DE102024001113A1 - Method for operating an additive manufacturing plant and additive manufacturing plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1) zur additiven Fertigung, wobei Bauteile mittels selektivem Lasersintern hergestellt werden und danach Altpulver (A) von den fertiggestellten Bauteilen getrennt wird.Erfindungsgemäß wird ein Anteil (UA) des Altpulvers (A) granuliert und das Granulat wird in einem anderen additiven Fertigungsverfahren verwendet.The invention relates to a method for operating a plant (1) for additive manufacturing, wherein components are produced by means of selective laser sintering and then waste powder (A) is separated from the finished components. According to the invention, a portion (UA) of the waste powder (A) is granulated and the granulate is used in another additive manufacturing process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur additiven Fertigung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Anlage zur additiven Fertigung.The invention relates to a method for operating a plant for additive manufacturing according to the features of the preamble of claim 1 and to a plant for additive manufacturing.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur additiven Fertigung und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anlage zur additiven Fertigung anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for operating a system for additive manufacturing that is improved compared to the prior art and a system for additive manufacturing that is improved compared to the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur additiven Fertigung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anlage zur additiven Fertigung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.The object is achieved according to the invention by a method for operating a system for additive manufacturing with the features of claim 1 and a system for additive manufacturing with the features of claim 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
In einem Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur additiven Fertigung werden Bauteile mittels selektivem Lasersintern (SLS) hergestellt und danach Altpulver von den fertiggestellten Bauteilen getrennt. Das selektive Lasersintern ist ein additives Fertigungsverfahren. Die additive Fertigung wird auch als 3D-Druck bezeichnet. Das selektive Lasersintern ist somit ein 3D-Druckverfahren.In a process for operating an additive manufacturing system, components are manufactured using selective laser sintering (SLS) and then waste powder is separated from the finished components. Selective laser sintering is an additive manufacturing process. Additive manufacturing is also known as 3D printing. Selective laser sintering is therefore a 3D printing process.
Erfindungsgemäß wird ein Anteil des Altpulvers granuliert und das dadurch erzeugte Granulat wird in einem anderen additiven Fertigungsverfahren, also in einem anderen 3D-Druckverfahren, verwendet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Granulat in dem anderen additiven Fertigungsverfahren mittels eines Extruders erwärmt und dann insbesondere schichtweise wieder aufgetragen, insbesondere auf eine Arbeitsplattform, auf welcher ein Werkstück mittels dieses anderen additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird, und/oder auf einen bereits fertiggestellten Bereich des Werkstücks und/oder auf einen Werkstückrohling aufgetragen wird. Dieses andere additive Fertigungsverfahren ist beispielsweise Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF), oder ähnlich einem solchen FDM-Prozess.According to the invention, a portion of the waste powder is granulated and the granulate produced thereby is used in another additive manufacturing process, i.e. in another 3D printing process. It is particularly provided that the granulate in the other additive manufacturing process is heated by means of an extruder and then applied again in particular layer by layer, in particular to a work platform on which a workpiece is manufactured by means of this other additive manufacturing process, and/or to an already finished area of the workpiece and/or to a workpiece blank. This other additive manufacturing process is, for example, Fused Deposition Modeling (FDM), also known as Fused Filament Fabrication (FFF), or similar to such an FDM process.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Granulieren des Altpulvers innerhalb einer Prozesskette des selektiven Lasersinterns oder unmittelbar anschließend an diese Prozesskette durchgeführt wird.In particular, it is intended that the granulation of the waste powder is carried out within a selective laser sintering process chain or immediately after this process chain.
Beispielsweise wird/werden dem Altpulver vor dem Granulieren und/oder während des Granulierens mindestens ein Zusatzstoff und/oder Füllstoff oder mehrere Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe zugesetzt, zum Beispiel Glas, Glasfasern und/oder Farbpigmente.For example, at least one additive and/or filler or several additives and/or fillers, for example glass, glass fibers and/or color pigments, are added to the waste powder before granulation and/or during granulation.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur additiven Fertigung wird betrieben mittels dieses Verfahrens und weist eine Anlage zum selektiven Lasersintern und eine Anlage zur Herstellung von Granulat aus einem Anteil des Altpulvers aus der Anlage zum selektiven Lasersintern auf. Beispielsweise weist sie zusätzlich auch eine Anlage zur Durchführung des anderen additiven Fertigungsverfahrens auf.A system for additive manufacturing according to the invention is operated using this method and has a system for selective laser sintering and a system for producing granulate from a portion of the waste powder from the system for selective laser sintering. For example, it also has a system for carrying out the other additive manufacturing method.
Durch die beschriebene Lösung wird eine Wiederverwendung des Altpulvers erheblich verbessert, d. h. es kann eine wesentlich größere Menge des Altpulvers für die additive Fertigung verwendet werden, indem der Anteil des Altpulvers, der nicht wieder dem selektiven Lasersintern zugeführt werden kann, granuliert wird und danach in einem anderen additiven Fertigungsverfahren verwendet werden kann. Dadurch wird eine Abfallmenge reduziert und es werden eine Kosteneinsparung, eine Ressourcenschonung, eine geschlossene Materialrückführung ohne Logistik, „Green Produktion“, eine Wiederverwertung, eine schnelle Herstellung und ein „grüner Fußabdruck“ erreicht.The solution described significantly improves the reuse of the old powder, i.e. a much larger amount of the old powder can be used for additive manufacturing by granulating the portion of the old powder that cannot be returned to selective laser sintering and then using it in another additive manufacturing process. This reduces the amount of waste and results in cost savings, resource conservation, closed material return without logistics, "green production", reuse and recycling, rapid production and a “green footprint” are achieved.
Beim selektiven Lasersinterprozess wird Pulver mittels eines Lasers schichtweise versintert. Altpulver wird gesiebt, gemäß einem vorgegebenen Mischverhältnis mittels eines Mischers gemischt, insbesondere mit Neupulver und Prozesspulver, und auf diese Weise wieder dem selektiven Lasersinterprozess zugeführt. Durch den Lasersinterprozess entsteht jedoch mehr Altpulver als gemäß diesem vorgegebenen Mischverhältnis neuem Pulver hinzugemischt werden kann. Daher wird bisher das überschüssige Altpulver entsorgt.In the selective laser sintering process, powder is sintered layer by layer using a laser. Old powder is sieved, mixed using a mixer according to a specified mixing ratio, especially with new powder and process powder, and in this way fed back into the selective laser sintering process. However, the laser sintering process produces more old powder than can be mixed into new powder according to this specified mixing ratio. For this reason, the excess old powder has so far been disposed of.
Durch die hier beschriebene Lösung wird dies vermieden. Hierzu ist die Granulieranlage, d. h. die Anlage zur Herstellung von Granulat aus dem überschüssigen Anteil des Altpulvers aus der Anlage zum selektiven Lasersintern, vorteilhafterweise in die Anlage zur additiven Fertigung integriert. Sie schließt sich vorteilhafterweise an die Anlage zum selektiven Lasersintern an. Dadurch kann das überschüssige Altpulver granuliert werden, wobei es beispielsweise vor dem Granulieren und/oder während des Granulierens mit Zusatzstoffen und/oder Füllstoffen, beispielsweise Glas, Glasfasern und/oder Farbpigmenten, vermischt wird. Das entstandene Granulat kann dann, insbesondere über einen Trockner und beispielsweise über eine Vakuumpumpe, zu einem Extruder, insbesondere zu einer Granulatdirektextrusion, gefördert werden. Auf diese Weise wird das überschüssige Altpulver recycelt und es können damit neue Bauteile hergestellt werden, beispielsweise Prototypen und/oder Betriebsmittel.The solution described here avoids this. For this purpose, the granulation system, i.e. the system for producing granules from the excess portion of the waste powder from the selective laser sintering system, is advantageously integrated into the additive manufacturing system. It is advantageously connected to the selective laser sintering system. This allows the excess waste powder to be granulated, for example by mixing it with additives and/or fillers, such as glass, glass fibers and/or color pigments, before and/or during granulation. The resulting granules can then be conveyed, in particular via a dryer and, for example, via a vacuum pump, to an extruder, in particular to a direct granulate extrusion. In this way, the excess waste powder is recycled and can be used to produce new components, such as prototypes and/or operating equipment.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:
-
1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Anlage zur additiven Fertigung.
-
1 schematically shows a sequence of a method for operating an additive manufacturing system.
Anhand
Die Anlage 1 zur additiven Fertigung weist eine Anlage 2 zum selektiven Lasersintern auf.Plant 1 for additive manufacturing has a
Beim selektiven Lasersintern wird Pulver P verarbeitet. Am Anfang der Prozesskette steht ein Pulvermanagement. Das Pulver P wird beispielsweise in Silos aufbewahrt. In einem vorgegebenen Mischverhältnis wird Neupulver N, Altpulver A und Prozesspulver PP einer Pulveraufbereitung 3 zugeführt, in einem Mischer gemischt und, insbesondere mittels Vakuumförderung, zu einem 3D-Drucker 4 gefördert, der das selektive Lasersintern durchführt.During selective laser sintering, powder P is processed. At the beginning of the process chain there is powder management. The powder P is stored in silos, for example. In a predetermined mixing ratio, new powder N, old powder A and process powder PP are fed to a
Das Prozesspulver PP wird auch als Overflow bezeichnet. Dieses Prozesspulver PP fällt bei einem Erzeugen einer jeweiligen Pulverschicht vor einem jeweiligen Lasersinterschritt an. Dabei wird die Pulverschicht beispielsweise mittels einer Rakel glattgestrichen und überschüssiges Pulver abgestrichen, um eine gleichmäßige vorgegebene Höhe der Pulverschicht zu erreichen. Das dabei abgestrichene überschüssige Pulver ist das Prozesspulver PP. Da dieses Prozesspulver PP nur sehr kurz im 3D-Drucker 4 vorliegenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt war, bevor es wieder abgestrichen wurde, ist es nicht oder nur vernachlässigbar verändert. Daher wird das Prozesspulver PP nach dem Fertigungsprozess wieder aus dem 3D-Drucker 4 dem Pulvermanagement zugeführt. Es wird somit insbesondere in das Silo für das Prozesspulver PP eingefüllt, wie in
Die Silos sind vorteilhafterweise mit Sensoren bestückt. Dadurch ist automatisiert sichergestellt bzw. wird gesteuert, dass sich in jedem Silo eine erforderliche Pulvermenge befindet.The silos are advantageously equipped with sensors. This automatically ensures or controls that the required amount of powder is in each silo.
Ein so genannter fertiggestellter Baujob 5, d. h. die fertiggestellten Bauteile und diese Bauteile umgebendes noch nicht gesintertes Altpulver A, wird aus dem 3D-Drucker 4 entnommen und einer Auspackstation 6 zugeführt. Der Baujob 5 befindet sich dabei insbesondere auf einer Sinterplattform 7, welche anschließend wieder in den 3D-Drucker 4 befördert wird, um darauf erneut Bauteile zu sintern.A so-called completed construction job 5, i.e. the completed components and the not yet sintered waste powder A surrounding these components, is removed from the
In der Auspackstation 6 erfolgt ein, insbesondere automatisiertes Entpacken und Reinigen der Bauteile. Das Altpulver A wird von den fertiggestellten Bauteilen getrennt. Die Bauteile werden beispielsweise gestrahlt und gereinigt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass in diesem Prozess Abfallpulver AP, welches mit kleinsten Partikeln verunreinigt ist und nicht wiederverwendet werden kann, von dem Altpulver A durch Sieben, insbesondere in der Auspackstation 6, getrennt und als Abfall entsorgt wird.In the
Zusammengefasst werden somit Bauteile mittels selektivem Lasersintern hergestellt und danach wird das Altpulver A von den fertiggestellten Bauteilen getrennt.In summary, components are manufactured using selective laser sintering and then the waste powder A is separated from the finished components.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Altpulver A dann nochmals mit einem Sieb 8 gesiebt wird, zum Beispiel mit einem Ultraschallsieb. Ein wieder für das selektive Lasersintern verwendbarer Anteil VA des Altpulvers A wird dann wieder dem Pulvermanagement zugeführt, insbesondere in das Silo für das Altpulver A eingefüllt, und kann somit der Pulveraufbereitung 3 zugeführt und im Mischer mit dem Neupulver N und dem Prozesspulver PP vermischt werden und somit wiederverwertet werden.In particular, it is intended that the waste powder A is then sieved again with a
In dem Prozess des selektiven Lasersintern wird das Pulver P während des Prozesses, d. h. während des Ablaufs des 3D-Drucks, auf Temperaturen knapp unterhalb der Schmelztemperatur erwärmt und bis zum Ende des Herstellungsprozesses der Bauteile auf dieser Temperatur gehalten. Dadurch erfolgt eine physikalische und chemische Alterung des Pulvers P. Es kann somit nicht nur Altpulver A für das selektive Lasersintern verwendet werden, sondern das Altpulver A muss mit Neupulver N und Prozesspulver PP im vorgegebenen Mischverhältnis gemischt werden. Dadurch entsteht bei jedem Herstellungsvorgang von Bauteilen mittels des 3D-Druckers 4 mehr Altpulver A als im selektiven Lasersintern wiederverwendet werden kann.In the selective laser sintering process, the powder P is heated to temperatures just below the melting temperature during the process, i.e. during the 3D printing process, and is kept at this temperature until the end of the component manufacturing process. This causes physical and chemical aging of the powder P. Therefore, not only old powder A can be used for selective laser sintering, but the old powder A must be mixed with new powder N and process powder PP in the specified mixing ratio. As a result, each time components are manufactured using the
Bisher wurde das gesamte Altpulver A im Silo für das Altpulver A gesammelt. Sobald sensorisch eine Überschreitung eines vorgegebenen Füllstands des Silos überschritten wurde, wurde überschüssiges Altpulver A aus dem Silo abgelassen und als Abfall entsorgt.Previously, all waste powder A was collected in the silo for waste powder A. As soon as a sensor detected that a specified fill level in the silo was exceeded, excess waste powder A was drained from the silo and disposed of as waste.
Durch die hier beschriebene Lösung wird dies vermieden, indem ein Anteil UA des Altpulvers A, genauer gesagt der überschüssige Anteil UA des Altpulvers A, welcher nicht wieder für das selektive Lasersintern verwendet werden kann, granuliert wird und das Granulat in einem anderen additiven Fertigungsverfahren verwendet wird.The solution described here avoids this by granulating a portion UA of the waste powder A, more precisely the excess portion UA of the waste powder A, which cannot be reused for selective laser sintering, and using the granulate in another additive manufacturing process.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Granulieren des Altpulvers A innerhalb einer Prozesskette des selektiven Lasersinterns oder unmittelbar anschließend an diese Prozesskette durchgeführt wird.In particular, it is intended that the granulation of the waste powder A is carried out within a selective laser sintering process chain or immediately after this process chain.
Der überschüssige Anteil UA des Altpulvers A wird insbesondere zunächst in einem Feinsieb 9 feingesiebt und dann, insbesondere über eine Vakuumförderung, direkt einer Granulieranlage 10 zugeführt. Hierbei werden beispielsweise noch Zusatzstoffe Z und/oder Füllstoffe F, beispielsweise Glas, Glasfasern und/oder Farbpigmente, dem Altpulver A zugeführt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass auch die Granulieranlage 10, d. h. die Anlage zur Herstellung von Granulat aus diesem Anteil UA des Altpulvers A, ein Bestandteil der Anlage 1 zur additiven Fertigung ist.The excess portion UA of the waste powder A is first finely sieved in a
Es ist insbesondere vorgesehen, dass automatisiert über eine Sensorik gesteuert wird, ob das jeweils anfallende Altpulver A dem Pulvermanagement der Anlage 2 zum selektiven Lasersintern zugeführt wird, insbesondere in das Silo für das Altpulver A eingefüllt wird, oder in den Folgeprozess der Granulatherstellung umgeleitet wird. Hierzu ist im dargestellten Beispiel eine automatisiert entsprechend ansteuerbare Weiche 11 vorgesehen, welche entweder einen Abzweig zum Silo für das Altpulver A oder einen Abzweig zur Granulieranlage 10 öffnet.In particular, it is intended that a sensor system is used to automatically control whether the waste powder A that is produced is fed to the powder management of
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Granulat, insbesondere über eine Vakuumförderung, einem Trockner 12 zugeführt und getrocknet wird. Vorteilhafterweise werden ein Füllstand und die Feuchtigkeit des Granulats im Trockner 12 mittels einer entsprechenden Sensorik überwacht. Der Trockner 12 ist insbesondere ebenfalls ein Bestandteil der Anlage 1 zur additiven Fertigung.It is particularly provided that the granulate is fed to a
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Granulat anschließend über eine Granulatextrusion weiterverarbeitet wird. Dabei wird das Granulat mittels eines Extruders 13 erwärmt und dann schichtweise wieder aufgetragen, ähnlich einem FDM-Prozess. So entstehen beispielsweise Betriebsmittel oder große formgebende Vorrichtungen für die Fertigung. Das Granulat wird somit auf diese Weise in einem anderen additiven Fertigungsverfahren verwendet, insbesondere indem es mittels des Extruders 13 erwärmt und auf eine Arbeitsplattform, auf welcher ein Werkstück mittels dieses anderen additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird, und/oder auf einen bereits fertiggestellten Bereich des Werkstücks und/oder auf einen Werkstückrohling aufgetragen wird.It is particularly intended that the granulate is then further processed via granulate extrusion. The granulate is heated using an
Es ist insbesondere vorgesehen, dass auch eine Anlage 14 zur Durchführung dieses anderen additiven Fertigungsverfahrens, aufweisend insbesondere den Extruder 13, ein Bestandteil der Anlage 1 zur additiven Fertigung ist.In particular, it is intended that a
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R230 | Request for early publication |