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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von an einem Bauteil anhaftendem pulverförmigem Material mittels eines Gasstroms. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteilträger zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die Herstellung von Bauteilen mittels eines 3D-Druckverfahrens, wie beispielsweise dem additiven Fertigungsverfahren des Binder-Jettings, hat insbesondere dadurch, dass sich mit diesen Verfahren komplexe und feine Strukturen in einfacher Weise herstellen lassen, mittlerweile wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Jedoch weist das unmittelbar durch den Druckvorgang erzeugte Bauteil und/oder der sogenannte noch nicht vollständig verfestigte Grünling wenigstens abschnittsweise eine relativ geringe Festigkeit auf, weswegen dünne und/oder hervorstehende Bauteilbereiche leicht beschädigt bzw. gänzlich abgebrochen werden können. Insbesondere bei der zwingend notwendigen Entpulverung, also der typischerweise mittels Unterdruck oder Überdruck durchgeführten Entfernung von überschüssigem Pulver aus dem Druckverfahren von der Bauteiloberfläche, kann es zu Beschädigungen kommen. Dies gilt in besonderem Maße für kleine und leichte Bauteile, die von einem zur Entpulverung eingesetzten Luftstrom mitgenommen werden können, und die in der Folge impulsbedingt beim Auftreffen auf einem Widerstand zerbrechen können. Solche Bauteile müssen in aller Regel verworfen werden. Eine entsprechend vorsichtige Handhabung des Bauteils führt jedoch zu einem erheblichen Zeitaufwand. Insgesamt ist die Entpulverung somit ein wesentlicher Faktor im Hinblick auf die Herstellungskosten.
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Um dem Problem der Beschädigung von 3D-gedruckten Bauteilen beim weiteren Handling zu begegnen, schlägt die
DE 10 2007 0483 85 B3 vor, um das eigentliche Bauteil herum eine Tragstruktur zusammen mit dem gewünschten Bauteil während der Durchführung des 3D-Druckverfahrens zu erzeugen, mit der das Bauteil dem Pulverbett entnommen und weiter gehandhabt werden kann.
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Die
DE 10 2007 033 434 A1 schlägt ebenfalls vor, eine Hilfsstruktur zusammen mit dem gewünschten Bauteil zu drucken, wobei hier eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und der Hilfsstruktur beim Druck ausgebildet wird, wodurch das Bauteil in Bezug zur Hilfsstruktur hinsichtlich Rotation und Translation vollständig fixiert ist. Nach dem Entpulverungsvorgang muss dann noch eine Trennung von Bauteil und Hilfsstruktur erfolgen sowie ggf. eine Nachbearbeitung der Trennungsstelle.
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Der Einsatz von Druckluft zum Entpulvern von Bauteilen ist beispielsweise aus der
DE 10 2017 206 815 A1 bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von an einem Bauteil anhaftendem pulverförmigem Material mittels eines Gasstroms sowie einen zugehörigen Bauteilträger zur Verfügung zu stellen, wodurch eine verringerte Ausschussrate zu erzielen ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung von an einem Bauteil anhaftendem pulverförmigem Material gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Bauteilträger zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2-9 aufgezeigt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von an einem Bauteil anhaftendem pulverförmigem Material mittels eines Gasstroms, bei dem auf einer Ablagefläche eines Bauteilträgers, der eine in Bezug zu der Ablagefläche fest angeordnete Anlagestruktur umfasst, an der das Bauteil in wenigstens einem Anlagepunkt abstützbar ist, ein Bauteil abgelegt und derart in Bezug zu der Anlagestruktur positioniert wird, dass eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem Bauteilträger, bei Einwirken einer in Richtung auf die Ablagefläche und/oder die Anlagestruktur wirkenden, aus einem dynamischen Gasdruck resultierenden Druckkraft auf das Bauteil, entlang der Wirkrichtung der Druckkraft im Wesentlichen vermieden wird. Der Bauteilträger wird zusammen mit dem positionierten Bauteil in einen Gasstrom einer Gasstromerzeugungseinrichtung eingebracht. Der Gasstrom wird dabei wenigstens anteilig auf das Bauteil gerichtet, sodass an dem Bauteil anhaftendes pulverförmiges Material durch Mitnahme in dem Gasstrom von dem Bauteil entfernt wird.
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Das Bauteil ist insbesondere ein Bauteil, das mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, insbesondere mittels des sogenannten Binder-Jettings, aus einem pulverförmigen Material aufgebaut wurde. Das Verfahren dient dazu, Reste des pulverförmigen Materials, aus dem das Bauteil schichtweise aufgebaut wurde und die an den Bauteiloberflächen anhaften, zu entfernen und das Bauteil so für die folgenden Bearbeitungsschritte, z. B. für einen Sinterungsvorgang, vorbereitend zu reinigen.
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Das Verfahren kann aber ebenso zur Entfernung anderen pulverförmigen Materials, insbesondere zur Entfernung von Verunreinigungen durch Stäube, Späne etc., eingesetzt werden.
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Die Entfernung des anhaftenden pulverförmigen Materials erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Gasstroms. Der Gasstrom, der typischerweise ein Luftstrom ist, kann im Unterdruckverfahren, also durch Absaugen, und/oder im Überdruckverfahren, also mittels Druckluft, erzeugt werden.
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Das Bauteil wird auf einer Ablagefläche eines Bauteilträgers abgelegt. Die Ablagefläche ist dabei eine Seite eines Bodenelements des Bauteilträgers, nämlich die Seite, an der sich das Bauteil in Schwerkraftrichtung bei Ablage abstützt. Die Ablagefläche begrenzt dabei einen Aufnahmeraum an einer Seite, in dem das Bauteil angeordnet wird.
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In festem räumlichem Bezug zu der Ablagefläche weist der Bauteilträger eine Anlagestruktur auf, die aus mehreren einzelnen Anlageelementen bestehen kann. In einer spezifischen Ausführungsform erstreckt sich die Anlagestruktur ausgehend von der Ablagefläche in den Aufnahmeraum hinein. Mit anderen Worten ist die Anlagestruktur an der Ablagefläche angeordnet. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich die Anlagestruktur alternativ oder zusätzlich ausgehend von seitlichen Wandungen und/oder einem Deckelelement, welche den Aufnahmeraum begrenzen.
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Die Anlagestruktur ist dazu eingerichtet, dass das Bauteil an ihr in wenigstens einem Anlagepunkt zur Anlage gebracht wird. Die dem Bauteil zugewandten Abschnitte der Anlagestruktur in einer vorteilhaften Ausgestaltung sind konvex ausgestaltet und/oder weisen zur Anlage am Bauteil bestimmte hervorstehende Bereiche auf, sodass eine Berührung zwischen Bauteil und Anlagestruktur hinsichtlich der Größe der Anlagefläche möglichst gering ausfällt, und der Gasstrom die Bauteiloberfläche im Wesentlichen vollständig erreichen kann.
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Durch die Anlage ist im Wesentlichen vermeidbar, dass das Bauteil durch eine Kraft, die auf das Bauteil in Richtung auf das Anlageelement wirkt, relativ zu dem Bauteilträger bewegt wird. Mit anderen Worten blockiert die Anlagestruktur wenigstens einen translatorischen Freiheitsgrad des Bauteils in einer Richtung. Entsprechend kann das Bauteil nicht über ein Maß hinaus beschleunigt werden, das beim Aufprall auf ein Hindernis zu einer impulsbedingten Beschädigung führen würde. Während die Anlagestruktur vornehmlich dazu eingerichtet ist, eine Relativbewegung zwischen Bauteil und Bauteilträger aufgrund einer Kraft mit einer zur Ablagefläche parallelen Wirkrichtung zu vermeiden, blockiert die Ablagefläche selbst eine Relativbewegung aufgrund einer Kraft mit einer zur Ablagefläche senkrechten Wirkrichtung. Erfindungsgemäß ist das Bauteil entsprechend in Bezug zu der Anlagestruktur so zu positionieren, dass der gewünschte Effekt der Abstützung eintreten kann.
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Die auf das Bauteil wirkende Kraft ist im erfindungsgemäßen Verfahren die Kraft, die aus dem dynamischen Gasdruck als Druckkraft resultiert. Mit anderen Worten drückt oder zieht der Gasstrom das Bauteil gegen die Anlagestruktur und/oder die Ablagefläche.
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Nachdem das Bauteil auf, an bzw. in dem Aufnahmeraum des Bauteilträgers positioniert worden ist, wird der Bauteilträger zu einer Gasstromerzeugungseinrichtung transportiert und in diese eingebracht. Transportbedingt kann es dabei bereits zu Vorablösungen von pulverförmigem Material von der Bauteiloberfläche kommen. Eine derartige Vorentpulverung des Bauteils kann durch den Einsatz von gezielt auf das Bauteil bzw. den Bauteilträger einwirkenden Vibrationen unterstützt werden.
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Mittels der Gasstromerzeugungseinrichtung wird ein Gasstrom im Unterdruck- und/oder Überdruckverfahren erzeugt, und wenigstens anteilig auf das Bauteil bzw. den Bauteilträger mit dem positionierten Bauteil gerichtet.
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An Oberflächen des Bauteils anhaftendes pulverförmiges Material wird mittels des Gasstroms entfernt, indem die einzelnen Partikeln des pulverförmigen Materials von dem Gasstrom erfasst und abgelöst werden. Aufgrund der geringen Masse der einzelnen Partikeln und/oder Partikelagglomerate werden diese von dem Gasstrom mitgenommen und so vom Bauteil entfernt. Selbstverständlich ist dabei die Geschwindigkeit des Gasstroms hoch genug zu wählen, dass die Haftkräfte der Partikeln untereinander und/oder die Haftkräfte der Partikeln an der Bauteiloberfläche überwunden werden können.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch den Gasstrom zwar das pulverförmige Material von der Bauteiloberfläche entfernt werden kann, das Bauteil selbst aber in seiner druckkraftbedingten Bewegung im Wesentlichen blockiert wird, wodurch impulsbedingte Beschädigungen des Bauteils durch einen Aufprall des Bauteils auf einen Widerstand vermieden werden.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil zeitlich vor Einwirken des Gasstroms auf das Bauteil derart positioniert, dass ein kleinster Abstand a zwischen dem Bauteil und der Anlagestruktur entlang einer zur Ablagefläche parallelen Richtungskomponente der Strömungsrichtung des Gasstroms höchstens 10 mm, insbesondere höchstens 5 mm, beträgt.
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Mit anderen Worten wird das Bauteil möglichst dicht an der Anlagestruktur angeordnet, sodass der Weg, den das Bauteil relativ zur Ablagefläche gasdruckbedingt zurücklegen muss, damit es an der Anlagestruktur anliegt, nicht mehr als 10 mm, insbesondere nicht mehr als 5 mm, beträgt. Auf diese Weise wird vermieden, dass das Bauteil zu stark beschleunigt wird.
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Je geringer die Festigkeit des Bauteils und/oder je feiner einzelne Strukturen des Bauteils sind, umso dichter sollte das Bauteil an der Anlagestruktur positioniert sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil derart in Bezug zu der Anlagestruktur positioniert, dass dem Bauteil wenigstens ein Freiheitsgrad der Rotation um eine zur Ablagefläche senkrechte Rotationsachse genommen ist.
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Mit anderen Worten wird das Bauteil derart in Bezug zu der Anlagestruktur positioniert, dass es sich mit einem Abschnitt seiner Außenkontur und/oder einem Abschnitt seiner Innenkontur an wenigstens zwei Anlagepunkten der Anlagestruktur derart abstützt, dass ein erster translatorischer Freiheitsgrad senkrecht zur Ablagefläche in Richtung auf die Ablagefläche blockiert ist, und ein zum ersten translatorischen Freiheitsgrad senkrechter zweiter translatorischer Freiheitsgrad in Richtung auf die Anlagestruktur blockiert ist sowie ein Freiheitsgrad der Rotation um eine zur Ablagefläche senkrechte Achse blockiert ist. Somit kann das Bauteil nicht mehr in einer zur Ablagefläche parallelen Ebene rotieren.
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Die beiden verbleibenden Freiheitsgrade der Rotation sind typischerweise durch die Kontur des Bauteils selbst weitestgehend blockiert.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Bauteil derart in Bezug zu der Anlagestruktur positioniert wird, dass dem Bauteil wenigstens einer der beiden zur Ablagefläche parallelen Freiheitsgrade der translatorischen Bewegung in beiden Richtungen im Wesentlichen vollständig genommen wird. Hierzu ist das Bauteil oder wenigstens ein Teil des Bauteils zwischen wenigstens zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Abschnitten oder Elementen der Anlagestruktur anzuordnen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anlagestruktur durch wenigstens ein Anlageelement, insbesondere in Form eines Zylinders, ausgebildet.
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Zwecks Minimierung der Anlagefläche und optimaler Anströmung der Bauteiloberfläche weist die Anlagestruktur auf ihrer dem Bauteil zugewandten Seite wenigstens abschnittsweise eine in Richtung des Bauteils weisende konvexe Oberfläche auf, sodass das Bauteil punktförmig oder linienförmig zur Anlage gebracht werden kann. Dies kann mittels zylindrischer Anlageelemente in einfacher Weise realisiert werden.
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Die Anlagestruktur kann auch mehrere Anlageelemente umfassen. Insbesondere handelt es sich bei den einzelnen Anlageelementen um zylindrisch geformte Elemente, wobei der Begriff des Zylinders erfindungsgemäß nicht als auf zylindrische Formen mit einem kreisförmigen Querschnitt beschränkt zu verstehen ist. Ebenso möglich ist eine zylindrische Form mit einem ovalen Querschnitt oder einem Querschnitt, der durch eine beliebige geschlossene Kurve gebildet wird. Ebenso muss sich das Anlageelement nicht zwingend senkrecht zu einer Zylinderbasis, insbesondere der Ablagefläche, erstrecken. Es ist ebenso möglich, dass es sich um einen sogenannten schiefen Zylinder handelt, dessen Mantellinien mit der Zylinderbasis einen von 90° verschiedenen Winkel ausbilden.
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In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anlagestruktur, bzw. wenigstens ein Anlageelement der Anlagestruktur, lösbar mit einer Begrenzung des Aufnahmeraums des Bauteilträgers verbunden ist, sodass die Anlagestruktur in Abhängigkeit von Konturlinien der abzustützenden Bauteile konfektionierbar ist, indem die Position wenigstens eines Anlageelements in Bezug zur Ablagefläche verändert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen Anlageelemente an Flächenabschnitten des Bauteils an, die winklig zueinander verlaufen.
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Das Bauteil liegt dabei in wenigstens zwei Anlagepunkten oder Anlagelinien an, die in der Ebene parallel zur Ablagefläche beabstandet sind.
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Mit anderen Worten verlaufen die Tangenten an der Bauteiloberfläche in den zwei Anlagepunkten winklig zueinander. Auf diese Weise ist eine translatorische Bewegung in einer Ebene parallel zur Ablagefläche in wenigstens drei Richtungen blockiert, nämlich zwischen den Anlageelementen in beiden Richtungen und in einer Richtung senkrecht hierzu.
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Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine erste translatorische Bewegung des Bauteils in Richtung Ablagefläche blockiert ist, sowie dass eine zweite translatorische Bewegung des Bauteils in Strömungsrichtung des Gasstroms blockiert ist und dass zusätzlich eine dritte und vierte translatorische Bewegung jeweils senkrecht zur ersten und zweiten translatorischen Bewegung blockiert sind. Mit anderen Worten ist das Bauteil auf diese Weise außer in der Richtung entgegen der Schwerkraft und in der Richtung entgegen der Richtung der Druckkraft fixiert.
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Die Anlageelemente können in Bezug zur Ablagefläche derart angeordnet sein, dass sie einem Abschnitt einer äußeren und/oder inneren Kontur des abzustützenden Bauteils wenigstens teilweise folgen.
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In einer speziellen Ausführungsform sind die Anlageelemente in Bezug zur Ablagefläche derart angeordnet, dass unabhängig davon, aus welcher zur Ablagefläche parallelen Richtung eine Druckkraft auf das Bauteil wirkt, dieses stets an wenigstens einem Anlageelement anliegt, sodass es abgestützt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bauteilträger mit der Gasstromerzeugungseinrichtung derart strömungstechnisch verbunden, dass der Gasstrom wenigstens anteilig durch wenigstens ein Anlageelement der Anlagestruktur hindurch das Bauteil anströmt.
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Zwecks Herstellung der strömungstechnischen Verbindung weisen der Bauteilträger und die Gasstromerzeugungseinrichtung jeweils einen Teil einer Kopplungseinrichtung auf, mit der der Bauteilträger und die Gasstromerzeugungseinrichtung in der Art gekoppelt werden können, dass ein von der Gasstromerzeugungseinrichtung erzeugter Gasstrom durch ein Anlageelement hindurch in den Aufnahmeraum geleitet wird und das Bauteil anströmt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Bauteilträger wenigstens eine einen Aufnahmeraum begrenzende Wandung, die wenigstens abschnittsweise Aussparungen aufweisen, die zumindest anteilig von dem Gasstrom durchströmt werden.
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Die den Aufnahmeraum begrenzende Wandung kann ein Bodenelement, umfassend die Ablagefläche, wenigstens eine seitliche Wandung und/oder ein Deckelelement sein.
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Unter Aussparungen sind Perforationen, Löcher oder Durchbrüche zu verstehen, durch die Gas, insbesondere partikelbeladenes Gas, strömen kann. Die Aussparungen sind dazu geeignet, dass sowohl Gas in den Aufnahmeraum einströmen kann, als auch, dass Gas aus dem Ausnahmeraum herausströmen kann.
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In einer Ausführungsform weist insbesondere das Bodenelement Aussparungen auf, die groß genug sind, dass beim Transport erschütterungs- oder vibrationsbedingt von dem Bauteil abgelöstes pulverförmiges Material schwerkraftbedingt durch die Aussparungen hindurchfallen kann.
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In einer speziellen Ausführungsform sind die begrenzenden Wandungen Gitterelemente.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwecks Veränderung der Strömungsrichtung des Gasstroms in Bezug zum Bauteil mittels einer Bewegungseinrichtung der Gasstromerzeugungseinrichtung, die den Bauteilträger und/oder wenigstens eine Düse und/oder wenigstens einen Ansaugstutzen der Gasstromerzeugungseinrichtung bewegt, eine Relativbewegung zwischen wenigstens einer Düse und/oder wenigstens einem Ansaugstutzen der Gasstromerzeugungseinrichtung und dem Bauteilträger erzeugt.
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Die Gasstromerzeugungseinrichtung verfügt über wenigstens eine Düse, mit der ein Gasstrom, insbesondere ein Druckluftstrom, wenigstens anteilig auf das positionierte Bauteil gerichtet werden kann, und/oder über einen Ansaugstutzen, der Gas, insbesondere Umgebungsluft, aus der unmittelbaren Umgebung des Bauteils ansaugt, wodurch ebenfalls ein anteilig auf das positionierte Bauteil gerichteter Gasstrom erzeugbar ist. In beiden Fällen ist der Gasstrom derart in Bezug zu dem Bauteil ausgerichtet, dass Partikeln des pulverförmigen Materials, die an dem Bauteil anhaften, abgelöst und von dem Gasstrom mitgenommen werden.
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Um die Oberflächen des Bauteils optimal von anhaftendem pulverförmigem Material zu befreien, ist es von Vorteil, dass der Gasstrom zeitabschnittsweise aus verschiedenen Richtungen auf das Bauteil trifft. Entsprechend dieser Ausführungsform wird dies dadurch realisiert, dass zwischen einer Düse und/oder einem Ansaugstutzen der Gasstromerzeugungseinrichtung und dem Bauteilträger, mit darin bzw. daran positioniertem Bauteil, eine Relativbewegung erzeugt wird. Die Bewegungseinrichtung, die den Bauteilträger und/oder wenigstens eine Düse und/oder wenigstens einen Ansaugstutzen bewegt, wird dabei von einer Steuerungseinrichtung, die über ein vorher festgelegtes und in der Steuerungseinrichtung hinterlegtes Bewegungsmuster verfügt, gesteuert.
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Die Relativbewegung erfolgt wenigstens in einer Ebene, insbesondere in einer zur Ablagefläche parallelen Ebene.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwecks Veränderung der Strömungsrichtung des Gasstroms in Bezug zum Bauteil zumindest eine Düse und/oder ein Ansaugstutzen der Gasstromerzeugungseinrichtung mittels einer steuerungstechnisch mit der Gasstromerzeugungseinrichtung verbundenen Steuerungseinrichtung zeitabschnittsweise aktiviert bzw. deaktiviert.
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Beispielsweise können auch zumindest eine von mehreren Düsen und/oder einer von mehreren Ansaugstutzen der Gasstromerzeugungseinrichtung, die jeweils in Bezug auf den Bauteilträger eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen, mittels einer steuerungstechnisch mit der Gasstromerzeugungseinrichtung verbundenen Steuerungseinrichtung zeitabschnittsweise aktiviert bzw. deaktiviert werden.
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Mit anderen Worten werden, gesteuert durch die Steuerungseinheit, zeitabschnittsweise einzelne Düsen und/oder Ansaugstutzen, die jeweils in unterschiedlicher Richtung auf den Bauteilträger mit dem positionierten Bauteil ausgerichtet sind, ein- oder ausgeschaltet bzw. hinsichtlich ihres Durchflusses gedrosselt.
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Diese Ausführungsform kann mit der zuvor erläuterten Ausführungsform kombiniert werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Bauteilträger zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend eine Ablagefläche, auf der das Bauteil ablegbar ist, und eine in Bezug zu der Ablagefläche fest angeordnete Anlagestruktur, an der das Bauteil in wenigstens einem Anlagepunkt abstützbar ist. Dabei ist das Bauteil derart in Bezug zu der Ablagestruktur positionierbar, dass eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem Bauteilträger, bei Einwirken einer in Richtung auf die Ablagefläche und/oder die Anlagestruktur wirkenden, aus einem dynamischen Gasdruck resultierenden Druckkraft auf das Bauteil, entlang der Wirkrichtung der Druckkraft im Wesentlichen vermeidbar ist.
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In seiner einfachsten Ausführungsform umfasst der Bauteilträger ein Bodenelement mit Ablagefläche und eine Anlagestruktur in festem räumlichem Bezug zur Ablagefläche.
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Darüber hinaus kann der Bauteilträger jedoch auch über seitliche Wandungen und gegebenenfalls zusätzlich über ein Deckelelement verfügen. Durch die Ablagefläche, die seitlichen Wandungen und/oder das Deckelelement wird ein Aufnahmeraum definiert, in dem das wenigstens eine Bauteil angeordnet wird.
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Die Anlagestruktur erstreckt sich in den Aufnahmeraum hinein und ist im Bezug zur Ablagefläche fest angeordnet oder fest anordbar. Die Anlagestruktur umfasst wenigstens ein Anlageelement. In einer speziellen Ausführungsform handelt es sich um wenigstens ein zylindrisches Anlageelement. Dabei ist erfindungsgemäß unter einem Zylinder ein allgemeiner Zylinder zu verstehen, der eine runde, ovale oder eine einer anderen geschlossenen Kurve folgende Querschnittsfläche aufweist, und dessen Mantellinien zur Zylinderbasis rechtwinklig oder schiefwinklig verlaufen kann.
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Des Weiteren kann die Anlagestruktur, bzw. wenigstens ein Anlageelement der Anlagestruktur, lösbar in Bezug zur Ablagefläche angeordnet sein, sodass das Anlageelement in Abhängigkeit von der jeweiligen Kontur des zu positionierenden Bauteils in dem Aufnahmeraum angeordnet werden kann.
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Darüber hinaus kann ein Anlageelement teilweise hohl sein, sodass es von dem Gasstrom der Gasstromstromerzeugungseinrichtung durchströmbar ist. Vorteilhafterweise weist der Bauteilträger einen Teil einer Kopplungsvorrichtung auf, sodass der Bauteilträger mit der Gasstromerzeugungseinrichtung derart strömungstechnisch koppelbar ist, dass der Gasstrom anteilig durch ein Anlageelement hindurch geleitet werden kann.
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Die den Bauteilen zugewandten Flächen der Anlagestruktur sind konvex, sodass zwischen dem Bauteil und der Anlagestruktur eine punkt- oder linienförmige Anlage erzeugbar ist, wodurch die Anlagefläche minimierbar ist und eine optimale Anströmung der Bauteiloberflächen erzielbar ist.
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Die den Aufnahmeraum begrenzenden Wandungen, namentlich das die Ablagefläche aufweisende Bodenelement, die seitlichen Wandungen und/oder ein Deckelelement, können zumindest bereichsweise Aussparungen aufweisen, sodass der jeweilige Bereich der Wandungen von dem Gasstrom durchströmbar ist, und der Gasstrom in den Aufnahmeraum hinein- und wieder, insbesondere partikelbeladen, hinausströmen kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: exemplarisch vier Bauteile, welche in einem erfindungsgemäßen Bauteilträger entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren positioniert sind;
- 2: die vier Bauteile positioniert in einem Bauteilträger gemäß 1, wobei der Bauteilträger ein Deckelelement aufweist;
- 3: eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie
- 4: eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt exemplarisch vier Bauteile 21, 22, welche in einem erfindungsgemäßen Bauteilträger 1 positioniert sind. Beispielhaft sind hier zwei Bauteile des Typs 1 21, welche im Wesentlichen die Form eines Holzylinders aufweisen, und zwei Bauteile des Typs 2 22, welche im Wesentlichen die Form eines aus vier Stegen ausgebildeten Dreiecks aufweisen, gezeigt.
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In 1 ist ein Bauteilträger 1 gezeigt, der über ein Bodenelement 4 und vier seitliche Wandungen 2 verfügt. Sowohl das Bodenelement 4 als auch die seitlichen Wandungen 2 weisen Aussparungen 5 auf, durch die ein Gasstrom in den durch das Bodenelement 4 und die seitlichen Wandungen 2 begrenzten Aufnahmeraum 20 einströmen kann, und gleichermaßen ein Gasstrom zusammen mit den von den Bauteilen 21, 22 abgelösten Partikeln des hier nicht dargestellten pulverförmigen Materials ausströmen kann.
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Im Aufnahmeraum 20 sind mehrere zylindrische Anlageelemente 11 zu erkennen, die in ihrer Gesamtheit die Anlagestruktur 10 bilden. Die Anlageelemente 11 erstrecken sich von der Ablagefläche 3, welche den Aufnahmeraum 20 darstellungsgemäß nach unten begrenzt, in den Aufnahmeraum 20 hinein.
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1 zeigt, dass die Bauteile 21, 22 derart auf der Ablagefläche 3 angeordnet und im Bezug zu den Anlageelementen 11 der Anlagestruktur 10 positioniert sind, dass, wenn ein Gasstrom auf die Bauteile 21, 22 gerichtet ist bzw. der Bauteilträger 1 zusammen mit den Bauteilen 21, 22 in einem Gasstrom positioniert ist, die aus dem dynamischen Gasdruck resultierende Druckkraft die Bauteile 21, 22 gegen ein Anlageelement 11 drückt. Dadurch wird verhindert, dass das jeweilige Bauteil 21, 22 von dem Gasstrom mitgenommen und relativ zum Bauteilträger 1 beschleunigt wird. Dementsprechend kann das jeweilige Bauteil 21, 22 nicht auf eine seitliche Wandung 2 aufprallen und impulsbedingt beschädigt werden.
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1 zeigt lediglich eine Abstützung durch Anlage einer inneren Bauteilkontur an jeweils einem Anlageelement 11. Es ist ebenso möglich, eine äußere Bauteilkontur an einem oder mehreren Anlageelementen 11 abzustützen.
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In jeder der vier Ecken des Bauteilträgers 1 ist je ein Deckelablageelement 6 zu erkennen, an denen sich ein Deckel abstützen kann, der den Aufnahmeraum 20 nach darstellungsgemäß oben begrenzt und somit den Bauteilträger 1 verschließt.
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2 zeigt dieselbe Anordnung von Bauteilen 21, 22 in einem Bauteilträger 1 wie in 1, wobei der Bauteilträger 1 in 2 zusätzlich an seiner Oberseite mit einem an den seitlichen Wandungen 2 anliegenden Deckelelement 7 verschlossen ist, welches ebenfalls Aussparungen 5 aufweist. Durch das Deckelelement 7 ist zusätzlich verhinderbar, dass die kleinen und leichten Bauteile 21, 22 nach darstellungsgemäß oben aus dem Aufnahmeraum von dem Gasstrom herausgetragen werden können. Außerdem weist der Bauteilträger 1 in der Ausführung mit Deckelelement 7 Vorteile im Hinblick auf einen sicheren und beschädigungsarmen Transport der Bauteile 21, 22 zwischen einer 3D-Druckstation und einer Entpulverungsstation, insbesondere einer Gasstromerzeugungseinrichtung, auf.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu sehen ist der Bauteilträger 1 in der Ausführungsform mit Deckelelement 7 entsprechend 2 in einer Draufsicht mit den entsprechend positionierten Bauteilen 21, 22. Die Positionierung der Bauteile 21, 22 entspricht der Darstellung in 1. Darstellungsgemäß oberhalb des Bauteilträgers 1 ist eine Gasstromerzeugungseinrichtung 8 mit wenigstens einer Düse 9 zu erkennen. Die Düse 9 ist in Richtung auf den Bauteilträger 1 ausgerichtet, sodass Druckluft diesen, und somit folglich auch die in dem Bauteilträger 1 angeordneten Bauteile 21, 22, zwecks Ablösung von pulverförmigem Material anströmen kann. Die Gasstromerzeugungseinrichtung 8 ist über eine steuerungstechnische Verbindung 31 mit einer Steuereinheit 32 verbunden. Mittels der Steuereinheit 32 ist eine hier nicht näher gekennzeichnete Bewegungseinrichtung steuerbar, die die Düse in einer Relativbewegung 30 über den Bauteilträger 1 hinwegbewegt, sodass die Richtung, aus der der Bauteilträger 1 und die darin befindlichen Bauteile 21, 22 angeströmt werden, veränderbar ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die Düse 9 statisch und die Bewegungseinrichtung bewegt den Bauteilträger 1 unterhalb der Düse 9 in einer Relativbewegung 30.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu sehen ist hier eine Gasstromerzeugungseinrichtung 8 umfassend vier Düsen 9, die jeweils unterschiedlich in Richtung auf den Bauteilträger 1 ausgerichtet sind. Der Bauteilträger 1 und die Bauteile entsprechend wiederum 1 und 2. Über die Steuerungseinheit 32, die über die steuerungstechnische Verbindung 31 mit den Düsen 9 verbunden ist, können diese einzeln aktiviert bzw. deaktiviert werden, sodass der Gasstrom zeitabschnittsweise aus unterschiedlichen Richtungen auf die Bauteile trifft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteilträger
- 2
- seitliche Wandung
- 3
- Ablagefläche
- 4
- Bodenelement
- 5
- Aussparung
- 6
- Deckelablageelement
- 7
- Deckelelement
- 8
- Gasstromerzeugungseinrichtung
- 9
- Düse
- 10
- Anlagestruktur
- 11
- Anlageelement
- 20
- Aufnahmeraum
- 21
- Bauteil Typ 1
- 22
- Bauteil Typ 2
- 30
- Relativbewegung
- 31
- steuerungstechnische Verbindung
- 32
- Steuerungseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048385 B3 [0003]
- DE 102007033434 A1 [0004]
- DE 102017206815 A1 [0005]
