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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen eines Reinigungsprozesses zur Reinigung eines Bauraums einer additiven Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial vermittels wenigstens eines Energiestrahls.
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Entsprechende Verfahren zum Ausführen eines Reinigungsprozesses zur Reinigung eines Bauraums einer additiven Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts sind aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt. Additive Fertigungsverfahren, auch 3D-Druck-Verfahren genannt, werden nicht nur zur Prototypenherstellung verwendet, sondern haben zwischenzeitlich ihren Einzug in die Serienproduktion gefunden. Insbesondere bei, auf einem pulverförmigen Baumaterial basierenden additiven Fertigungsverfahren ist im Verlauf einer wiederholten Durchführung an Baujobs regelmäßig eine Reinigung innerhalb des Bauraums durchzuführen, da unverfestigtes Baumaterial sich nahezu unkontrolliert innerhalb des Bauraums absetzt und es hierdurch zu einer Beeinträchtigung der ausgeführten Bauprozesse kommen kann. So ist es bekannt nach dem Ausführen eines additiven Aufbauverfahrens das unverfestigte Baumaterial aus dem Bauraum abzusaugen. Hierzu wird ein an einer Absaugeinrichtung angeschlossener Absaugschlauch oder Absaugkanal manuell, d. h. durch die Hand eines Benutzers, innerhalb des Bauraums zu den Stellen geführt, an welchen das, insbesondere unverfestigte, Baumaterial abgesaugt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle sowie kostengünstige Maßnahme die Reinigung des Bauraums und insbesondere das Entfernen von pulverförmigem Baumaterial im Bauraum ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ausführen eines Reinigungsprozesses zur Reinigung eines Bauraums einer additiven Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens. Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen eines Reinigungsprozesses zur Reinigung eines Bauraums einer additiven Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial vermittels wenigstens eines Energiestrahls. Das hierbei eingesetzte additive Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein Stereolithografie-Verfahren (SL) und/oder ein Laser-Sintern-Verfahren (LS) und/oder ein Laser-Strahlschmelzverfahren (LBM), insbesondere ein selektives Laserschmelzverfahren (SLM), und/oder ein Elektronen-Strahlschmelzverfahren (EBM) und/oder ein Fused Layer Modelling/Manufacturingverfahren (FLM/FFF) und/oder ein Fused Deposition Modelling Verfahren (FDM) und/oder ein Multi-Jet Modelling-Verfahren (MJM) und/oder ein Poly-Jet Modelling-Verfahren (PJM) und/oder ein Binder Jetting-Verfahren und/oder ein Thermotransfer-Sintern-Verfahren (TTS) und/oder ein Digital Light Processing-Verfahren (DLP) und/oder ein Digital Light Synthesis-Verfahren (DLS) sein. Das eingesetzte Verfahren kann es vorsehen, dass durch Energieeintrag zumindest ein Teil des pulverförmigen Baumaterials eine Verfestigung erfährt, z. B. nach einer vorherigen Aufschmelzung. Während des Prozesses kann sich bereitgestelltes und nicht verfestigtes Baumaterial ablagern, welches sich störend für folgende Aufbauprozesse innerhalb des Bauraums auswirken kann. Das in dem additiven Fertigungsprozess verwendete Baumaterial kann wenigstens einen Bestandteil aus Metall und/oder Kunststoff umfassen. Bevorzugt wird ein überwiegend oder ausschließlich aus Metall oder Kunststoff bestehendes Baumaterial in dem additiven Fertigungsverfahren verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht es nun vor, dass ein Aktivieren einer Vibrationseinrichtung erfolgt, die wenigstens einen, den Bauraum begrenzenden Wandabschnitt in Vibration versetzt, um, insbesondere an dem wenigstens einen Wandabschnitt anhaftendes, Baumaterial innerhalb des Bauraums in Bewegung zu versetzen. Durch ein Vibrieren wenigstens eines Wandabschnitts wird ein an dem Wandabschnitt anhaftendes oder im Nahbereich des Wandabschnitts befindliches pulverförmiges Baumaterial bewegt und z. B. dabei von dem Wandabschnitt gelöst. Das gelöste Baumaterial kann zumindest teilweise aufgrund der Vibration sich als Schwebstoff des Bauraums anordnen bzw. verbracht werden, sonach kann sich ein Gas-Pulver-Gemisch bzw. ein Aerosol im Bauraum ergeben. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Absaugen von in Bewegung versetztem Baumaterial aus dem Bauraum vermittels einer Absaugeinrichtung. Mit anderen Worten wird das vermittels der Vibrationseinrichtung als Gas-Pulver-Gemisch in den Bauraum überführte bzw. aufgewirbelte Baumaterial durch das Absaugen aus dem Bauraum entnommen. Aufgrund dessen, dass vor oder während des Absaugens das Baumaterial eine Erschütterung bzw. eine Vibration erfährt, kann sich das Baumaterial auch von Stellen, z. B. Anhaftungen innerhalb des Bauraums lösen, wobei dieses Lösen durch die Saugströmung der Absaugeinrichtung nicht oder nicht in einem hinreichenden Maße hätte erfolgen können.
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Beispielsweise wird vor und/oder während dem Absaugen von in Bewegung versetztem Baumaterial wenigstens eine Reinigungsgasströmung vermittels einer Strömungseinrichtung in den Bauraum eingeströmt. Diese Reinigungsströmung kann eine gezielte Bewegung von durch die Vibration in ein Gas-Pulver-Gemisch überführtes und zumindest teilweise als Schwebstoff in dem Bauraum befindlichen Baumaterial erzeugen. Bevorzugt wird dieses Baumaterial vermittels der Reinigungsströmung in Richtung von Absaugöffnungen gelenkt. Es ist möglich, dass zumindest temporär zeitgleich ein Absaugen über die Absaugeinrichtung und ein Einbringen von Reinigungsgas in den Bauraum erfolgt, wobei das eingebrachte Reinigungsgas mit einem geringeren Druck eingebracht wird als Saugdruck von der Absaugeinrichtung an dem Bauraum anliegt. Mit anderen Worten liegt ein im Vergleich zum Druck des einströmenden Reinigungsgases höherer Saugdruck an der Absaugsaute des Bauraums an. Beispielsweise wird hierbei der Druck über sämtliche in den Bauraum Reinigungsgas in den Bauraum einbringenden Öffnungsquerschnitten mit dem Unterdruck sämtlicher, einen Unterdruck in den Bauraum einbringenden anlegenden Austrittsöffnungsquerschnitten des Bauraums betrachtet.
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Die wirksame Fläche der Öffnungsquerschnitte zum Einbringen der Reinigungsströmung und/oder die wirksame Fläche der Austrittsöffnungsquerschnitte zum Abführen der Reinigungsströmung kann beispielsweise, insbesondere automatisiert, veränderbar sein. Beispielsweise sind zumindest teilweise, insbesondere an sämtlichen, Eintrittsöffnungen und/oder Austrittsöffnungen Blendenmittel angeordnet oder ausgebildet, die in deren durch diese freigegebenen Durchtrittsquerschnitten veränderbar sind. Hierzu kann wenigstens ein Blendenmittel über einen Aktor in dessen Eigenschaft zur Strömungsdurchleitung verändert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ausschließlich vor dem Absaugen des Baumaterials die Vibration des wenigstens einen Wandungsabschnitts und/oder die Einbringung einer Reinigungsgasströmung in den Bauraum ausgeführt. Mit anderen Worten erfolgt in dieser vorteilhaften Ausführungsform erst dann ein Absaugen des Baumaterials, wenn die Vibration des wenigstens einen Wandungsabschnitts und/oder die Einbringung der Reinigungsgasströmung beendet ist. Dies führt zu einem definierten Absaugen des in dem Bauraum befindlichen Baumaterials, da alleinig die Absaugströmung auf das Baumaterial einwirkt und es dabei nicht zu einer Überlagerung von auf das Baumaterial einwirkenden Kräften aus der Vibration und/oder der Reinigungsgasströmung kommt.
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Es ist möglich, in einem ersten Schritt die Reinigungsströmung mit einem ersten Druckwert und/oder mit einem ersten Volumenstromwert in den Bauraum einzubringen und zugleich die Vibration des wenigstens einen Wandabschnitt auszuführen.
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In einer optionalen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Reinigungsgasströmung während eines Reinigungsprozesses zur Reinigung des Bauraums in deren Intensität und/oder in deren Ausrichtung verändert wird. So kann beispielsweise in einer ersten Phase des Reinigungsprozesses die Reinigungsgasströmung in einer ersten Intensität und/oder in einer ersten Ausrichtung in den Bauraum einströmen und in einer zweiten Phase des Reinigungsprozesses in einer zweiten, von der ersten Intensität und/oder in der ersten Ausrichtung unterschiedlichen Intensität bzw. Ausrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann während einer ersten Phase des Reinigungsprozesses der wenigstens eine Wandabschnitt in einer ersten Intensität und/oder Frequenz durch die Vibrationseinrichtung angeregt und während einer zweiten Phase des Reinigungsprozesses der wenigstens eine Wandabschnitt in einer von der ersten Intensität und/oder Frequenz unterschiedlichen Intensität und/oder Frequenz durch die Vibrationseinrichtung angeregt werden.
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Optional kann auch eine Umkehr der Strömungsrichtung erfolgen der Reinigungsgasströmung erfolgen, damit wird ein in Bewegung versetzen von im Bauraum anhaftendem Baumaterial erreicht. Hierzu kann die Strömungseinrichtung eingerichtet sein, insbesondere wechselweise, über die in den Bauraum führenden Einbringöffnungen, z. B. Düsen, sowohl eine Reinigungsgasströmung einströmen zu lassen als auch eine im Bauraum befindliche Luft abzusaugen.
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Auch ist es möglich, dass eine Vibration von Wandabschnitten durch die Vibrationseinrichtung in deren Intensität und/oder Frequenz bereichsabhängig verändert wird. D. h. z. B., dass an einem ersten Wandabschnitt der Bauraum eine Vibration in einer ersten Frequenz und/oder Intensität und zeitgleich an einem weiteren Wandabschnitt eine Vibration in einer von der ersten Frequenz und/oder Intensität unterschiedlichen Frequenz und/oder Intensität erfolgt. Zu einem späteren Zeitpunkt kann es beispielsweise zu Tausch des Grads an Frequenz und/oder Intensität bzgl. der wenigstens zwei Wandabschnitten kommen.
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Ein eine Bauplattform umfassender Wechselbehälter kann beispielsweise vor dem Aktivieren der Vibrationseinrichtung und/oder vor einem Absaugen von in Bewegung versetztem Baumaterial aus dem Bauraum aus der Fertigungsvorrichtung entnommen werden. Hierbei kann die additive Fertigungsvorrichtung einen Wechselbehälter aufweisen, wobei in oder an dem Wechselbehälter eine Bauplatte bzw. eine Bauplattform angeordnet ist, welche zum Aufbau des wenigstens einen aufzubauenden dreidimensionalen Objekts dient. Die Bauplatte ist hierbei höhenverlagerbar in oder an dem Wechselbehälter gelagert, wobei während des Aufbauprozesses die Bauplatte nach Fertigstellung einer Bauschicht, insbesondere um eine vordefinierte Schichtdicke des Baumaterials, abgesenkt wird. Im abgesenkten Zustand kann über einen Beschichter, z. B. ein Beschichterrakel bzw. eine Beschichterklinge, eine neue Schicht an Baumaterial auf die zuletzt aufgebaute Schicht aufgezogen werden. Nach Abschluss des Aufbaus des dreidimensionalen Objekts ist die Bauplatte in einem relativ zur Bauebene tief liegenden Bereich des Baubehälters bzw. des Baubehälters des Wechselbehälters angeordnet und typischerweise ist der Baubehälter mit verfestigtem Baumaterial (dem hergestellten dreidimensionalen Objekt) und unverfestigten Baumaterial gefüllt. Das Freilegen des dreidimensionalen Objekts bzw. die Entpulverung kann an einem von der additiven Fertigungsvorrichtung entfernten Ort geschehen, wozu der Wechselbehälter aus der additiven Fertigungsvorrichtung entnommen und zu diesem Ort verbracht wird. Damit kann die Entpulverung an dem Ort erfolgen, während z. B. ein weiterer Wechselbehälter in die additive Fertigungsvorrichtung eingesetzt wird und ein neuer Aufbauprozess ausgeführt werden kann. Während des Reinigungsprozesses des Bauraums kann sonach der für den zuletzt erfolgen Aufbau eines dreidimensionalen Objekts verwendete Wechselbehälter und damit das wenigstens eine dreidimensionale Objekt und ein Großteil des unverfestigten Baumaterials aus dem Bauraum der additiven Fertigungsvorrichtung entfernt sein. Dies birgt den Vorteil, dass im Zuge des Reinigungsprozesses sich kein im Wechselbehälter, insbesondere im Baubehälter des Wechselbehälters, befindliches Baumaterial sich in weiteren Bereichen des Bauraums gelangt bzw. verteilt. Damit kann eine Vibration des den Bauraum begrenzenden Wandungsabschnitts und/oder eine Reinigungsgasströmung und/oder eine Absaugung in den Bauraum ausgeführt werden, ohne dass wechselbehälterseitiges Baumaterial in die zu reinigenden Bereiche des Bauraums gelangen kann.
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Es ist möglich, dass nach einer Entnahme des Wechselbehälters und (a) vor einem Aktivieren der Vibrationseinrichtung und/oder (b) vor einem Absaugen von in Bewegung versetztem Baumaterial aus dem Bauraum und/oder (c) vor einem Einströmen einer Reinigungsgasströmung ein Abdeckmittel an einen den Wechselbehälter aufnehmenden Öffnungsabschnitt angeordnet wird. Durch die Entnahme des Wechselbehälters aus dem Bauraum entsteht ein Freiraum bzw. eine Unterbrechung innerhalb des Bauraums der additiven Fertigungsvorrichtung, in welche im Zuge des Reinigungsprozesses (unerwünschter Weise) Baumaterial gelangen kann. Um dies zu verhindern kann ein Abdeckmittel zum Verschließen des den Wechselbehälter aufnehmenden Öffnungsabschnitts verwendet werden. Das Abdeckmittel kann optional derart eingerichtet sein, dass es wenigstens ein Strömungsumlenkelement aufweist, welches eingerichtet ist, eine in den Bauraum eingebrachte Reinigungsströmung umzulenken, insbesondere zu einem vordefinierten, zu reinigenden Bauraumbereich zu lenken. Beispielsweise kann einer derartiger zu reinigender Bauraumbereich ein Bereich sein, in welchem sich während des Aufbauprozesses vermehrt Baumaterial anlagert und/oder welcher durch direkt einwirkende Reinigungsgasströmung unzureichend getroffen wird.
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Die Reinigungsgasströmung kann beispielsweise über eine in deren Strömungsrichtung veränderbare Düse und/oder durch ein die Strömungsrichtung variabel veränderndes Strömungsleitelement in deren Strömungsrichtung verändert werden. Durch die veränderbare Düse und/oder durch das die Strömungsrichtung variabel verändernde Strömungsleitelement kann während es Reinigungsprozesses die Reinigungsgasströmung in deren Ausrichtung bzw. in deren Strömungsrichtung verändert werden. Beispielsweise erfolgt eine gesteuerte Veränderung der Strömungsrichtung des Reinigungsgasstroms dadurch, dass ein Steuerungssignal an einen die Düse und/oder das Strömungsleitelement in deren Position und/oder Ausrichtung verändernden Aktor übertragen wird. Der Aktor wirkt dabei derart auf die Düse und/oder das Strömungsleitelement ein, dass die Düse und/oder das Strömungsleitelement in deren Position und/oder Ausrichtung verändert wird, sodass auch die in (bzw. durch) oder an der Düse geführte Reinigungsgasströmung eine Lenkung erfährt. Alternativ oder zusätzlich kann einer Gasströmungsbereitstellungeinheit, z. B. einem Kompressor, ein weiteres Steuerungssignal zugeleitet werden, welches dazu führt, dass die Intensität und/oder die Frequenz, der der Düse zugeführten Reinigungsgasströmung verändert wird.
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Die Reinigungsgasströmung kann beispielsweise von einer Düse und/oder durch ein Strömungsleitelement zumindest phasenweise, bevorzugt stets, während des Reinigungsgaseinbringprozesses, zu einem in oder an dem Bauraum angeordneten oder ausgebildeten Funktionselement gerichtet werden. Das Funktionselement des Bauraums kann beispielsweise als Beschichter und/oder als Führungsmittel für den Beschichter, z. B. als Schiene, auf welcher der Beschichter gelagert ist, ausgebildet sein. Sonach kann der in dem Bauraum angeordnete Pulverbeschichter oder dessen Führungsmittel von der Reinigungsgasströmung getroffen werden.
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Es ist möglich, dass (a) während des Reinigungsprozesses über wenigstens eine Düse das Reinigungsgas in den Bauraum eingebracht und/oder über wenigstens ein Strömungsleitelement in seiner Richtung umgelenkt wird und (b) während eines Aufbauprozesses, in welchem ein dreidimensionales Objekt aufgebaut wird, ein Prozessgas über die wenigstens eine Düse und/oder über das wenigstens eine Strömungsleitelement in den Bauraum eingebracht wird, wobei die Intensität und/oder die Frequenz des Prozessgases unterschiedlich im Vergleich zu der Intensität und/oder der Frequenz des Reinigungsgases. Optional kann auch die Richtung des Gases, d. h. die Position und/oder Ausrichtung der Düse und/oder des Luftleitelements während der Einbringung von Prozessgas und Reinigungsgas (Reinigungsgasströmung) unterschiedlich sein. Das, die Reinigungsgasströmung in den Bauraum einbringende Elemente, d. h. z. B. die wenigstens eine Düse und/oder ein die Reinigungsgasströmung in deren Richtung umleitendes Strömungsleitelement, kann beispielsweise während des Aufbauprozesses der Fertigungsvorrichtung dazu verwendet werden, um in den Bauraum ein Prozessgas einzubringen, z. B. eine Strömung, welche etwaigen Schmauch (z. B. Schweißrauch) gezielt bewegt und/oder welche ein etwaiges Gas-Pulver-Gemisch von Funktionskomponenten (z. B. Lasereintrittsglas) fernhält.
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Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn während die Gasströmung bzw. die Reinigungsgasströmung während des Reinigungsprozesses einen höheren Druck als die Prozessgasströmung während es additiven Aufbauprozesses aufweist. Beispielsweise ist der Druck der Reinigungsgasströmung mindestens um 10 %, bevorzugt mindestens um 20 %, besonders bevorzugt mindestens um 50 %, höchst bevorzugt mindestens um 100 %, höher als der Druck des Prozessgases während des additiven Aufbauverfahrens.
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Neben dem Verfahren zum Ausführen eines Reinigungsprozesses betrifft die Erfindung auch eine Fertigungsvorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial vermittels wenigstens eines Energiestrahls. Dabei umfasst die additiven Fertigungsvorrichtung eine Vibrationseinrichtung, die eingerichtet ist, wenigstens einen den Bauraum begrenzenden Wandabschnitt in Vibration zu versetzten, um, insbesondere an dem Wandabschnitt anhaftendes, Baumaterial in Bewegung zu versetzen sowie eine Absaugeinrichtung, vermittels der in Bewegung versetztes Baumaterial aus dem Bauraum absaugbar ist. Die Vibrationseinrichtung kann ein Vibrationsmittel umfassen, das ihm zugeführte elektrische Energie in eine mechanische Schwingung überträgt. Beispielsweise ist wenigstens ein Vibrationsmittel als Piezoelement und/oder als ein eine Unwucht erzeugender Motor und/oder als Polymer-Stapelaktor und/oder als Ultraschallgenerator und/oder als ein sonstiges eine Vibration erzeugendes Mittel ausgebildet. Das Vibrationsmittel kann beispielsweise derart eingerichtet sein oder derart mittelbar oder unmittelbar mit dem wenigstens einen Wandungsabschnitt verbunden sein, dass eine Ultraschallschwingung an dem wenigstens einen Wandungsabschnitt erzeugt wird bzw. erzeugbar ist. Beispielsweise wird eine Schwingung im Bereich von 5 kHz bis 300 kHz, bevorzugt im Bereich von 10 kHz bis 150 kHz, besonders bevorzugt im Bereich von 15 kHz bis 100 kHz, an dem wenigstens einen Wandungsabschnitt erzeugt. Das wenigstens eine Vibrationsmittel kann über ein Übertragungsmittel, z. B. über zumindest eine Sonotrode, mit dem wenigstens einen Wandabschnitt des Bauraums verbunden sein. Das Übertragungsmittel kann beispielsweise einen Resonanzabschnitt aufweisen, welcher eingerichtet ist, die ausgehend von dem Vibrationsmittel erzeugten Vibrationen zu verstärken und dem Wandabschnitt mittelbar oder unmittelbar zuzuleiten. Alternativ oder zusätzlich kann das Übertragungsmittel eingerichtet sein, zusammen mit dem wenigstens einen Wandabschnitt und dem Schwingungsgenerator ein vordefiniertes Schwingungsverhalten (Frequenzbereich) einzustellen.
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Vermittels des in Vibration versetzen des wenigstens einen Wandungsabschnitts, insbesondere unter Nutzung einer Ultraschallschwingung, wird es erreicht, dass teilweise gröberen Pulverflocken des Baumaterials verfeinert werden, und ermöglicht Rückführung dieses Baumaterials in ein übergeordnetes Pulversystem ermöglicht wird. Das Pulver wird daraufhin von dem Absaugungsstrom eingesogen und aus dem Bauraum bzw. aus der Prozesskammer entfernt. Daraus resultiert ein pulverfreier Bauraum und das Baumaterial kann in einem späteren Baujob genutzt werden.
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Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf den erfindungsgemäßen Formkörper übertragbar bzw. anzuwenden und umgekehrt.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Bauraums nach dem Aufbau eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Prinzipdarstellung des Bauraums aus 1 während der Aktivierung einer Vibrationseinrichtung;
- 3 eine Prinzipdarstellung des Bauraums aus 1 während der Einbringung einer Reinigungsgasströmung in den Bauraum;
- 4 eine Prinzipdarstellung des Bauraums aus 1 während der Aktivierung einer Absaugeinrichtung;
- 5 eine Prinzipdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ausführen eines Reinigungsprozesses zur Reinigung eines Bauraums einer additiven Fertigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren werden Schritte eines Verfahrens zum Ausführen eines Reinigungsprozesses 2 zur Reinigung eines Bauraums 3 einer additiven Fertigungsvorrichtung 1 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine additive Fertigungsvorrichtung 1 zur Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts (nicht dargestellt) durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial 4 vermittels wenigstens eines Energiestrahls (nicht dargestellt). Nachdem der Aufbauprozess 15 zum Aufbau des dreidimensionalen Objekts erfolgt ist, wird ein Reinigungsprozess 2 zur Reinigung des Bauraums 3 ausgeführt. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: (a) Aktivieren 100 einer Vibrationseinrichtung 5, die wenigstens einen, den Bauraum 3 begrenzenden Wandabschnitt 6 in Vibration versetzt, um, insbesondere an dem wenigstens einen Wandabschnitt 6 anhaftendes, Baumaterial 4 innerhalb des Bauraums 3 in Bewegung zu versetzen sowie (b) ein Absaugen 300 von in Bewegung versetztem Baumaterial 4 aus dem Bauraum 3 vermittels einer Absaugeinrichtung 7.
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Vor einem Absaugen 300 von in Bewegung versetztem Baumaterial 4, vgl. 4, kann optional wenigstens eine Reinigungsgasströmung 8 im Zuge eines Einströmens 200 vermittels einer Strömungseinrichtung 9 in den Bauraum 3 einströmen, vgl. 3. Dieses optionale Einströmen 200 einer Reinigungsgasströmung 8 ist durch einen mit gestrichelter Linie dargestellten Kasten in 5 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich kann auch während des Absaugens 300 eine Reinigungsgasströmung 8 in den Bauraum 3 einströmen. Die wenigstens eine Reinigungsgasströmung 8 kann beispielsweise während eines Reinigungsprozesses 2 zur Reinigung des Bauraums 3 in deren Intensität und/oder in deren Ausrichtung verändert werden. Hierzu kann wenigstens eine Düse 13 der Strömungseinrichtung in deren Position und/oder Ausrichtung verändert und/oder eine das Reinigungsgas der Reinigungsgasströmung 8 bereitstellende Bereitstellungseinrichtung mit veränderten Betriebsparametern betrieben werden. Z. B. kann die Bereitstellungseinrichtung als Kompressor oder als Gebläse ausgebildet sein und die Leistung der Bereitstellungseinrichtung verändert werden.
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Der Bauraum 3 bildet eine Baukammer aus, welche zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, durch Wandungsabschnitte 6 der additiven Fertigungsvorrichtung 1 begrenzt wird. Der Bauraum 3 kann beispielsweise eine quaderförmige Form aufweisen, wobei der Bauraum 3 durch geradlinige und/oder ebene Wandungsabschnitte 6 begrenzt wird. Der Bauraum 3 umfasst einen in seiner räumlich-körperlichen Gestalt durch Wandungen bzw. Wandungsabschnitte 6 definierten Gehäusekörper. In den in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen sind beispielhaft die Wandungsabschnitte 6 als geradlinige bzw. als ebene Wandungsabschnitte 6 dargestellt, wobei vier Wandungen seitliche Wandungen ausbilden und eine obere Wandung den Bauraum nach oben begrenzt und eine untere, mit einem Öffnungsabschnitt 11 versehene Wandung den Bauraum 3 nach unten hin begrenzt. Der Gehäusekörper kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein; die Wandungen können sonach Wandungsabschnitte eines einteilig ausgeführten Gehäusekörpers oder jeweilige Gehäusekörpersegmente, welche unter Ausbildung des Gehäusekörpers miteinander verbindbar bzw. verbunden sind, darstellen.
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Dabei kann der wenigstens eine Wandabschnitt 6 derart mit der Vibrationseinrichtung 5 in einer Schwingungen übertragenden Verbindung stehen, dass durch eine Aktivierung der Vibrationseinrichtung 5 mittelbar oder unmittelbar, z. B. vermittels einem Schwingungsübertrager, der wenigstens eine Wandabschnitt 6 in Vibration versetzt werden kann.
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Es ist möglich, dass während einer ersten Phase des Reinigungsprozesses 2 der wenigstens eine Wandabschnitt 6 in einer ersten Intensität und/oder Frequenz durch die Vibrationseinrichtung 5 angeregt wird und während einer zweiten Phase des Reinigungsprozesses 2 der wenigstens eine Wandabschnitt 6 in einer von der ersten Intensität und/oder Frequenz unterschiedlichen Intensität und/oder Frequenz durch die Vibrationseinrichtung 5 angeregt wird.
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Ein eine Bauplattform umfassender Wechselbehälter (nicht dargestellt) kann beispielsweise vor dem Aktivieren 100 der Vibrationseinrichtung 5 und/oder vor einem Absaugen 300 von in Bewegung versetztem Baumaterial 4 aus dem Bauraum 3 und/oder vor einem Einströmen 200 einer Reinigungsgasströmung 8 in den Bauraum 2 aus der Fertigungsvorrichtung 1 entnommen werden bzw. entnommen worden sein. In den Figuren ist ein eine Ausnehmung aufweisender Aufnahmebereich 14 in dem Bauraum 3 dargestellt. In oder an diesen Aufnahmebereich 14 ist zur Ausführung eines Aufbauprozesses 15 ein Wechselbehälter einzusetzen. Der Wechselbehälter kann Funktionsmittel umfassen, welche zur Ausführung des additiven Fertigungsverfahrens notwendig sind. So kann der Wechselbehälter beispielsweise einen Baubehälter aufweisen, in welchem eine Bauplattform höhenverlagerbar gelagert ist und auf welcher im Zuge des additiven Aufbauprozesses 15 das wenigstens eine dreidimensionale Objekt aufgebaut wird.
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In einer optionalen weiterführenden Ausführungsform wird nach einer Entnahme des Wechselbehälters und (a) vor einem Aktivieren 100 der Vibrationseinrichtung 5 und/oder (b) vor einem Absaugen 300 von in Bewegung versetztem Baumaterial 4 aus dem Bauraum 3 und/oder (c) vor einem Einströmen 200 einer Reinigungsgasströmung 8 ein Abdeckmittel 10 an einen den Wechselbehälter aufnehmenden Öffnungsabschnitt 11 angeordnet. Diese Option ist in 1 durch das in gestrichelter Strichlinie dargestellte Abdeckmittel 10 sowie dem diesem zugeordneten gestrichelten Pfeil 16 visualisiert. Der Öffnungsabschnitt 11 bildet eine Übergangsöffnung des Aufnahmebereichs 14 zu dem Bauraum 3. Während des additiven Aufbauprozesses 15 ist im Bereich des Öffnungsabschnitts 11 der für den Aufbau eingesetzte Wechselbehälter, und insbesondere die Bauplattform des Wechselbehälters, angeordnet. Um zu verhindern, dass während des Reinigungsprozesses 2 aus dem Bauraum 3 zu entfernendes Baumaterial 4 durch den Öffnungsabschnitt 11 in den Aufnahmebereich 14 gelangt, wird das Abdeckmittel 10 zum Abdecken des Aufnahmebereichs 14 an dem Öffnungsabschnitt 11 angeordnet. Beispielsweise wird der Aufnahmebereich 14 durch das Abdeckmittel 10 gasdicht oder derart dicht abgeschlossen, dass kein Baumaterial 4 den mit dem Abdeckmittel 10 versehenen Öffnungsabschnitt 11 durchtreten kann. In 5 ist das Verschließen 400 des Öffnungsabschnitts 11 bzw. des Aufnahmebereichs 14 nach Entnahme des Wechselbehälters als in Strichlinie gezeichnet Kasten schematisch als optionaler Verfahrensschritt dargestellt.
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Das Abdeckmittel 10 ist derart ausgebildet, dass dieses keine Bauplatte und/oder keinen Beschichter aufweist und bildet sonach ein Bauteil, das insbesondere keine Funktion des Wechselbehälters mit dessen Funktionsmitteln zur Ausführung des Aufbauprozesses 15 ausführen kann.
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Das Abdeckmittel 10 kann optional ein Vibrationselement (nicht dargestellt) umfassen, welches während des im Öffnungsabschnitt 11 eingesetzten Zustand des Abdeckmittels 10 eine Vibration innerhalb des Bauraums 3 ausführt, um im Zuge des Aktivierens 100 und in Bewegung versetzen des in dem Bauraum 3 befindlichen Baumaterial und/oder eine unterstützende Funktion während des Aufwirbelns des im Bauraum 3 befindlichen Baumaterial 4 ermöglicht und damit beispielsweise auch das Absaugen 300 fördert, da es dazu beiträgt, ein Gas-Pulver(Baumaterial)-Gemisch in dem Bauraum 3 zu erhalten, welches sich leichter vermittels der Absaugeinrichtung 7 absaugen lässt.
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Die Reinigungsgasströmung 8 kann beispielsweise über eine in deren Strömungsrichtung 12 veränderbare Düse 13 und/oder durch ein die Strömungsrichtung 12 variabel veränderndes Strömungsleitelement in deren Strömungsrichtung 12 verändert werden. Hierzu kann die Düse 13 und/oder das Strömungsleitelement durch Einwirken eines Aktors in deren Position und/oder Ausrichtung und im Falle der Düse 13 zusätzlich optional in deren Düsenquerschnitt veränderbar sein.
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Die Reinigungsgasströmung 8 kann beispielsweise von einer Düse 13 und/oder durch ein Strömungsleitelement zumindest phasenweise, bevorzugt stets, während des Einströmens 300 der Reinigungsgasströmung in den Bauraum 3, zu einem in oder an dem Bauraum 3 angeordneten oder ausgebildeten Funktionselement gerichtet bzw. gelenkt werden. Damit kann vermittels der Düse 13 und/oder vermittels des Strömungsleitelements eine gezielte Strömungsführung hin zu einem „problematischen“ Ablagerungsort von Baumaterial 4 innerhalb des Bauraums 3 gelenkt werden. Beispielsweise kann ein Eckbereich des Bauraums 3 und/oder ein für ein Prozessgas während des Aufbauprozesses 15 und/oder für ein Reinigungsgas (Reinigungsströmung 8) während des Reinigungsprozesses 2 unzugänglicher bzw. nicht hinreichend für eine, insbesondere gewünschte, gasbedingte Baumaterialbewegung gelegenerer Bereich des Bauraums 3 einen entsprechenden „problematischen Ablagerungsort“ des Baumaterials 4 darstellen.
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Während des Reinigungsprozesses 2 kann beispielsweise über wenigstens eine Düse 13 ein Reinigungsgas in den Bauraum 3 eingebracht und/oder über wenigstens ein Strömungsleitelement (nicht dargestellt) in seiner Richtung umgelenkt werden und während eines Aufbauprozesses 15, in welchem ein dreidimensionales Objekt aufgebaut wird, ein Prozessgas über die wenigstens eine Düse 13 in den Bauraum 3 eingebracht und/oder über das wenigstens eine Strömungsleitelement innerhalb des Bauraums 3 umgelenkt werden, wobei die Intensität und/oder die Frequenz des Prozessgases unterschiedlich ist im Vergleich zu der Intensität und/oder der Frequenz des Reinigungsgases. Mit anderen Worten kann zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, während des Reinigungsprozesses 2 ein in seiner Intensität und/oder in dessen Frequenz und/oder in dessen Impuls höherer Gasstrom eingesetzt werden bzw. wirken als während des Aufbauprozesses 15.
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Auch umfasst die Erfindung eine Fertigungsvorrichtung 1 zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive schichtweise selektive Verfestigung von Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren pulverförmigen Baumaterial 4 vermittels wenigstens eines Energiestrahls. Dabei umfasst die additive Fertigungsvorrichtung 1 eine Vibrationseinrichtung 5, die eingerichtet ist, wenigstens einen den Bauraum 3 begrenzenden Wandabschnitt 6 in Vibration zu versetzten, um, insbesondere an dem Wandabschnitt 6 anhaftendes, Baumaterial 4 in Bewegung zu versetzen sowie eine Absaugeinrichtung 7, vermittels der in Bewegung versetztes Baumaterial 4 aus dem Bauraum 3 absaugbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- additiven Fertigungsvorrichtung
- 2
- Reinigungsprozess
- 3
- Bauraum
- 4
- Baumaterial
- 5
- Vibrationsvorrichtung
- 6
- Wandabschnitt von 3
- 7
- Absaugeinrichtung
- 8
- Reinigungsgasströmung
- 9
- Strömungseinrichtung
- 10
- Abdeckmittel
- 11
- Öffnungsabschnitt
- 12
- Strömungsrichtung
- 13
- Düse
- 14
- Aufnahmebereich
- 15
- Aufbauprozess
- 16
- Pfeil
- 100
- Aktivieren von 5
- 200
- Einströmen von 8
- 300
- Absaugen von 4
- 400
- Verschließen von 11 bzw. 14