DE4325573A1 - Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung von übereinanderliegenden Pulverschichten - Google Patents

Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung von übereinanderliegenden Pulverschichten

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Description

Es ist bekannt dünne, gleichmäßige Pulverschichten mittels Pulversprühbeschich­ tungsverfahren herzustellen (z. B. elektrostatische Pulverbeschichtung). Das Be­ schichtungspulver wird in einem Vorratsbehälter fluidisiert und mittels Druckluft zur Sprühpistole gefördert. Ein oder mehrere Elektroden laden das Pulver beim Sprü­ hen mit 60-100 kV auf. Zwischen Pistole und geerdetem Pulverbettboden bildet sich ein elektrisches Feld. Die Pulverpartikel folgen dessen Feldlinien und bleiben aufgrund der Restladung auf dem Objekt haften. Die Schichtdicken, die auf diese Weise erzielt werden können liegen je nach verwendetem Pulver zwischen 0,2 und 0,05 mm. Außerdem existiert ein Verfahren zur Aufbringung von Pulverschichten, bei dem ein gegen die Verfahrrichtung rotierende Nivellierwalze über das Pulver­ bett bewegt wird.
Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, meh­ rere übereinanderliegende Pulverschichten aufzutragen.
Die zwischen den einzelnen Beschichtungsvorgängen liegenden thermischen Be­ arbeitungsvorgänge der jeweils obersten Pulverschicht mittels Strahlungsenergie führen dazu, daß an den Einwirkungsstellen der Strahlung (umgeschmolzene oder gesinterte Bereiche) Unebenheiten und Vertiefungen gegenüber den unbearbeite­ ten Stellen entstehen, die auf die materialabhängige Schmelzbaddynamik bzw. die gesinterten, porösen Strukturen zurückzuführen sind. Um eine ebene Pulveroberflä­ che zur erhalten, muß an diesen Stellen mehr Pulver aufgetragen werden als an den übrigen Stellen der Pulveroberfläche. Eine Pulveraufbringung über diesen Vertiefungen scheidet aufgrund der Komplikationen bei der gezielten Dosierung kleinster Pulvermengen aus. Auch lassen sich bedingt durch den sog. "Rücksprüh­ effekt" bei elektrostatischer Pulversprühbeschichtung keine übereinanderliegenden Schichten in der Größenordnung der gewünschten Pulverbetthöhe (<1 cm) herstellen. Die Methode der gegen die Verfahrrichtung rotierenden Nivellierwalze besitzt den Nachteil, daß bei Pulvern, die insbesondere bei höheren Temperaturen zur Bildung von Agglomeraten (zusammenhängende Pulverbereiche) neigen, wäh­ rend des Nivelliervorgangs bereits nivellierte Oberflächenbereiche wieder aus dem Pulverbett gerissen werden.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es durch die Entkopplung des Pulverauftragsvorganges vom eigentlichen Beschichtungsvor­ gang möglich ist, mit einem vergleichsweise ungenauen und grob dosierenden Pulverauftragssystem relativ dünne, übereinanderliegende Pulverschichten zu er­ zeugen. Ferner lassen sich die durch die Strahlenbearbeitung hervorgerufenen Un­ ebenheiten an der Pulveroberfläche durch die in Patentanspruch 1 genannte ver­ schiebbare Wischerleiste bei der Aufbringung der folgenden Pulverschicht ausglei­ chen. Die Vibrationen der Wischerleiste werden hierbei auf die vor dem Wischer befindliche Pulverfront übertragen und verhindern die Entstehung von Agglomeraten auch bei höheren Pulvertemperaturen während des Nivelliervorgangs.
Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegenden Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1: Anwendungsgebiet der Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung von übereinanderliegenden Pulverschichten und
Fig. 2: Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung übereinanderliegender Pul­ verschichten (Vorderansicht) und
Fig. 3: Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung übereinanderliegender Pul­ verschichten (Draufsicht) und
Fig. 4: Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung übereinanderliegender Pul­ verschichten (Detail: Schwingungserregtes Wischerblatt).
Ein Pulverfördersystem trägt eine bestimmte Menge Pulver entweder flächig über dem Pulverbett verteilt oder linienförmig 1 am Pulverbettrand 2 auf. Im darauffol­ genden Nivelliervorgang wird das Pulver durch ein vibrierendes Wischerblatt 3 gleichmäßig über der Pulverbettfläche 4 verteilt, und die gewünschte Schichtdicke verbunden mit einer über der Pulveroberfläche konstanten Packungsdichte herge­ stellt. Das überschüssige Pulver wird dabei zur gegenüberliegenden Seite des Pulverbettes 5 verschoben. Dort kann es direkt zur Aufbringung einer weiteren Pul­ verschicht verwendet werden oder in einem Behälter gesammelt werden. Anschlie­ ßend wird das Pulver durch Infrarotstrahler 6 von oben beheizt. Ein Laserstrahl 7 dringt von oben durch eine durchlässige Scheibe 8 in die geschlossene und mit Inertgas gefüllte temperierte Prozeßkammer 9 ein und zeichnet die Formkörperkon­ tur 10 in das Pulverbett 4. Danach wird der Pulverbettboden 11 um die jeweilige Schichtdicke abgesenkt und der Prozeß beginnt von neuem.
Ein über eine Mikrometerspindel 12 angetriebener Höhenverstelltisch 13 gestattet es die Pulverschichtdicke variabel und stufenlos einzustellen. Das Pulverbett 4 wird von unten durch vier Heizpatronen 14 beheizt und ist gegenüber dem Höhenver­ stelltisch durch eine Isolationsschicht 15 getrennt.
Der Halter des Wischerblattes 16 und somit auch das angekoppelte das Wischer­ blatt 3 wird durch einen Schwingmagneten 17 angeregt. Der Halter des Wischer­ blattes 16 wird auf zwei Wellen 18 geführt. Als Lager werden temperaturunempfind­ liche Gleitlager 19 verwendet. Das Wischerblatt 3 ist höhenverstellbar, so daß der Spalt zwischen Wischerblattunterkante und Pulverbettrahmenoberkante 2 variabel einstellbar ist. Auch kann zur Erprobung unterschiedlicher Wischerblattformen, -werkstoffe und -beschichtungen das Wischerblatt 3 dem Halter 16 entnommen und gegen eine andere ersetzt werden.
Die vier Federn 20 des Schwingsystems können ebenfalls ausgetauscht werden. Dadurch besteht die Möglichkeit die Eigenfrequenz und die Amplitude des Schwingsystems zu beeinflussen.
Der Luftspalt 21 zwischen Schwingmagnet 17 und Anker 22 kann durch Verschie­ ben der Halterplatte, die mit dem Magneten verbunden ist, eingestellt werden. 2 Arretierungsschrauben an der Querträgeroberseite fixieren den Magnet in der je­ weiligen Position. Eine andere Möglichkeit den Luftspalt 21 zu verändern erhält man durch Bewegen des Halters des Wischerblattes 16. Hierzu werden zunächst die Stellringe 23 gelöst und die Vorspannung der Federn 20 und somit den Luft­ spalt 21 durch Drehen der Arretierungsschrauben 24 an der Wischerwelle 18 ver­ ändert. Anschließend werden die Stellringe 23 wieder festgeschraubt und die Wi­ scherwellen 18 gegen den verschiebbaren Querträger 25 verspannt. Bei günstiger Lagerung des Halters des Wischerblattes 16 (kein Verkanten, kein Stick-Slip-Effekt) kann auf die Stellringe 23 verzichtet werden.
Das gesamte Schwingsystem (Wischerleiste, Schwingungserreger, . . . ) ist auf zwei Schienenführungen 26 gelagert und wird nach dem Pulverauftrag (linienförmig am Pulverbettrand) von Hand über das Pulverbett 4 bewegt.
Die Schwingungsamplitude und Erregerfrequenz kann an einem Vibrationssteuer­ gerät eingestellt werden. Die Erregerfrequenz wird vom Gerät in der Einheit [Hz] angezeigt, die vom Schwingmagneten 17 aufgenommene Leistung wird in % der maximal zulässigen Scheinleistung des Schwingmagneten dargestellt. Überschrei­ tet die Scheinleistung einen oberen Grenzwert (vorgegeben durch den Schwingma­ gneten), so schaltet sich das Vibrationssteuergerät selbständig ab. Es kann durch Drücken der Reset-Taste wieder in Betrieb genommen werden. Die Temperatur des Pulverbettes 4 kann an einem Wärmesteuergerät eingestellt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur sukzessiven Aufbringung von übereinanderliegenden Pulver­ schichten beim Aufbau von Formkörpern aus diesen Schichten durch Strah­ leneinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau einer einzelnen Pulverschicht ein über den Bereich des Formkörpers verschiebbares Wischerblatt vorgesehen ist, das durch einen Generator zu Vibrationen angeregt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke einer einzelnen Pulverschicht je nach verwendetem Pulverwerkstoff im Bereich von 0,2 bis 0,05 mm liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Unebenheiten bzw. Vertiefungen in den bereits aufgetragenen Pul­ verschichten bei Auftrag einer neuen Pulverschicht ausgeglichen werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Vibrationen zwischen 30 und 30.000, vorzugsweise zwischen 50 und 150, insbesondere zwischen 90 und 100 Hz liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Vibrationen zwischen 1 und 0,01, vorzugsweise zwischen 0,8 und 0,1, insbesondere zwischen 0,5 und 0,3 mm liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie je nach Fließverhalten des verwendeten Pulvers und Größe der Wischerblattes an unterschiedliche Schwingungsgene­ ratoren (z. B.: Schwingmagnet, elektrische Unwuchtmotoren, Druckluft-Un­ wuchtmotoren, Druckluft-Kolbenvibratoren, piezoelektrische Translatoren) an­ koppelbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsrichtung parallel oder schräg zur Pulveroberfläche liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wischerblatt federnd in einem Halter gelagert ist und entweder ein Spalt (ca. 0,1 mm) zwischen der Oberkante des Pulverbettrahmens einge­ stellbar oder die Wischerleiste unter geringem Anpreßdruck bündig an die Oberkante des Pulverbettrahmens anschließbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wischerblatt entsprechend seiner Form, Größe, Werkstoff und Be­ schichtung der jeweiligen Einsatzsituation anpaßbar ist, hierzu dem Halter entnehmbar und austauschbar ist, wobei die Einsatzsituation durch den ver­ wendeten Pulverwerkstoff, die geforderte Packungsdichte in der Pulver­ schicht, die Höhe der Pulverfront und die Pulvertemperatur vorgegeben ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in geschlossener Prozeßkammer (Inertgasatmosphäre, Vakuum) verwendbar ist und bei Hochtemperaturumgebung (bis 800°C) der Schwingungs­ erreger bei Anbringung innerhalb der Prozeßkammer isoliert und ge­ kühlt ist, wobei bei niedrigeren Temperaturen (bis ca. 200°C) ein hitzebe­ ständiger Schwingungserreger (z. B.: Druckluft-Kolbenvibrator) verwendbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Formkörper feinkörnige Pulver einsetzbar sind (Kunststoff, Metall, NE-Metalle, Keramik, Wachse).
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Formkörper durch Laser- oder IR-Strahlen erfolgt.
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