DE202018100744U1

DE202018100744U1 - Werkstoffnachfülleinheit, Werkstoffnachfüllanschluss und System mit einer Werkstoffnachfülleinheit und einem Werkstoffnachfüllanschluss

Info

Publication number: DE202018100744U1
Application number: DE202018100744.0U
Authority: DE
Original assignee: SLM Solutions Group AG
Current assignee: Nikon SLM Solutions AG
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2028-02-13

Abstract

Werkstoffnachfülleinheit (10; 210), eingerichtet zur Verbindung mit einem Werkstoffnachfüllanschluss (12) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung zu deren Versorgung mit Rohstoffpulver, umfassend:- einen Beutel (16), der Rohstoffpulver enthält; und- ein an den Beutel (16) angebundenes Verbindungselement (18) zur Verbindung mit dem Werkstoffnachfüllanschluss (12); wobei der Beutel (16) dazu eingerichtet ist, bei einem Verbinden des Verbindungselements (18) mit dem Werkstoffnachfüllanschluss (12) in einem Bereich des Verbindungselements (18) geöffnet zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstoffnachfülleinheit, einen Werkstoffnachfüllanschluss und ein System mit einer Werkstoffnachfülleinheit und einem Werkstoffnachfüllanschluss.
Bei generativen Schichtbauverfahren zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke, insbesondere dem sogenannten Pulverbettschmelzen, wird ein Rohstoffpulver schichtweise auf einen Träger aufgetragen und in Abhängigkeit der gewünschten Geometrie des zu erstellenden Werkstücks ortselektiv mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung, oder mit Teilchenstrahlung beaufschlagt. Die in die Pulverschicht eindringende Strahlung bewirkt eine Erwärmung und folglich eine Verschmelzung oder Versinterung der Rohstoffpulverpartikel. Anschließend werden sukzessiv weitere Rohstoffpulverschichten auf die bereits strahlungsbehandelte Schicht auf dem Träger aufgebracht, bis das Werkstück die gewünschte Form und Größe hat. Das Rohstoffpulver kann Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien, aber auch Materialgemische hieraus umfassen. Generative Schichtbauverfahren und insbesondere Pulverbettschmelzverfahren können beispielsweise zur Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Ersatzteilen oder medizinischen Prothesen, wie zum Beispiel zahnärztlichen oder orthopädischen Prothesen, sowie zur Reparatur von Bauteilen anhand von CAD-Daten eingesetzt werden.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Pulverbettschmelzen findet sich in der EP 1 793 979 B1 . Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer, die eine Mehrzahl von Trägern für die herzustellenden Werkstücke umfasst. Eine Pulverauftragsvorrichtung umfasst einen Pulverreservoirhalter, der vor und zurück über die Träger bewegt werden kann, um darauf eine zu bestrahlende Rohstoffpulverschicht aufzutragen.
Generell sind aus dem Stand der Technik zudem Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Pulverbettschmelzen bekannt, die Pulverbehälter aufweisen, aus welchen zur Bildung von Pulverschichten Rohstoffpulver entnommen wird. Rohstoffpulver wird beispielsweise in einem Weithalsfass bereitgestellt und aus diesem in den Pulverbehälter eingefüllt, etwa mittels eines Trichters. Oftmals werden in ein solches Weithalsfass zusätzlich Silica-Trockenbeutel gegeben, um eventuell eindringende Feuchtigkeit aufzunehmen und einen trockenen Zustand des Rohstoffpulvers zu erhalten. Eine Haltbarkeit des Rohstoffpulvers ist hierbei abhängig von einer Umgebungsfeuchte bei Transport und Lagerung, da Silica-Trockenbeutel je nach Umgebungsfeuchte eine unterschiedliche Wirkdauer zeigen. Zudem muss der Trockenbeutel vor einer Entnahme des Rohstoffpulvers entfernt werden, was mit Staubentwicklung durch aufstiebendes Pulver verbunden sein kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich eines Nachfüllens mit Rohstoffpulver sowie eines Transports beziehungsweise einer Lagerung desselben zu erzielen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Werkstoffnachfülleinheit gemäß Anspruch 1, durch einen Werkstoffnachfüllanschluss gemäß Anspruch 10 sowie durch ein System gemäß Anspruch 18. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft eine Werkstoffnachfülleinheit, die zur Verbindung mit einem Werkstoffnachfüllanschluss einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung zu deren Versorgung mit Rohstoffpulver eingerichtet ist. Die Werkstoffnachfülleinheit umfasst einen Beutel, der Rohstoffpulver enthält, sowie ein an den Beutel angebundenes Verbindungselement zur Verbindung mit dem Werkstoffnachfüllanschluss. Der Beutel ist dazu eingerichtet, bei einem Verbinden des Verbindungselements mit dem Werkstoffnachfüllanschluss in einem Bereich des Verbindungselements geöffnet zu werden.
Ferner betrifft die Erfindung einen Werkstoffnachfüllanschluss einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, der zu einer Verbindung mit der Werkstoffnachfülleinheit zu Zwecken einer Beschickung der Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken eingerichtet ist. Der Werkstoffnachfüllanschluss umfasst eine Anschlusseinheit, die zu einem Verbinden mit dem Verbindungselement der Werkstoffnachfülleinheit sowie zu einem Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit bei dem Verbinden eingerichtet ist.
Hierdurch können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich eines Nachfüllens von Rohstoffpulver erzielt werden. Zudem kann Rohstoffpulver sicher und beispielsweise vor Luftfeuchtigkeit geschützt transportiert und/oder gelagert werden. Außerdem kann eine Staubentwicklung bei einem Nachfüllen mit Rohstoffpulver verringert oder vermieden werden. Weiterhin kann eine hohe Kosteneffizienz erzielt werden, insbesondere aufgrund reduzierter Verpackungskosten. Ferner kann auf die Verwendung von Trockengranulat verzichtet werden. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine höhere Dichtigkeit in Bezug auf Luftfeuchtigkeit erzielt werden kann als mit Weithalsfässern in Kombination mit Trockenbeuteln oder mit Stahlflaschen mit Schiebeventil. Außerdem wird eine platzsparende Lagerung von Werkstoffnachfülleinheiten ermöglicht. Zudem können Bedienfehler bei einem Nachfüllen vermieden werden. In vorteilhafter Weise kann zudem ein direkter Kontakt des Benutzers mit dem Rohstoffpulver vermieden werden. Außerdem kann ein Nachfüllen mit Rohstoffpulver erfolgen, ohne dass nachzufüllendes Rohstoffpulver mit einer Umgebungsatmosphäre in Kontakt kommt. Außerdem wird ein individuelles Bedrucken des Beutels in kostengünstiger Art und Weise ermöglicht, sodass die Werkstoffnachfülleinheit einfach mit einer Kennzeichnung zu versehen ist. Hierbei ist auch denkbar, dass ein Datum aufgedruckt wird, bis zu welchem das Rohstoffpulver in dem Beutel vor Einflüssen von Luftfeuchtigkeit und/oder Luftsauerstoff oder dergleichen bei einem Lagern mindestens geschützt ist.
Vorzugsweise ist der Beutel zumindest in einem ungefüllten Zustand makroskopisch verformbar, insbesondere wiederholt und/oder beschädigungsfrei. Der Beutel kann dünnwandig sein und ist bevorzugt aus einem verformbaren Material wie einer Folie ausgebildet. Der Beutel ist vorzugsweise ein Siegelrandbeutel. Der Beutel kann ein taschenartiges und/oder sackartiges Objekt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen sind der Beutel und das Verbindungselement separat voneinander ausgebildet, wobei das Verbindungselement zumindest abschnittsweise steifer und/oder weniger leicht verformbar sein kann als der Beutel. Vorzugsweise ist das Verbindungselement starr. Zudem können der Beutel und das Verbindungselement miteinander verklebt und/oder verschweißt sein, vorzugsweise flächig. Ein sicherer Stand der Werkstoffnachfülleinheit auf dem Werkstoffnachfüllanschluss kann insbesondere dann erzielt werden, wenn das Verbindungselement einen verbreiterten Bodenabschnitt ausbildet, auf welchen der Beutel aufgesetzt und vorzugsweise aufgeklebt ist. Das Verbindungselement kann teilweise oder vollständig aus Kunststoff ausgebildet sein. Zudem kann das Verbindungselement ein Spritzgussteil sein.
Die Werkstoffnachfülleinheit kann wenigstens ein Verstärkungselement aufweisen, das den Beutel verstärkt. Beispielsweise kann das Verstärkungselement wenigstens abschnittsweise formgebend für den Beutel sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkstoffnachfülleinheit wenigstens einen Belüftungskanal für den Beutel umfassen, der in den Beutel eingearbeitet oder separat zu diesem ausgebildet sein kann. Hierdurch kann ein zuverlässiges und/oder vollständiges Entleeren des Beutels erzielt werden. Vorzugsweise wird der Belüftungskanal bei dem Verbinden des Verbindungselements mit dem Werkstoffnachfüllanschluss geöffnet.
Das Rohstoffpulver kann Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien, aber auch Materialgemische hieraus umfassen. Zudem kann das Rohstoffpulver je nach beabsichtigter Anwendung Zusatzstoffe enthalten, die beispielsweise ein Schmelz-oder Sinterverhalten des Rohstoffpulvers beeinflussen.
Die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken kann einen Prozessraum umfassen, der bevorzugt gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet ist. In dem Prozessraum kann bei Bedarf eine Inert- oder Reaktionsgasatmosphäre und/oder ein gegenüber dem Atmosphärendruck verringerter oder erhöhter Druck einstellbar sein. Die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken weist vorzugsweise wenigstens einen Pulverbehälter auf, der mit dem Werkstoffnachfüllanschluss verbunden ist. Die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken kann hierbei dazu eingerichtet sein, zur Bildung einer Pulverschicht Rohstoffpulver aus dem Pulverbehälter in den Prozessraum einzuführen. Ferner kann die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken eine Bestrahlungseinrichtung aufweisen, mittels derer die Pulverschicht lokal mit elektromagnetischer Strahlung oder mit Teilchenstrahlung bestrahlbar ist.
Die Verbindung zwischen der Werkstoffnachfülleinheit und dem Werkstoffnachfüllanschluss kann luftdicht sein. Die Anschlusseinheit kann ein Dichtelement wie beispielsweise einen Dichtgummi, etwa einen O-Ring, umfassen, mit welchem das Verbindungselement bei der Verbindung in Anlage gebracht ist. Vorzugsweise ist der Werkstoffnachfüllanschluss in einem Normalbetriebszustand der Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken derart angeordnet, dass eine Einlassöffnung des Werkstoffnachfüllanschlusses ausgehend von einem Untergrund, wie etwa einem Hallenboden, auf welchem die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken aufgestellt ist, nach oben hin geöffnet ist, also in eine Richtung parallel zu einer Flächennormale des Untergrunds.
Die Anschlusseinheit kann ein Ventil wie beispielsweise ein Scheibenventil umfassen, das bei einem Befüllen geöffnet wird. Ein derartiges Ventil kann aber auch unabhängig von dem Werkstoffnachfüllanschluss in der Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken vorgesehen sein, wobei eine Leitung für Rohstoffpulver von der Anschlusseinheit zu diesem Ventil führt.
Die Werkstoffnachfülleinheit kann dazu eingerichtet sein, von oben auf den Werkstoffnachfüllanschluss aufgesetzt zu werden, insbesondere in eine Richtung parallel zu einer Schwerkraftrichtung. Vorzugsweise wird der Beutel bei dem Aufsetzen auf den Werkstoffnachfüllanschluss durch eine zu dem Aufsetzen aufgebrachte Kraft geöffnet, die sich aus der Gewichtskraft des Beutels und des Verbindungselements oder auch zusätzlich aus einer von einem Benutzer aufgebrachten Kraft zusammensetzen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Beutel zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet. Der Verbundwerkstoff kann ein Kunststoffverbundwerkstoff sein. Vorzugsweise ist der Verbundwerkstoff ein Polyethylen-Verbundwerkstoff. Der Verbundwerkstoff kann auch verstärkt sein, beispielsweise mit Surlin. Hierdurch kann ein reißfester und/oder luftdichter Beutel bereitgestellt werden. Zudem kann eine kostengünstige Herstellbarkeit erzielt werden.
Eine hohe Dichtigkeit der Werkstoffnachfülleinheit gegenüber eindringender Luftfeuchtigkeit und/oder gegenüber eindringendem Luftsauerstoff kann insbesondere dann erzielt werden, wenn der Verbundwerkstoff ein Aluminiumverbundwerkstoff, etwa ein Kunststoff-Aluminium-Verbundwerkstoff wie beispielsweise ein Polyethylen-Aluminium-Verbundwerkstoff ist. Der Verbundwerkstoff kann hierbei als eine Diffusionssperre fungieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement einen Verbindungsflansch auf. Das Verbindungselement ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Der Verbindungsflansch des Verbindungselements kann an den Bodenabschnitt des Verbindungselements angeformt sein. Vorzugsweise umfasst das Verbindungselement ein Rohrstück, dessen eines Ende mit dem Verbindungsflansch des Verbindungselements versehen ist, wobei dessen anderes Ende an den Bodenabschnitt des Verbindungselements angeformt sein kann. Der Verbindungsflansch des Verbindungselements kann eine beliebige geeignete Größe aufweisen, die vorzugsweise an die Anschlusseinheit des Werkstoffnachfüllanschlusses angepasst ist. Vorzugsweise ist der Verbindungsflansch des Verbindungselements ein 40-mm-Flansch.
Ein einfaches und zuverlässiges Öffnen bei zugleich hoher Dichtigkeit in verschlossenem Zustand kann insbesondere dann erzielt werden, wenn der Beutel dazu eingerichtet ist, bei dem Verbindung des Verbindungselements mit dem Werkstoffnachfüllanschluss in dem Bereich des Verbindungselements durchstoßen zu werden. Beispielsweise kann der Bodenabschnitt des Verbindungselements mit einer Durchführung versehen sein, die zu dem Verbindungsflansch des Verbindungselements führt und/oder in das Rohrstück mündet, wobei der Beutel an einer dem Verbindungsflansch des Verbindungselements gegenüberliegenden Seite der Durchführung an diese angrenzen kann. Vorzugsweise wird der Beutel in einem Bereich der Durchführung durchstoßen, sodass nach dem Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit Rohstoffpulver durch die Durchführung aus- und in den Werkstoffnachfüllanschluss eintreten kann. Der Beutel kann hierbei mit einer Sollbruchstelle versehen sein, beispielsweise in Form eines Bereichs mit geringerer Materialstärke.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Rohstoffpulver in dem Beutel vakuumiert. Der Beutel kann aufgrund des Vakuumierens an dessen Inhalt anliegen, sodass beispielsweise eine Partikelbeweglichkeit des Rohstoffpulvers eingeschränkt ist. Hierdurch kann Segregation reduziert oder vermieden werden, die bei Lagerung in einem nicht evakuierten Behälter, insbesondere mit einem nicht vernachlässigbaren Gasvolumen über dem Rohstoffpulver, erschütterungsbedingt auftreten kann. Zudem kann eine etwaige Beschädigung des Beutels von einem Benutzer leicht erkannt werden, da hierfür lediglich ein Zustand des Vakuums im Beutel überprüft werden muss.
Alternativ ist auch denkbar, dass der Beutel ein Schutzgas und/oder ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff, Argon, ein beliebiges anderes Edelgas, Kohlendioxid, Schwefelhexafluorid oder dergleichen enthält. Beispielsweise kann der Beutel nach einem Befüllen seines Inneren mit dem Rohstoffpulver mit einem entsprechenden Gas befüllt werden. Ebenso ist denkbar, dass der Beutel in einer entsprechenden Atmosphäre befüllt wird.
Vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer reduzierten Staubentwicklung, insbesondere nach einem Beschicken der Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken, kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Werkstoffnachfülleinheit ein Verschlusselement umfasst, das in einem verschlossenen Zustand das Verbindungselement umschließt und/oder verschließt. Das Verschlusselement kann dazu eingerichtet sein, das Verbindungselement in dem verschlossenen Zustand zu einer Umgebung hin, insbesondere vollständig, abzudichten. Hierbei ist eine luftdichte und/oder eine pulverdichte Abdichtung denkbar. Das Verschlusselement kann wiederholt öffenbar und/oder schließbar sein. Vorzugsweise ist das Verschlusselement dazu eingerichtet, vor einem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss geöffnet zu werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verschlusselement einen das Verbindungselement überlappenden Folienabschnitt und/oder einen Zippverschluss, wie beispielsweise einen Reißverschluss oder einen Schiebeverschluss, zum Herstellen des verschlossenen Zustands. Der Folienabschnitt kann einteilig mit dem Beutel ausgebildet sein. Der Folienabschnitt kann auch an den Beutel angeklebt und/oder angeschweißten sein. Vorzugsweise ist der Folienabschnitt aus demselben Material ausgebildet wie der Beutel. Hierdurch kann in kostengünstiger und/oder konstruktiv einfacher Weise ein staubdichtes Verschließen der Werkstoffnachfülleinheit ermöglicht werden, auch nachdem der Beutel geöffnet wurde.
Das Verschlusselement kann alternativ auch beispielsweise eine auf das Verbindungselement aufsetzbare Kappe sein, die insbesondere auf den Verbindungsflansch des Verbindungselements aufsetzbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine verformbare Kunststoffkappe handeln, deren Innendurchmesser an einen Außendurchmesser des Verbindungsflansches des Verbindungselements angepasst ist.
Weiterhin kann die Werkstoffnachfülleinheit eine Umverpackung umfassen, innerhalb derer der Beutel angeordnet ist. Hierdurch können Beschädigungen während eines Transports und/oder einer Lagerung vermieden werden. Zudem kann ein Stapeln mehrerer Werkstoffnachfülleinheiten ermöglicht werden. Die Umverpackung kann beispielsweise die Gestalt eines Kartons oder einer Kunststoffbox aufweisen, aber auch aus anderen Materialien wie beispielsweise Blech, einem Kunststoffverbundmaterial, einem textilen Material oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Beutel relativ zu der Umverpackung ortsfest, sodass dieser bei einem Transport nicht in der Umverpackung hin und her rutscht. Der Beutel kann an die Umverpackung angeklebt oder anderweitig an dieser befestigt sein. Ebenso ist denkbar, dass der Beutel in die Umverpackung geklemmt oder auch lose eingeschoben ist. Die Umverpackung kann einen Verschluss aufweisen, der einen Zugang zu dem Verbindungselement freigibt, sodass die Umverpackung bei der Verbindung der Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss über dem Beutel belassen werden kann. Ebenso ist denkbar, dass der Beutel und das Verbindungselement vor dem Verbinden mit dem Werkstoffnachfüllanschluss aus der Umverpackung entnommen werden muss.
Eine einfache Handhabbarkeit sowie ein zuverlässiges Öffnen des Beutels bei dem Verbinden können insbesondere dann erzielt werden, wenn die Anschlusseinheit einen Hohldorn umfasst, der zu einem teilweisen Eindringen in den Beutel der Werkstoffnachfülleinheit eingerichtet ist. Vorzugsweise weist der Hohldorn eine zumindest abschnittsweise angespitzte und/oder scharfe und/oder geschliffene Vorderseite auf, die bei dem Verbinden den Beutel lokal durchstößt und in diesen eindringt. Der Hohldorn kann nach Art einer Kanüle abgeschrägt sein oder auch eine gerade Vorderseite aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohldorn mit einem zahnartigen Schneidelement versehen sein. Bei dem Verbinden tritt der Hohldorn gemäß einer Ausführungsform durch das Rohrstück und/oder die Durchführung des Bodenabschnitts des Verbindungselements und/oder den Verbindungsflansch des Verbindungselements hindurch. Vorzugsweise durchstößt der Hohldorn hierbei den Beutel in einem Bereich der Durchführung. Eine für das Durchstoßen des Beutels nötige Kraft kann hierbei durch eine Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit und/oder durch eine von einem Benutzer aufgebrachte Kraft bereitgestellt werden.
Grundsätzlich sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Anschlusseinheit ein Leitungselement wie ein Leitungsrohr, einen Leitungsschlauch oder ein anderes geeignetes Element zu einem Einleiten des Rohstoffpulvers in die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken sowie ein separat hierzu ausgebildetes Element zum Öffnen des Beutels, wie beispielsweise eine um das Leitungselement herumführbare Schneidklinge umfasst. Es ist somit auch eine Anschlusseinheit ohne Hohldorn denkbar. Ebenso ist denkbar, dass die Werkstoffnachfülleinheit über einen Öffnungsmechanismus verfügt, der über ein entsprechendes Betätigungselement der Anschlusseinheit bei dem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss betätigt und der Beutel somit geöffnet wird.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Anschlusseinheit ein Innenrohr, welches den Hohldorn ausbildet, sowie ein bezüglich des Innenrohrs bewegbares Mantelelement, das zu einem Sichern sowie zu einem Freigeben des Hohldorns relativ zu dem Innenrohr bewegbar gelagert ist. Das Mantelelement kann ein Rohrstück umfassen oder als ein solches ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Mantelelement parallel zu einer Längsrichtung des Innenrohrs bewegbar, wobei die Längsrichtung senkrecht zu einem Querschnitt des Innenrohrs angeordnet sein kann und/oder wobei die Längsrichtung einer Verbindungsrichtung des Verbindens der Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss entsprechen kann. Ein Außendurchmesser des Hohldorns entspricht vorzugsweise im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Rohrstücks des Verbindungselements. Zudem ist vorzugsweise zwischen dem Innenrohr und dem Mantelelement eine Dichtung angeordnet, insbesondere in einem Bereich des Hohldorns. Bei dem Verbinden können die Längsrichtung des Innenrohrs und eine Längsrichtung des Rohrstücks des Verbindungselements parallel angeordnet sein, wobei zusätzlich das Innenrohr und das Rohrstück des Verbindungselements koaxial angeordnet sein können.
Eine belastbare und zuverlässige Verbindung zwischen Werkstoffnachfülleinheit und Werkstoffnachfüllanschluss kann insbesondere dann bereitgestellt werden, wenn die Anschlusseinheit und vorzugsweise das Mantelelement einen Verbindungsflansch aufweist. Vorzugsweise ist der Verbindungsflansch des Mantelelements an den Verbindungsflansch des Verbindungselements angepasst, insbesondere derart, dass die beiden Verbindungsflansche mittels eines Verbinders wie beispielsweise mittels eines Spannrings verbindbar sind. Es ist denkbar, dass an dem Verbindungsflansch des Mantelelements und/oder an dem Verbindungsflansch des Verbindungselements ein Dichtring oder ein anderes geeignetes Dichtelement vorgesehen ist. Die Anschlusseinheit kann dazu eingerichtet sein, eine Anbindung des Verbindungsflansches des Verbindungselements an den Verbindungsflansch des Mantelelements in einem Zustand zu gestatten, in dem der Beutel noch nicht Durchstoßen ist. Vorzugsweise wird zu dem Verbinden zunächst eine dichte Verbindung zwischen den Verbindungsflanschen hergestellt, ehe der Beutel, beispielsweise durch ein Hinabdrücken der Werkstoffnachfülleinheit relativ zu dem Werkstoffnachfüllanschluss, zu dessen Öffnen durchstoßen wird. Das Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss beinhaltet hierbei insbesondere auch das Hinabdrücken und ist erst nach demselben abgeschlossen.
Ein versehentliches Durchstoßen des Beutels kann vermieden und/oder eine hohe Betriebssicherheit kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Anschlusseinheit ein Rückstellelement umfasst, welches das Mantelelement mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die das Mantelelement in eine Sicherungsstellung rückstellt, in welcher der Hohldorn gesichert ist. Vorzugsweise umschließt das Mantelelement in der Sicherungsstellung den Hohldorn vollständig, sodass dieser insbesondere nicht über das Mantelelement hinausragt. Die Rückstellkraft kann parallel zu der Längsrichtung des Innenrohrs wirken. Vorzugsweise ist die Rückstellkraft dazu eingerichtet, das Mantelelement in Richtung der aufgesetzten Werkstoffnachfülleinheit zu drücken und/oder zu ziehen. Das Rückstellelement kann eine Feder wie beispielsweise eine Schraubenfeder sein. Vorzugsweise ist das Rückstellelement eine Druckfeder. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen tritt das Innenrohr durch das Rückstellelement hindurch, wobei ein Innendurchmesser des Rückstellelements an einen Außendurchmesser des Innenrohrs angepasst sein kann und/oder diesem im Wesentlichen entsprechen kann.
Ferner kann die Anschlusseinheit ein verformbares Abdeckelement umfassen, welches das Rückstellelement zumindest teilweise umschließt, wodurch eine hohe Lebensdauer und oder eine geringe Anfälligkeit für Verschmutzungen und/oder Beschädigungen erzielt werden kann. Das Abdeckelement kann ein Faltenbalg sein. Vorzugsweise umschließt das Abdeckelement das Rückstellelement vollständig, insbesondere sowohl in einem expandierten als auch in einem komprimierten Zustand des Rückstellelements. Das Abdeckelement kann das Rückstellelement luftdicht einschließen.
Um zu verhindern, dass Teile des Beutels, die beispielsweise bei einem Durchstoßen desselben abgelöst werden, in die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken eindringen, kann die Anschlusseinheit einen in dem Innenrohr angeordneten Rohrschutz aufweisen, der einen maximalen Querschnitt für Objekte definiert, die den Rohrschutz passieren können, der kleiner ist als ein Querschnitt des Innenrohrs. Der Rohrschutz kann beispielsweise zwei oder mehr sich kreuzende Streben umfassen, die an dem Innenrohr befestigt sein können. Der Rohrschutz kann auch als ein Sieb und/oder Gitter ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen weist der Hohldorn eine Ausnehmung dergestalt auf, dass der Hohldorn in einer Draufsicht auf seine Öffnung einen Winkelbereich von weniger als 360° umschließt. Hierbei kann ein vorderer Rand der Vorderseite des Hohldorns, die zu einem Durchstoßen des Beutels eingerichtet ist, die Ausnehmung aufweisen, wobei diese beispielsweise als ein Schlitz ausgebildet sein kann, der sich parallel zu der Längsrichtung des Innenrohrs erstreckt. Die Öffnung des Hohldorns umschließt in der Draufsicht beispielsweise einen Winkelbereich von weniger als 350° oder von weniger als 340° und/oder von mehr als 320° oder mehr als 330°. Die Ausnehmung erstreckt sich beispielsweise über einen Winkelbereich von wenigstens 5°, von wenigstens 10°, von wenigstens 15° oder von wenigstens 20°. Aufgrund der Ausnehmung bleibt ein von dem Hohldorn abgetrennt des Stück des Beutels mit dem Rest des Beutels verbunden, da der Beutel in dem Bereich der Ausnehmung nicht beschädigt wird. Das abgetrennte Stück des Beutels wird hierdurch daran gehindert, in das Innenrohr und somit in die Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken zu fallen.
Die Erfindung umfasst ferner ein Werkstoffnachfüllsystem einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Werkstoffnachfülleinheit und wenigstens einen erfindungsgemäßen Werkstoffnachfüllanschluss umfasst. Das Werkstoffnachfüllsystem kann auch die gesamte Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Rückstellkraft des Rückstellelements derart an die Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit angepasst, dass bei dem Aufsetzen der Werkstoffnachfülleinheit auf den Werkstoffnachfüllanschluss zusätzlich zu der Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit eine Betätigungskraft aufgebracht werden muss, um das Mantelelement relativ zu dem Innenrohr in eine Freigabestellung zu bewegen, in welcher der Hohldorn freigegeben ist. Ein Betrag der Betätigungskraft kann beispielsweise etwa 5 N, etwa 8 N oder etwa 10 N betragen, wobei auch größere Werte denkbar sind. Vorzugsweise weist die Betätigungskraft einen Betrag auf, der ein Aufbringen der Betätigungskraft durch eine Greifbewegung einer menschlichen Hand erlaubt. Hierdurch kann eine Verbindung der Verbindungsflansche in einem Zustand ermöglicht werden, indem der Beutel noch nicht Durchstoßen ist. Zudem kann der Beutel gezielt von einem Benutzer durchstoßen werden, nachdem die Werkstoffnachfülleinheit bereits aufgesetzt und gegebenenfalls an dem Werkstoffnachfüllanschluss befestigt ist.
Des Weiteren kann die Anschlusseinheit wenigstens einen Handgriff umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine von einem Benutzer für das Öffnen der Werkstoffeinheit aufgebrachte Kraft aufzunehmen. Der Handgriff kann an dem Mantelelement befestigt sein. Beispielsweise kann der Handgriff an das Mantelelement angeschweißten sein. Diese Kraft kann die Betätigungskraft sein. Vorzugsweise umfasst die Anschlusseinheit zumindest zwei gegenüberliegend angeordnete Handgriffe, die an gegenüberliegenden Seiten des Rückstellelements derart angeordnet sind, dass das Rückstellelement gegen die Rückstellkraft verformt wird, wenn die Handgriffe aufeinander zu bewegt werden. Jeweils zwei gegenüberliegende Handgriffe können dabei derart ausgebildet sein, dass diese mit einer Hand zu greifen und durch eine Greifbewegung aufeinander zu bewegbar sind. Insbesondere in diesem Fall kann die Anschlusseinheit zwei Paare von solchen Handgriffen aufweisen, die beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten des Rückstellelements angeordnet sind.
Das Werkstoffnachfüllsystem kann eine Aufnahmeeinheit für die Werkstoffnachfülleinheit umfassen, die einen Bereich definiert, in dem die Werkstoffnachfülleinheit in einem verbundenen Zustand aufgenommen ist. Die Aufnahmeeinheit kann beispielsweise einen zu wenigstens einer Seite hin geöffneten Behälter wie etwa einen Metallbehälter umfassen, in welchen die Werkstoffnachfülleinheit einführbar ist und der diese beispielsweise seitlich abstützt. Ein solcher Behälter kann eine Kontur aufweisen, die in etwa einer Kontur der Werkstoffnachfülleinheit und insbesondere einer Kontur des Beutels entspricht. Der Behälter kann auch lediglich eine Art Kranz und/oder Schirm sein, der nach einem Aufsetzen der Werkstoffnachfülleinheit auf den Werkstoffnachfüllanschluss einen Zugang zu den aufeinander aufgesetzten Verbindungsflanschen ermöglicht, aber ein seitliches Herunterfallen der Werkstoffnachfülleinheit verhindert.
Zudem ist denkbar, dass die Werkstoffnachfülleinheit und insbesondere der Beutel und/oder die Umverpackung beispielsweise an einer dem Verbindungselement gegenüberliegenden Seite einen Griff, ein Eingriffloch, einen Haken, eine Öse oder dergleichen aufweist, wodurch ein einfaches Anheben der Werkstoffnachfülleinheit ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Werkstoffnachfülleinheit auf diese Weise mittels eines Krans, eines Flaschenzugs oder dergleichen angehoben und etwa auf den Werkstoffnachfüllanschluss aufgesetzt werden. Hierdurch wird auch eine Handhabung von großen Werkstoffnachfülleinheiten ermöglicht, die beispielsweise 10 kg, 15 kg, 20 kg oder noch mehr Rohstoffpulver enthalten.
Ferner umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Nachfüllen von Rohstoffpulver zum Beschicken der Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken, wobei die Werkstoffnachfülleinheit mit dem Werkstoffnachfüllanschluss verbunden wird. Hierbei kann die Werkstoffnachfülleinheit auf den Werkstoffnachfüllanschluss aufgesetzt werden. Ferner kann hierbei, wie beschrieben, der Beutel geöffnet und vorzugsweise durchstoßen werden, insbesondere von dem Hohldorn.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind unterschiedliche exemplarisch gezeigte Ausführungsformen derart zu verstehen, dass Merkmale einer Ausführungsform auch auf eine andere Ausführungsform übertragbar sein können. Es stellen dar:

1 eine schematische Frontalansicht eines Werkstoffnachfüllsystems einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken, umfassend eine Werkstoffnachfülleinheit und einen Werkstoffnachfüllanschluss;
2 eine schematische Seitenansicht des Werkstoffnachfüllsystems;
3 ein Verbindungselement der Werkstoffnachfülleinheit in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
4 eine schematische perspektivische Darstellung einer Anschlusseinheit des Werkstoffnachfüllanschlusses in einer Sicherungsstellung;
5 eine schematische perspektivische Darstellung der Anschlusseinheit in einer Freigabestellung;
6 eine schematische Schnittdarstellung des Innenrohrs der Anschlusseinheit in einer Draufsicht;
7 eine schematische Seitenansicht eines Teils der Anschlusseinheit gemäß einer Abwandlung;
8 eine schematische Frontalansicht einer Werkstoffnachfülleinheit gemäß einer Abwandlung; und
9 eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils einer alternativen Anschlusseinheit.

1 zeigt eine schematische Frontalansicht eines Werkstoffnachfüllsystems 48 einer Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung. 2 zeigt das Werkstoffnachfüllsystem 48 in einer schematischen Seitenansicht. Die Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken ist in den Figuren nicht näher dargestellt. Es kann sich beispielsweise um eine Vorrichtung handeln, die mittels eines Laserschmelzens und/oder mittels eines Teilchenstrahlschmelzens dreidimensionale Werkstücke generativ aus einem Pulverbett fertigen kann, indem Rohstoffpulver lokal geschmolzen und/oder gesintert wird.
Das Werkstoffnachfüllsystem 48 umfasst im gezeigten Fall eine Werkstoffnachfülleinheit 10 sowie einen Werkstoffnachfüllanschluss 12. Letzterer ist ein Teil der Vorrichtung 14 zu Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken, auf welchen weiter unten näher eingegangen wird.
Die Werkstoffnachfülleinheit 10 ist zur Verbindung mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 eingerichtet. Hierbei kann die Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken mit Rohstoffpulver beschickt werden. Die Werkstoffnachfülleinheit 10 umfasst einen Beutel 16, der Rohstoffpulver enthält. Zudem umfasst die Werkstoffnachfülleinheit 10 ein an den Beutel 16 angeschlossenes Verbindungselement 18 zur Verbindung mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12. Der Beutel 16 ist dazu eingerichtet, bei einem Verbinden des Verbindungselements 18 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 18 geöffnet zu werden.
Der Beutel 16 weist einen Innenraum 76 auf, innerhalb dessen das Rohstoffpulver angeordnet ist. Bei dem Rohstoffpulver handelt es sich beispielsweise um ein Metallpulver, wobei, wie oben erwähnt, auch andere Materialen in Betracht kommen. Das Rohstoffpulver kann nach dessen Einfüllen in die Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken als Ausgangsmaterial verwendet werden, aus welchem generativ Werkstücke geformt werden können.
Der Beutel 16 weist einen Siegelrand 72 auf. Der Beutel 16 ist verschweißt. Ferner ist der Beutel 16 luftdicht. Außerdem ist der Beutel 16 feuchtigkeitsdicht. Der Beutel 16 ist aus mehreren Folienstücken ausgebildet, die miteinander verschweißt sind. Grundsätzlich kann der Beutel auch einteilig ausgebildet sein.
Das Rohstoffpulver in dem Beutel 16 ist vakuumiert. Der Innenraum 76 des Beutels 16 ist nach einem Befüllen mit dem Rohstoffpulver evakuiert. Aufgrund dessen ist der befühlte Beutel 16 formstabil. Zudem ist das Rohstoffpulver in dem Beutel 16 relativ unbeweglich.
Der Beutel 16 ist aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet, im vorliegenden Fall aus einem Polyethylen-Aluminium-Verbundwerkstoff, wobei auch andere geeignete Materialien und insbesondere Verbundwerkstoffe infrage kommen. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist wenigstens eine Folie des Beutels aus dem Verbundwerkstoff ausgebildet. Das Aluminium des Beutels 16 bildet im gezeigten Fall eine Diffusionssperre, sodass das Beutel 16 nahezu oder vollständig undurchlässig für Feuchtigkeit ist. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist das Rohstoffpulver in dem Beutel 16 ohne eine Verwendung von Trockengranulat, Silica-Trockenbeuteln oder sonstigen Zusatzstoffen zur Aufnahme von Feuchtigkeit enthalten.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Verbindungselements 18 der Werkstoffnachfülleinheit 10. Das Verbindungselement 18 weist einen Verbindungsflansch 20 auf. Der Verbindungsflansch 20 ist im gezeigten Fall ein 40-mm-Flansch. Eine Größe des Verbindungsflansches 20 ist entsprechend einer Größe des Werkstoffnachfüllanschlusses 12 gewählt. Grundsätzlich kommen beliebige Größen des Verbindungsflansches 20 infrage, solange sichergestellt werden kann, dass das Rohstoffpulver bei einem Beschicken der Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken den Verbindungsflansch 18 passieren kann, ohne dass Verstopfungen gebildet werden.
Das Verbindungselement 18 ist ein Spritzgussteil. Das Verbindungselement 18 ist einteilig ausgebildet. Ferner ist das Verbindungselement 18 zumindest in einem Bereich des Verbindungsflansches 20 aus einem starren Kunststoff ausgebildet. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist das gesamte Verbindungselement 18 aus einem einzelnen Kunststoffmaterial gefertigt.
Das Verbindungselement 18 weist einen Bodenabschnitt 60 auf, auf den der Beutel 16 aufgesetzt ist. Das Verbindungselement 18 ist auf eine Unterseite des Beutels 16 aufgeklebt. Der Bodenabschnitt 60 des Verbindungselements 18 kann an eine Größe und/oder Form der Unterseite des Beutels 16 angepasst sein. Die Unterseite des Beutels 16 bildet in einem befüllten Zustand des Beutels 16 eine Standfläche. Bei dem Beutel 16 handelt es sich im gezeigten Fall um einen Standbodenbeutel. Das Verbindungselement 18 ist auf diese Standfläche aufgeklebt.
Das Verbindungselement 18 umfasst ferner eine Durchführung 62, die von dem Bodenabschnitt 60 in ein Rohrstück 58 des Verbindungselements 18 führt. Der Verbindungsflansch 20 ist an einem der Durchführung 62 gegenüberliegenden Ende des Rohrstücks 58 angeordnet. Das Rohrstück 58 bildet den Verbindungsflansch 20 aus. Das Rohrstück 58 weist eine Längsachse 74 auf, die einer Mittelachse der Durchführung 62 sowie einer Mittelachse des Verbindungsflansches 20 entspricht.
Im Folgenden wird nochmals auf 1 und 2 Bezug genommen. Der Beutel 16 ist dazu eingerichtet, bei dem Verbinden des Verbindungselements 18 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 in dem Bereich des Verbindungselements 18 durchstoßen zu werden. Der Beutel 16 wird bei dem Verbinden des Verbindungselements 18 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 durch die Durchführung 62 hindurch durchstoßen, sodass Rohstoffpulver aus dem Innenraum 76 des Beutels 16 durch die Durchführung 62 austreten kann. Das austretende Rohstoffpulver tritt hierbei durch das Rohrstück 58 und den Verbindungsflansch 20 aus dem Beutel 16 aus und in den Werkstoffnachfüllanschluss 12 ein.
Die Werkstoffnachfülleinheit 10 umfasst ein Verschlusselement 22, das in einem verschlossenen Zustand das Verbindungselement 18 umschließt. In 1 und 2 ist das Verschlusselement in dem verschlossenen Zustand dargestellt. Das Verschlusselement 22 umschließt in dem verschlossenen Zustand das Verbindungselement 18 vollständig, sodass dieses zu einer Umgebung hin abgedichtet ist.
Das Verschlusselement 22 umfasst einen das Verbindungselement 18 überlappenden Folienabschnitt 24. Zudem umfasst das Verschlusselement 22 einen Zippverschluss zum Herstellen des verschlossenen Zustands. Der Zippverschluss 26 kann beispielsweise ein an den Folienabschnitt 24 angeklebter und/oder angeschweißten Schiebeverschluss sein.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform wird der Zippverschluss 26 vor dem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit 10 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 geöffnet, sodass das Verbindungselement 18 zugänglich ist. Wird die Werkstoffnachfülleinheit 10 nach einer Entnahme des Rohstoffpulvers wieder von dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 abgenommen, kann der Zippverschluss 26 wieder geschlossen werden. Das Verbindungselement 18 ist dann von der Umgebung abgetrennt. Reste von Rohstoffpulver, die an der Verbindungselement und/oder dem Beutel 16 haften, können von der Umgebung ferngehalten werden. Diese werden in einem Raum, der zwischen dem Verbindungselement 18 und dem Verschlusselement 22 gebildet ist, zurückgehalten.
Ferner weist die Werkstoffnachfülleinheit 10 ein Kennzeichnungselement 66 auf. Das Kennzeichnungselement 66 ist auf den Beutel 16 aufgedruckt. Das Kennzeichnungselement 66 ist im gezeigten Fall eine gedruckte Kennzeichnung, die beispielsweise Angaben bezüglich einer Inhaltsmenge, einer Zusammensetzung des Rohstoffpulvers, eines Haltbarkeitsdatums, eines Durchmessers des Verbindungsflansches 20 und dergleichen umfassen kann. Das Kennzeichnungselement 66 kann auch ein aufgeklebtes Etikett oder dergleichen sein.
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Anschlusseinheit 28 des Werkstoffnachfüllanschlusses 12 in eine Sicherungsstellung. In 5 ist die Anschlusseinheit 28 in einer Freigabestellung schematisch dargestellt.
Die Anschlusseinheit 28 ist zu einem Verbinden mit der Werkstoffnachfülleinheit 10 eingerichtet. Ferner ist die Anschlusseinheit 28 zu einem Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit 10 bei dem Verbinden eingerichtet. Im Zuge des Verbindens der Werkstoffnachfülleinheit 10 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 wird daher der Beutel 16 in einem Bereich der Durchführung 62 geöffnet, sodass das Rohstoffpulver aus dem Beutel 16 austreten kann.
Die Anschlusseinheit 28 umfasst einen Hohldorn 30, der zu einem teilweisen Eindringen in den Beutel 16 der Werkstoffnachfülleinheit 10 eingerichtet ist. Die Anschlusseinheit 28 umfasst ein Innenrohr 32, welches den Hohldorn 30 ausbildet. Ferner umfasst die Anschlusseinheit 28 ein bezüglich des Innenrohrs 32 bewegbares Mantelelement 34, das zu einem Sichern sowie zu einem Freigeben des Hohldorns 30 relativ dem Innenrohr 32 bewegbar gelagert ist.
Der Hohldorn 30 ist nach Art einer Kanüle abgeschrägt. Hierdurch ist an einer Vorderseite des Hohldorns 30 eine Spitze gebildet, die ein Eindringen in den Beutel 16 erleichtert. Ferner kann der Hohldorn 30 an seiner Vorderseite geschliffen sein, sodass eine Art Schneide gebildet ist. Hierbei ist auch denkbar, dass der Hohldorn 30 gerade abgeschnitten ist.
In der in 4 dargestellten Sicherungsstellung der Anschlusseinheit 28 deckt das Mantelelement 34 den Hohldorn 30 nach außen hin ab. In der in 5 gezeigten Freigabestellung ist das Mantelelement 34 relativ zu dem Innenrohr 32 zurückgeschoben, sodass der Hohldorn 30 freigegeben ist. In der Freigabestellung kann der Hohldorn 30 durch die Durchführung 62 des Verbindungselements 18 (vgl. 3) hindurch in die Unterseite des Beutels 16 eindringen und den Beutel 16 somit öffnen. Das aus dem Beutel 16 austretende Rohstoffpulver kann durch den Hohldorn 30 bzw. durch das Innenrohr 32 hindurch in die Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken gelangen. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Innenrohr 32 und dem Mantelelement 34 eine Dichtung vorgesehen, die ein Eindringen von Rohstoffpulver in einen zwischen dem Innenrohr 32 und dem Mantelelement 34 gebildeten Zwischenraum verhindert.
Das Mantelelement 34 weist einen Verbindungsflansch 36 auf. Im gezeigten Fall ist der Verbindungsflansch 36 ebenfalls ein 40-mm-Flansch. Der Verbindungsflansch 36 des Mantelelements 34 ist zu einer Anbindung an den Verbindungsflansch 20 des Verbindungselements 18 vorgesehen, beispielsweise mittels eines Spannrings. Das Mantelelement 34 ist als ein Rohrstück ausgebildet. Der Verbindungsflansch 36 ist an dieses Rohrstück angeformt.
Bei dem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit 10 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 werden zunächst die beiden Verbindungsflansche 20, 36 in Anlage gebracht, wobei ein Dichtring zwischen den Verbindungsflanschen 20, 36 angebracht und/oder eingebracht sein kann. Anschließend wird bei dem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit 10 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 die Werkstoffnachfülleinheit 10 parallel zu der Längsachse 74 des Rohrstücks 58 des Verbindungselements 18 in eine Verbindungsrichtung bewegt, wodurch das Mantelelement 34 zurückgeschoben und der Hohldorn 30 freigegeben wird. Dabei kann dieser in den Beutel 16 eindringen und den Beutel 16 öffnen.
Die Anschlusseinheit 28 umfasst ein Rückstellelement 38, welches das Mantelelement 34 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die das Mantelelement 34 in die Sicherungsstellung rückstellt, in welcher der Hohldorn 30 gesichert ist. Das Rückstellelement 38 ist eine Druckfeder. Das Rückstellelement 38 umgibt das Innenrohr. Die Anschlusseinheit 28 umfasst ein weiteres Rohrstück 64, welches in einem unteren Bereich des Innenrohrs 32 selbiges umgibt. Das Rückstellelement 38 ist zwischen dem weiteren Rohrstück 64 und dem Mantelelement 34 derart angeordnet, dass das weitere Rohrstück 64 bei einem Zurückschieben des Mantelelements 34 eine Haltekraft für das Rückstellelement 38 aufbringt.
Des Weiteren umfasst die Anschlusseinheit 28 ein verformbares Abdeckelement 40, welches das Rückstellelement 38 zumindest teilweise umschließt. Das Abdeckelement 40 ist ein Faltenbalg. Das Abdeckelement 40 umschließt das Rückstellelement 38 vollständig, sodass dieses sowohl in der Sicherungsstellung als auch in der Freigabestellung von einer Umgebung abgetrennt ist. Das Abdeckelement 40 ist an dem Mantelelement 34 und dem weiteren Rohrstück 64 befestigt.
Eine Rückstellkraft des Rückstellelements 38 ist derart an eine Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit 10 angepasst, dass bei einem Aufsetzen der Werkstoffnachfülleinheit 10 auf den Werkstoffnachfüllanschluss 12 zusätzlich zu der Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit 10 eine Betätigungskraft aufgebracht werden muss, um das Mantelelement 34 relativ zu dem Innenrohr 32 in die Freigabestellung zu bewegen. Bei dem Verbinden wird demnach nach Herstellen einer Verbindung zwischen den Verbindungsflanschen 20, 36 die Werkstoffnachfülleinheit 10 von einem Benutzer durch Aufbringen der Betätigungskraft gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements 38 in Verbindungsrichtung nach unten geschoben, wobei der Beutel 16 durchstoßen wird. Die Betätigungskraft ist dabei durch Dimensionierung der Rückstellelements derart gewählt, dass diese von dem Benutzer leicht aufgebracht werden kann, aber ein Durchstoßen des Beutels 16 nicht versehentlich sondern nur absichtlich herbeigeführt werden kann. Die Betätigungskraft beträgt beispielsweise 10 N. Ferner weist der Beutel 16 im beschriebenen Fall ein Volumen von etwa 2,5 l und ein Gewicht von etwa 10 kg auf.
Grundsätzlich ist denkbar, dass die Anschlusseinheit 28 ein Einstellelement für die Rückstellkraft aufweist, die ein Anpassen der Rückstellkraft an verschiedene Werkstoffnachfülleinheiten 10 von unterschiedlichem Gewicht ermöglicht. Ein solches Einstellelement kann beispielsweise eine Vorspannmutter sein, mittels derer eine Vorspannung des Rückstellelements 38 einstellbar ist. Zudem kann das Einstellelement mit einer geeigneten Skala versehen sein, die es einem Benutzer erlaubt, die Rückstellkraft geeignet einzustellen, wenn das Gewicht der Werkstoffnachfülleinheit 10 bekannt ist.
Wie in 5 zu erkennen ist, umfasst der Hohldorn 30 eine Ausnehmung 44 dergestalt, dass der Hohldorn 30 in einer Draufsicht auf eine Öffnung 46 des Hohldorns 30 einen Winkelbereich von weniger als 360° umschließt. Die Ausnehmung 44 ist als ein Spalt ausgebildet. Die Öffnung 46 des Hohldorns 30 ist von dessen vorderen Rand definiert. Bei dem Durchstoßen des Beutels 16 wird der Beutel lediglich von diesem Rand durchdrungen, aber nicht in einem Bereich der Ausnehmung 44, sodass ein ausgestanztes Stück der Unterseite des Beutels 16 auch nach dem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit 10 mit dem Werkstoffnachfüllanschluss 12 noch mit dem Beutel 16 verbunden ist. Dieses ausgestanztes Stück kann somit nicht in das Innenrohr 32 und somit nicht in die Vorrichtung 14 zum Herstellen von dreidimensionalen Werkstücken fallen.
6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Innenrohrs 32 in einer Draufsicht. Die Anschlusseinheit 28 umfasst einen in dem Innenrohr 32 angeordneten Rohrschutz 42, der einen maximalen Querschnitt für Objekte definiert, die den Rohrschutz 42 passieren können, der kleiner ist als ein Querschnitt des Innenrohrs 32. Im gezeigten Fall ist der Rohrschutz 42 von zwei sich kreuzenden Streben gebildet, die an dem Innenrohr 32 befestigt sind. Der maximale Querschnitt entspricht somit etwa einem Viertel des Querschnitts des Innenrohrs 32. Der Rohrschutz 42 verhindert, dass besagtes ausgestanztes Stück in die Vorrichtung 14 zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken gelangt, auch wenn dieses wider Erwarten vollständig vom Beutel 16 abgelöst ist.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Teils der Anschlusseinheit 28 gemäß einer Abwandlung. Die Merkmale gemäß dieser Abwandlung können auch in den oben beschriebenen Ausführungsformen realisiert sein.
Gemäß dieser Abwandlung umfasst die Anschlusseinheit 28 vier Handgriffe 50-56, die dazu eingerichtet sind, eine von einem Benutzer für das Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit 10 aufgebrachte Kraft aufzunehmen. Mittels der vier Handgriffe 50-56 kann der Benutzer die Betätigungskraft aufbringen, um die Rückstellkraft des Rückstellelements 38 zu überwinden. Jeweils zwei gegenüberliegende Handgriffe 50-56 werden dabei mit einer Hand gegriffen und zusammengedrückt. Im gezeigten Fall sind zwei obere Handgriffe 50, 54 an das Mantelelement 34 angeschweißten und zwei untere Handgriffe 52, 56 sind an das weitere Rohrstück 64 angeschweißt. Das Abdeckelement 40 ist in 7 nicht dargestellt, kann aber zwischen den Handgriffe 50-56 angeordnet sein.
Grundsätzlich sind auch andere Ausgestaltungen mit einem einzelnen Handgriff oder mit mehreren Handgriffen denkbar. Beispielsweise kann an dem Mantelelement 34 ein einzelner Handgriff vorgesehen sein, mittels dessen das Mantelelement 34 nach unten gedrückt werden kann. Auch zwei, insbesondere gegenüberliegende Handgriffe, kommen hierfür infrage. Eine Führung der Bewegung bei dem Drücken kann dann von dem Mantelelement 34 und dem Innenrohr 32 bereitgestellt sein.
8 zeigt eine schematische Frontalansicht einer Werkstoffnachfülleinheit 210 gemäß einer Abwandlung. Die Werkstoffnachfülleinheit 210 gemäß dieser Abwandlung ist grundsätzlich analog zu der oben beschriebenen Werkstoffnachfülleinheit 10 ausgebildet. Allerdings weist die Werkstoffnachfülleinheit 210 gemäß dieser Abwandlung eine Umverpackung 258 auf. Ein Beutel 216 der Werkstoffnachfülleinheit 210 ist innerhalb der Umverpackung 258 angeordnet. Die Umverpackung 258 ist im gezeigten Fall ein Karton.
Ein Kennzeichnungselement 266 ist auf der Umverpackung 258 angebracht. Der Beutel 216 kann dennoch ein weiteres Kennzeichnungselement aufweisen.
Wie oben erwähnt, kann die Umverpackung 258 derart ausgestaltet sein, dass diese bei einem Verbinden der Werkstoffnachfülleinheit 210 mit einem Werkstoffnachfüllanschluss 12 über dem Beutel 216 belassen werden kann, beispielsweise da die Umverpackung 258 an ihrer Unterseite geöffnet werden kann. Alternativ ist auch denkbar, dass der Beutel 216 vor dem Verbinden entnommen werden muss.
9 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils einer alternativen Anschlusseinheit 228. Die alternative Anschlusseinheit 228 ist grundsätzlich analog zu der oben beschriebene Anschlusseinheit 28 ausgebildet. Die alternative Anschlusseinheit 228 unterscheidet sich jedoch hinsichtlich einer Ausgestaltung ihres Hohldorns 230. Der Hohldorn 230 weist einen geraden oberen Rand auf und ist nicht abgeschrägt. Ferner weist der Hohldorn 230 ein Schneidelement 268 auf, das an dem oberen Rand angeformt ist. Das Schneidelement 268 weist eine schräge Schneide auf, die bei einem Verbinden einer Werkstoffnachfülleinheit 10 mit der alternativen Anschlusseinheit 228 dazu verwendet wird, einen Beutel 16 der Werkstoffnachfülleinheit 10 aufzuschneiden. Hierfür kann der Hohldorn 230 drehbar sein, sodass das Schneidelement 268 auf einer Kreisbahn bewegt werden kann, um den Beutel 16 aufzuschneiden.
Der Hohldorn 230 weist eine Ausnehmung 244 auf, die als eine Führung dient, welche mit einem Stift 270 zusammenwirkt, der nach innen gerichtet an einem Mantelelement 234 der alternativen Anschlusseinheit 228 angeordnet ist. Die alternative Anschlusseinheit 228 ist mit einem Anschlag versehen, der einen maximalen Drehwinkel definiert, sodass das Schneidelement 268 entlang eines definierten Kreisbogenstücks bewegt werden kann, das sich über weniger als 360° erstreckt. Hierdurch wird bei dem Öffnen des Beutels 16 ein Stück desselben ausgeschnitten, das noch mit dem Beutel 16 verbunden ist.
Grundsätzlich ist für jede der beschriebenen Ausführungsformen denkbar, dass zumindest ein Motor wie beispielsweise ein Schrittmotor vorgesehen ist, der bestimmte Bewegungen für das Verbinden und/oder Öffnen des Beutels 16 erzeugt. Beispielsweise kann ein Motor für ein Bewegen des beschriebenen Schneidelements 268 vorgesehen sein. Ebenso kann ein Motor vorgesehen sein, der die Betätigungskraft zum Durchstoßen des Beutels 16 aufbringt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1793979 B1 [0003]

Claims

Werkstoffnachfülleinheit (10; 210), eingerichtet zur Verbindung mit einem Werkstoffnachfüllanschluss (12) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung zu deren Versorgung mit Rohstoffpulver, umfassend: - einen Beutel (16), der Rohstoffpulver enthält; und - ein an den Beutel (16) angebundenes Verbindungselement (18) zur Verbindung mit dem Werkstoffnachfüllanschluss (12); wobei der Beutel (16) dazu eingerichtet ist, bei einem Verbinden des Verbindungselements (18) mit dem Werkstoffnachfüllanschluss (12) in einem Bereich des Verbindungselements (18) geöffnet zu werden.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach Anspruch 1, wobei der Beutel (16) zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet ist.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach Anspruch 2, wobei der Verbundwerkstoff ein Aluminiumverbundwerkstoff ist.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (18) einen Verbindungsflansch (20) aufweist.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beutel (16) dazu eingerichtet ist, bei dem Verbinden des Verbindungselements (18) mit dem Werkstoffnachfüllanschluss (12) in dem Bereich des Verbindungselements (18) durchstoßen zu werden.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohstoffpulver in dem Beutel (16) vakuumiert ist.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Verschlusselement (22), das in einem verschlossenen Zustand das Verbindungselement (18) umschließt und/oder verschließt.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach Anspruch 7, wobei das Verschlusselement (22) einen das Verbindungselement (18) überlappenden Folienabschnitt (24) und/oder einen Zippverschluss (26) zum Herstellen des verschlossenen Zustands umfasst.
Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Umverpackung (258), innerhalb derer der Beutel (16) angeordnet ist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, der zu einer Verbindung mit einer Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu Zwecken eines Beschickens der Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken eingerichtet ist, umfassend eine Anschlusseinheit (28; 228), die zu einem Verbinden mit dem Verbindungselement (18) der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) sowie zu einem Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) bei dem Verbinden eingerichtet ist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach Anspruch 10, wobei die Anschlusseinheit (28; 228) einen Hohldorn (30) umfasst, der zu einem teilweisen Eindringen in den Beutel (16) der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) eingerichtet ist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach Anspruch 11, wobei die Anschlusseinheit (28; 228) umfasst: - ein Innenrohr (32), welches den Hohldorn (30) ausbildet; und - ein bezüglich des Innenrohrs (32) bewegbares Mantelelement (34), das zu einem Sichern sowie zu einem Freigeben des Hohldorns (30) relativ zu dem Innenrohr (32) bewegbar gelagert ist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach Anspruch 12, wobei das Mantelelement (34) einen Verbindungsflansch (36) aufweist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Anschlusseinheit (28; 228) ein Rückstellelement (38) umfasst, welches das Mantelelement (34) mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die das Mantelelement (34) in eine Sicherungsstellung rückstellt, in welcher der Hohldorn (30) gesichert ist.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach Anspruch 14, wobei die Anschlusseinheit (28) ein verformbares Abdeckelement (40), vorzugsweise einen Faltenbalg, umfasst, welches das Rückstellelement (38) zumindest teilweise umschließt.
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Anschlusseinheit (28) einen in dem Innenrohr (32) angeordneten Rohrschutz (42) aufweist, der einen maximalen Querschnitt für Objekte definiert, die den Rohrschutz (42) passieren können, der kleiner ist als ein Querschnitt des Innenrohrs (32).
Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Hohldorn (30) eine Ausnehmung (44; 244) dergestalt aufweist, dass der Hohldorn (30) in einer Draufsicht auf eine Öffnung (46) des Hohldorns (30) einen Winkelbereich von weniger als 360° umschließt.
Werkstoffnachfüllsystem (48) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, umfassend: - wenigstens eine Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - wenigstens einen Werkstoffnachfüllanschluss (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 17.
Werkstoffnachfüllsystem (48) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, umfassend: - wenigstens eine Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - wenigstens einen Werkstoffnachfüllanschluss (12) zumindest nach Anspruch 14, wobei eine Rückstellkraft des Rückstellelements (38) derart an eine Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) angepasst ist, dass bei einem Aufsetzen der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) auf den Werkstoffnachfüllanschluss (12) zusätzlich zu der Gewichtskraft der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) eine Betätigungskraft aufgebracht werden muss, um das Mantelelement (34) relativ zu dem Innenrohr (32) in eine Freigabestellung zu bewegen, in welcher der Hohldorn (30) freigegeben ist.
Werkstoffnachfüllsystem (48) einer Vorrichtung (14) zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Beaufschlagen von Rohstoffpulverschichten mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Anschlusseinheit (28) wenigstens einen Handgriff (50-56) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine von einem Benutzer für das Öffnen der Werkstoffnachfülleinheit (10; 210) aufgebrachte Kraft aufzunehmen.