulverreste von dem Bauteil zu ermöglichen, wird die Maschinenplatte zu einer Schwingung angeregt, welche sich auf das Bauteil überträgt. Zu diesem Zweck wird die Maschinenplatte durch den Vibrationsaktuator der Reinigungsvorrichtung mit der eingestellten Resonanzfrequenz der Maschinenplatte angeregt. Die Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung und das auf dieser angeordnete zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil werden während des vorbestimmten Reinigungsvorgangs durch eine Schwenkeinrichtung der Reinigungsvorrichtung um zumindest eine Achse geschwenkt um ein Abfließen der Pulverreste von dem zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil zu ermöglichen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Maschinenplatte an einer Schwenkeinrichtung angeordnet ist, durch welche die Maschinenplatte während des Reinigungsvorgangs geschwenkt wird. Durch die Schwenkung rotiert die Maschinenplatte mit dem auf dieser angeordneten zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil um eine oder mehrere Achsen. Der Schwenkvorgang kann Schwenkungen in vorbestimmten Schwenkbewegungen umfassen, welche beispielsweise von einer Geometrie des Bauteils abhängig sein können. Dadurch kann es möglich sein, dass ein Abfließen der Pulverreste von dem zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil ermöglicht wird, indem auch ein Ablaufen der Pulverreste aus Öffnungen und/oder Kanälen des Bauteils ermöglicht wird.
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In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass vor der Durchführung des Reinigungsvorgangs eine Resonanzfrequenz der Maschinenplatte auf die eingestellte Resonanzfrequenz durch eine Anordnung eines Masseelements an einem Befestigungselement der Maschinenplatte eingestellt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte verändert wird, sodass diese die eingestellte Resonanzfrequenz aufweist. Die Einstellung der Resonanzfrequenz auf die eingestellte Resonanzfrequenz erfolgt, indem ein Masseelement an dem Befestigungselement der Maschinenplatte angeordnet wird. Das Befestigungselement der Maschinenplatte kann beispielsweise eine Steck-, Klemm-, Spann- oder Schraubvorrichtung umfassen, in welcher das Masseelement angeordnet und befestigt werden kann. Das Masseelement kann eine vorbestimmte Geometrie und oder eine vorbestimmte Masse aufweisen, welche derart gewählt wird, dass sich die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte verändert, sodass sie die eingestellte Resonanzfrequenz aufweist.
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Es ist vorgesehen, dass die eingestellte Resonanzfrequenz nach einem vorbestimmten Auswahlverfahren in Abhängigkeit von zumindest einer Resonanzfrequenz des Bauteils ermittelt wird. Mit anderen Worten wird die eingestellte Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils mittels des vorbestimmten Auswahlverfahrens bestimmt. Bei dem Auswahlverfahren kann es sich insbesondere um ein Berechnungs- und/oder Simulationsverfahren handeln, welches mittels einer Recheneinrichtung ermittelt wird. Die eingestellte Resonanzfrequenz der Maschinenplatte weist einen größeren Abstand zu der zumindest einen Resonanzfrequenz des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils auf als die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte ohne das angeordnete Masseelement. Mit anderen Worten ist die eingestellte Resonanzfrequenz derart gewählt, dass sie eine größere Differenz zu der Resonanzfrequenz des Bauteils aufweist, als die unveränderte Resonanzfrequenz der Maschinenplatte. Durch die größere Differenz kann ein Ausmaß der Resonanz in dem Bauteil bei der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils vermindert werden. Dadurch ist es möglich, Schäden oder Materialbeeinflussungen, die durch Resonanzen bei der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils hervorgerufenen werden können, zu vermeiden oder zu vermindern.
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Zumindest ein Parameter des Masseelements wird nach einem vorbestimmten Ermittlungsverfahren in Abhängigkeit von der eingestellten Resonanzfrequenz der Maschinenplatte ermittelt. Bei dem zumindest einen Parameter kann es sich beispielsweise um eine geometrische Größe, eine Dichte, eine Masse oder ein zu verwendendes Material des Masseelements handeln. Das Ermittlungsverfahren kann beispielsweise ein vorbestimmtes Berechnungs- oder Simulationsverfahren umfassen, welches den Wert des zumindest einen Parameters des Masseelements bestimmt, durch welchen die eingestellte Resonanzfrequenz erreicht wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Resonanzfrequenz des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils durch ein vorbestimmtes Resonanzerfassungsverfahren durch die Reinigungsvorrichtung ermittelt wird. Mit anderen Worten wird die zumindest eine Resonanzfrequenz experimentell durch die Reinigungsvorrichtung nach dem vorbestimmten Resonanzerfassungsverfahren ermittelt. Dabei ist es vorgesehen, dass das Resonanzerfassungsverfahren eine Erfassung eines jeweiligen Werts eines Resonanzparameters des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils bei zumindest zwei Anregungsfrequenzen des Vibrationsaktuators durch zumindest einen Sensor umfasst. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das Resonanzerfassungsverfahren vorsieht, dass die Maschinenplatte mit dem darauf angeordneten zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil bei zumindest zwei Anregungsfrequenzen angeregt wird. Für beide Anregungsfrequenzen wird ein jeweiliger Wert des Resonanzparameters durch den zumindest einen Sensor erfasst. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest zwei unterschiedliche Anregungsfrequenzen bei dem Vibrationsaktuator eingestellt werden und durch den Sensor, welcher beispielsweise ein Piezoelement umfassen kann, eine Schwingung erfasst wird. Der Resonanzparameter kann beispielsweise eine an dem Bauteil oder der Maschinenplatte auftretende Amplitude der Schwingung oder eine Phasenlage bei der jeweiligen Anregungsfrequenz beschreiben. Es kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der zumindest einen Resonanzfrequenz ein so genannter Frequenzdurchlauf erfolgt, welcher auch als Sweep bekannt ist. Dabei kann ein vorbestimmter Frequenzbereich der Anregungsfrequenz des Vibrationsaktuators mit vorbestimmten Schrittgrößen durchlaufen werden. Der Wert des Resonanzparameters kann dabei für jeden Schritt erfasst werden, sodass ein Werteverlauf des Resonanzparameters gegen die Anregungsfrequenz erstellt werden kann. Anhand des Verlaufs kann die zumindest eine Resonanzfrequenz des Bauteils nach vorbestimmten Verfahren bestimmt werden. Dies kann beispielsweise in einer Recheneinrichtung der Reinigungsvorrichtung erfolgen. Die Recheneinheit der Reinigungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Resonanzcharakteristik der Maschinenplatte alleine zu berücksichtigen, sodass eine Aufteilung der Resonanzfrequenzen der Maschinenplatte und der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils erfolgen kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die zumindest eine Resonanzfrequenz experimentell und automatisiert durch die Reinigungsvorrichtung ermittelt werden kann. Dadurch können manuelle Vorgaben der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils entfallen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Auswahlverfahren zur Auswahl der eingestellten Resonanzfrequenz durch eine Recheneinheit der Reinigungsvorrichtung durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird durch die Recheneinheit nach dem vorbestimmten Auswahlverfahren die eingestellte Resonanzfrequenz ausgewählt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein vorbestimmter absoluter oder relativer Abstand vorgegeben ist und in Abhängigkeit von diesem die eingestellte Resonanzfrequenz ausgewählt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zumindest eine Parameter eine Position eines Gewichtelements des Masseelements umfasst, wobei die Position des Gewichtselements durch einen Aktuator der Reinigungsvorrichtung eingestellt wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die eingestellte Resonanzfrequenz eingestellt wird, indem das an dem Masseelement angeordnete Gewichtselement durch den Aktuator an eine vorbestimmte Position gefahren wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Masseelement eine Schiene oder einen Schlitten aufweist, an der das Gewichtselement derart angeordnet ist, dass es beispielsweise entlang einer Richtung durch den Aktuator bewegt werden kann. Die Recheneinheit der Reinigungsvorrichtung kann den Aktuator derart ansteuern, dass das Gewicht an die vorbestimmte Position gefahren wird.
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Die Erfindung umfasst auch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, von Pulverresten eines additiven Schichtbauverfahrens. Die Reinigungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung und das auf dieser angeordnete zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil während eines Reinigungsvorgangs durch einen Aktuator der Reinigungsvorrichtung mit einer eingestellten Resonanzfrequenz der Maschineplatte zu einer mechanischen Schwingung anzuregen um die Pulverreste von dem zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteil zu lösen, und die Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung und das auf dieser angeordnete zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil während des vorbestimmten Reinigungsvorgangs durch eine Schwenkeinrichtung der Reinigungsvorrichtung um zumindest eine Achse zu schwenken um ein Abfließen der Pulverreste von dem zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil zu ermöglichen. Es ist vorgesehen, dass die Maschinenplatte ein Befestigungselement zur Anordnung eines Masseelements zur Einstellung der eingestellten Resonanzfrequenz der Maschinenplatte aufweist. Das Befestigungselement kann beispielsweise an einer Stirnseite der Maschinenplatte angeordnet sein und Klemm-, Schraub-, oder Spannvorrichtungen aufweisen, um eine Befestigung des Masseelements eine Maschinenplatte zu ermöglichen.
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Die Erfindung umfasst auch ein Masseelement zur Anordnung an einem Befestigungselement einer Maschinenplatte einer Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils. Das Masseelement kann beispielsweise eine Platte mit vorbestimmten Abmessungen umfassen, an der ein Gewicht angeordnet ist. Das Masseelement kann Löcher oder Führungselemente aufweisen, um eine Befestigung des Masseelements in dem Befestigungselement der Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung zu ermöglichen.
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Die Erfindung umfasst auch ein System, dass eine Reinigungsvorrichtung und zumindest ein Masseelement umfasst. Das System kann mehrere Masseelemente aufweisen, die sich in ihren geometrischen Abmessungen und oder ihrem Gewicht voneinander unterscheiden. Dadurch ist es möglich, durch eine Wahl des Masseelements eine jeweilige eingestellte Resonanzfrequenz der Maschinenplatte der Reinigungsvorrichtung einzustellen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Reinigungsvorrichtung nach dem Stand der Technik; und
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung.
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1 zeigt eine Reinigungsvorrichtung 1' nach dem Stand der Technik. Die Reinigungsvorrichtung 1' nach dem Stand der Technik kann eine Maschinenplatte 2' aufweisen, an welcher ein zumindest teilweise additiv gefertigtes Bauteil 3' angeordnet werden kann. Die Anordnung kann beispielsweise durch ein Verschrauben, Klemmen oder Einspannen des Bauteils 3' in der Maschinenplatte 2' erfolgen. Um das Bauteil 3' von Pulverresten zu reinigen kann es vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung 1' einen Vibrationsaktuator 4' aufweist, der dazu eingerichtet sein kann, die Maschinenplatte 2' mit einer vorbestimmten Frequenz anzuregen, um eine Schwingung der Maschinenplatte 2' zu bewirken, die sich auf das Bauteil 3' überträgt. Es kann vorgesehen sein, dass die Anregung der Maschinenplatte 2' durch den Vibrationsaktuator 4 mit einer Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2' erfolgt, um eine möglichst große Amplitude zur erreichen. Die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2' kann von dem Material und/oder der Geometrie der Maschinenplatte 2' abhängig sein, sodass diese vorgegeben sein kann.
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Die derzeitige Unwucht-Erregung (Rütteln) der Bauplatte, wodurch das Pulver ins Fließen gerät und abgerüttelt werden kann, erfolgt durch einen Schwingungen erzeugenden Geber, wie z.B. einen Elektromotor mit Unwucht. Dieser Unwucht-Geber ist auf der Maschinenplatte montiert
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Durch die gegebene Geometrie der Maschinenplatte 2' ergeben sich feste Eigenmoden und Frequenzen der Maschinenplatte 2'. Um die Beschleunigung durch den Unwucht-Geber zu verstärken, ist eine Überlagerung der erregenden Frequenz mit der Maschinenplatten-Frequenz nötig. Das macht eine Einstellung der Frequenz des Unwucht-Gebers auf die Maschinenplatten-Eigenfrequenz nötig. Damit werden aber evtl. Eigenfrequenzen (Resonanzen) der gedruckten Bauteile angeregt, was zu einer Schädigung führen kann.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 1. Anhand der in 1 gezeigten Reinigungsvorrichtung 1 wird ein möglicher Ablauf eines Verfahrens zur Vermeidung von Resonanzschäden während einer Reinigung des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils 3 erläutert. Die Reinigungsvorrichtung 1 kann dazu vorgesehen sein, einen vorgebestimmten Reinigungsvorgang durchzuführen, um das zumindest teilweise additiv gefertigte Bauteil 3 von Pulverresten zu reinigen. Es kann vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung 1 eine Maschinenplatte 2 aufweist, in welcher das Bauteil 3 angeordnet werden kann. Die Reinigungsvorrichtung 1 kann einen Vibrationsaktuator 4 aufweisen, welcher dazu eingerichtet sein kann, die Maschinenplatte 2 mit einer vorbestimmten Frequenz zu einer Schwingung anzuregen, welche sich auf das Bauteil 3 überträgt. Um somit einen gewissen des Pulvers von dem Bauteil 3 zu ermöglichen. Die Reinigungsvorrichtung 1 kann eine Schwenkeinrichtung 5 aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, die Maschinenplatte 2 und das auf dieser angeordnete zumindest teilweise additiv hergestellte Bauteil 3 während des vorbestimmten Reinigungsvorgangs durch ein Verschwenken um zumindest eine Achse zu reinigen um ein Abfließen der Pulverreste aus Öffnungen des Bauteils 3 zu ermöglichen. Der Vibrationsaktuator 4 kann beispielsweise ein Unwuchtmotor sein, welcher ein Unwuchtelement umfasst, das um eine Achse des Vibrationsaktuators 4 rotiert oder entlang einer vorgegebenen Richtung translatorisch schwingt. Es kann vorgesehen sein, dass die Anregung mit einer Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 erfolgen soll. Hierbei soll jedoch vermieden werden, dass dadurch Resonanzschäden in dem Bauteil 3 hervorgerufen werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die durch den Vibrationsaktuator 4 bereitgestellte Anregungsfrequenz mit einer Resonanzfrequenz des Bauteils 3 übereinstimmt. Da die Anregungsfrequenz derart gewählt wird, dass sie mit der Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 übereinstimmt, ist es somit erforderlich, die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 auf eine eingestellte Resonanzfrequenz einzustellen, welche eine größere Differenz zu der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils 3 aufweist. Zu diesem Zweck kann es vorgesehen sein, dass die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 durch eine Anbringung eines Masseelements 6 an einer Halteeinrichtung 7 der Maschinenplatte 2 beeinflusst wird, sodass die Maschinenplatte 2 die eingestellte Resonanzfrequenz aufweist. Diese kann derart gewählt sein, dass sie einen vorbestimmten Abstand zu der zumindest ein Resonanzfrequenz des Bauteils 3 aufweist, wodurch keine oder nur geringe Resonanzen in dem Bauteil 3 bei der eingestellten Resonanzfrequenz auftreten. Dadurch kann eine Schädigung des Bauteils 3 verhindert werden.
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Das Masseelement 6 kann ein vorgegebenes Gewicht und eine vorgegebene Geometrie als Parameter aufweisen. Es können beispielsweise mehrere Masseelemente 6 zur Anbringung an der Maschinenplatte 2 bereitgestellt sein, die jeweilige Parameter aufweisen können. Diese können beispielsweise manuell an der Halteeinrichtung 7 der Maschinenplatte 2 angeordnet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Masseelement 6 ein bewegbares Gewichtselement 8 aufweisen kann. Ein solches Masseelement 6 kann eine Lage des Gewichtselements 8 entlang einer Schiene als Parameter zur Einstellung der Resonanzfrequenz aufweisen. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass die Lage des Gewichtselements 8 mittels eines Aktuators 9 angefahren wird. Die Steuerung des Aktuators 9 kann dabei durch eine Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 erfolgen.
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Die Resonanzfrequenz des Bauteils 3 kann beispielsweise mittels eines vorgegebenen Berechnungs-, und/oder Simulationsverfahren durch die Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 oder eine externe Rechenvorrichtung ermittelt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Resonanzfrequenz experimentell durch die Reinigungsvorrichtung 1 ermittelt wird. Zu diesem Zweck können beispielsweise zwei oder mehrere Anregungsfrequenzen gewählt werden, mit denen die Maschinenplatte 2 mit dem darauf angeordneten Bauteil 3 angeregt werden. Ein Sensor 11, der beispielsweise ein Piezoelement umfassen kann, kann beispielsweise die durch die Anregungsschwingung hervorgerufene Schwingung mit jeweiligen Werten von Resonanzparametern erfassen. Die Resonanzparameter können beispielsweise eine Phasenlage oder eine Amplitude der Schwingung umfassen. Die Recheneinheit 10 kann in Abhängigkeit von den erfassten Werten der Resonanzparameter die zumindest eine Resonanzfrequenz nach vorbestimmten Verfahren ermitteln. Es kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Resonanzfrequenz des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils 3 durch die Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 ermittelt wird. Mit anderen Worten kann die zumindest eine Resonanzfrequenz des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils 3 mittels eines vorbestimmten Rechen oder Simulationsverfahrens durch die Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 ermittelt werden. Es kann, vorgesehen sein, dass ein digitales Modell des Bauteils 3 an einer Eingabeschnittstelle der Reinigungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden kann, aus welchem mittels vorbestimmter Rechen- oder Simulationsverfahren durch die Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 die zumindest eine Resonanzfrequenz des Bauteils 3 berechnet werden kann. Das digitale Modell kann beispielsweise das Modell sein, welches zur additiven Fertigung einer additiven Fertigungsvorrichtung bereitgestellt wurde, welche das Bauteil 3 gefertigt hat.
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Mittels eines vorbestimmten Auswahlverfahrens in Abhängigkeit von der zumindest einen Resonanzfrequenz des Bauteils 3 und der Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2, welche bekannt und in der Recheneinheit 10 vorgegeben sein kann, kann die eingestellte Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 ermittelt werden, um den Abstand der Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2, welche mit der Anregungsfrequenz der Vibrationsaktuators 4 übereinstimmt, ermittelt werden. Die eingestellte Resonanzfrequenz kann einen größeren Abstand zu der zumindest einen Resonanzfrequenz des zumindest teilweise additiv hergestellten Bauteils 3 aufweist als die Resonanzfrequenz der Maschinenplatte 2 ohne das angeordnete Masseelement 6.
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Um die in dem vorbestimmten Auswahlverfahren ausgewählte Resonanzfrequenz der Maschinenplatte einzustellen, ist es erforderlich, den Parameter des Masseelements 6 nach einem vorbestimmten Ermittlungsverfahren in Abhängigkeit von der eingestellten Resonanzfrequenz der Maschinenplatte zu ermitteln. Dies kann beispielsweise in der Recheneinheit 10 der Reinigungsvorrichtung 1 erfolgen.
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Um sich die Möglichkeit aus Überlagerung der Maschinenplattenfrequenz und der Unwucht-Geber-Frequenz offen zu halten, ohne dabei Resonanzen mit dem geruckten Bauteil zu riskieren, wäre eine Anpassung der Maschinenplattenfrequenz die Lösung. Damit können von den drei beteiligten Maschinen-Stücken (Maschinenplatte + Unwucht-Geber + gedrucktes Bauteil) zwei Stücke eingestellt und aufeinander abgestimmt werden.
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Dazu kann an der Maschinenplatte stirnseitig das Masseelement „Massen-Platte“ mit einem zusätzlichen Gewicht angeschraubt werden. Dieses Masseelement kann eine Platte sein und kann in der Höhe/Breite/Gewicht variabel, aus einem Satz auswählbar sein. Damit lassen sich die Maschinenplatten-Frequenzen einstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reinigungsvorrichtung
- 2
- Maschinenplatte
- 3
- Bauteil
- 4
- Vibrationsaktuator
- 5
- Schwenkeinrichtung
- 6
- Masseelement
- 7
- Halteeinrichtung
- 8
- Gewichtselement
- 9
- Aktuator
- 10
- Recheneinheit
- 11
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0234908 A1 [0005]
- US 2018/0126620 A1 [0006]
- US 2020/0057030 A1 [0007]
- CN 110681947 A [0008]
