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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Pulverentfernung von einem dreidimensionalen, durch additive Fertigung erzeugten Werkstück. Die Pulverentfernung kann als Teil eines sogenannten Auspackprozesses des dreidimensionalen Werkstücks betrachtet werden. Das Verfahren der additiven Fertigung kann, ohne Einschränkung, Pulverbettschmelzen, wie z. B. selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen sein.
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Das Pulverbettschmelzen ist ein additives Schichtbauverfahren, mit dem pulverförmige, insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffe zu dreidimensionalen Werkstücken mit komplexen Formen verarbeitet werden können. Dazu wird eine Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufgebracht und in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie des herzustellenden Werkstücks ortsselektiv mit Strahlung (z.B. Laser- oder Partikelstrahlung) bestrahlt. Die in die Pulverschicht eindringende Strahlung bewirkt eine Erwärmung und damit ein Aufschmelzen oder Sintern der Rohstoffpulverpartikel. Auf die bereits bestrahlte Schicht auf dem Träger werden dann nacheinander weitere Rohstoffpulverschichten aufgebracht, bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe hat. Das Pulverbettschmelzen kann zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen, hochwertigen Bauteilen oder medizinischen Prothesen, wie z. B. Zahn- oder Orthopädieprothesen, auf der Grundlage von CAD-Daten eingesetzt werden. Beispiele für Pulverbettschmelzverfahren umfassen das selektive Laserschmelzen, das selektive Lasersintern und das Elektronenstrahlschmelzen.
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Es sind Vorrichtungen zur Herstellung eines oder mehrerer Werkstücke nach dem oben genannten Verfahren bekannt. So wird in der
EP 2 961 549 A1 bzw. der
EP 2 878 402 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens beschrieben. Die in diesen Dokumenten beschriebenen allgemeinen Prinzipien können auch für das Verfahren der vorliegenden Offenbarung gelten.
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Nachdem das dreidimensionale Werkstück Schicht für Schicht im Pulverbett erzeugt wurde, muss das restliche Pulver von dem Werkstück entfernt werden, damit das Werkstück verwendet und/oder weiterbearbeitet werden kann. Bei der Entfernung des Pulvers sollte eine Kontamination mit Umgebungsluft (insbesondere Sauerstoff) vermieden werden, um z. B. eine Oxidation zu verhindern. Ferner sollte die Entstehung von Staubwolken vermieden oder durch Inertisierung kontrolliert werden, um z. B. Explosionen zu vermeiden. Es ist daher wünschenswert, dass die Entfernung des Pulvers in einer kontrollierten Umgebung (z. B. in einer Inertgasatmosphäre wie Argon) und unter kontrollierten Bedingungen erfolgt.
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Restpulver kann sich auf nicht verfestigtes Pulver innerhalb eines Bauzylinders beziehen, in dem das Werkstück verfestigt und damit gebaut wurde. Nach einem oder mehreren Aufbereitungsprozessen (z. B. Reinigen, Trocknen, Sieben usw.) kann das Restpulver dem Bauprozess wieder zugeführt werden, und aus dem Restpulver kann ein neues dreidimensionales Werkstück erzeugt werden.
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Für die Entfernung von Restpulver von einem Werkstück sind verschiedene Verfahren bekannt. So können beispielsweise die Seitenwände des Bauzylinders nach oben bewegt werden, während eine Grundplatte des Bauzylinders auf dem Untergrund verbleibt. Diese Technik kann jedoch zu explosiven Staubwolken führen. Ferner ist für diese Technik eine zusätzliche Bewegungsachse erforderlich, und es ist eine komplizierte Technik zum Auffangen des rieselnden Restpulvers in einem Speicherbehälter erforderlich.
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Ferner ist es bekannt, eine Grundplatte des Bauzylinders nach oben zu drücken, während die Seitenwände des Bauzylinders auf dem Untergrund verbleiben.
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Ein Problem dieser bekannten Verfahren besteht darin, dass das Werkstück und das möglicherweise an dem Werkstück verbleibende Restpulver zur weiteren Verarbeitung transportiert werden, während sie zumindest vorübergehend einer Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind. Ferner können sich Pulverreste in der Umgebungsatmosphäre verbreiten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das mindestens eines der vorgenannten Probleme und/oder andere damit zusammenhängende Probleme löst. Insbesondere und ohne Einschränkung wird ein verbessertes Pulverentfernungsverfahren gewünscht, bei der das Werkstück und das Restpulver einer umgebenden Atmosphäre so wenig wie möglich ausgesetzt werden. Insbesondere wird ein verbessertes Pulverentfernungsverfahren angestrebt, bei dem eine Kontamination der Umgebungsatmosphäre reduziert und damit die Betriebssicherheit erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Entfernen von Pulver von einem dreidimensionalen Werkstück, das mittels additiver Fertigung erzeugt wurde, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Anbringen eines Bauzylinders an einer Bauzylinderbefestigung. Der Bauzylinder umfasst eine Grundplatte, die das dreidimensionale Werkstück hält, und Seitenwände, die lösbar an der Grundplatte befestigt sind. Der Bauzylinder umfasst Restpulver aus einem additiven Fertigungsprozess des dreidimensionalen Werkstücks. Das Verfahren umfasst ferner das Befestigen einer Folie an der Bauzylinderbefestigung und/oder an der Grundplatte.
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Eines oder mehrere der folgenden Merkmale des Verfahrensaspekts können auch bei der Vorrichtung des unten beschriebenen Vorrichtungsaspekts vorhanden sein. Wenn in der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Werkstück“ verwendet wird, bezieht er sich immer auf das „dreidimensionale Werkstück“.
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Das Verfahren kann mit einer Vorrichtung zur Pulverentfernung durchgeführt werden, die Teil einer sogenannten Auspackstation sein kann. Bei dem additiven Fertigungsverfahren, mit dem das Werkstück erzeugt wurde, kann es sich um selektives Laserschmelzen oder selektives Lasersintern oder ein anderes Verfahren handeln, bei dem Pulver verfestigt und/oder gebunden wird, um ein dreidimensionales Werkstück zu bilden.
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Bei dem Bauzylinder kann es sich also um einen Bauzylinder handeln, der in einer Vorrichtung für die additive Fertigung verwendet wird, wie z. B. einer Vorrichtung für das selektive Laserschmelzen oder eine Vorrichtung für das selektive Lasersintern. Der Bauzylinder kann einen Deckel umfassen, um eine inerte Atmosphäre in dem Bauzylinder aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann der Bauzylinder in der Vorrichtung für die additive Fertigung mit dem Deckel verschlossen werden, während sich der Bauzylinder noch in einer inerten Atmosphäre (z. B. Argonatmosphäre) befindet. Alternativ kann ein Trichter oder Fülltrichter im Inneren der Vorrichtung für das selektive Laserschmelzen an dem Bauzylinder befestigt werden, wobei eine inerte Atmosphäre aufrechterhalten wird. Anschließend kann der geschlossene Bauzylinder in die Auspackstation gebracht werden, wo das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchgeführt wird.
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Die Entfernung von Pulver von dem dreidimensionalen Werkstück bedeutet in der vorliegenden Anmeldung im Allgemeinen die Entfernung des Pulvers aus einem Innenvolumen des Bauzylinders, während das Werkstück von der Grundplatte gehalten wird. Das entfernte Pulver kann also in direktem Kontakt mit dem Werkstück gestanden haben oder auch nicht.
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Der Bauzylinder kann ein Innenvolumen in Form eines allgemeinen Zylinders haben. Der Zylinder kann also ein Kreiszylinder (mit einer kreisförmigen Grundplatte) sein oder die Grundplatte kann z. B. eine rechteckige Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken, eine elliptische Form usw. haben. Die Grundplatte des Zylinders kann sich in einer horizontalen x-y-Ebene erstrecken, während die Seitenwände des Zylinders senkrecht zu der Grundplatte sind und sich z. B. parallel zu einer z-Richtung erstrecken. Die Grundplatte kann mit einem Träger korrespondieren, der während des additiven Fertigungsprozesses relativ zu den Seitenwänden nach unten bewegt wird.
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Die Bauzylinderbefestigung kann z. B. eine Platte umfassen, an der der Bauzylinder angebracht (d. h. befestigt) wird. Die Befestigung kann über ein oder mehrere Montageelement(e), wie z.B. Schrauben, Stifte, Klammern usw. erfolgen. Die Befestigung kann eine stabile, aber lösbare Verbindung des Bauzylinders mit der Bauzylinderbefestigung gewährleisten. Die Bauzylinderbefestigung kann an einem Manipulationsmittel, wie z. B. mindestens einem oder mehreren Motor(en), mindestens einem oder mehreren Aktuator(en), mindestens einer oder mehreren Vibrationsvorrichtung(en), etc. befestigt sein. Insbesondere kann die Bauzylinderbefestigung an einem Roboter-Endeffektor befestigt sein.
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Die Tatsache, dass die Grundplatte das Werkstück hält, kann bedeuten, dass das Werkstück während des additiven Fertigungsprozesses auf der Grundplatte erzeugt wurde. Daher kann das Werkstück direkt mit der Grundplatte verbunden sein, da eine erste Schicht des Werkstücks direkt mit der Grundplatte verbunden ist. Das Werkstück kann aber auch über eine oder mehrere Stützstrukturen, die sich von der Grundplatte zu dem Werkstück erstrecken, indirekt mit der Grundplatte verbunden sein. Ferner kann das Werkstück nach dem additiven Fertigungsprozess an der Grundplatte befestigt und gesichert worden sein. Ferner kann das Werkstück einfach durch die Schwerkraft auf der Grundplatte gehalten werden, und in diesem Fall ist das Werkstück vollständig von Restpulver umgeben.
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Als Restpulver wird in der vorliegenden Offenbarung das nicht verfestigte (oder nicht gebundene) Pulver in einem Innenvolumen des Bauzylinders bezeichnet. Mit anderen Worten, Restpulver ist Pulver, das während des additiven Fertigungsprozesses auf die Grundplatte aufgebracht wurde, aber während des additiven Fertigungsprozesses nicht verfestigt oder gebunden wurde. In der Auspackstation geht es darum, das Restpulver möglichst vollständig von dem Werkstück zu entfernen.
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Die Folie kann transparent sein. Auf diese Weise kann ein Benutzer und/oder eine Kamera das Werkstück in der Folie beobachten und den Fortschritt der Pulverentfernung vom Werkstück überwachen. Die Folie kann eine Einwegfolie sein, um Sauberkeit und Sicherheit beim Transport/dem Pulverentfernungsprozess zu gewährleisten. Bei der Folie kann es sich um einen Beutel oder Sack handeln.
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Die Folie kann so befestigt werden, dass ein Öffnungsabschnitt der Folie an der Bauzylinderbefestigung und/oder an der Grundplatte befestigt wird. Bei dem Öffnungsabschnitt der Folie kann es sich um einen Öffnungsabschnitt eines von der Folie gebildeten Volumens handeln. Mit anderen Worten, wenn der Öffnungsabschnitt geschlossen ist, kann die Folie ein geschlossenes Volumen definieren. Die Folie kann jedoch auch mehr als einen Öffnungsabschnitt aufweisen, z. B. wenn die Folie in Form einer schlauchförmigen Folie vorgesehen ist. Der Öffnungsabschnitt kann eine Öffnung, wie z. B. ein Loch, umfassen. Wenn der Öffnungsabschnitt befestigt wird, kann ein ganzer Randbereich des Öffnungsabschnitts befestigt werden. Zum Beispiel kann ein ganzer Rand eines in dem Öffnungsabschnitt ausgebildeten Lochs befestigt werden.
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Das Befestigen kann gasdicht ausgeführt werden. Die Folie kann nur an der Bauzylinderbefestigung oder an der Grundplatte oder an beiden Elementen befestigt werden. Beispielsweise kann die Folie zunächst (z. B. nicht gasdicht) an der Bauzylinderbefestigung und anschließend gasdicht an der Grundplatte befestigt werden.
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Das Werkstück kann von der Folie so umschlossen werden, dass sich das Werkstück innerhalb eines durch die Folie definierten Innenvolumens befindet. Dies bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass das Werkstück vollständig von der Folie umgeben ist und dass sich das Werkstück in einem durch die Folie definierten geschlossenen Volumen befindet. Das Werkstück ist beispielsweise auch dann von der Folie umschlossen, wenn es sich bei der Folie um eine schlauchförmige Folie handelt und sich das Werkstück in einem inneren Teil (d. h. einem Innenraum) der schlauchförmigen Folie befindet. Es kann daher gesagt werden, dass „das dreidimensionale Werkstück von der Folie umschlossen ist“ oder dass „das dreidimensionale Werkstück seitlich von der Folie umschlossen ist“, nachdem der Schritt des Befestigens erfolgt ist.
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Das Verfahren kann ferner das Lösen der Grundplatte von dem Bauzylinder umfassen, während die Folie an der Bauzylinderbefestigung und/oder an der Grundplatte befestigt bleibt.
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Das Lösen der Grundplatte von dem Bauzylinder kann das Lösen der Grundplatte von den Seitenwänden umfassen. Das Lösen der Grundplatte von dem Bauzylinder kann durch eine Bewegung der Grundplatte relativ zu den Seitenwänden in einer zu den Seitenwänden parallelen Richtung erfolgen. Während dieser Bewegung kann das Werkstück von der Folie umschlossen bleiben.
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Bei der Folie kann es sich um eine schlauchförmige Folie handeln. In dem Schritt des Befestigens kann ein Öffnungsabschnitt der schlauchförmigen Folie an der Bauzylinderbefestigung und/oder an der Grundplatte befestigt werden. Der Öffnungsabschnitt der Folie kann einem Endabschnitt von zwei gegenüberliegenden Endabschnitten der schlauchförmigen Folie entsprechen.
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Bezüglich des Öffnungsabschnitts siehe die obige Erläuterung. Die schlauchförmige Folie kann eine Endlosfolie sein. Mit anderen Worten, die schlauchförmige Folie kann so konfiguriert sein, dass sie für mehrere Verfahren gemäß dem ersten Aspekt verwendet werden kann, z.B. mindestens 10, mindestens 20, mindestens 50 oder mindestens 100. Eine Erstreckung der schlauchförmigen Folie in eine Richtung zwischen den zwei Endabschnitten kann in einem ungefalteten Zustand mindestens das 5-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts, mindestens das 10-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts, mindestens das 20-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts, mindestens das 30-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts, mindestens das 50-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts oder mindestens das 100-fache eines Durchmessers des Öffnungsabschnitts betragen.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass nach dem Schritt des Lösens der Grundplatte von dem Bauzylinder die schlauchförmige Folie in einem Bereich der schlauchförmigen Folie zwischen dem einen Endabschnitt und dem anderen der zwei gegenüberliegenden Endabschnitte abgekniffen wird, so dass die schlauchförmige Folie ein geschlossenes Volumen um das dreidimensionale Werkstück bildet. Abklemmen kann sich auf ein Verfahren beziehen, bei dem ein Volumen der schlauchförmigen Folie in voneinander getrennte Volumina aufgeteilt wird. Das Abklemmen kann pulverdicht und optional gasdicht erfolgen. Das Abklemmen kann mit einem Abklemmelement, wie z. B. einem Draht, einem Gummiband, einem Kabelbinder, einer Klemme, etc. erfolgen. Das Abklemmen kann auch durch das Formen eines Knotens erfolgen. Nach dem Schritt des Abklemmens kann das abgetrennte Volumen von einem verbleibenden Teil der schlauchförmigen Folie abgeschnitten werden.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass nach dem Schritt des Lösens der Grundplatte von dem Bauzylinder die das dreidimensionale Werkstück umgebende Folie geschrumpft wird, z. B. um das in der Folie eingeschlossene Gasvolumen zu verringern.
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Der Öffnungsabschnitt der schlauchförmigen Folie kann an der Grundplatte befestigt werden, indem eine Klemmvorrichtung verwendet wird, die die Grundplatte umgibt und die schlauchförmige Folie zwischen der Klemmvorrichtung und der Grundplatte einklemmt.
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Die Grundplatte kann eine umlaufende Nut umfassen, wobei die Klemmvorrichtung in die Nut eingreift. Die Klemmvorrichtung kann einen Draht, ein Gummiband, einen Kabelbinder, eine Klammer (z. B. aus Metall) usw. umfassen. Die Klemmvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie eine radiale Kraft auf die Grundplatte ausübt, wodurch die schlauchförmige Folie an der Grundplatte festgeklemmt wird. Die Befestigung mittels der Klemmvorrichtung kann pulverdicht und optional gasdicht sein.
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Das Verfahren kann ferner das Entfernen der Grundplatte von der Bauzylinderbefestigung umfassen.
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Die Grundplatte kann zusammen mit dem Werkstück und der Folie, die ein geschlossenes Volumen um das Werkstück bildet, entfernt werden. Nach dem Entfernen der Grundplatte kann die Grundplatte zu einer weiteren Station zur Lagerung oder Nachbearbeitung gebracht werden.
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Das Verfahren kann ferner die Wiederverwendung der Bauzylinderbefestigung für einen weiteren Prozess gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 umfassen.
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Ferner kann ein weiterer Bauzylinder an der Bauzylinderbefestigung angebracht werden. So kann die Bauzylinderbefestigung Teil einer Auspackstation bleiben, während bewegliche Bauzylinder von der additiven Fertigungsvorrichtung zu der Auspackstation gebracht werden.
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Die schlauchförmige Folie kann in gefalteter Form in einem Folienspeicher aufbewahrt werden. Der Folienspeicher kann zumindest einen Teil des Bauzylinders umgeben. Alternativ kann der Folienspeicher auch unter dem Bauzylinder angeordnet sein.
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Der Durchmesser des Folienspeichers kann größer sein als der Durchmesser des Bauzylinders (genauer gesagt, der Durchmesser der Grundplatte). Der Folienspeicher kann ringförmig sein. Der hier verwendete Begriff „ringförmig“ kann nicht nur kreisförmige Ringformen umfassen, sondern auch nicht kreisförmige Ringformen, wie z. B. quadratische Ringformen. Mit anderen Worten, man kann sagen, dass der Folienspeicher umlaufend ausgebildet ist.
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Das Verfahren kann auch einen Schritt umfassen, in dem die statische Aufladung der Folie vorentlüftet oder reduziert wird. Alternativ dazu kann auch ein Verfahren zur Entladung der Folie umfasst sein.
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Das Verfahren kann ferner das Entfernen eines Deckels des Bauzylinders und das Ersetzen des Deckels durch einen Trichter umfassen.
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Im geschlossenen Zustand kann der Deckel den Bauzylinder gasdicht verschließen. Ferner kann der Trichter den Bauzylinder gasdicht verschließen. Zu diesem Zweck kann der Trichter ein Ventil umfassen, das während der Zeit des Ersetzens geschlossen ist.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass nach dem Schritt des Anbringes der Bauzylinder um eine horizontale Achse gedreht wird, so dass der Bauzylinder in eine umgedrehte Position gebracht wird.
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Die Definition „nach dem Schritt A, B“ bedeutet nicht notwendigerweise, dass der Schritt B direkt auf den Schritt A folgt. Zwischen A und B können weitere Schritte durchgeführt werden. Die umgedrehte Position kann bedeuten, dass der Bauzylinder um 180° um die horizontale Achse gedreht wird. Mit anderen Worten, in der umgedrehten Position zeigt die Grundplatte des Bauzylinders nach oben. Der Trichter (sofern er befestigt ist) kann in der umgedrehten Position nach unten zeigen. Dem umgedrehten Zustand können zusätzliche Bewegungen (z. B. Vibrationen, Drehungen usw.) vorausgehen.
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Das Verfahren kann ferner das Öffnen eines Ventil des Trichters umfassen, so dass zumindest ein Teil des Restpulvers nach unten in einen Speicherbehälter fließt.
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Mit anderen Worten, das Restpulver kann von dem Bauzylinder durch den Trichter in den Speicherbehälter fließen. Der Speicherbehälter kann mit dem Trichter pulverdicht, optional gasdicht, verbunden sein.
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Das nach unten fließende Pulver kann mindestens eine Siebstation passieren, um grobe Partikel aus dem Pulver zu entfernen.
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Die Siebstation kann so konfiguriert sein, dass sie grobe Partikel, wie z. B. Klumpen, Spritzer, teilweise erstarrtes Pulver, etc. aus dem Restpulver entfernt. Dadurch kann verhindert werden, dass die groben Partikel in den Speicherbehälter gelangen. Daher kann das Pulver in dem Speicherbehälter mit weniger Schritten der Weiterverarbeitung recycelt werden.
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Die Schritte des Befestigens und des Lösens können in der umgedrehten Position durchgeführt werden.
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So kann das Werkstück (nach oben) aus dem Bauzylinder herausgezogen werden, während es sich in einer umgedrehten Position befindet.
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Das Verfahren kann ferner das Vibrieren und/oder Drehen des Bauzylinders und/oder der Grundplatte umfassen. Werkzeuge zum Vibrieren des Bauzylinders oder der Grundplatte können in der Bauzylinderbefestigung umfasst sein oder von außerhalb der Folie zugeführt werden.
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Das Vibrieren und/oder Drehen des Bauzylinders zu einem beliebigen Zeitpunkt, nachdem der Bauzylinder an der Bauzylinderbefestigung angebracht wurde, kann dazu führen, dass sich Pulverreste von dem Werkstück lösen. Dies kann die Entfernung des Restpulvers verbessern.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass nach dem Schritt des Befestigens eine Spitze einer Vakuumvorrichtung durch eine Öffnung der Folie eingeführt wird und ein Bereich im Inneren der Folie mit der Vakuumvorrichtung ausgesaugt wird, um zumindest einen Teil des Restpulvers zu entfernen.
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Bei der Vakuumvorrichtung kann es sich um einen Staubsauger handeln. Die Öffnung kann z. B. durch Schneiden erzeugt werden. Ferner kann die Öffnung bereits beim Anbringen der Folie in der Folie vorhanden sein. Ähnlich dem Aussaugen können auch andere Manipulationsschritte (z.B. Bürsten, Blasen, etc.) durch die Öffnung und/oder durch eine weitere Öffnung der Folie durchgeführt werden.
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Das Verfahren kann ferner das Entfernen der Klemmvorrichtung und das Befestigen einer Pulverauffangvorrichtung an der schlauchförmigen Folie, wobei die Pulverauffangvorrichtung einen Pulvereinlassabschnitt mit nach innen weisenden Seitenwänden aufweist, und das Drehen des Bauzylinders um eine horizontale Achse umfassen, so dass zumindest ein Teil des Restpulvers im Inneren der Pulverauffangvorrichtung aufgefangen wird.
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Der Einlassabschnitt kann einen im Wesentlichen Einwegpfad für das Pulver bilden. Der Einlassabschnitt kann in Form eines Trichters ausgebildet sein, der nach innen in die Pulverauffangvorrichtung zeigt.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass in der umgedrehten Position ein Abschnitt der schlauchförmigen Folie an einem unteren Teil der schlauchförmigen Folie abgeklemmt wird, so dass zumindest ein Teil des Restpulvers in einem durch die schlauchförmigen Folie gebildeten geschlossenen Volumen aufgefangen wird.
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Mit anderen Worten, ein unterer Teil der schlauchförmigen Folie, in dem sich durch die Schwerkraft Restpulver angesammelt hat, wird von einem verbleibenden Volumen abgeklemmt. Auf diese Weise fällt dieses Pulver nicht auf die Grundplatte und/oder in den Bauzylinder zurück, wenn die Grundplatte oder der Bauzylinder wieder in ihre ursprüngliche aufrechte Position (nicht die umgedrehte Position) gedreht wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Entfernen von Pulver von einem dreidimensionalen Werkstück, das durch additive Fertigung erzeugt wurde, bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Bauzylinderbefestigung zum Befestigen eines Bauzylinders an der Bauzylinderbefestigung und einen ringförmigen Folienspeicher, der eine darin aufbewahrte schlauchförmige Folie umfasst.
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Der ringförmige Folienspeicher kann so konfiguriert sein, dass er zumindest einen Teil des Bauzylinders umgibt, wenn der Bauzylinder an der Bauzylinderbefestigung angebracht ist.
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Alle oben genannten optionalen Merkmale und Details, die oben in Bezug auf das Verfahren des ersten Aspekts erörtert wurden, können gegebenenfalls auch für die Vorrichtungsmerkmale des zweiten Aspekts gelten. Genauer gesagt kann die Vorrichtung zum Entfernen von Pulver eines oder mehrere der Elemente umfassen, die oben im Hinblick auf den Verfahrensaspekt erörtert wurden.
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Zum Beispiel: Die Vorrichtung kann mindestens einen Bauzylinder umfassen, wie oben beschrieben. Der Bauzylinder kann mindestens einen Deckel umfassen, wie oben beschrieben. Die Vorrichtung kann mindestens einen Trichter umfassen, wie oben beschrieben. Die Vorrichtung kann mindestens eine Manipulationsvorrichtung umfassen, mit der der Bauzylinder in die umgedrehte Position gebracht werden kann.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben, wobei
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch additive Fertigung unter Verwendung eines austauschbaren Bauzylinders zeigt;
- 2-3 ein Verfahren zum Entfernen von Pulver von einem dreidimensionalen, durch additive Fertigung erzeugten Werkstück gemäß der vorliegenden Offenbarung in Form von schematischen Seitenansichten zeigen;
- 4 einen Ausschnitt aus einem alternativen Verfahren zum Entfernen von Pulver von einem dreidimensionalen, durch additive Fertigung erzeugten Werkstück gemäß der vorliegenden Offenbarung in Form von schematischen Seitenansichten zeigt;
- 5 eine schematische Seitenansicht von Details des Bauzylinders, der Folie und des Werkstücks zeigt;
- 6 eine schematische Seitenansicht eines von einer Folie umschlossenen Werkstücks mit einer Pulverauffangvorrichtung zeigt; und
- 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Entfernen von Pulver von einem dreidimensionalen, durch additive Fertigung erzeugten Werkstück gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 12. Die Vorrichtung 10 ist dem Fachmann gut bekannt und kann z. B. eine typische additive Fertigungsvorrichtung sein.
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Die Prinzipien der Vorrichtung 10 werden daher nur kurz beschrieben. Bei einer solchen Vorrichtung 10 kann es sich um eine Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen oder um eine Vorrichtung zum selektiven Lasersintern handeln, bei der ein oder mehrere Laserstrahl(en) 14 zur selektiven Bestrahlung und Verfestigung aufeinanderfolgender Rohstoffpulverschichten verwendet werden können.
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Als Beispiel kann die nachfolgend beschriebene Vorrichtung 10 zur Durchführung eines Verfahrens des selektiven Laserschmelzens dienen. Typische Merkmale des Pulverbettschmelzens sind, dass ein Rohstoffpulver schichtweise aufgetragen wird und jede Schicht selektiv bestrahlt und verfestigt wird, um eine Schicht eines herzustellenden Werkstücks 12 zu erzeugen. Nach dem Entfernen von überschüssigem Pulver und nach optionalen Nachbearbeitungsschritten (z. B. Entfernen von Restpulver vom Werkstück 12, Entfernen einer oder mehrerer Stützstruktur(en)) erhält man das fertige Werkstück 12.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks 12 durch selektives Laserschmelzen. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prozesskammer 16. Die Prozesskammer 16 ist gegen die Umgebungsatmosphäre, d.h. gegen die die Prozesskammer 16 umgebende Umgebung, abdichtbar. Eine in der Prozesskammer 16 angeordnete Pulverauftragsvorrichtung 18 dient zum Auftragen eines Rohstoffpulvers auf einen Träger 20 (hier auch als Grundplatte 20 bezeichnet). Es ist eine Vertikalbewegungseinheit 22 vorgesehen, so dass der Träger 20 in vertikaler Richtung verschiebbar ist, so dass mit zunehmender Bauhöhe des Werkstücks 12, wenn es schichtweise aus dem Rohstoffpulver auf dem Träger 20 aufgebaut wird, der Träger 20 in vertikaler Richtung nach unten bewegt werden kann.
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Alternativ zu dem bewegbaren Träger 20 kann der Träger 20 auch als feststehender (insbesondere in vertikaler z-Richtung) Träger vorgesehen sein, wobei die Bestrahlungsvorrichtung 24 (siehe unten) und die Prozesskammer 16 während des Bauprozesses (d.h. mit zunehmender Bauhöhe des Werkstücks 12) nach oben verfahrbar ausgebildet sind. Ferner können sowohl der Träger 20 als auch die Bestrahlungsvorrichtung 24 einzeln in z-Richtung bewegbar sein.
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Eine Trägeroberfläche des Trägers 20 definiert eine horizontale Ebene (eine x-y-Ebene), wobei eine Richtung senkrecht zu dieser Ebene als vertikale Richtung oder Baurichtung (z-Richtung) definiert ist. Folglich erstrecken sich jede oberste Rohstoffpulverschicht und jede Schicht des Werkstücks 12 in einer Ebene, die parallel zu der oben definierten horizontalen Ebene (x-y-Ebene) ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Gaseinlass 26 zur Zuführung eines Inertgases (z. B. Argon) in die Prozesskammer 16. Ein Gasauslass (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, so dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Prozesskammer 16 erzeugt werden kann, indem ein Gaskreislauf eingerichtet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine unidirektionale laminare Strömung über der obersten Rohstoffpulverschicht erzeugt.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Bestrahlungsvorrichtung 24 (auch als Bestrahlungseinheit oder optische Einheit bezeichnet) zur selektiven Bestrahlung der obersten Rohstoffpulverschicht auf dem Träger 20 mit dem Laserstrahl 14. Mit Hilfe der Bestrahlungsvorrichtung 24 kann das auf den Träger 20 aufgebrachte Rohstoffpulver in Abhängigkeit der gewünschten Geometrie des herzustellenden Werkstücks 12 ortsselektiv bestrahlt werden.
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Die Bestrahlungsvorrichtung 24 umfasst eine Scannereinheit 30, die so konfiguriert ist, dass sie den Laserstrahl 14 selektiv auf das auf den Träger 20 aufgebrachte Rohstoffpulver abstrahlt. Die Scannereinheit 30 wird von einer Steuereinheit 40 der Vorrichtung 10 gesteuert. Die Scannereinheit 30 kann einen Spiegel umfassen, der in Bezug auf zwei senkrechte Achsen schwenkbar ist. Alternativ kann die Scannereinheit 30 zwei schwenkbare Spiegel umfassen, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie in Bezug auf eine entsprechende Achse geschwenkt werden können. Bei den schwenkbaren Spiegeln kann es sich z. B. um Galvanometerspiegel handeln.
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Der Bestrahlungsvorrichtung 24 wird von einer Laserstrahlquelle 32 Laserstrahlung zugeführt. Die Laserstrahlquelle 32 kann innerhalb der Bestrahlungsvorrichtung 24 oder außerhalb der Bestrahlungsvorrichtung 24 vorgesehen sein, wie in 1 gezeigt. Im ersten Fall kann die Laserstrahlquelle 32 als Teil der Bestrahlungsvorrichtung 24 angesehen werden. Im zweiten Fall wird der Laserstrahl von der Laserstrahlquelle 32 erzeugt und über eine optische Faser 34 in die Bestrahlungsvorrichtung 24 geleitet. Alternativ kann der Laserstrahl, z. B. mit Hilfe eines oder mehrerer Spiegel(s), auch durch die Luft oder durch ein Vakuum in die Bestrahlungsvorrichtung 24 geleitet werden.
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Von der Laserstrahlquelle 32 wird der Laserstrahl auf die Scannereinheit 30 gelenkt. Die Laserstrahlquelle 32 kann z. B. einen diodengepumpten Ytterbium-Faserlaser umfassen, der Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 1070 bis 1080 nm (d. h. im infraroten Wellenlängenbereich) emittiert.
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Die Bestrahlungsvorrichtung 24 umfasst ferner zwei Linsen 36 und 38, die so konfiguriert sind, dass sie den Laserstrahl 14 auf eine gewünschte Fokuspositon entlang der z-Achse fokussieren. In der in 1 gezeigten Ausführungsform haben beide Linsen 36 und 38 eine positive Brechkraft. Die weiter stromaufwärts in dem Strahlengang gelegene Linse 38 ist so konfiguriert, dass sie das von der Faser 34 emittierte Laserlicht kollimiert, so dass ein kollimierter oder im Wesentlichen kollimierter Laserstrahl erzeugt wird. Die Linse 36, die sich weiter stromabwärts in dem Strahlengang befindet, ist so konfiguriert, dass sie den kollimierten (oder im Wesentlichen kollimierten) Laserstrahl auf eine gewünschte z-Position fokussiert.
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Die Steuereinheit 40 umfasst einen Prozessor und einen Speicher, wobei in dem Speicher Befehle zur Steuerung der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 10 gespeichert sind. Beispielsweise kann die Steuereinheit 40 so konfiguriert sein, dass sie die Vertikalbewegungseinheit 22, die Pulverauftragsvorrichtung 18, einen vom Gaseinlass 26 zugeführten Gasstrom und die Bestrahlungsvorrichtung 24 steuert. Eine Benutzer-Eingabe- und Ausgabeschnittstelle kann vorgesehen und mit der Steuervorrichtung 40 verbunden oder verbindbar sein. Ferner weist die Steuereinheit 40 eine Schnittstelle zum Empfang von Werkstückdaten auf, die eine dreidimensionale Form des herzustellenden Werkstücks 12 repräsentieren.
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Die Grundplatte 20 ist Teil eines Bauzylinders 42, der die Grundplatte 20 und Seitenwände 28 umfasst. Die Seitenwände 28 sind vertikal und erstrecken sich daher parallel zur z-Richtung und bilden zusammen mit der Grundplatte 20 ein Volumen, in dem sich das Werkstück 12 nach Abschluss des Bauprozesses befindet. Ferner umgibt das Werkstück 12 nicht verfestigtes Rohstoffpulver, das hier auch als Restpulver bezeichnet wird. Der Bauzylinder 42 der Vorrichtung 10 ist austauschbar. Das bedeutet, dass der Bauzylinder 42 (d. h. zumindest die Seitenwände 28 und die Grundplatte 20) aus der Vorrichtung 10 entnommen und zur weiteren Bearbeitung zu einer oder mehreren Nachbearbeitungsstationen gebracht werden kann. Beispielsweise kann der Bauzylinder 42 zu einer Auspackstation gebracht werden, um, wie unten beschrieben, das Pulver von dem Werkstück 12 zu entfernen.
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Bevor der Bauzylinder 42 aus der Prozesskammer 16 entnommen wird, kann er mit einem Deckel (44, in 1 nicht dargestellt) verschlossen werden, um eine Inertgasatmosphäre in dem Bauzylinder 42 beizubehalten. Während des Bauprozesses können die Prozesskammer 16 und der Bauzylinder 42 beispielsweise mit Inertgas wie z.B. Argon geflutet werden. Der Deckel 44 des Bauzylinders 42 kann verhindern, dass Inertgas aus dem Bauzylinder 42 austritt, und er kann verhindern, dass Luft in den Bauzylinder 42 eintritt, sobald der Bauzylinder 42 aus der Vorrichtung 10 entfernt wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen von Verfahren zur Entfernung von Pulver von dem Werkstück 12 erörtert. Der Begriff „Pulverentfernung von dem Werkstück“ bezieht sich im Allgemeinen auf die Entfernung von Pulverresten aus dem Bauzylinder 42. Die Verfahren können in einer speziell für die Pulverentfernung vorgesehenen Station durchgeführt werden, die auch als Auspackstation bezeichnet wird. Nach der Pulverentfernung kann das Werkstück 12 zur weiteren Bearbeitung in eine oder mehrere weitere Stationen gebracht werden, in denen z. B. verbleibende Pulverreste von dem Werkstück 12 entfernt werden können.
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2 zeigt einen ersten Teil von zwei Teilen eines Verfahrens zur Pulverentfernung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 3 zeigt den zweiten Teil. Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind mit (a) bis (r) bezeichnet und werden in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Die Schritte (a) bis (r) werden nun im Detail besprochen. Wenn in den Figuren nicht alle Elemente mit einem Bezugszeichen versehen sind, ist zu beachten, dass dieselben Elemente ihr zuvor zugewiesenes Bezugszeichen beibehalten.
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In einem ersten Schritt (a) wird der Bauzylinder 42 an einer Bauzylinderbefestigung 46 angebracht. In diesem Zustand ist der Bauzylinder 42 durch einen Deckel 44 verschlossen und in dem Bauzylinder 42 ist eine Inertgasatmosphäre beibehalten. Der Bauzylinder 42 ist mit geeigneten Befestigungsmitteln, die eine lösbare Verbindung ermöglichen, an der Befestigung 46 befestigt. Ferner muss die Verbindung stark genug sein, um eine Drehung des Bauzylinders 42 über die Befestigung 46 zu ermöglichen. Als Befestigungsmittel können zum Beispiel Schrauben, Bolzen, Klammern, etc. verwendet werden. Die Bauzylinderbefestigung 42 kann ein einfaches Element wie z.B. eine Platte sein oder umfassen.
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In Schritt (b) wird der Deckel 44 entfernt und durch einen Trichter 48 ersetzt. Der Trichter 48 wird an einer oberen Öffnung des Bauzylinders 42 positioniert, wo zuvor der Deckel 44 positioniert war. Ferner ist in Abschnitt (b) ein Roboter-Endeffektor 50 dargestellt, an dem die Befestigung 46 befestigt ist. Die Befestigung 46 kann entweder in einem Schritt des Verfahrens (z. B. in Schritt (b)) an dem Endeffektor 50 befestigt werden oder die ganze Zeit über an dem Endeffektor 50 befestigt sein (d. h. auch in Schritt (a), nicht dargestellt). Der Roboter-Endeffektor 50 ermöglicht die Bewegung des Bauzylinders über die Befestigung 46 um mindestens eine Achse (insbesondere um eine horizontale Achse). In einer alternativen Ausführungsform bilden die Bauzylinderbefestigung 46 und der Roboter-Endeffektor 50 ein integrales Element.
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In Schritt (c) wird der Bauzylinder 42 durch eine Bewegung des Endeffektors 50 in eine umgedrehte Position gebracht. Genauer gesagt, wird der Endeffektor 50 und damit der Bauzylinder 42 um eine horizontale Achse um 180° gedreht, so dass der Bauzylinder 42 auf dem Kopf steht. Mit anderen Worten, eine Öffnung des Bauzylinders 42, die zu Beginn des Verfahrens nach oben gerichtet war (aufrechte Position), ist in der umgedrehten Position nach unten gerichtet. In Schritt (c) können zusätzliche Bewegungen um die horizontale Achse, aber auch um weitere (z. B. horizontale oder vertikale) Achsen durchgeführt werden. Ferner kann Schritt (c) eine Vibration des Endeffektors 50 umfassen, um Pulver von dem Werkstück 12 zu schütteln. Am Ende von Schritt (c) sammelt sich eine bestimmte Menge an Restpulver in einem unteren Teil des Trichters 48 an, wenn sich der Bauzylinder 42 in der umgedrehten Position befindet.
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In Schritt (d) wird ein Speicherbehälter 54 über ein Verbindungselement 52, wie z. B. eine Klammer, mit dem Trichter 48 verbunden. Der Speicherbehälter 54 ist unterhalb des Bauzylinders 42 und des Trichters 48 vorgesehen, so dass das Restpulver aus dem Trichter 48 in den Speicherbehälter 54 fällt, sobald ein Ventil (nicht dargestellt) des Trichters 48 geöffnet wird. Der Speicherbehälter 54 hat eine Öffnung, die zu einem Auslass des Trichters 48 passt. Ein oberer Teil des Speicherbehälters 54 kann zum Beispiel die Form eines umgekehrten Trichters haben (siehe 2).
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In Schritt (e) werden weitere Rotationsbewegungen entlang einer oder mehrerer Achsen und/oder seitliche Bewegungen entlang einer oder mehrerer Richtungen durchgeführt. Dadurch löst sich Restpulver, das nach Schritt (d) in dem Bauzylinder 42 verblieben ist, von dem Werkstück 12 und/oder von dem Bauzylinder 42 und fällt nach unten in den Trichter 42, der über sein Ventil wieder verschlossen ist.
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In Schritt (f) wird der Speicherbehälter 54, ähnlich wie in Schritt (d), wieder angeschlossen und das in Schritt (e) angesammelte Restpulver fällt in den Speicherbehälter 54.
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In Schritt (g) wird ein Folienspeicher 58 bereitgestellt. Der Folienspeicher 58 ist ringförmig in dem Sinne, dass er den Bauzylinder 42 umgibt. Mit anderen Worten, er ist umlaufend. Der Folienspeicher 58 kann daher beispielsweise eine quadratische Form, eine rechteckige Form oder eine kreisförmige Form haben. Der Folienspeicher 58 nimmt eine schlauchförmige Folie 56 auf. Mit anderen Worten, in dem Folienspeicher 58 ist eine schlauchförmige Folie 56 in gefalteter Form gelagert. Die Folie 56 ist transparent und kann auch als Endlosfolie bezeichnet werden. Der Begriff Endlosfolie bezieht sich darauf, dass sie für mehrere Verfahren und nicht nur für ein Verfahren verwendet werden kann. Für jedes Verfahren wird nur ein Teil der Endlosfolie 56 verwendet und abgelöst, der Rest der Endlosfolie 56 verbleibt im Speicher 58 und kann für nachfolgende Verfahren verwendet werden.
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In alternativen Verfahren kann der Folienspeicher 58 bereits an der Bauzylinderbefestigung 46 befestigt oder ein Teil davon sein, wenn der Bauzylinder 42 in Schritt (a) befestigt wird. Ferner kann der Folienspeicher in einem der Schritte (b) bis (d) vorgesehen werden.
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Unterhalb des Bauzylinders 42 ist ein Gestell 60 vorgesehen, und der Bauzylinder 42 wird in Schritt (g) nach unten in Richtung des Gestells 60 bewegt.
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In Schritt (h) liegt der Bauzylinder 42 auf der Zahnstange 60 auf und wird von der Zahnstange 60 gehalten.
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In Schritt (i) wird die Grundplatte 20 vom Rest des Bauzylinders 42 gelöst. Genauer gesagt, wird eine lösbare Verbindung zwischen der Grundplatte 20 und den Seitenwänden 28 gelöst.
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In Schritt (j) wird die Bauzylinderbefestigung 46 zusammen mit der an der Bauzylinderbefestigung 46 angebrachten Grundplatte 20 und dem von der Grundplatte 20 gehaltenen Werkstück 12 nach oben bewegt.
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Wie in 3 dargestellt, wird ein Endabschnitt der ringförmigen Folie 56 über Befestigungsmittel 64 (wie z. B. Klammern) an der Bauzylinderbefestigung 46 befestigt. Die Verbindung der Folie 56 mit der Befestigung 46 ist möglicherweise nicht pulverdicht oder luftdicht, da eine zweite Verbindung des Endabschnitts der ringförmigen Folie 56 mit der Grundplatte 20 hergestellt wird. Die Verbindung der Folie 56 mit der Grundplatte 20 erfolgt über eine Klemmvorrichtung 62, die die Grundplatte 20 umgibt. Auf diese Weise klemmt die Klemmvorrichtung 62 die Folie 56 zwischen der Grundplatte 20 und der Klemmvorrichtung 62 ein. In der Grundplatte 20 kann eine Nut vorgesehen sein, in die die Klemmvorrichtung 62 eingreift. Die Verbindung zwischen der Folie 56 und der Grundplatte 20 ist pulverdicht oder, bezogen auf eine Atmosphäre, in der sich das Werkstück 12 befindet, und eine umgebende Atmosphäre (z.B. Luft), gasdicht.
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Die Verbindung der Folie 56 mit der Bauzylinderbefestigung 46 kann in Schritt (j) erfolgen oder z. B. in Schritt (g), in dem der Folienspeicher 58 vorgesehen wird.
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In Schritt (k) wird die Bauzylinderbefestigung 46 zusammen mit der Grundplatte 20 und dem Werkstück 12 weiter nach oben bewegt, wobei das Werkstück 12 von der Folie 56 umschlossen wird. Mit anderen Worten, die Folie 56 umschließt das Werkstück 12 seitlich, wobei eine geschlossene Atmosphäre gewährleistet ist, da der Trichter 48 die Atmosphäre, in der sich das Werkstück 12 befindet, von unten verschließt.
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In Schritt (I) wird die schlauchförmige Folie 56 mit einem Abklemmelement 66, wie z.B. einem Kabelbinder, einem Klebeband, einer Klemme, etc. abgeklemmt. Durch das Abklemmen wird sichergestellt, dass auch nach dem Schneiden der Folie (in 3 durch eine Schere angedeutet) eine geschlossene Atmosphäre um das Werkstück 12 besteht. Um die Atmosphäre innerhalb des Bauzylinders 42 aufrecht zu erhalten, kann ein zweites Abklemmelement 66 zum Abklemmen der Folie 56 verwendet werden, bevor die Folie zwischen den beiden Abklemmelementen 66, 68 geschnitten wird. Optional wird die Folie um eine vertikale Achse verdreht, um das Abklemmen zu verbessern.
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In Schritt (m) wird die Bauzylinderbefestigung 46 weiter von dem Bauzylinder 42 nach oben gehoben. Das Werkstück 12 wird vollständig von der abgeklemmten Folie 56 umschlossen, wodurch eine geschlossene Atmosphäre um das Werkstück 12 gebildet wird.
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In Schritt (n) wird die Befestigung 46 in ihre ursprüngliche, aufrechte Position zurückgedreht (d. h. um 180° um eine horizontale Achse gedreht). Die Folie wird zwischen den Befestigungsmitteln 64 und der Klemmvorrichtung 62 geschnitten.
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In Schritt (o) wird die Grundplatte 20 zusammen mit dem von der Folie 56 umschlossenen Werkstück 12 aus der Befestigung 46 entfernt.
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In Schritt (p) wird eine neue Grundplatte 20 an der Befestigung 46 befestigt.
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In Schritt (q) wird die Befestigung 46 in eine umgedrehte Position zurückgedreht und die neue Grundplatte 20 wird mit den Seitenwänden 28 des Bauzylinders 42 verbunden.
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In Schritt (r) wird der Bauzylinder 42 mit seiner neuen Grundplatte 20 um eine horizontale Achse in eine aufrechte Position zurückgedreht. Der Bauzylinder 42 (austauschbarer Bauzylinder 42) kann nun für einen neuen Bauprozess in einem additiven Fertigungsverfahren wiederverwendet werden.
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Im Hinblick auf das obige Verfahren wird darauf hingewiesen, dass die Schritte (e) und (f) fakultativ sind. Ferner ist das Befestigen der Folie 56 an der Befestigung 46 optional. In manchen Situationen kann es ausreichend sein, die Folie 56 an der Grundplatte 20 zu befestigen.
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4 zeigt Schritte einer zweiten Ausführungsform, die im Vergleich zu dem Verfahren der 2 und 3 als alternatives Verfahren angesehen werden kann. 4 zeigt drei Schritte (A) bis (C), die nach Schritt (f) des Verfahrens der 2 und 3 durchgeführt werden. Bis zum Schritt (f) ist das Verfahren der zweiten Ausführungsform also das gleiche wie das der ersten Ausführungsform.
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Bei der zweiten Ausführungsform verbleibt der Bauzylinder 42 jedoch nicht in seiner umgedrehten Position, sondern wird wieder in eine aufrechte Position gebracht, wie in 4 (A) gezeigt. Ferner ist für die Betrachtung der Schritte (A) bis (C) der in 4 gezeigte Pfosten 46 die Bauzylinderbefestigung 46.
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In Schritt (A) wird der Bauzylinder 42 an der Bauzylinderbefestigung 46 angebracht. Des Weiteren wird eine Folie 56 an den oberen Enden der Seitenwände 28 befestigt. In diesem Fall ist die Folie 56 nicht schlauchförmig (d. h. mit zwei Öffnungen), sondern kann flach oder in Form eines Beutels (d. h. mit einer Öffnung) sein. In Schritt (A) bedeckt die Folie 56 das Volumen innerhalb des Bauzylinders 42 vollständig.
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In Schritt (B) werden die Seitenwände 28 des Bauzylinders 42 abgesenkt. Alternativ wird die Grundplatte 20 in Bezug auf die Seitenwände 28 nach oben angehoben. Die Folie 56 bleibt dabei an den oberen Enden der Seitenwände 28 befestigt.
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Schritt (C) wird ausgeführt, wenn die Grundplatte 20 im Wesentlichen das Niveau der oberen Enden der Seitenwände 28 erreicht hat. In Schritt (C) wird die Folie 56 von den Seitenwänden 28 gelöst und an der Grundplatte 20 befestigt, auf der das Werkstück 12 ruht. Das Werkstück 12 ist nun vollständig von der Folie 56 in einem geschlossenen Volumen umschlossen.
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In einem weiteren Schritt kann die Grundplatte 20 zur weiteren Bearbeitung aus der Bauzylinderbefestigung 46 entfernt werden.
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5 zeigt eine schematische Seitenansicht des Bauzylinders 42 gemäß einem Verfahren der ersten Ausführungsform, d.h. wenn die Folie 56 in der umgedrehten Position befestigt wird.
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5 kann dem Schritt (j) von 3 entsprechen. Zusätzlich zu den oben in Bezug auf die 2 und 3 diskutierten Elementen können antistatische Bürsten 70 an einem Auslassbereich des Folienspeichers 58 vorgesehen sein. Dadurch kann eine elektrostatische Aufladung der Folie 56 vermieden und ein Anhaften von Pulver an der Folie 56 verhindert werden.
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Ferner kann die Folie 56 eine antistatische Beschichtung umfassen, um eine elektrostatische Aufladung der Folie 56 zu verhindern. Als Folie 56 kann eine Einwegfolie verwendet werden.
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Für die Befestigung der Folie 56 an der Grundplatte 20 gemäß den Schritten (j) oder (C) oben kann Folgendes gelten. Die Folie 56 wird mit einer dichten Klemmvorrichtung 62 an der Grundplatte 20 befestigt. Es können z.B. Elemente aus gummiertem Metall verwendet werden, wobei die Klemmvorrichtung 62 die Grundplatte 20 umgibt. Die Klemmvorrichtung kann gummiert sein, um die Dichtigkeit zu verbessern und ein Abrutschen zu verhindern.
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In der Folie 56 kann eine Öffnung als Gaseinlass vorgesehen sein. Inertgas kann in ein Volumen innerhalb der Folie eingeleitet werden. Ferner kann eine Öffnung in der Folie 56 vorgesehen werden, um eine Spitze einer Vakuumvorrichtung durch die Folie zu stecken und die Vakuumvorrichtung in dem von der Folie eingeschlossenen Volumen zu manipulieren. In dem Trichter 48 können eine oder mehrere Siebvorrichtungen zur Aussiebung grober Partikel aus dem Restpulver vorgesehen sein.
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6 zeigt eine Anordnung, die sowohl für die erste als auch für die zweite Ausführungsform gelten kann. In der aufrechten Position des Werkstücks 12 ist an einem oberen Teil der Folie 56 eine Pulverauffangvorrichtung 72 an der Folie 56 befestigt. Zum Beispiel kann das Abklemmelement 66 in Schritt (I) die Pulverauffangvorrichtung 72 sein. Alternativ kann die Pulverauffangvorrichtung 72 auch nachträglich befestigt werden, z.B. durch Entfernen des Abklemmelements 66.
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Die Pulverauffangvorrichtung 72 wird durch eine Halteklammer 74 gehalten, so dass die Pulverauffangvorrichtung 72 nicht auf das Werkstück 12 fällt. Die Pulverauffangvorrichtung 72 hat einen Pulvereinlassabschnitt mit nach innen, d.h. in Richtung eines Innenvolumens der Pulverauffangvorrichtung 72, weisenden Seitenwänden. In der aufrechten Position wird das Pulver in einem Bereich neben diesen Seitenwänden aufgefangen. In der umgedrehten Position kann Pulver den Pulvereinlassbereich passieren und in die Pulverauffangvorrichtung 72 eintreten.
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Wenn die Pulverauffangvorrichtung 72 befestigt ist, kann das Werkstück 12 daher ein- oder mehrmals um eine oder mehrere horizontale Achse(n) gedreht werden, um möglichst viel Restpulver in der Pulverauffangvorrichtung 72 zu sammeln. Mit anderen Worten, das Werkstück 12 (und das gesamte in 6 dargestellte System) kann mehrmals hintereinander in die umgedrehte Position und in die aufrechte Position gebracht werden. Die Drehung des Systems kann von einem Bediener visuell gesteuert werden, da die Folie 56 transparent ist. Zusätzlich kann eine Vibration durchgeführt werden. Ferner kann ein Innenvolumen der Folie 56 mit Argon geflutet werden.
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Ferner können in allen hier diskutierten Ausführungsformen einer oder mehrere der folgenden Pulverbehandlungsschritte in einem von der Folie 56 umschlossenen Volumen durchgeführt werden.
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Das Volumen kann mit Argon geflutet werden. In der Folie 56 können eine oder mehrere Öffnungen (z. B. für Manipulationen) vorgesehen werden. Eine Vibrationsvorrichtung kann von außen, durch die Folie 56 hindurch, an dem Werkstück 12 angebracht werden. Eine manuelle Manipulation, z.B. des Werkstücks 12, ist durch die Folie 56 möglich. In der Folie 56 kann eine Öffnung für eine Vakuumvorrichtung vorgesehen werden. Es ist möglich, ein Gebläse unter der Folie 56 vorzusehen. In der umgedrehten Position kann ein unterer Teil der Folie 56 abgeklemmt werden, z. B. durch Verdrehen, wobei das Pulver in diesem unteren Teil eingeschlossen wird. Auf diese Weise kann das Restpulver von dem verbleibenden Volumen innerhalb der Folie 56 getrennt werden. Eine Pulverauffangvorrichtung 72, wie oben beschrieben, kann an einem Ende der Folie 56 befestigt werden. Ein Auslasssystem kann über einen Schlauch an dem Ende der schlauchförmigen Folie 56 vorgesehen werden.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Entfernung von Pulver von einem dreidimensionalen, durch additive Fertigung erzeugten Werkstück gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren umfasst einen Schritt 80 des Anbringens eines Bauzylinders an einer Bauzylinderbefestigung. Der Bauzylinder umfasst eine Grundplatte, die das dreidimensionale Werkstück hält, und Seitenwände, die lösbar an der Grundplatte befestigt sind. Der Bauzylinder umfasst Restpulver aus einem additiven Fertigungsprozess des dreidimensionalen Werkstücks. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt 82 des Befestigens einer Folie an der Bauzylinderbefestigung und/oder an der Grundplatte. Die oben erläuterten Einzelheiten können auch für das Verfahren nach 7 gelten.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens können mindestens einen der folgenden Vorteile aufweisen. Durch die Bereitstellung der Folie 56 kann sich das Werkstück 12 während des gesamten oder zumindest des größten Teils des Verfahrens in einem geschlossenen (z. B. inerten) Volumen befinden. Daher kann der Kontakt des Werkstücks und/oder des Restpulvers mit der umgebenden Atmosphäre reduziert oder sogar vermieden werden. Pulverreste können effizient entfernt werden. Ferner kann die Kontamination der Umgebungsatmosphäre verringert und damit die Betriebssicherheit erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2961549 A1 [0003]
- EP 2878402 A1 [0003]
