DE102021205064A1

DE102021205064A1 - Removal device for 3D printed components with metal parts

Info

Publication number: DE102021205064A1
Application number: DE102021205064.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Gabriel; Sebastian Findeisen; Jens Kühn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen sowie eine 3D-Druckanlage.Es ist vorgesehen, dass eine Entnahmevorrichtung (10) für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen (12) bereitgestellt wird. Solch eine Vorrichtung (10) ist ausgelegt, 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen (12) mithilfe einer anzulegenden elektromagnetischen Kraft zu bewegen. Die Bauteile (12) werden während solch eines Entnahmevorgangs durch wenigstens ein dafür ausgelegtes Schutzelement (22) vor Beschädigungen geschützt.The invention relates to a removal device for 3D printed components with metal portions and a 3D printing system. A removal device (10) for 3D printed components with metal portions (12) is provided. Such a device (10) is designed to move 3D printed components with metal portions (12) using an electromagnetic force to be applied. The components (12) are protected from damage during such a removal process by at least one protective element (22) designed for this purpose.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen sowie eine 3D-Druckanlage.The invention relates to a removal device for 3D printed components with metal parts and a 3D printing system.

Unter dem Begriff 3D-Druck werden zahlreiche additive Fertigungstechnologien zusammengefasst, bei denen ein Material Schicht für Schicht aufgetragen wird, um dieses dann partiell zu verhärten oder miteinander zu verschmelzen. Auf diese Weise lassen sich dann basierend auf bereitgestellten Konstruktionsdaten entsprechend 3D-Druckbauteile fertigen.The term 3D printing summarizes numerous additive manufacturing technologies in which a material is applied layer by layer in order to then partially harden or fuse it together. In this way, 3D printed components can then be produced based on the design data provided.

In diesem Zusammenhang sind 3D-Druckverfahren bekannt, welche pulverbettbasiert vorgesehen sind. Dabei werden mehrere Bauteile gleichzeitig hergestellt, wobei der Fertigungsbereich gesondert vorgesehen ist. Dieser spezielle vorgesehene Fertigungsbereich ist auch unter dem Namen Job-Box bekannt. Beispiele für pulverbettbasierte Verfahren sind das SLS-Verfahren, das SLM-Verfahren sowie das PBF-Verfahren oder das Binder-Jetting-Verfahren.In this context, 3D printing methods are known, which are provided based on a powder bed. In this case, several components are produced simultaneously, with the production area being provided separately. This special designated manufacturing area is also known as the job box. Examples of powder bed-based processes are the SLS process, the SLM process and the PBF process or the binder jetting process.

Wenn 3D-Druckbauteile, beispielsweise mit dem Binder-Jetting-Verfahren hervorgebracht, in einer entsprechenden Anlage fertig gedruckt vorliegen, müssen sie nach erfolgreichem Druckvorgang zwecks darauffolgender Arbeitsprozesse aus dem gesonderten Fertigungsbereich beziehungsweise der Job-Box entnommen werden.If 3D printed components, for example produced using the binder jetting process, are already printed in a corresponding system, they must be removed from the separate production area or job box after the successful printing process for the purpose of subsequent work processes.

Diese zu entnehmenden Bauteile befinden sich dabei häufig verschachtelt und gegebenenfalls mehrlagig fest umschlossen in dem Pulverbett. Um die Produktivität von derartigen Verfahren weiter zu steigern, besteht nach wie vor ein gewisser Bedarf an automatisierten Fertigungsabläufen. Nach dem eigentlichen Druckvorgang bestehen die Herausforderungen dabei sowohl in der eigentlichen Entnahme als auch in der Entpulverung von überschüssigem Fertigungsmaterial, beispielsweise in Form von losem Pulver. Anders gesagt, müssen die fertigen 3D-Druckbauteile freigelegt und aus der Job-Box entnommen werden.These components to be removed are often nested and, if necessary, firmly enclosed in several layers in the powder bed. In order to further increase the productivity of such methods, there is still a certain need for automated production processes. After the actual printing process, the challenges are both the actual removal and the de-powdering of excess production material, for example in the form of loose powder. In other words, the finished 3D printed parts must be uncovered and removed from the job box.

Für eine allgemein zu verwendende Automatisierung kommt dabei erschwerend hinzu, dass sich in jedem Druckjob andere Bauteilgeometrien befinden können. Zudem sind manche Pulvermaterialien, welche während des Fertigungsverfahrens verwendet werden, in gewissem Rahmen als potentiell gesundheitsgefährdend einzustufen.The fact that there can be different component geometries in each print job makes it more difficult for automation to be used in general. In addition, some powder materials used during the manufacturing process are classified as potentially hazardous to health to a certain extent.

Insbesondere bei teilautomatisierten Prozessen, welche teilweise händische Tätigkeiten aufweisen, bestehen insofern gewisse Einschränkungen. Dies ist etwa bei Verfahren im Zusammenhang mit Metalldruckarbeitsschritten bekannt.There are certain limitations in this respect, particularly in the case of partially automated processes, some of which involve manual activities. This is known, for example, in processes associated with metal printing operations.

Bei dem metallischen Binder-Jetting werden zunächst sogenannte Grünlinge gedruckt. Diese Grünlinge besitzen eine geringe Grundfestigkeit und müssen erst noch gesintert werden, um eine Zielfestigkeit zu erreichen. Generell erschweren jegliche fragile Zustände von gedruckten 3D-Druckbauteilen die Entnahme zusätzlich. Aus diesen genannten Gründen sind bereits Nachteile bei automatisierten Entnahmeverfahren bekannt, welche mit gewissen Beschädigungen der fertig gedruckten Bauteile im Zusammenhang stehen. Häufig wird in solchen Fällen dann wieder eine händische Entnahme favorisiert, was wiederum die Produktionskosten negativ beeinflusst. Der einzuhaltende Arbeitsschutz wirkt sich dabei zusätzlich negativ auf die Produktionskosten aus. Es sind aufgrund der verwendeten Materialien diverse Sicherheitsaspekte zu beachten. Metallisches Feinpulver ist oftmals potentiell gesundheitsschädlich, sodass eine Arbeitskraft nur in entsprechender Schutzkleidung einem Kontakt ausgesetzt werden darf.With metallic binder jetting, so-called green compacts are printed first. These green compacts have a low basic strength and must first be sintered in order to achieve a target strength. In general, any fragile condition of printed 3D printed components makes removal even more difficult. For the reasons mentioned, disadvantages in automated removal processes are already known, which are associated with certain damage to the finished printed components. In such cases, manual removal is often preferred, which in turn has a negative impact on production costs. The occupational health and safety that must be observed also has a negative effect on the production costs. Due to the materials used, various safety aspects must be observed. Metallic fine powder is often potentially hazardous to health, so a worker should only be exposed to it when wearing appropriate protective clothing.

Nachfolgend werden Beispiele aus dem Stand der Technik näher vorgestellt.Examples from the prior art are presented in more detail below.

So ist aus der Druckschrift DE 11 2016 002 928 T5 eine Sinterkörperherstellungsvorrichtung und ein Sinterkörperherstellungsverfahren als bekannt zu entnehmen. Solch eine Sinterkörperherstellungsvorrichtung enthält dabei eine Verdichtungsvorrichtung, die so gestaltet ist, dass sie ein Rohpulver, welches ein Metallpulver enthält, zu einem Grünling presst, eine Bearbeitungsvorrichtung, die so gestaltet ist, dass sie an dem Grünling einen Schneidevorgang durchführt, um ein ungesintertes Material zu erzeugen, und einen Förderweg für Grünlinge, der so gestaltet ist, dass er die Verdichtungsvorrichtung mit der Bearbeitungsvorrichtung in Reihe verbindet, um Grünlinge einen nach dem anderen von der Verdichtungsvorrichtung zur Bearbeitungsvorrichtung zu befördern.That's from the pamphlet DE 11 2016 002 928 T5 a sintered body manufacturing apparatus and a sintered body manufacturing method are known. Such a sintered body manufacturing device includes a compacting device designed to compress a raw powder containing a metal powder into a green compact, a processing device designed to perform a cutting operation on the green compact to produce an unsintered material and a green compact conveyance path configured to connect the compacting device and the processing device in series to convey green compacts one by one from the compacting device to the processing device.

Und aus der Druckschrift DE 10 2016 219 037 A1 ist ein additives Fertigungsverfahren als bekannt zu entnehmen. Um ein effizientes additives Fertigungsverfahren zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, dass ein Objekt gefertigt wird, indem in einem Fertigungsbereich metallisches Pulver durch eine Auftragvorrichtung schichtweise auf einen Basiskörper entlang einer Aufbaufläche aufgetragen wird, bereichsweise durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen wird und erstarrt, während wenigstens ein Endlosförderer den Basiskörper mit dem Objekt entlang einer Transportrichtung von der Aufbaufläche fort transportiert, und der wenigstens eine Endlosförderer den Basiskörper mit dem fertigen Objekt weiter zu einem Abnahmebereich transportiert, wo wenigstens das Objekt vom Endlosförderer abgenommen wird, wobei Stützstrukturen am Objekt erzeugt werden, die mit dem Basiskörper verbunden sind und nach Erreichen des Abnahmebereichs entfernt werden.And from the pamphlet DE 10 2016 219 037 A1 an additive manufacturing process can be seen as known. In order to provide an efficient additive manufacturing process, it is provided that an object is manufactured by applying metallic powder in layers to a base body along a construction surface by an application device in a manufacturing area, melting it in regions by a laser beam and solidifying it while at least one Endless conveyor transports the base body with the object along a transport direction away from the construction surface, and the at least one endless conveyor further transports the base body with the finished object to a removal area ported, where at least the object is removed from the endless conveyor, with support structures being produced on the object, which are connected to the base body and are removed after reaching the removal area.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile zumindest teilweise überkommt.The invention is now based on the object of providing a removal device for 3D printed components with metal parts, which at least partially overcomes the disadvantages mentioned above.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen bereitgestellt wird. Solch eine Vorrichtung umfasst, dabei eine beweglich gelagerte Entnahmeeinheit mit wenigstens einer Elektromagnetvorrichtung mit wenigstens einem Elektromagneten. Die Elektromagnetvorrichtung ist dabei ausgelegt, in einem aktivierten Zustand 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen von wenigstens einer Ausgangsposition in wenigstens eine Entnahmeposition zu bewegen. Die wenigstens eine Elektromagnetvorrichtung umfasst wenigstens ein Schutzelement, welches zwischen dem wenigstens einen Elektromagneten und den zu bewegenden 3D-Druckbauteilen mit Metallanteilen vorgesehen ist. Mittels dieses wenigstens einem Schutzelement ist somit eine Schutzwirkung der 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen während eines Entnahmevorgangs individuell bereitstellbar.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a removal device for 3D printed components with metal portions is provided. Such a device comprises a movably mounted extraction unit with at least one electromagnet device with at least one electromagnet. In this case, the electromagnet device is designed, in an activated state, to move 3D printed components with metal parts from at least one starting position into at least one removal position. The at least one electromagnet device comprises at least one protective element, which is provided between the at least one electromagnet and the 3D printed components with metal parts that are to be moved. By means of this at least one protective element, a protective effect of the 3D printed components with metal components can be provided individually during a removal process.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile zumindest teilweise überkommt.In this way, it is possible to provide a removal device for 3D printed components with metal parts, which at least partially overcomes the disadvantages mentioned above.

Der wenigstens eine Elektromagnet ist entsprechend durch eine Bestromung aktivierbar und über diese Aktivierung hinaus somit auch für jeweilige Einsätze steuerbar.The at least one electromagnet can be correspondingly activated by energizing it and, beyond this activation, can therefore also be controlled for specific uses.

Die vorgestellte Entnahmevorrichtung ist allgemein für eine Anwendung mit jeglichen 3D-Druckbauteilen mit Metallanteilen vorgesehen. Der Anteil von Metallanteilen ist dabei zumindest so vorzusehen, sodass die zugrundeliegende Funktionsweise im Zusammenhang mit dem wenigstens einen Elektromagneten möglich ist. Somit können beispielsweise 3D-Druckbauteilen mit Metallanteilen, welche nahezu vollständig oder sogar vollständig aus Metallen hervorgebracht werden, mittels der vorgestellten Vorrichtung bewegt werden. Auch sind wiederum 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen vorstellbar, welche lediglich partiell entsprechende Metallanteile umfassen. Solche Metallanteile können beispielsweise auch separat eingedruckt oder allgemein als separate Hilfskörper oder dergleichen vorgesehen sein.The removal device presented is generally intended for use with any 3D printed component with metal parts. The proportion of metal parts is to be provided at least in such a way that the underlying function in connection with the at least one electromagnet is possible. Thus, for example, 3D printed components with metal parts, which are produced almost completely or even completely from metals, can be moved using the device presented. In turn, 3D printed components with metal parts are also conceivable, which only partially include corresponding metal parts. Such metal parts can, for example, also be printed in separately or generally be provided as separate auxiliary bodies or the like.

Die vorgestellte Entnahmevorrichtung bietet den Vorteil, eine zuverlässige Automatisierung zu ermöglichen, wobei sich neben einer planbaren und schnell durchführbaren Entnahme parallel eine zumindest teilweise Grobentpulverung der 3D-Druckbauteile bereitstellen lässt. Während der Entnahme ist beispielsweise der wenigstens eine Elektromagnet so zu steuern, sodass durch diesen eine zumindest teilweise Grobentpulverung der 3D-Druckbauteile stattfindet.The removal device presented offers the advantage of enabling reliable automation, whereby in addition to removal that can be planned and carried out quickly, at least partial coarse powder removal of the 3D printed components can be provided in parallel. During the removal, for example, the at least one electromagnet is to be controlled in such a way that at least partial coarse powder removal of the 3D printed components takes place.

Das wenigstens eine Schutzelement sorgt dabei für eine individuelle Schutzwirkung der 3D-Druckbauteile, wobei sich versteht, dass eine Ausbildung dieses Elements implizit so zu wählen ist, sodass die Wirkung des wenigstens einen Elektromagneten nicht nennenswert oder am besten gar nicht beeinträchtigt wird.The at least one protective element ensures an individual protective effect for the 3D printed components, it being understood that this element should be implicitly designed in such a way that the effect of the at least one electromagnet is not significantly impaired or, ideally, not impaired at all.

Da das wenigstens eine Schutzelement an der vorgestellten Position vorgesehen ist, ist es vorstellbar, dass die 3D-Druckbauteile entsprechend schnell aus dem Pulverbett bewegbar sind. Das wenigstens eine Schutzelement federt einen dynamischen Bewegungsablauf der 3D-Druckbauteile ab, bevor diese dann mittels der Entnahmevorrichtung von der wenigstens einen Ausgangsposition in wenigstens eine Entnahmeposition bewegt werden.Since the at least one protective element is provided in the presented position, it is conceivable that the 3D printed components can be moved out of the powder bed correspondingly quickly. The at least one protective element cushions a dynamic movement sequence of the 3D printed components before they are then moved from the at least one starting position to at least one removal position by means of the removal device.

Das wenigstens eine Schutzelement ist somit vorteilhaft, da es seine Wirkung hinsichtlich einer Bauteilschonung während des Entnahmevorgangs bereitstellt, sodass aufgrund des Entnahmevorgangs Qualitätsverluste an den Bauteilen aufgrund von Beschädigungen zuverlässig vermeidbar sind.The at least one protective element is therefore advantageous because it provides its effect in terms of protecting the components during the removal process, so that quality losses in the components due to damage can be reliably avoided due to the removal process.

Da aufgrund des vorgesehenen wenigstens einen Elektromagneten die Gefahr einer Bauteilbeschädigung besteht, wenn filigrane Bauteilbereiche mit hoher Kraft beziehungsweise entsprechender Beschleunigung in Richtung von Haftungsbereichen des wenigstens einen Elektromagneten gezogen werden, bietet das wenigstens eine Schutzelement hier eine effektive und vor allem praktikable Lösung, um diese Gefahr zu vermindern oder sogar ganz abzustellen.Since there is a risk of component damage due to the at least one electromagnet provided, if filigree component areas are pulled with great force or corresponding acceleration in the direction of adhesion areas of the at least one electromagnet, the at least one protective element offers an effective and, above all, practicable solution to this risk be reduced or even eliminated entirely.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine 3D-Druckanlage bereitgestellt wird, welche mit wenigstens einer Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten, soweit übertragbar, auch für die vorgestellte 3D-Druckanlage.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a 3D printing system is provided, which is provided with at least one removal device for 3D printed components with metal parts according to one of claims 1 to 9. The advantages mentioned above also apply to the 3D printing system presented, insofar as they can be transferred.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.

So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine Schutzelement ein elastisches Material umfasst.Thus, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one protective element comprises an elastic material.

Das elastische Material ist beispielsweise derart vorgesehen, sodass angezogene Bauteile während des Entnahmevorgangs bewusst zumindest teilweise in dieses Material eindrückbar sind. Das elastische Material dient somit als eine Art Puffer, sodass die Bauteile zwar fest angezogen werden, dabei aber während eines Bewegungsablaufes weich und sicher an dem wenigstens einen Elektromagneten haltbar sind. Das elastische Material kann beispielsweise so ausgelegt sein, sodass es nach einem Entnahmevorgang seine ursprüngliche Geometrie von alleine wieder einnimmt und somit für den nächsten Vorgang voll einsatzfähig ist.The elastic material is provided, for example, in such a way that components that have been pulled on can be deliberately pressed at least partially into this material during the removal process. The elastic material thus serves as a kind of buffer, so that the components are tightened, but can be held softly and securely on the at least one electromagnet during a movement sequence. The elastic material can, for example, be designed in such a way that after a removal process it automatically resumes its original geometry and is therefore fully operational for the next process.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine Schutzelement als Luftkissenelement ausgebildet ist und temporär benutzerdefiniert in seiner Formgebung veränderbar ist.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the at least one protective element is designed as an air cushion element and its shape can be changed temporarily in a user-defined manner.

Ein solches Luftkissenelement bietet den Vorteil, dass es sich mit einfachsten Schritten an jeweilige Einsätze zuverlässig anpassen lässt, sodass eine jeweilige optimale Schutzwirkung bereitstellbar ist. Insbesondere kann dabei eine temporäre und benutzerdefinierte Formgebung einstellbar vorgesehen sein, sodass ein weiterer Vorteil darin besteht, dass die vorgestellte Entnahmevorrichtung in dieser Ausführungsform besonders flexibel einsetzbar ist. Es ist somit vorstellbar, dass die Entnahmevorrichtung für unterschiedliche Geometrien von 3D-Druckbauteilen parallel einsetzbar ist, da eine passende Formgebung flexibel jeweils bereitstellbar ist. Auch ist so eine Lösung in Form eines Luftkissenelements prozesssicher und einfach zu realisieren.Such an air-cushion element offers the advantage that it can be reliably adapted to particular uses with the simplest of steps, so that a particular optimal protective effect can be provided. In particular, a temporary and user-defined shape can be provided so that a further advantage is that the removal device presented can be used particularly flexibly in this embodiment. It is therefore conceivable that the removal device can be used in parallel for different geometries of 3D printed components, since a suitable shape can be flexibly provided in each case. Such a solution in the form of an air cushion element can also be implemented reliably and easily.

Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Formgebung mittels einer an das wenigstens eine Luftkissenelement koppelbaren Pumpeinrichtung bewirkbar ist. Solch eine koppelbare Pumpeinrichtung ist beispielsweise im Wesentlichen elektronisch betreibbar und mit einer implizit vorhandenen Gesamtsteuerung der vorgestellten Entnahmevorrichtung koppelbar. Auf diese Weise ist zeitnah eine benötigte Formgebung bewirkbar, sodass eine besonders flexible Vorrichtung resultiert.In addition, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the shaping can be brought about by means of a pump device that can be coupled to the at least one air cushion element. Such a pump device that can be coupled can be operated essentially electronically, for example, and can be coupled to an implicitly present overall control of the removal device presented. In this way, a required shape can be brought about promptly, so that a particularly flexible device results.

Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Formgebung durch Anlegen eines Vakuums oder durch Füllen des Luftkissenelements mit Druckluft bewirkbar ist.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the shaping can be effected by applying a vacuum or by filling the air cushion element with compressed air.

Es ist somit möglich, das Luftkissenelement zumindest temporär zu verhärten, sodass eine optimale Schutzwirkung bereitstellbar ist. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise vorstellbar, dass das Luftkissenelement die Form der zu entnehmenden Bauteile oder auch des Pulvers annimmt, um Beschädigungen zu vermeiden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, erst eine gewisse Fraktion von losem überschüssigem Fertigungsmaterial (in Form beispielsweise von Metallpulver) zu entnehmen, um anschließend dann die 3D-Druckbauteile oder auch nur eins zurzeit zu entnehmen, wobei dann die Formgebung jeweils individuell einstellbar ist. Bezüglich der Reihenfolge solcher Formänderungen sind jegliche Varianten vorstellbar, welche für einen individuellen und sicheren Entnahmevorgang geeignet sind. So ist beispielsweise vorstellbar, dass das Luftkissenelement zunächst temporär mit Druckluft bis zumindest zur Hälfte befüllbar ist, um anschließend nach erfolgter Kontaktaufnahme mit den zu entnehmenden 3D-Druckbauteilen entweder anteilig weiter befüllt zu werden oder sogar um anschließend erst ein Vakuum anzulegen, wobei dann die Konturen der zu entnehmenden Objekte entsprechend zumindest teilweise von dem Luftkissenelement zum Zwecke einer Schutzwirkung einfassbar sind.It is thus possible to harden the air cushion element at least temporarily, so that an optimal protective effect can be provided. In this context, it is conceivable, for example, that the air cushion element takes on the shape of the components to be removed or of the powder in order to avoid damage. In this way it is possible, for example, to first remove a certain fraction of loose excess production material (in the form of metal powder, for example) in order to then remove the 3D printed components or just one at a time, with the shape then being individually adjustable. Any variants that are suitable for an individual and safe removal process are conceivable with regard to the sequence of such changes in shape. For example, it is conceivable that the air cushion element can initially be filled temporarily with compressed air up to at least half, so that after contact has been made with the 3D printed components to be removed, it can then either be partially filled or even a vacuum can then be applied first, in which case the contours of the objects to be removed can be at least partially surrounded by the air cushion element for the purpose of a protective effect.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die veränderbare Formgebung des wenigstens einen Schutzelements in Abhängigkeit von bereitgestellten Konstruktionsdaten der zu entnehmenden 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen bewirkbar ist. Die zuvor genannten Vorteile sind somit noch gezielter bewirkbar. Sowohl die Lage im Pulverbett als auch jeweilige filigrane Strukturen sind somit für den Entnahmevorgang gezielt berücksichtigbar, sodass eine optimale Schutzwirkung gewährleistbar ist.In a further preferred embodiment of the invention, it is also provided that the variable shaping of the at least one protective element can be brought about as a function of the design data provided for the 3D printed components with metal parts to be removed. The aforementioned advantages can thus be brought about in an even more targeted manner. Both the position in the powder bed and the respective filigree structures can therefore be specifically taken into account for the removal process, so that an optimal protective effect can be guaranteed.

Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens zwei Elektromagnete mit jeweiligen Schutzelementen vorgesehen sind, welche an die zu entnehmenden 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen von zwei unterschiedlichen Richtungen heranführbar sind.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that at least two electromagnets are provided with respective protective elements, which can be brought up to the 3D printed components with metal parts to be removed from two different directions.

Mit anderen Worten sind zwei oder mehrere Elektromagneten vorsehbar. Dabei ist beispielsweise vorstellbar, dass zwei Elektromagneten von einer Richtung und weitere Elektromagneten dann von einer Richtung an die 3D-Druckbauteile heranführbar sind. Dabei ist eine Heranführung jeweils so vorzunehmen, sodass sich die zu entnehmenden 3D-Druckbauteile (oder auch nur eines davon) in den Wirkbereich von zumindest einem Elektromagneten befinden. Beispielsweise dienen Elektromagneten, welche von einer Richtung herangeführt werden, für den eigentlichen Entnahmevorgang, während weitere Elektromagneten von anderen Richtungen für eine gewisse Stabilität der Bauteile während des Bewegungsablaufes sorgen. Auch ist vorstellbar, dass die zuvor genannten Komponenten mittels einer implizit vorhandenen Gesamtsteuereinheit der vorgestellten Vorrichtung derart schaltbar sind, sodass sich zumindest anteilige Veränderungen bezüglich einer Position der Bauteile während des Entnahmevorgangs bewirken lassen, sodass auf diese Weise eine Grobentpulverung zumindest anteilig durchführbar ist.In other words, two or more electromagnets can be provided. It is conceivable, for example, that two electromagnets can be brought up to the 3D printed components from one direction and further electromagnets can then be brought up to them from one direction. In each case, the approach is to be carried out in such a way that the 3D printed components to be removed (or just one of them) are in the effective range of at least one electromagnet. For example, serve electromagnets, which are brought from one direction, for the actual removal process, while white tere electromagnets from other directions ensure a certain stability of the components during the movement process. It is also conceivable that the aforementioned components can be switched by means of an implicitly present overall control unit of the presented device in such a way that at least partial changes in the position of the components can be brought about during the removal process, so that in this way coarse powder removal can be carried out at least partly.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Sensorvorrichtung vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, eine jeweilige aktuelle Position der 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen während eines Entnahmevorgangs zwischen der Ausgangsposition und der wenigstens eine Entnahmeposition zu detektieren, wobei eine mit dieser und der Elektromagnetvorrichtung koppelbaren Steuereinheit der Entnahmevorrichtung ausgelegt ist eine jeweilige für den Entnahmevorgang angelegte Magnetkraft zu steuern, sodass die 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen in wenigstens einem Schwebezustand zwischen der Ausgangsposition und der wenigstens einen Entnahmeposition haltbar sind. Auf diese Weise ist ein Bauteil (oder auch mehrere Bauteile) quasi schwebend und berührungslos herausnehmbar. Das Schutzelement dient in diesem Fall als Absicherung für unvorhergesehene Bewegungsabläufe, sodass in jedem Fall ein harter Kontakt mit den eigentlichen Wirkflächen der Elektromagnete zuverlässig vermeidbar ist. Die vorgestellte Vorrichtung ist in dieser Ausführungsvariante etwa derart gezielt mittels einer implizit vorhandenen Gesamtsteuereinheit steuerbar, sodass sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Magnetkräften und der Schwerkraft einstellt. Damit ist es dann beispielsweise möglich, ein Bauteil quasi schwebend und berührungslos zu entnehmen. Es ist vorstellbar, dass hierfür ein Magnet ausreichend ist. Auch ist vorstellbar, dass mehrere Magnete diesen Zustand zusammen ermöglichen.A further preferred embodiment of the invention also provides that a sensor device is provided which is designed to detect a respective current position of the 3D printed components with metal portions during a removal process between the starting position and the at least one removal position, with a The control unit of the removal device that can be coupled to the electromagnet device is designed to control a respective magnetic force applied for the removal process, so that the 3D printed components with metal parts can be held in at least one floating state between the starting position and the at least one removal position. In this way, a component (or several components) can be removed in a quasi-floating manner without contact. In this case, the protective element serves to protect against unforeseen movement sequences, so that hard contact with the actual active surfaces of the electromagnets can be reliably avoided in any case. In this embodiment variant, the device presented can be controlled in a targeted manner by means of an implicitly present overall control unit, such that a force balance is established between magnetic forces and the force of gravity. This makes it possible, for example, to remove a component while it is floating and without contact. It is conceivable that a magnet is sufficient for this. It is also conceivable that several magnets together enable this state.

Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das wenigstens eine Schutzelement austauschbar vorgesehen ist. Im Falle, dass das wenigstens eine Schutzelement Schäden aufweist oder schlicht aufgrund einer langzeitigen Nutzung zu abgenutzt erscheint, sind einfache Austauschvorgänge somit einfach und mit geringem Aufwand realisierbar.Finally, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one protective element is provided to be exchangeable. In the event that the at least one protective element is damaged or simply appears to be worn due to long-term use, simple replacement processes can therefore be implemented easily and with little effort.

Eine gewerbliche Anwendung ist im Zusammenhang mit jeglichen Anlagen vorstellbar, welche für den Einsatz von entsprechenden 3D-Druckverfahren vorgesehen sind. Beispielsweise ist ein Einsatz innerhalb der Fahrzeugindustrie vorstellbar. Da 3D-Druckbauteile überall in der Industrie im Einsatz sind, sind auch weitere Anwendungsfelder vorstellbar. So ist beispielsweise auch ein Einsatz in der Flugzeugindustrie oder in jeglichen anderen Industrietechniken vorstellbar. Auch innerhalb der Medizintechnik ist eine Verwendung somit vorstellbar.A commercial application is conceivable in connection with any systems that are intended for the use of corresponding 3D printing processes. For example, use within the automotive industry is conceivable. Since 3D printed components are used everywhere in industry, other fields of application are also conceivable. For example, use in the aircraft industry or in any other industrial technology is also conceivable. Use within medical technology is therefore conceivable.

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

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

1 eine schematische Darstellung von einer Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen in einem ersten Zustand;
2 eine schematische Darstellung von der Entnahmevorrichtung für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen von 1 in einem zweiten Zustand; und
3 eine schematische Darstellung von einer 3D-Druckanlage.

The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:

1 a schematic representation of a removal device for 3D printed components with metal parts in a first state;
2 a schematic representation of the removal device for 3D printed components with metal parts 1 in a second state; and
3 a schematic representation of a 3D printing system.

1 zeigt eine schematische Darstellung von einer Entnahmevorrichtung 10 für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 in einem ersten Zustand. 1 shows a schematic representation of a removal device 10 for 3D printed components with metal portions 12 in a first state.

Die Entnahmevorrichtung 10 ist dabei mit einer beweglich gelagerten Entnahmeeinheit 14 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsvariante ist die beweglich gelagerte Entnahmeeinheit 14 insbesondere ausgelegt, einen im Wesentlichen vertikalen Bewegungsablauf bezogen auf die Bildebene einer gekoppelten Elektromagnetvorrichtung 16 mit wenigstens einem Elektromagneten 18 zu ermöglichen.The removal device 10 is shown with a movably mounted removal unit 14 . In the embodiment variant shown, the movably mounted removal unit 14 is designed in particular to enable a substantially vertical movement sequence in relation to the image plane of a coupled electromagnet device 16 with at least one electromagnet 18 .

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsvariante ist es jedoch vorstellbar, dass neben einem im Wesentlichen vertikalen Bewegungsablauf auch jegliche andere Bewegungsabläufe innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatensystems möglich sind. Alternative Bewegungsabläufe können dabei sowohl wie die gezeigte Variante ausschließlich in einer Job-Box 20 als auch zumindest teilweise außerhalb dieser Job-Box 20 vollzogen werden.In an embodiment variant that is not shown in detail, however, it is conceivable that, in addition to a substantially vertical movement sequence, any other movement sequences within a three-dimensional coordinate system are also possible. Alternative movement sequences can be performed either exclusively in a job box 20 or at least partially outside of this job box 20 , like the variant shown.

An dem Elektromagneten 18 ist schematisch ein Schutzelement 22 dargestellt. Dieses Schutzelement 22 ist dabei zwischen dem Elektromagneten 18 und den dargestellten 3D-Druckbauteilen mit Metallanteilen 12 vorgesehen. Diese dargestellten 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 befinden sich in der Job-Box 20 auf einem dafür vorgesehenen Fertigungsbereich 24 in Form einer Plattform.A protective element 22 is shown schematically on the electromagnet 18 . This protective element 22 is provided between the electromagnet 18 and the illustrated 3D printed components with metal parts 12 . These illustrated 3D printed components with metal parts 12 are located in the job box 20 on a production area 24 provided for this purpose in the form of a platform.

Die dargestellte Elektromagnetvorrichtung 16 mit dem Elektromagneten 18 ist ausgelegt, in einem aktivierten Zustand die 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 von wenigstens einer in dieser 1 dargestellten Ausgangsposition in wenigstens eine Entnahmeposition zu bewegen. Die wenigstens eine Entnahmeposition befindet sich bezogen auf die Bildebene sinngemäß über der Ausgangsposition, wobei ein Bewegungspfeil 26 diesen Bewegungsablauf der beweglich gelagerten Entnahmeeinheit 14 visualisiert.The illustrated electromagnet device 16 with the electromagnet 18 is designed in an activated state, the 3D printed components with metal parts 12 of at least one in this 1 To move the starting position shown in at least one removal position. The at least one removal position is located above the starting position in relation to the image plane, with a movement arrow 26 visualizing this movement sequence of the movably mounted removal unit 14 .

Das Schutzelement 22 ist insbesondere dazu ausgelegt, eine Schutzwirkung der 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 während eines Entnahmevorgangs individuell bereitzustellen.The protective element 22 is designed in particular to individually provide a protective effect for the 3D printed components with metal parts 12 during a removal process.

Das Schutzelement 22 ist beispielsweise austauschbar vorgesehen und mit nicht näher dargestellten Befestigungsmittel an dem Elektromagneten 18 befestigbar. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsvariante ist es vorstellbar, dass mehr als ein Schutzelement 22 an dem Elektromagneten 18 angeordnet ist. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass mehrere Schutzelemente 22 übereinander angeordnet an dem Elektromagneten 18 vorgesehen werden. Auch ist vorstellbar, dass diese Schutzelemente 22 sich hinsichtlich einer Geometrie und beispielsweise einer Dicke unterscheiden, sodass je nach Kombination von diesen Schutzelementen 22 eine individuelle Schutzwirkung bereitstellbar ist. Auch ist vorstellbar, dass jeweilige Schutzelemente 22 mit gleicher Ausprägung oder unterschiedlicher Ausprägung nebeneinander anordenbar sind, sodass eine individuelle Schutzwirkung je nach Befestigungsposition bereitstellbar ist. Werden beispielsweise mehrere Objekte gleichzeitig entnommen, welche sich hinsichtlich ihrer Geometrie und den damit verbundenen Voraussetzungen an das Schutzelement 22 unterscheiden, so ist eine hierfür besonders geeignete Schutzwirkung individuell bereitstellbar.The protective element 22 is, for example, provided to be exchangeable and can be fastened to the electromagnet 18 with fastening means that are not shown in detail. In an embodiment variant that is not shown in detail, it is conceivable that more than one protective element 22 is arranged on the electromagnet 18 . It is conceivable, for example, that a plurality of protective elements 22 arranged one above the other are provided on the electromagnet 18 . It is also conceivable that these protective elements 22 differ in terms of geometry and thickness, for example, so that an individual protective effect can be provided depending on the combination of these protective elements 22 . It is also conceivable that respective protective elements 22 with the same characteristics or different characteristics can be arranged next to one another, so that an individual protective effect can be provided depending on the fastening position. If, for example, several objects are removed at the same time, which differ in terms of their geometry and the associated requirements for the protective element 22, a protective effect that is particularly suitable for this can be provided individually.

Das dargestellte Schutzelement 22 kann beispielsweise ein elastisches Material umfassen. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass dieses elastische Material ein Schaumstoff oder dergleichen ist. Auch ist vorstellbar, dass das Schutzelement 22 neben dem elastischen Material weitere Materialien umfasst, welche beispielsweise die Wirkung von dem Elektromagneten 18 begünstigen beziehungsweise eine Abschirmung dieser weder schwächt noch sonst wie negativ beeinflusst.The protective element 22 shown can comprise an elastic material, for example. For example, it is conceivable that this elastic material is a foam or the like. It is also conceivable that the protective element 22 comprises other materials in addition to the elastic material, which, for example, promote the effect of the electromagnet 18 or shield it neither weakens nor otherwise negatively influences it.

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsvariante ist es vorstellbar, dass das Schutzelement 22 in Form eines Luftkissenelements vorgesehen ist.In an embodiment variant that is not shown in detail, it is conceivable that the protective element 22 is provided in the form of an air cushion element.

Solch ein Luftkissenelement ist etwa dazu ausgebildet, temporär und benutzerdefiniert seine Formgebung zu verändern, sodass eine entsprechende individuelle Schutzwirkung bereitstellbar ist. Hierzu ist etwa eine koppelbare Pumpeneinrichtung vorstellbar, welche als Bestandteil der Vorrichtung 10 entsprechend diese Formgebung benutzerdefiniert bewirkt. Zum Beispiel ist vorstellbar, dass die Formgebung durch Anlegen eines Vakuums oder durch Füllen des Luftkissenelements mit Druckluft bewirkbar ist. Das Luftkissenelement kann etwa für diese Zwecke mehrteilig aufgebaut sein, sodass das Luftkissenelement etwa mehrere Bereiche oder hierfür ausgelegte Kammern aufweist, welche dann entsprechend je nach Einsatz und Notwendigkeit befüllt oder allgemein in ihrem Zustand veränderbar sind.Such an air cushion element is designed, for example, to change its shape temporarily and in a user-defined manner, so that a corresponding individual protective effect can be provided. For this purpose, a pump device that can be coupled is conceivable, which as a component of the device 10 correspondingly effects this user-defined shape. For example, it is conceivable that the shaping can be effected by applying a vacuum or by filling the air cushion element with compressed air. For this purpose, the air cushion element can be constructed in several parts, so that the air cushion element has several areas or chambers designed for this purpose, which are then filled according to use and necessity or can generally be changed in their state.

In diesem ersten dargestellten Zustand ist die Entnahmevorrichtung 10 bereits kurz davor, die fünf 3D-Druckbauteile 12 mittels der Elektromagnetvorrichtung 16 mit dem Elektromagneten 18 aufzunehmen. Wenn jetzt ein zu dem Elektromagneten 18 zugehöriger nicht näher dargestellter Stromkreis geschlossen werden würde und somit die Elektromagnetvorrichtung 16 mit dem Elektromagneten 18 aktiviert werden würde, so würden sich die 3D-Druckbauteile 12 entsprechend von ihrer dargestellten Ausgangsposition anheben lassen. Dieser Zustand wird in 2 gezeigt.In this first state shown, the removal device 10 is already about to pick up the five 3D printed components 12 by means of the electromagnet device 16 with the electromagnet 18 . If a circuit (not shown in detail) associated with the electromagnet 18 were now to be closed and the electromagnet device 16 with the electromagnet 18 would thus be activated, the 3D printed components 12 would be able to be raised accordingly from their starting position shown. This state will be in 2 shown.

2 zeigt eine schematische Darstellung von der Entnahmevorrichtung 10 für 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 von 1 in einem zweiten Zustand. Es gelten die gleichen Bezugszeichen, sodass diese nicht erneut eingeführt werden. Die 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen 12 befinden sich zwischen der Ausgangsposition und einer zu erreichenden Entnahmeposition, wobei sie nunmehr von dem aktivierten Elektromagneten 18 gehalten werden. Das Schutzelement 22 ist dabei so zwischen den angehobenen 3D-Druckbauteilen mit Metallanteilen 12 und dem Elektromagneten 18 vorgesehen, sodass es seine Schutzwirkung für die Bauteile bereitstellt. 2 shows a schematic representation of the removal device 10 for 3D printed components with metal parts 12 from FIG 1 in a second state. The same reference numbers apply so that they will not be introduced again. The 3D printed components with metal portions 12 are located between the starting position and a removal position to be reached, and are now held by the activated electromagnet 18 . The protective element 22 is provided between the raised 3D printed components with metal parts 12 and the electromagnet 18 in such a way that it provides its protective effect for the components.

3 zeigt eine schematische Darstellung von einer 3D-Druckanlage 28. Diese 3D-Druckanlage 28 ist dabei mit einer Entnahmevorrichtung 10 dargestellt. Bei der Entnahmevorrichtung 10 kann es sich um eine beliebige zuvor näher vorgestellte Ausführungsvariante der Entnahmevorrichtung 10 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 handeln. 3 shows a schematic representation of a 3D printing system 28. This 3D printing system 28 is shown with a removal device 10. The removal device 10 can be any embodiment variant of the removal device 10 according to one of claims 1 to 9 that was presented in more detail above.

Bezugszeichenlistereference list

1010: Entnahmevorrichtungextraction device
1212: 3D-Druckbauteile mit Metallanteilen3D printed parts with metal parts
1414: Entnahmeeinheitextraction unit
1616: Elektromagnetvorrichtungelectromagnet device
1818: Elektromagnetelectromagnet
2020: Job-Boxjob box
2222: Schutzelementprotective element
2424: Fertigungsbereichmanufacturing area
2626: Bewegungspfeilmovement arrow
2828: 3D-Druckanlage3D printing facility

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 112016002928 T5 [0010]
DE 102016219037 A1 [0011]

Claims

Removal device (10) for 3D printed components with metal parts (12) comprising a movably mounted removal unit (14) with at least one electromagnet device (16) with at least one electromagnet (18), which is designed, in an activated state, 3D printed components with metal parts ( 12) from at least one starting position to at least one removal position, characterized in that the at least one electromagnet device (16) comprises at least one protective element (22) which is located between the at least one electromagnet (18) and the 3D printed components with metal parts to be moved (12) is provided so that a protective effect of the 3D printed components with metal parts (12) can be provided individually during a removal process.

Removal device (10) after claim 1 , wherein the at least one protective element (22) comprises an elastic material.

Sampling device (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one protective element (22) is designed as an air cushion element and can be temporarily changed in its shape in a user-defined manner.

Removal device (10) after claim 3 , wherein the shaping can be effected by means of a pump device that can be coupled to the at least one air cushion element.

Sampling device (10) according to any one of the preceding claims 3 until 4 , wherein the shaping can be effected by applying a vacuum or by filling the air cushion element with compressed air.

Sampling device (10) according to any one of the preceding claims 3 until 5 , wherein the variable shaping of the at least one protective element (22) can be brought about as a function of the design data provided for the 3D printed components with metal parts (12) to be removed.

Removal device (10) according to one of the preceding claims, wherein at least two electromagnets (18) with respective protective elements (22) are provided, which can be brought to the 3D printed components with metal parts (12) to be removed from two different directions.

Removal device (10) according to one of the preceding claims, wherein a sensor device is provided which is designed to detect a respective current position of the 3D printed components with metal parts (12) during a removal process between the starting position and the at least one removal position, wherein a with this control unit of the removal device (10), which can be coupled to the electromagnet device (16), is designed to control a respective magnetic force applied for the removal process, so that the 3D printed components with metal parts (12) can be held in at least one floating state between the starting position and the at least one removal position .

Sampling device (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one protective element (22) is provided to be exchangeable.

3D printing system (28) with at least one removal device (10) for 3D printed components with metal parts (12) according to one of Claims 1 until 9 .