DE102022132460A1 - Dosierungsvorrichtung, additive Fertigungsvorrichtung sowie Dosierungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosierungsvorrichtung (12) zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) und zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer (14), aufweisend:- zumindest einen Pulverbehälter (44) mit zumindest einer zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildeten Pulverkavität (46);- eine Behälterführung (48) zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang einer Beförderungsachse (50) der Dosierungsvorrichtung (12); wobei der Pulverbehälter (44) beweglich an der Behälterführung (48) angeordnet ist; und wobei der Pulverbehälter (44) zum Auslenken entlang der Beförderungsachse (50) über die Behälterführung (48) hinaus ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine additive Fertigungsvorrichtung (10) sowie ein Dosierungsverfahren (88).

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Dosierungsvorrichtung für Prozesspulver. Zudem betrifft die Erfindung eine additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Dosierungsverfahren.
  • Derartige Dosierungsvorrichtungen kommen typischerweise an additiven Fertigungsvorrichtungen zum Einsatz, die zum Fertigen von Werkstücken aus dem Prozesspulver ausgebildet sind. Die Dosierungsvorrichtung wird unter anderem dafür verwendet, das Prozesspulver einer Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung zuzuführen.
  • Typischerweise kommen innerhalb der Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung sogenannte Beschichter zum Einsatz, die das Prozesspulver in einem Arbeitszylinder verteilen. Um ein schnelles und gleichmäßiges Verteilen bzw. „Auslegen“ des Prozesspulvers zu ermöglichen, kommt der Dosierungsvorrichtung die Aufgabe zu, das Prozesspulver möglichst genau vordosiert am Beschichter bereitzustellen.
  • Eine übliche Vorrichtungsart zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer sieht vor, das benötigte Prozesspulver durch eine Hebevorrichtung von unten an den Beschichter zu führen. Hierfür muss jedoch ein erheblicher Platzbedarf unter der Prozesskammer vorgesehen werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind neben einer Pulverzuführung von unten weitere Arten von Dosierungsvorrichtungen bekannt.
  • EP 2 191 922 A1 beschreibt eine Pulverauftragvorrichtung mit zwei voneinander getrennten Pulverkammern. Jede Pulverkammer weist eine Förderwelle mit mehreren Vertiefungen auf, die ein in der Pulverkammer befindliches Pulver in Richtung der Pulverauslassöffnung fördert. Die Pulverkammern sind dazu ausgebildet, an dem Beschichter mitgeführt zu werden.
  • DE 10 2020 129 420 A1 beschreibt eine Beschichtungseinrichtung mit mehreren Aufnahmen, wobei die Aufnahmen mittels einer Dosiervorrichtung unter Schwerkrafteinwirkung von oben befüllt werden.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Dosierungsvorrichtungen werden innerhalb der Prozesskammer angeordnet, um das benötigte Prozesspulver direkt am Beschichter bereitstellen zu können. Hierdurch müssen jedoch an der Prozesskammer größere Innenabmessungen vorgesehen werden, wodurch das Volumen der Prozesskammer vergrößert ist. Da ein additives Fertigungsverfahren unter inertisierten Bedingungen durchgeführt wird, steigt hierdurch der Aufwand zum Inertisieren der Prozesskammer an.
  • Zudem stellen die in der Prozesskammer angeordneten Dosierungsvorrichtungen ein Strömungshindernis für die in der Prozesskammer ausgebildete Schutzgasströmung dar. Hierdurch kann es zu ungewünschten Strömungswirbeln innerhalb der Prozesskammer kommen, die ein Aufwirbeln von Prozesspulver verursachen können.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dosierungsvorrichtung anzugeben, bei der ein Prozesskammervolumen geringgehalten und eine verwirbelungsarme Schutzgasströmung sichergestellt werden kann. Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, eine additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Dosierungsverfahren anzugeben.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dosierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird zudem gelöst durch eine additive Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Dosierungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist eine Dosierungsvorrichtung vorgesehen. Die Dosierungsvorrichtung ist zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer einer additiven Fertigungsvorrichtung ausgebildet. Ferner ist die Dosierungsvorrichtung zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung geeignet, insbesondere ausgebildet.
  • Unter einem Prozesspulver ist ein Arbeitsmittel, insbesondere einer additiven Fertigungsvorrichtung, in Pulverform zu verstehen. Mit anderen Worten dient das Prozesspulver dem Erstellen eines Werkstücks. Ein Werkstück kann aus verschiedenen Prozesspulvern, wie beispielsweise Aluminium, Silizium, Magnesium, Korund oder Titan erzeugt werden. Die Aufzählung ist nicht als abschließend zu verstehen. Die verschiedenen Prozesspulver können sich beispielsweise durch eine Pulverteilchengröße des Prozesspulvers, ein Pulvermaterial, insbesondere eine Mischung verschiedener Pulvermaterialien, und/oder eine Pulverfarbe unterscheiden. Beispielsweise kann die Verwendung einer Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung vorgesehen sein.
  • Die Dosierungsvorrichtung weist zumindest einen Pulverbehälter auf. Vorzugsweise weist die Dosierungsvorrichtung zwei oder mehr Pulverbehälter auf. Der Pulverbehälter kann eine Pulverbehälterlänge aufweisen, die überwiegend entlang einer Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Pulverbehälterlänge ist vorzugsweise an eine Pulverbeschichterbreite des Pulverbeschichters angepasst. Die Pulverbehälterlänge kann beispielsweise zwischen 50 Millimetern und 1200 Millimetern betragen.
  • Der zumindest eine Pulverbehälter weist zumindest eine Pulverkavität auf. Die Pulverkavität ist zur Aufnahme und/oder zur Abgabe, des Prozesspulvers ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter Prozesspulver bevorraten.
  • Die Dosierungsvorrichtung weist zudem eine Behälterführung auf. Die Behälterführung ist zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters ausgebildet. Typischerweise ist der Pulverbehälter zum Führen entlang der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung ausgebildet.
  • In besonderer Ausgestaltung kann die Dosierungsvorrichtung einen Führungswagen aufweisen. Der zumindest eine Pulverbehälter kann an dem Führungswagen angeordnet, insbesondere befestigt sein. Der Führungswagen kann auf der Behälterführung translatorisch bewegbar angeordnet sein.
  • Vorzugsweise weist der Führungswagen einen Behälterhalter auf. Der Behälterhalter kann entlang der Beförderungsachse ausgebildet sein. Typischerweise ist der Behälterhalter zum Halten bzw. Stützen des Pulverbehälters ausgebildet. Vorzugsweise ist der Behälterhalter zum Halten bzw. Stützen aller Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung ausgebildet. Hierdurch kann ein Durchbiegen des Pulverbehälters, insbesondere bei ausgedehnten Abmessungen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse, verhindert werden.
  • Die Behälterführung weist vorzugsweise ein an der Prozesskammer anordenbares Führungsende auf. Mit anderen Worten erstreckt sich die Behälterführung in einem an der Prozesskammer angeordneten Zustand der Dosierungsvorrichtung bis an eine Außenseite der Prozesskammer. Hierdurch kann die Dosierungsvorrichtung an der Prozesskammer befestigt und eine Führungslänge der Behälterführung größtmöglich ausgebildet werden.
  • Erfindungsgemäß ist der Pulverbehälter beweglich an der Behälterführung angeordnet. Der Pulverbehälter ist zum Bewegen bzw. Auslenken entlang der Beförderungsachse über die Behälterführung hinaus ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter über das Führungsende hinausgeschoben werden. Die Dosierungsvorrichtung kann mithin ausschiebbar verlängert werden, um den Pulverbehälter, beispielsweise über eine Prozesskammeröffnung, in die Prozesskammer einzuführen.
  • Zusammenfassend ist die erfindungsgemäße Dosierungsvorrichtung dazu ausgebildet, außerhalb einer Prozesskammer an einer additiven Fertigungsvorrichtung angeordnet zu werden. Um während des Fertigens eines Werkstücks innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung das hierfür benötigte Prozesspulver in die Prozesskammer befördern zu können, ist die Dosierungsvorrichtung linear verfahrbar ausgebildet. Der Pulverbehälter kann somit von außerhalb der Prozesskammer in die Prozesskammer geführt werden, um das benötigte Prozesspulver bereitzustellen. Mit anderen Worten wird lediglich ein Teil der Dosierungsvorrichtung über einen kurzen Zeitraum zum Bereitstellen des Prozesspulvers in die Prozesskammer bewegt. Die Prozesskammer kann somit besonders gering in den Abmessungen gehalten sein. Ferner kann die Dosierungsvorrichtung während des Fertigens aus der Prozesskammer bewegt werden, wodurch eine verwirbelungsfreie Schutzgasströmung sichergestellt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dosierungsvorrichtung einen Längsantrieb auf. Der Längsantrieb ist typischerweise zum Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse ausgebildet. Der Längsantrieb kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch angetrieben sein. Vorzugsweise ist der Längsantrieb als Riemenantrieb ausgebildet. Mittels eines Längsantriebs kann das Bewegen des Pulverbehälters besonders zeitgenau und kontrolliert erfolgen, wodurch die Beförderung des Prozesspulvers genau auf ein Fertigungsverfahren in der Prozesskammer abgestimmt werden kann. Der Längsantrieb ist vorzugsweise an dem Führungswagen angeordnet, bzw. befestigt. Besonders bevorzugt wird der Längsantrieb an dem Führungswagen mitbewegt.
  • Hierdurch kann der Antrieb und die Dosierungsvorrichtung kompakt gehalten werden.
  • Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung, bei der die Pulverkavität zumindest eine vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung aufweist. Typischerweise ist die Anzahl der Pulveröffnung gleich einer Anzahl der Pulverkavitäten des Pulverbehälters. Vorzugsweise weist jede Pulverkavität genau eine Pulveröffnung auf. Die vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung ermöglicht ein Befüllen der Pulverkavität, bzw. des Pulverbehälters in Schwerkraftrichtung. Hierdurch kann das Befüllen des Pulverbehälters ohne besondere bzw. aufwendige technische Mittel erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung ist der Pulverbehälter um eine Behälterdrehachse drehbar an der Behälterführung angeordnet. Mit anderen Worten ist der Pulverbehälter relativ zu der Behälterführung drehbar ausgebildet. Vorzugsweise ist die Drehachse mit einer Bewegungsachse eines Pulverbeschichters der additiven Fertigungsvorrichtung und/oder der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung abgestimmt. Der Pulverbehälter kann beispielsweise um eine senkrecht zur Beförderungsachse verlaufende Drehachse drehbar ausgebildet sein. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, falls die Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters ausgebildet ist. Durch drehbare Ausbildung des Pulverbehälters kann die Pulveröffnung der Pulverkavität aus einer vertikal nach oben gerichteten Stellung in einer vertikal nach unten gerichtete Stellung bewegt, bzw. gedreht werden. Der mit Prozesspulver befüllte Pulverbehälter kann in der vertikal nach unten ausgerichteten Stellung der Pulveröffnung unter Schwerkrafteinwirkung geleert werden. Hierdurch kann unter anderem auf eine weitere Pulveröffnung verzichtet werden.
  • Bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der die Behälterdrehachse parallel oder deckungsgleich zu der Beförderungsachse ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter um eine Beförderungsrichtung gedreht ausgebildet sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Beförderungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters ausgebildet ist, bzw. wenn die Pulverzuführung an den Pulverbeschichter von der Seite erfolgt. Das Prozesspulver kann auf diese Weise parallel zur Beförderungsachse vor dem Pulverbeschichter zugeführt werden, wodurch das anschließende Verteilen durch den Pulverbeschichter vereinfacht wird.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Dosierungsvorrichtung einen Drehantrieb auf. Der Drehantrieb ist typischerweise zum Drehen des Pulverbehälters um die Behälterdrehachse ausgebildet. Der Drehantrieb kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch angetrieben sein. Beispielsweise kann der Drehantrieb als elektrischer Schrittmotor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Drehantrieb als pneumatischer Drehaktor ausgebildet. Mittels eines Drehantriebs kann die Pulverzuführung maschinell, insbesondere automatisch, durchgeführt werden. Der Drehantrieb ist vorzugsweise an dem Führungswagen angeordnet bzw. befestigt. Vorzugsweise wird der Drehantrieb an dem Führungswagen mitbewegt. Hierdurch kann die Dosierungsvorrichtung noch kompakter gehalten werden.
  • Vorzugsweise ist ein einzelner Drehantrieb zum Drehen aller Pulverbehälter ausgebildet. Der Drehantrieb kann zu diesem Zweck ein Getriebe, beispielsweise ein Ritzel und/oder einen Riemen aufweisen, über welches die Pulverbehälter miteinander gekoppelt sind. Der Drehantrieb ist besonders bevorzugt zum einzelnen, insbesondere voneinander unabhängigen, Drehen der Pulverbehälter ausgebildet. Hierdurch kann ein Befüllen, Befördern und/oder Entleeren der Pulverbehälter besonders effizient erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung ist der zumindest eine Pulverbehälter als Welle ausgebildet. Mit anderen Worten weist der Pulverbehälter eine im Wesentlichen zylinderförmige Außengeometrie auf. Hierdurch kann der Pulverbehälter besonders steif ausgebildet werden. Ferner kann der Behälterquerschnitt in Bezug auf ein Wellenvolumen geringgehalten werden. Dies begünstigt die Ausbildung einer im Querschnitt geringgehaltenen Prozesskammeröffnung an der Prozesskammer. Hierdurch kann die Prozesskammeröffnung durch technisch einfache Dichtmitteln verschlossen werden. Insbesondere ist der Pulverbehälter als Hohlwelle ausgebildet. Hierdurch kann das Gewicht des Pulverbehälters geringgehalten werden. Vorzugsweise bildet das Hohlwelleninnere in diesem Fall die Pulverkavität aus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dosierungsvorrichtung eine Wiegeeinheit. Die Wiegeeinheit ist typischerweise zum Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die gesamte Dosierungsvorrichtung mittels der Wiegeeinheit gewogen wird. Das Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers kann weiter beispielsweise durch Differenzenbildung zwischen einem Gewicht der Dosierungsvorrichtung vor dem Befüllen und einem Gewicht der Dosierungsvorrichtung nach bzw. während des Befüllens erfolgen. Durch Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers kann eine Dosierung des Prozesspulvers genau auf eine in der Prozesskammer benötigten Pulvermenge abgestimmt werden. Hierdurch kann eine Überdosierung und/oder Unterdosierung des Prozesspulvers verhindert werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung weist die Wiegeeinheit zumindest einen Messsensor auf. Der Messsensor ist vorzugsweise zum Wiegen des Pulverbehälters ausgebildet. Vorzugsweise weist die Dosierungsvorrichtung zumindest zwei Messsensoren auf. Besonders bevorzugt weist die Dosierungsvorrichtung zwei Messsensoren je Pulverbehälter auf. Die Messsensoren sind typischerweise an gegenüberliegenden Enden des jeweiligen zu messenden Pulverbehälters angeordnet. Durch Wiegen des Pulverbehälters kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers erhöht werden, da hierbei nicht die Gesamtmasse der Dosierungsvorrichtung enthalten ist.
  • Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der der Messsensor zum zeitweisen Anordnen an dem Prüfbehälter ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Messsensor lediglich zum Messen des Pulverbehältergewichts an dem Pulverbehälter angeordnet. Erfolgt keine Messung, ist der Messsensor beabstandet von dem Prüfbehälter angeordnet. Hierdurch kann eine Kollision des Prüfbehälters und/oder des Führungswagens mit der Wiegeeinheit verhindert werden. Typischerweise ist der Messsensor zum Anordnen in vertikaler Richtung ausgebildet. Hierdurch kann der Messsensor entgegen der Schwerkraftwirkung an den Prüfbehälter angeordnet werden.
  • Vorzugsweise wird der Messsensor mittels eines Aktors an dem Prüfbehälter angeordnet. Ein Aktor kann den maschinellen Automatisierungsgrad weiter erhöhen.
  • Die Dosierungsvorrichtung kann vorsehen, dass der Prüfbehälter in der vertikalen Richtung aus einer Lagerungsstellung auslenkbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Prüfbehälter über ein vertikales Loslager gelagert. Zum Messen des Pulverbehältergewichts kann der Pulverbehälter in diesem Fall durch die Wiegeeinheit angehoben werden. Vorzugsweise ist der Prüfbehälter zum Anheben um 0,5 Millimeter oder mehr, besonders bevorzugt um 1 Millimeter oder mehr, ausgebildet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise lediglich das Gewicht des Pulverbehälters auf die Messsensoren einwirken, wodurch die Gewichtsmessung des Pulverbehälters noch genauer erfolgen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dosierungsvorrichtung zumindest zwei Pulverbehälter mit jeweils zumindest einer Pulverkavität auf. Die Pulverbehälter können parallel zueinander angeordnet sein.
  • Bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der die Pulverbehälter gemeinsam, insbesondere synchron, entlang der Behälterführung bzw. der Beförderungsachse bewegbar ausgebildet sind. Hierdurch können zwei Pulverbehälter gleichzeitig in die Prozesskammer geführt werden.
  • Die zugrundeliegende Aufgabe wird zudem gelöst durch eine additive Fertigungsvorrichtung. Die additive Fertigungsvorrichtung ist typischerweise zum schichtweisen Fertigen von zumindest einem Werkstück aus dem Prozesspulver mittels bereichsweiser Verfestigung des Prozesspulvers in der Prozesskammer, geeignet, insbesondere ausgebildet.
  • Die additive Fertigungsvorrichtung weist zumindest eine vorhergehend und im Folgenden beschriebene Dosierungsvorrichtung auf. Die additive Fertigungsvorrichtung kann zwei oder mehr vorhergehend und im Folgenden beschriebene Dosierungsvorrichtungen aufweisen.
  • Die additive Fertigungsvorrichtung weist zumindest eine Prozesskammer auf. Die Prozesskammer ist typischerweise zum Fertigen von Werkstücken aus dem Prozesspulver ausgebildet. Die Prozesskammer weist die zumindest eine verschließbare Prozesskammeröffnung auf. Mit anderen Worten weist die Prozesskammer einen öffenbaren Zugang auf. Die Prozesskammeröffnung kann überwiegend geschlossen sein, um ein Eindringen von Umgebungsgasen in die Prozesskammer gering zu halten.
  • Erfindungsgemäß ist die Dosierungsvorrichtung an einer Außenseite der Prozesskammer angeordnet, insbesondere befestigt. Vorzugsweise ist das Führungsende der Behälterführung an der Außenseite der Prozesskammer angeordnet, insbesondere befestigt. Mit anderen Worten endet die Behälterführung unmittelbar an einer Prozesskammerwandung.
  • Die Dosierungsvorrichtung ist zum Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse durch die verschließbare Prozesskammeröffnung in die Prozesskammer ausgebildet. Die Prozesskammeröffnung kann zu diesem Zweck geöffnet werden. Vorzugsweise ist die Dosierungsvorrichtung derart an der Prozesskammer angeordnet, dass die Dosierungsvorrichtung die Prozesskammeröffnung verschließt. Besonders bevorzugt verschließt der Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung die Prozesskammeröffnung. In diesem Fall kann ein Öffnen der Prozesskammeröffnung vorteilhaft durch Bewegen des Pulverbehälters erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die additive Fertigungsvorrichtung einen in der Prozesskammer angeordneten Arbeitszylinder auf. Das zu fertigende Werkstück wird üblicherweise in der Prozesskammer innerhalb des Arbeitszylinders gefertigt. Die additive Fertigungsvorrichtung kann mehrere Arbeitszylinder aufweisen. Hierdurch kann die gleichzeitige Fertigung mehrerer Werkstücke begünstigt werden.
  • Vorzugsweise ist in Verbindung mit mehreren Dosierungsvorrichtungen vorgesehen, dass die additive Fertigungsvorrichtung zumindest eine Dosierungsvorrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Arbeitszylinders aufweist. Hierdurch kann das Prozesspulver der Prozesskammer an mehreren Stellen zugeführt werden, wodurch eine noch effektivere Dosierung ermöglicht wird.
  • Die additive Fertigungsvorrichtung weist gemäß der Ausführungsform zudem einen Pulverbeschichter zum Verteilen des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder auf. Der Pulverbeschichter ist typischerweise entlang der Beschichterachse über dem Arbeitszylinder bewegbar ausgebildet. Vorzugsweise verläuft die Beschichterachse senkrecht zu der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung. Hierdurch kann das durch den Pulverbeschichter zu verteilende Prozesspulver entlang der Beschichterachse vor und/oder hinter dem Pulverbeschichter entleert werden. Ein Verteilen des Prozesspulvers kann durch den Pulverbeschichter so besonders einfach durch Bewegen entlang der Beschichterachse erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der additiven Fertigungsvorrichtung ist die Dosierungsvorrichtung zum Entleeren des Pulverbehälters über dem Pulverbeschichter ausgebildet. Ein Entleeren oberhalb des Pulverbehälters kann besonders einfach unter Schwerkrafteinwirkung erfolgen. Hierdurch kann auf alternative technische Mittel zum Bereitstellten des Prozesspulvers, beispielsweise einer Hebevorrichtung zum Zuführen von Prozesspulver von unten, verzichtet werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der additiven Fertigungsvorrichtung weist der Pulverbeschichter einen Entladekanal auf. Vorzugsweise wird der Entladekanal durch den Pulverbeschichter ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der Entladekanal zur Aufnahme des Pulverbehälters während des Bewegens in der Prozesskammer ausgebildet. Ein Entladekanal kann so einen effektiven Schutz vor einer Prozessströmung innerhalb der Prozesskammer bewirken. Hierdurch kann ein Verwehen bzw. ein Ausblasen des Prozesspulvers aus dem Pulverbehälter durch die Prozessströmung vermieden werden.
  • Die zugrundeliegende Aufgabe kann ferner gelöst werden durch ein Dosierungsverfahren. Das Dosierungsverfahren ist zum Befördern von Prozesspulver in die vorhergehend und im Folgenden beschriebene additive Fertigungsvorrichtung geeignet, insbesondere ausgebildet. Das Dosierungsverfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
    • In einem ersten Verfahrensschritt ist ein Befüllen des Pulverbehälters mit Prozesspulver vorgesehen. Mit anderen Worten wird das Prozesspulver der jeweiligen Pulverkavität über die entsprechende Pulveröffnung zugeführt. Die Pulveröffnung der entsprechenden Pulverkavität ist dabei typischerweise in vertikaler Richtung nach oben gerichtet.
  • Vorzugsweise werden alle Pulverbehälter mit Prozesspulver befüllt. Das Befüllen der Pulverbehälter kann nacheinander erfolgen. Vorzugsweise werden die Pulverbehälter außerhalb der Prozesskammer gefüllt, wodurch das additive Fertigungsverfahren innerhalb der Prozesskammer nicht beeinträchtigt wird.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt ist das Bewegen des Pulverbehälters durch die Prozesskammeröffnung entlang einer Beförderungsachse in die Prozesskammer vorgesehen.
  • Vorzugsweise wird der Führungswagen mittels eines Längsantriebs entlang der Behälterführung in Bewegung versetzt, wodurch die an dem Führungswagen angeordneten Pulverbehälter in der Beförderungsrichtung in die Prozesskammer geführt werden.
  • In einem Verfahrensschritt wird die zumindest eine Pulverkavität von zumindest einem Pulverbehälter durch Drehen des Pulverbehälters um die Behälterdrehachse entleert. Es kann vorgesehen sein, dass alle Pulverkavitäten, insbesondere von allen Pulverbehältern, gleichzeitig entleert werden.
  • Ein weiterer Verfahrensschritt sieht das Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse aus der Prozesskammer vor. Mit anderen Worten wird die Dosierungsvorrichtung in die Ausgangslage zurückbewegt und das Dosierungsverfahren kann erneut durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Dosierungsverfahrens erfolgt das Befüllen des Pulverbehälters unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter befindlichen Prozesspulvers. Hierdurch kann eine an dem Pulverbeschichter 24 erforderliche Pulvermenge genau dosiert werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
    • 1 zeigt eine additive Fertigungsvorrichtung mit einer Prozesskammer und einem Pulverbeschichter in einer perspektiven Ansicht.
    • 2 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung aus 1 in einer rückseitigen Ansicht auf die Prozesskammer mit einer Dosierungsvorrichtung.
    • 3 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung aus 1 mit dem in einem Entladekanal aufgenommenen Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung.
    • 4 zeigt eine Detailansicht des Pulverbeschichters mit den darin angeordneten Pulverbehältern der Dosierungsvorrichtung.
    • 5 zeigt eine weitere Detailansicht des Pulverbeschichters aus 4 in einer geschnittenen Darstellung.
    • 6 zeigt die Dosierungsvorrichtung aus den vorhergehenden Figuren in einer geschnittenen Detailansicht.
    • 7 zeigt eine schematische Darstellung des Dosierungsverfahrens.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße additive Fertigungsvorrichtung 10 mit einer Dosierungsvorrichtung 12 (siehe 2) und einer Prozesskammer 14.
  • In der Prozesskammer 14 kann ein Arbeitszylinder 16 angeordnet sein, in dem ein nicht näher dargestelltes Werkstück gemäß einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise einem pulverbettbasierten Laserschmelz-Verfahren (Laser-Metal-Fusion; LMF) hergestellt werden kann. Gemäß dem beispielhaften Fertigungsverfahren kann nicht näher dargestelltes Prozesspulver der Prozesskammer 14, bzw. dem Arbeitszylinder 16 zugeführt werden, wobei durch Aufschmelzen des Prozesspulvers ein Werkstück schichtweise hergestellt werden kann. Die additive Fertigungsvorrichtung 10 kann hierfür eine Laserstrahleinheit 18 aufweisen, die - wie schematisch dargestellt - an einer Außenseite der Prozesskammer 14 angeordnet sein kann.
  • Während des Herstellens des Werkstücks kann der Arbeitszylinder 16 ausgehend von einer Arbeitsebene 20 stufenweise gesenkt werden. Mit jedem Absenken des Arbeitszylinders 16 entsteht oberhalb des Arbeitszylinders 16 eine nicht näher dargestellte Arbeitsmulde relativ zu der Arbeitsebene 20, die durch einen Pulverbeschichter 24 mit Prozesspulver aufgefüllt werden kann. Der Pulverbeschichter 24 kann hierzu entlang der Arbeitsebene 20 translatorisch über dem Arbeitszylinder 16, entlang einer Beschichterachse 26, bewegt werden. Der mit dem Prozesspulver befüllte Arbeitszylinder 16 kann anschließend durch die Laserstrahleinheit 18 bestrahlt werden, wodurch das Prozesspulver gemäß dem herzustellenden Werkstück zumindest teilweise aufgeschmolzen werden kann. Nach abgeschlossener Bestrahlung durch die Laserstrahleinheit 18 kann der Arbeitszylinder 16 erneut abgesenkt und das Verfahren wiederholt werden, bis das Werkstück vollständig hergestellt ist.
  • Der Pulverbeschichter 24 weist typischerweise eine Abstreiflippe 28 auf. Die Abstreiflippe 28 befindet sich typischerweise im dauerhaften Kontakt mit der Arbeitsebene 20. Jedoch kann ebenso vorgesehen sein, dass die Abstreiflippe 28 einen definierten Abstand, bspw. 1 Millimeter, zu der Arbeitsebene 20 aufweist, um Unebenheiten in einem Prozesskammerboden ausgleichen zu können. Die Abstreiflippe 28 kann ein gleichmäßiges Verteilen von Prozesspulver in der Arbeitsmulde bewirken. Ferner kann die Abstreiflippe 28 überschüssiges Prozesspulver aus dem Arbeitszylinder 16 abtragen, sodass eine zur Arbeitsebene 20 flächenbündige bzw. zur Arbeitsebene 20 parallele Pulverschicht in dem Arbeitszylinder 16 bzw. der Prozesskammer ausgebildet wird. Die Abstreiflippe 28 ist vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet. Hierdurch können die Funktionen Abstreifen und Verteilen durch die Abstreiflippe 28 besonders zuverlässig durchgeführt werden.
  • Der Pulverbeschichter 24 kann darstellungsgemäß ein erstes Windschott 30 und ein zweites Windschott 32 aufweisen. Typischerweise ist zwischen dem ersten Windschott 30 und der Abstreiflippe 28 ein erster Prozesspulverraum 34 und zwischen dem zweiten Windschott 32 und der Abstreiflippe 28 ein zweiter Prozesspulverraum 36 an dem Pulverbeschichter 24 ausgebildet. Der erste Prozesspulverraum 34 und der zweite Prozesspulverraum 36 dienen dem Zuführen des Prozesspulvers in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters 24 vor die Abstreiflippe 28. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass dem Pulverbeschichter gemäß der in 1 gezeigten Position Prozesspulver in dem ersten Prozesspulverraum 34 bereitgestellt wird. Durch Bewegen des Pulverbeschichters 24 kann das in dem ersten Prozesspulverraum 34 bereitgestellte Prozesspulver über dem Arbeitszylinder 16 verteilt werden, bis eine flächenbündig mit der Arbeitsebene 20 ausgebildete Pulverschicht ausgebildet ist.
  • Der zweite Prozesspulverraum 36 kann zum Ausbilden einer flächenbündigen Pulverschicht vorgesehen sein, wenn der Pulverbeschichter 24 in einer entgegengesetzten Richtung entlang der Beschichterachse 26 bewegt wird. Vorzugsweise wird der zweite Prozesspulverraum 36 gleichzeitig mit dem ersten Prozesspulverraum 34 oder unmittelbar nach dem Befüllen des ersten Prozesspulverraums 34 mit Prozesspulver befüllt. Besonders bevorzugt weist zumindest der zweite Prozesspulverraum 36 ein Rückhaltemittel auf, das eine Abgabe des Prozesspulvers verhindern kann.
  • Das erste und zweite Windschott 30, 32 verhindern vorzugsweise ein Ausblasen von Prozesspulver durch nicht näher dargestellte Prozessströmungen innerhalb der Prozesskammer 14.
  • Die Prozesskammer 12 weist typischerweise eine Prozesskammerwandung 38 auf. Die Prozesskammerwandung 38 umgibt die Prozesskammer 12 vorzugsweise vollständig und bildet ein Prozesskammervolumen aus.
  • 2 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung 10 in einer Ansicht auf die Außenseite der Prozesskammer 14, bzw. der Prozesskammerwandung 38.
  • Die Prozesskammer 14 weist darstellungsgemäß eine an der Prozesskammerwandung 38 ausgebildete Prozesskammeröffnung 40 auf. Die Prozesskammeröffnung 40 ist in der gezeigten Ausführungsform durch die Dosierungsvorrichtung 12 verschließbar. Unter einer verschließbaren Prozesskammeröffnung 40 ist im vorliegenden Fall ein gasdichtes Anliegen der Dosierungsvorrichtung 12 an der Prozesskammerwandung 38 zu verstehen.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 ist an einer Außenseite 42 der Prozesskammer 14 angeordnet.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 kann - wie dargestellt - zwei Pulverbehälter 44 aufweisen. Die Pulverbehälter 44 weisen jeweils zumindest eine Pulverkavität 46 auf, die zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildet ist.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 weist ferner eine Behälterführung 48 auf. Die Behälterführung 48 ist zum geradlinigen Bewegen von zumindest einem Pulverbehälter 44 entlang einer Beförderungsachse 50 der Dosierungsvorrichtung 12 ausgebildet. Vorzugsweise entspricht die Länge der Behälterführung 48 einer Eindringtiefe der Pulverbehälter 44 in die Prozesskammer 14.
  • Die Behälterführung 48 ist mit einem Führungsende 52 an der Prozesskammer 14, bzw. der Außenseite 42 der Prozesskammerwandung 38 angeordnet. Die Pulverbehälter 44 sind typischerweise parallel zu der Behälterführung 48 angeordnet. Durch Bewegen der Pulverbehälter 44 entlang bzw. parallel zur Beförderungsachse 52 können die Pulverbehälter 44 durch die verschließbare Prozesskammeröffnung 40 in die Prozesskammer 14 eingeführt werden. Die Pulverbehälter 44 können dabei über das Führungsende 52 der Behälterführung 48 hinaus ausgelenkt werden. Mit anderen Worten sind die Pulverbehälter 44 teleskopierbar bzw. auseinanderschiebbar an der Behälterführung 48 angeordnet.
  • Gemäß der dargestellten Ausführungsform können die Pulverbehälter 44 an einem Führungswagen 54 angeordnet sein. Der Führungswagen 54 ist vorzugsweise beweglich an der Behälterführung 48 angeordnet.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 kann einen Längsantrieb 56 aufweisen. Der Längsantrieb 56 ist typischerweise zum Bewegen der Pulverbehälter 44 bzw. des Führungswagens 54 entlang der Beförderungsachse 50 ausgebildet. Darstellungsgemäß kann der Längsantrieb 56 als Riemenantrieb 58 ausgebildet sein.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 kann alternativ oder zusätzlich einen Drehantrieb 60 aufweisen. Der Drehantrieb 60 kann zum Drehen der Pulverbehälter 44 um eine Behälterdrehachse 62 ausgebildet sein. Vorzugsweise weist jeder Pulverbehälter 44 eine eigene Behälterdrehachse 62 auf. Besonders bevorzugt sind die Pulverbehälter 44 unabhängig voneinander durch den Drehantrieb 60 drehbar ausgebildet.
  • Der Drehantrieb 60 ist vorzugsweise als Stellantrieb und zur Übertragung von mindestens einer halben Umdrehung, besonders bevorzugt von einer ganzen Umdrehung, auf die Pulverbehälter 44 ausgebildet. Mit anderen Worten kann jeder Pulverbehälter 44 derart um seine jeweilige Behälterdrehachse 62 gedreht werden, dass die jeweilige Pulverkavität 46 aus einer vertikal nach oben ausgerichteten Position in eine vertikal nach unten gerichtete Position bewegt werden kann.
  • Typischerweise weisen die Pulverkavitäten 46 jeweils, insbesondere ausschließlich, eine Pulveröffnung 64 auf. Eine Befüllung der Pulverbehälter 44, bzw. der Pulverkavitäten 46 kann somit vorteilhaft in Schwerkraftrichtung erfolgen, während sich die Pulverbehälter 44 mit der jeweiligen Pulveröffnung 64 in einer vertikal nach oben ausgerichteten Position befinden. Ein Entleeren der Pulverbehälter 44, bzw. der Pulverkavitäten 46 kann weiter vorteilhaft ebenfalls in Schwerkraftrichtung erfolgen, während sich die Pulverbehälter 44 mit ihrer jeweiligen Pulveröffnung 64 in einer vertikal nach unten ausgerichteten Position befinden.
  • 2 zeigt die Dosierungsvorrichtung 12 in einem unausgelenkten Zustand. Mit anderen Worten befindet sich die Dosierungsvorrichtung 12 gemäß der Darstellung in 2 vollständig außerhalb der Prozesskammer 14.
  • 3 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung 10 in einer geschnittenen Detailansicht. Die Dosierungsvorrichtung 12 befindet sich in einem ausgelenkten Zustand. Mit anderen Worten sind die Pulverbehälter 44 derart entlang der Beförderungsachse 50 ausgelenkt, dass sich die Pulverbehälter 44 vollständig innerhalb der Prozesskammer 14 befinden. Die Pulverbehälter 44 wurden dabei parallel zur Behälterführung 48 (siehe 2) entlang der Beförderungsachse 50 durch die Prozesskammeröffnung 40 geführt. Darstellungsgemäß kann die Beförderungsachse 50 senkrecht zu der Beschichterachse 26 ausgebildet sein.
  • Die Pulverbehälter 44, insbesondere die Pulverkavitäten 46, weisen vorzugsweise entlang der Beförderungsrichtung 50 die gleiche Abmessung wie der Pulverbeschichter 24, insbesondere die Abstreiflippe 28, auf. Hierdurch kann eine Pulverzuführung über die gesamte Erstreckung des Pulverbeschichters 24 erfolgen. Typischerweise ist die Erstreckung des Pulverbeschichters 24 an eine Abmessung des Arbeitszylinders 16 (siehe 1) senkrecht zur Beschichterachse 26 angepasst, wodurch eine Verteilung des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder 16 (siehe 1) besonders effektiv erfolgen kann.
  • 4 zeigt eine weitere geschnittene Detailansicht der additiven Fertigungsvorrichtung 10, wobei insbesondere der Pulverbeschichter 24 dargestellt ist. Die Dosierungsvorrichtung 12 ist durch die Pulverbehälter 44 teilweise in der Prozesskammer 14 der additiven Fertigungsvorrichtung 10 angeordnet.
  • Gemäß der dargestellten Ausführungsform können die Pulverbehälter 44 oberhalb der Abstreiflippe 28 des Pulverbeschichters 24 angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Pulverbehälter 44 mittig oberhalb der Abstreiflippe 28 angeordnet. Weist die Dosierungsvorrichtung 12 lediglich einen Pulverbehälter 44 auf, kann dieser mittig oberhalb der Abstreiflippe 28 angeordnet sein.
  • Besonders bevorzugt ist ein Pulverbehälter 44 oberhalb des ersten Prozesspulverraums 34 und ein anderer Pulverbehälter 44 oberhalb des zweiten Prozesspulverraums 36 angeordnet. Hierdurch kann das Prozesspulver beidseitig der Abstreiflippe 28 zugeführt werden.
  • Darstellungsgemäß kann die Dosierungsvorrichtung 12 einen Behälterhalter 66 aufweisen. Der Behälterhalter 66 ist vorzugsweise zum Stützen der Pulverbehälter 44 ausgebildet. Hierdurch kann ein Durchbiegen der Pulverbehälter 44 verhindert werden. Ferner kann der Behälterhalter 66 effektiv verhindern, dass Prozesspulver versehentlich auf die dem Pulverbehälter 44 abgewandte Seite der Abstreiflippe 28 gelangt. Der Behälterhalter 66 kann zu diesem Zweck einen sich in vertikaler Richtung verbreiternden Fußabschnitt 67 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abstreiflippe 28 einen sich in vertikaler Richtung verjüngenden Kopfabschnitt 68 aufweist, der verhindert, dass Prozesspulver während des Entleerens auf die andere Seite der Abstreiflippe 28 gelangt.
  • Gemäß der gezeigten Ausführungsform kann jeder Pulverbehälter 44 um seine Behälterdrehachse 62 gedreht werden, wobei die entsprechende Pulverkavität 46 mit der entsprechenden Pulveröffnung 64 aus einer vertikal nach oben ausgerichteten Stellung in eine vertikal nach unten ausgerichtete Stellung bewegt wird. Das in der jeweiligen Pulverkavität 46 enthaltene Prozesspulver kann durch die Drehung auf die entsprechende Seite der Abstreiflippe 28 entleert werden.
  • In besonderer Ausführungsform der additiven Fertigungsvorrichtung 10 weist der Pulverbeschichter 24 einen Entladekanal 70 auf. Vorzugsweise kann der Entladekanal 70 an dem Pulverbeschichter 24 ausgebildet sein. Der Entladekanal 70 ist zum Aufnehmen der Dosierungsvorrichtung 12, bzw. der Pulverbehälter 44 innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildet. Mit anderen Worten stellt der Entladekanal 70 eine Einhausung für die Pulverbehälter 44 dar. Die Pulverbehälter 44 sind innerhalb des Entladekanals 70 bewegbar. Der Entladekanal 70 kann verhindern, dass eine innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildete Prozessströmung (nicht gezeigt), das in den Prozessbehältern 44 mitgeführte Prozesspulver abträgt bzw. mitreist.
  • Besonders bevorzugt ist der Entladekanal 70 zwischen dem ersten und dem zweiten Windschott 30, 32 ausgebildet. Hierdurch kann auch nach dem Entleeren des Prozesspulvers aus den Pulverkavitäten 46 ein effektiver Schutz vor strömungsbedingtem Abtragen des Prozesspulvers durch die Prozessströmung bewirkt werden.
  • 5 zeigt eine weitere geschnittene Detailansicht des Pulverbeschichters 24 der additiven Fertigungsvorrichtung 10. Die Pulverbehälter 44 der Dosierungsvorrichtung 12 sind in der Prozesskammer 14 angeordnet.
  • Darstellungsgemäß kann der Pulverbeschichter 24 einen Zentrierungsabschnitt 72 aufweisen oder ausbilden. Der Zentrierungsabschnitt 72 ist typischerweise an einem von der Prozesskammeröffnung 40 (siehe 3) abgewandten Seite des Pulverbeschichters 24 ausgebildet. Der Zentrierungsabschnitt 72 springt vorzugsweise entlang der Beförderungsachse 50 in Richtung der Dosierungsvorrichtung 12 vor. Die Dosierungsvorrichtung 12 - hier der Behälterhalter 66 - bildet vorzugsweise eine komplementär zu dem Zentrierungsabschnitt 72 ausgebildete Zentrierausnehmung 74 und/oder einen komplementär ausgebildeten Zentriervorsprung aus. Der Zentrierabschnitt 72 ist in Verbindung mit der Zentrierausnehmung 74 zum Zentrieren der Dosierungsvorrichtung 12 bzw. der Pulverbehälter 44 innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform stützen sich die Pulverbehälter 44 mittels des Behälterhalters 66 im vollständig in die Prozesskammer 14 eingeschobenen Zustand an dem Pulverbeschichter 24 ab. Hierdurch kann ein Durchbiegen der Pulverbehälter 44 noch effektiver verhindert werden.
  • 6 zeigt eine geschnittene Detailansicht der Dosierungsvorrichtung 12.
  • Die Dosierungsvorrichtung 12 weist die Behälterführung 48 sowie die über den Führungswagen 54 an der Behälterführung 48 angeordneten Pulverbehälter 44 auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Dosierungsvorrichtung 12 - wie dargestellt - eine Wiegeeinheit 76 aufweisen. Die Wiegeeinheit 76 ist zum Ermitteln des in den Pulverbehältern 44, bzw. in den Pulverkavitäten 46 enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet.
  • Hierfür kann die Wiegeeinheit 76 zum Wiegen jedes einzelnen Pulverbehälters 44 ausgebildet sein. Typischerweise weist die Wiegeeinheit 76 zumindest einen Messsensor 78, besonders bevorzugt zwei Messsensoren 78 je Pulverbehälter 44, auf (vgl. hierzu auch 2).
  • Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Wiegeeinheit 76, bzw. jeder einzelne Messsensor 78 entlang einer Messachse 80 in vertikaler Richtung bewegbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Wiegeeinheit 76 in vertikaler Richtung auf die Pulverbehälter 44 zubewegt werden. Dies ermöglicht den lediglich zeitweisen Kontakt der Wiegeeinheit 76 mit den Pulverbehältern 44. Mit anderen Worten kann die Wiegeeinheit 76 nach erfolgter Messung aus einem Bewegungsraum der Pulverbehälter 44 und/oder dem Führungswagen 54 bewegt werden, wodurch eine Kollision verhindert werden kann. Ein Bewegen der Wiegeeinheit 76 entlang der Messachse 80 kann beispielsweise mittels entsprechender Aktoren (nicht gezeigt) erfolgen.
  • Zum Wiegen des entsprechenden Pulverbehälters 44 wird der Messsensor 78 zunächst entlang der Messachse 80 in Richtung des Pulverbehälters 44 bewegt, bis sich der Messsensor 78 im Kontakt mit dem Pulverbehälter 44 befindet. Ein Kontakt des Messsensors 78 mit dem Pulverbehälter 44 kann beispielsweise durch eine Kraftbeaufschlagung des Messsensors 78 erfasst werden. Anschließend kann der Pulverbehälter 44 durch den Messsensor 44 entlang der Messachse 80 angehoben werden. Mit anderen Worten wird der Pulverbehälter 44 in vertikaler Richtung von der übrigen Dosierungsvorrichtung 12 gelöst. Dies ermöglicht die ausschließliche Gewichtsmessung des Pulverbehälters 44 inklusive des darin enthaltenen Prozesspulvers.
  • Um ein Anheben des Pulverbehälters 44 zu ermöglichen, weist die Dosierungsvorrichtung 12 typischerweise eine Loslageranordnung 82 in vertikaler Richtung auf. Die Loslageranordnung 82 ermöglicht dabei ausgehend von einem unteren vertikalen Anschlag 84 lediglich eine Relativbewegung in vertikaler Richtung bis zu einem oberen vertikalen Anschlag 86. Die Loslageranordnung 82 wirkt sich typischerweise auf eine Drehkupplung 87 zwischen den Pulverbehältern 44 und dem Drehantrieb 60 aus, um das Lösen des entsprechenden Pulverbehälters 44 zu ermöglichen.
  • Nach dem Wiegen des Pulverbehälters 44 kann die Wiegeeinheit 76 entlang der Messachse 80 von dem Pulverbehälter 44 beabstandet werden. Hierdurch kommt der Pulverbehälter 44 an dem unteren vertikalen Anschlag 84 zum Anliegen.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosierungsverfahrens 88 zum Befördern von Prozesspulver in eine additive Fertigungsvorrichtung 10 (siehe 1). Das Dosierungsverfahren 88 weist die folgenden Verfahrensschritte auf, die mit Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren erläutert werden:
    • In einem ersten Verfahrensschritt 90 ist das Befüllen eines Pulverbehälters 44 mit Prozesspulver vorgesehen. Vorzugsweise werden in dem Verfahrensschritt 90 alle Pulverbehälter 44 mit Prozesspulver befüllt.
  • Typischerweise erfolgt das Befüllen des Pulverbehälters 44 unter Schwerkrafteinwirkung in die entsprechende Pulverkavität 46 des Pulverbehälters 44. Beispielsweise kann das Befüllen der Pulverbehälter 44 mittels einer in Schwingung versetzten Förderrampe (nicht gezeigt) erfolgen. Das Befüllen kann außerhalb der Prozesskammer 14 erfolgen. Eine Pulveröffnung 64 der entsprechenden Pulverkavität 46 ist dabei in vertikaler Richtung nach oben gerichtet.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 92 ist das Bewegen des mit Prozesspulver befüllten Pulverbehälters 44 durch die Prozesskammeröffnung 40 entlang der Beförderungsachse 50 in die Prozesskammer 14 vorgesehen.
  • Vorzugsweise wird der Führungswagen 54 mittels eines Längsantriebs 56 entlang der Behälterführung 48 in Bewegung versetzt, wodurch die an dem Führungswagen 54 angeordneten Pulverbehälter 44 in der Beförderungsrichtung 50 in die Prozesskammer 14 geführt werden.
  • Ein weiterer Verfahrensschritt 94 sieht das Entleeren von zumindest einer Pulverkavität 46 von zumindest einem Pulverbehälter 44 durch Drehen des entsprechenden Pulverbehälters 44 um dessen Behälterdrehachse 62 vor.
  • Das Entleeren erfolgt dabei typischerweise in einen ersten Pulverraum 34 des Pulverbeschichters 24.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 96 ist das Bewegen des Pulverbehälters 44 entlang der Beförderungsachse 50 aus der Prozesskammer 14 vorgesehen. Mit anderen Worten wird die Dosierungsvorrichtung 12 in die Ausgangslage zurückbewegt und das Dosierungsverfahren 88 kann erneut durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Dosierungsverfahrens 88 kann vorgesehen sein, dass das Befüllen des Pulverbehälters 44 unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter 44 befindlichen Prozesspulvers erfolgt. Hierdurch kann eine an dem Pulverbeschichter 24 erforderliche Pulvermenge genau dosiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fertigungsvorrichtung
    12
    Dosierungsvorrichtung
    14
    Prozesskammer
    16
    Arbeitszylinder
    18
    Laserstrahleinheit
    20
    Arbeitsebene
    24
    Pulverbeschichter
    26
    Beschichterachse
    28
    Abstreiflippe
    30
    erstes Windschott
    32
    zweites Windschott
    34
    erster Prozesspulverraum
    36
    zweiter Prozesspulverraum
    38
    Prozesskammerwandung
    40
    Prozesskammeröffnung
    42
    Außenseite
    44
    Pulverbehälter
    46
    Pulverkavität
    48
    Behälterführung
    50
    Beförderungsachse
    52
    Führungsende
    54
    Führungswagen
    56
    Längsantrieb
    58
    Riemenantrieb
    60
    Drehantrieb
    62
    Behälterdrehachse
    64
    Pulveröffnung
    66
    Behälterhalter
    67
    Fußabschnitt
    68
    Kopfabschnitt
    70
    Entladekanal
    72
    Zentrierungsabschnitt
    74
    Zentrierausnehmung
    76
    Wiegeeinheit
    78
    Messsensor
    80
    Messachse
    82
    Loslageranordnung
    84
    Unterer vertikaler Anschlag
    86
    Oberer vertikaler Anschlag
    87
    Drehkupplung
    88
    Dosierungsverfahren
    90
    Verfahrensschritt
    92
    Verfahrensschritt
    94
    Verfahrensschritt
    96
    Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2191922 A1 [0006]
    • DE 102020129420 A1 [0007]

Claims (18)

  1. Dosierungsvorrichtung (12) zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) und zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer (14), aufweisend: - zumindest einen Pulverbehälter (44) mit zumindest einer zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildeten Pulverkavität (46); - eine Behälterführung (48) zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang einer Beförderungsachse (50) der Dosierungsvorrichtung (12); wobei der Pulverbehälter (44) beweglich an der Behälterführung (48) angeordnet ist; und wobei der Pulverbehälter (44) zum Auslenken entlang der Beförderungsachse (50) über die Behälterführung (48) hinaus ausgebildet ist.
  2. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1, aufweisend einen Längsantrieb (56), wobei der Längsantrieb (56) zum Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) ausgebildet ist.
  3. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Pulverkavität (46) zumindest eine vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung (64) aufweist, die ein Befüllen des Pulverbehälters (44) in Schwerkraftrichtung ermöglicht.
  4. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulverbehälter (44) um eine Behälterdrehachse (62) drehbar an der Behälterführung (48) angeordnet ist.
  5. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4, wobei die Behälterdrehachse (62) parallel oder deckungsgleich zu der Beförderungsachse (50) ausgebildet ist.
  6. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4 oder 5, aufweisend einen Drehantrieb (60), wobei der Drehantrieb (60) zum Drehen des Pulverbehälters (44) um die Behälterdrehachse (62) ausgebildet ist.
  7. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulverbehälter (44) als Welle, insbesondere als Hohlwelle, ausgebildet ist.
  8. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Wiegeeinheit (76), wobei die Wiegeeinheit (76) zum Ermitteln des in dem Pulverbehälter (44) enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet ist.
  9. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 8, wobei die Wiegeeinheit (76) zumindest einen Messsensor (78) aufweist, der zum Wiegen des Pulverbehälters (44) ausgebildet ist.
  10. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 9, wobei der Messsensor (78) zum zeitweisen Anordnen an dem Prüfbehälter (44) in vertikaler Richtung, insbesondere mittels eines Aktors, ausgebildet ist.
  11. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zumindest zwei Pulverbehälter (44) mit jeweils zumindest einer Pulverkavität (46), wobei die Pulverbehälter (44) parallel zueinander angeordnet sind.
  12. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 11, wobei die Pulverbehälter (44) gemeinsam entlang der Beförderungsachse (50) bewegbar ausgebildet sind.
  13. Additive Fertigungsvorrichtung (10) zum schichtweisen Fertigen von zumindest einem Werkstück aus einem Prozesspulver mittels bereichsweiser Verfestigung eines Prozesspulvers in einer Prozesskammer (14), aufweisend eine Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Prozesskammer (14) zumindest eine verschließbare Prozesskammeröffnung (40) aufweist; wobei die Dosierungsvorrichtung (12) an einer Außenseite (42) der Prozesskammer (14) angeordnet ist; und wobei die Dosierungsvorrichtung (12) zum Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) durch die verschließbare Prozesskammeröffnung (40) in die Prozesskammer (14) ausgebildet ist.
  14. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter aufweisend - einen in der Prozesskammer (14) angeordneten Arbeitszylinder (16), wobei die Prozesskammer (14) zum Fertigen des Werkstücks innerhalb des Arbeitszylinders (16) ausgebildet ist; - einen Pulverbeschichter (24) zum Verteilen des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder (16); wobei der Pulverbeschichter (24) entlang einer Beschichterachse (26) über dem Arbeitszylinder (16) bewegbar ausgebildet ist; wobei die Beschichterachse (26) senkrecht zu der Beförderungsachse (50) verläuft.
  15. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, wobei die Dosierungsvorrichtung (12) zum Entleeren des Pulverbehälters (44) über dem Pulverbeschichter (24) ausgebildet ist.
  16. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Pulverbeschichter (24) einen Entladekanal (70) ausbildet, wobei der Pulverbehälter (44) in der Prozesskammer (14) innerhalb des Entladekanals (70) bewegbar ausgebildet ist.
  17. Dosierungsverfahren (88) zum Befördern von Prozesspulver in eine Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, aufweisend die Verfahrensschritte: - Befüllen (90) des Pulverbehälters (44) mit Prozesspulver; - Bewegen (92) des Pulverbehälters (44) durch die Prozesskammeröffnung (40) entlang einer Beförderungsachse (50) in die Prozesskammer (14); - Entleeren (94) der Pulverkavität (46) durch Drehen des Pulverbehälters (44) um die Behälterdrehachse (62); - Bewegen (96) des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) aus der Prozesskammer (14).
  18. Dosierungsverfahren (88) nach Anspruch 17, wobei das Befüllen des Pulverbehälters (44) unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter (44) befindlichen Prozesspulvers erfolgt.
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