EP4313555A1 - Vorrichtung und verfahren zum entfernen von hilfsmaterial 3d-gedruckter werkstücke - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entfernen von hilfsmaterial 3d-gedruckter werkstücke

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Publication number
EP4313555A1
EP4313555A1 EP22715337.6A EP22715337A EP4313555A1 EP 4313555 A1 EP4313555 A1 EP 4313555A1 EP 22715337 A EP22715337 A EP 22715337A EP 4313555 A1 EP4313555 A1 EP 4313555A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
dissolving liquid
liquid
dissolving
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22715337.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrei NEBOIAN
Frank Osan
Tobias PISTORA
Stefan KITTENBERGER
Christian Veit
Jan BOCHNIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xioneer Systems GmbH
Original Assignee
Xioneer Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from ATA50905/2021A external-priority patent/AT524915A2/de
Application filed by Xioneer Systems GmbH filed Critical Xioneer Systems GmbH
Publication of EP4313555A1 publication Critical patent/EP4313555A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/06—Cleaning involving contact with liquid using perforated drums in which the article or material is placed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/68—Cleaning or washing

Definitions

  • the invention relates to a device and a method according to the preambles of the independent patent claims.
  • auxiliary material that enables the construction of three-dimensional parts with complex shapes.
  • support structures often have to be printed at the same time to form projecting parts. According to the prior art, these supporting structures are broken off after the workpiece has been completed. This often affects the surface of the workpiece at the transition points to the support structure. In particular, burrs can remain, which have to be removed in a separate work step.
  • auxiliary material or support material that can be dissolved by a solvent.
  • the solvent is selected in such a way that it dissolves the auxiliary material, for example the support structure, but not the workpiece itself, which means that the workpiece remains after a certain time.
  • the support material secures overhangs, bridges, voids, etc. in the printed model during the printing process.
  • the support material In order for the support material to be able to reliably fulfill this function, it must be able to adhere well to the model. Otherwise, it may peel off or slip during printing, which could result in a misprint.
  • Conventional support materials usually have such strong adhesion to the model materials that they can hardly be broken off mechanically without damaging the model. Dissolvable support materials are offered in particular to avoid the problem of the support material detaching or slipping during printing.
  • the soluble support material can be removed without mechanical tools. This reduces or even completely eliminates the manual effort required to break off the support material.
  • a soluble support material can be dissolved automatically by wetting it with the dissolving liquid.
  • the soluble support material is often easier to use, quicker to remove, and ultimately more economical to use.
  • the process is accelerated in that the solvent is set in motion in a basin.
  • it is known to turn an impeller at the bottom of a pool in order to generate a flow in the pool.
  • the functionality of these devices essentially corresponds to that of a magnetic stirrer.
  • it is known to provide inlet and outlet lines for the solvent in the basin and to pump the solvent through these openings with a powerful pump in order to generate a flow.
  • the object of the invention is now to create a device and a method for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces that work reliably, quickly and gently.
  • the device should be able to cause rapid dissolution of the auxiliary material.
  • the device should remove the auxiliary material gently so that the workpieces are not destroyed during the process. Even if part of the auxiliary material or the workpiece comes loose, the device should not be impaired or damaged as a result.
  • the method should preferably be able to be carried out unattended, offer very high operational reliability and be automated as far as possible.
  • the invention relates to a device for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces, in particular for removing support material which is soluble in a dissolving liquid, comprising a container which is at least partially filled with a dissolving liquid for removing the auxiliary material, the dissolving liquid being suitable for dissolving the auxiliary material and /or is set up, and comprising at least one holding device for fastening a workpiece.
  • a moving device is provided which moves the holding device and preferably the workpiece attached to the holding device through the dissolving liquid in order to remove the auxiliary material.
  • the movement device moves the holding device along a predetermined movement path through the dissolving liquid.
  • the movement device comprises a rotary drive, which rotates the holding device about an axis of rotation.
  • the holding device or at least the workpiece attached to the holding device is arranged or fastened at a certain normal distance from the axis of rotation and is thereby moved along a preferably circular path when the movement device is actuated.
  • the movement device comprises a drum which is rotatably driven by the rotary drive and to which one or more holding devices is or are preferably attached.
  • the rotatable drum is designed to be essentially liquid-tight and thereby acts as a container for the dissolving liquid. If necessary, it is provided that the rotatable drum is designed to be liquid-permeable and has drum openings for the dissolving liquid to pass through. If necessary, it is provided that the drum protrudes into the dissolving liquid or is arranged in the dissolving liquid that is arranged inside the container, whereby the drum is also at least partially filled with dissolving liquid.
  • the dissolving liquid is arranged essentially unmoved or stationary in the container and if necessary is mixed or set in motion only by the movement device, the holding device and/or the workpiece moved by the movement device. If necessary, it is provided that the container has at least one closable liquid opening which acts as an inlet and/or outlet for the dissolving liquid.
  • the liquid opening is assigned a valve or a shut-off element for the controllable supply or discharge of the dissolving liquid.
  • a heating device is provided for heating the dissolving liquid, the heating device in particular heating the dissolving liquid arranged in the container when dissolving the auxiliary material.
  • the dissolving liquid should flow around the heating device as effectively as possible so that good heat transfer is ensured and evaporation on the surface of the heating device is avoided.
  • the dissolving process can be accelerated by increasing the temperature.
  • the temperature should be controlled or regulated so that the workpiece is not deformed.
  • the heating device is preferably controlled and/or regulated in order to set a specific temperature or a temperature profile during the dissolving process.
  • the heating can be internal or via the container wall.
  • a partial flow from the container could also be routed through a heating zone or a heat exchanger. If necessary, the dissolving liquid can be added preheated.
  • the container and/or the drum has an openable and closable door for introducing and removing the workpiece.
  • the door can be provided or attached, for example, at the top or at the side.
  • a drying device which dries the workpiece that has been freed from the auxiliary material. If necessary, the movement device can be rotated at a higher speed after loosening the auxiliary material with the solvent removed from the container in order to remove the loosening liquid adhering to the workpiece by centrifugal force.
  • a drying device can be provided which, for example, directs heated air, in particular hot air, through the container and/or the drum in order to evaporate the dissolving liquid adhering to the workpiece.
  • the temperature of the air should be controlled or regulated in order to avoid the deformation of the workpiece if the air temperature is too high.
  • pre-dried air with a low dew point can be introduced.
  • a filling level sensor which allows the filling level of the container or the drum to be controlled.
  • this filling level sensor can be a weighing device provided in the area where the container or the drum is mounted.
  • conventional filling level devices can be provided. The filling level measurement enables the choice of a certain filling of the container with the dissolving liquid.
  • the holding device comprises a spring-biased clamp.
  • This clamp can be, for example, a metal bracket that is spring-biased by movement in order to be able to hold the workpiece. If necessary, it is provided that the holding device comprises a screwable clamp or another fixable clamp.
  • Smaller workpieces in particular can be arranged in nets or bags that can be flown through. These nets and bags can be fixed to the holding device.
  • flexible tapes and cords can be used for fixation.
  • the invention relates to a method for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces, for example for removing soluble support material, which is preferably carried out in a device according to the invention, wherein the auxiliary material is removed from the workpiece by moving the workpiece mounted on a holding device through a dissolving liquid via a moving device.
  • the workpiece is guided by the movement device along a predetermined movement path through the dissolving liquid.
  • the entire movement path runs within the dissolving liquid or that the movement path extends out of the dissolving liquid, so that the workpiece is moved along the movement path out of the dissolving liquid and is immersed again.
  • the latter can have a particularly positive effect on the triggering process of internal zones.
  • the dissolving liquid is arranged essentially unmoved or stationary in the container and if necessary is mixed or set in motion only by the movement device, the holding device and/or the workpiece moved by the movement device.
  • An active movement of the dissolving liquid by pumps, propellers, nozzles, etc. should or can be omitted.
  • Turbulence should preferably be generated directly on the workpiece by the movement of the workpiece through the liquid. As a result, the turbulence is significantly stronger and more effective. This accelerates the dissolving process.
  • auxiliary material If necessary, provision is made for the auxiliary material to be dissolved in the dissolving liquid during the movement of the workpiece.
  • the auxiliary material is additionally mechanically detached, at least in part, by the movement of the workpiece through the dissolving liquid.
  • a movement device which moves the workpiece through the dissolving liquid.
  • the dissolving liquid is optionally arranged in a substantially immobile manner in a container.
  • a special Efficient removal of assist material can be accomplished by moving the workpiece along a path of travel extending out of and back into the dissolving liquid.
  • the workpiece is often moved through the surface of the dissolving liquid, which means that the auxiliary material can be thoroughly washed around.
  • the workpiece can be moved along a movement path that runs entirely within the dissolving liquid, so that in this case the workpiece is not moved by the surface of the dissolving liquid.
  • the workpiece is preferably rotated about an axis of rotation.
  • any movement of the workpiece can take place.
  • a linear guide, an elliptical or wobbling guide of the workpiece can be provided.
  • the auxiliary material is an auxiliary material that is soluble in an alkaline solution or in an alkaline solution.
  • the lye in which the auxiliary material has dissolved can simply be discharged into the waste water after the workpiece has been processed. If necessary, a tank is provided in which the liquor is stored in order to introduce it into the container. Depending on how much auxiliary material is already dissolved in the lye, the lye can be fed back into the tank to be used again to remove auxiliary material.
  • auxiliary materials dissolve directly in water.
  • the loosened material can be easily separated from the workpiece with the loosening liquid.
  • Another washing step with fresh liquid can further improve the result.
  • the auxiliary material polystyrene (PS) can be dissolved with Limonene (orange oil), for example.
  • Limonene range oil
  • auxiliary materials that can be dissolved with alcohol or other solvents. Harmless solvents such as water, weak bases or acids or weakly basic or acidic solutions are preferred, which may be discharged into the drain.
  • Workpiece material ABS, ASA, SAN, PA, PET, PC, PLA, but also others;
  • Auxiliary material alkali-soluble thermoplastics of carboxyl-containing co- or terpolymers based on polyacrylate (polycarboxylic acids) and/or mixtures thereof
  • Water-soluble thermoplastics such as polyvinyl alcohol (PVOH or PVA), butenediol-vinyl-alcohol copolymer (BVOH) or hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)
  • Workpiece material Photopolymers (e.g. Keyence brand model materials)
  • Auxiliary material Water soluble materials (e.g. Keyence brand support materials)
  • Thermoplastics with a high softening point are preferably combined with a support material which also has a higher heat resistance. This applies, for example, to specialized, lye-soluble thermoplastics based on polyacrylate.
  • thermoplastics such as polyetherketone (PEEK), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSU) or polyphenylsulfone (PPSU) can be used as support material.
  • Conceivable solvents here are dichloromethane or tetrahydrofuran. Because of the health hazard emanating from organic solvents, the workpieces should be carefully freed from absorbed solvent under adequate conditions.
  • the mixtures of support material and organic solvents may have to be disposed of as hazardous waste. Because of the high cost and risk, such variants are generally not preferred.
  • Turbulence in the solvent in the device can lead to increased foam formation in the device.
  • defoamers, anti-foaming agents or anti-foaming agents can be added before or during the dissolving process.
  • the holding device comprises a clamp or a similar device that is suitable and/or set up to hold a workpiece, in particular a workpiece of any shape.
  • the workpiece is preferably fastened to the holding device in such a way that the holding device is not attached to the auxiliary material but to a part of the workpiece that is to be exposed.
  • the workpiece or the holding device is moved along a movement path through the dissolving liquid in a first phase of operation and is moved in the opposite direction along the movement path in a second phase.
  • the rotary drive reverses the direction of rotation after a certain period of time or a certain number of revolutions. The reversal of the direction of movement along the Movement path can be done several times to improve the efficiency of the method and the device.
  • the axis of rotation of the rotary drive runs essentially horizontally.
  • the axis of rotation of the drum can also preferably run horizontally.
  • the axis of rotation of the drum and the axis of rotation of the rotary drive can be arranged coaxially.
  • the axis of rotation of the movement device in particular the axis of rotation of the rotary drive, can also run horizontally or in any other direction.
  • the door for inserting or removing the workpieces is preferably provided in the area of the end face of the drum.
  • the door can be provided in the area of the casing of the drum.
  • the drum and/or the container can also be opened from above, in particular if the axis of rotation is tilted or was chosen to be vertical.
  • the drum can be designed to be openable or it has drum openings that are large enough for the workpieces to be introduced into the drum through these openings.
  • the dissolving liquid is preferably arranged in the container in an essentially immobile manner, and the workpiece or its holding device is moved by the dissolving liquid.
  • the dissolving liquid can still be set in motion by actuating the moving device, in particular by moving the holding device and/or the workpiece. A movement of the workpiece relative to the dissolving liquid should preferably be generated.
  • the workpiece is moved through the dissolving liquid.
  • the direction of movement of the workpiece can be reversed in order to restore sufficient relative movement.
  • This procedure can improve the formation of turbulence on the workpiece in order to improve the release process.
  • at least one flow element can be provided, which influences the flow of the dissolving liquid in such a way that there is sufficient movement of the workpiece relative to the dissolving liquid.
  • a flow element can slow down or restrict the movement of the dissolving liquid.
  • the interplay of gravity, centrifugal force and, if necessary, a flow element waving as a baffle which can deflect a flow that is building up and cause turbulence, supports the release process.
  • the efficiency of the device and the method is improved in that the dissolving liquid is drawn along through the workpiece and/or the holding device and/or the moving device in order to drip off in another area, possibly onto another workpiece.
  • flow elements can act as scoop structures in the container, which entrain the liquid during the rotation of the container and then sprinkle it onto the workpieces from above.
  • small free-floating objects with rough surfaces such as brushes or sponges can be added to the container. These rub against the auxiliary material during the release process and thus serve to mechanically support the release process. Furthermore, these items remove possible deposits on the container or on the workpiece. Fibrous or sponge-like structures that may be attached to the container can bind or filter small particles from the washing solution before these particles contaminate the surfaces of workpieces or machine parts.
  • the intensity of local turbulence can easily be adjusted via the movement speed of the workpiece.
  • the device can set a suitable turbulence in order to achieve a high loosening force without damaging the workpiece.
  • the dissolving process can be continuously observed from the outside through suitably installed viewing windows in order to obtain information about the dissolving progress. Dipping the workpiece into and out of the liquid is particularly advantageous in cases where the solvent baths are becoming cloudy. Cameras can also be used here, optionally with speed or angle-controlled image recording. If necessary, a recording is made at the same angular position in each case, which clearly shows the progress of the dissolving in a time-lapse manner.
  • the dissolving liquid is basically arranged in a stationary manner in the container, but is swirled or moved by the moving device, in particular by the holding device and/or the workpiece.
  • the device has at least one horizontally or at least one vertically arranged shaft.
  • the drum can be arranged on the at least one shaft.
  • the at least one shaft can extend on both sides from the drum in the direction of the housing of the device. If necessary, the drum can be connected to the housing on both sides via the at least one shaft.
  • a movement device in particular the rotary drive, transmits a movement, in particular a rotary movement, to the shaft and thereby in particular the drum is set in motion, in particular in rotation.
  • a vertical shaft can be understood to mean a shaft or a part of a shaft which is arranged, in particular essentially, perpendicular to the ground on which the device is standing.
  • a horizontal shaft can be understood to mean a shaft or a part of a shaft which is arranged, in particular substantially, horizontally to the ground on which the device is standing. If necessary, the device can have a braking device, the braking device being set up to brake the movement, in particular the rotation, of the drum.
  • the device in particular the container and/or the drum, has two openable and closable doors for inserting or removing the workpieces.
  • the two doors can be arranged opposite one another on the device, in particular on the container and/or on the drum.
  • workpieces can be introduced into the device, in particular the container and/or the drum, through both doors.
  • the door, in particular the two doors can be provided in the area of the lateral surface or longitudinal side of the container and/or the drum. It may therefore be possible to load and unload the device, in particular the container and/or the drum, from both sides.
  • the door has a locking device, so that the door is closed and/or locked when the container and/or the drum moves.
  • the door can have a width in the range between 10 cm and 100 cm inclusive, in particular in the range between 70 cm and 80 cm inclusive.
  • the width and height of the door can be, in particular the size, preferably the diameter, of the drum.
  • the width and height of the door can be larger than the diameter of the drum.
  • the width and height of the door can optionally be at least half the size, in particular the diameter, of the drum.
  • the width and height of the door can optionally also be greater than half the size, in particular than the diameter, of the drum.
  • the door can have a height in the range between 10 cm and 100 cm inclusive, in particular in the range between 30 cm and 40 cm inclusive.
  • the door can be designed as a sliding door, a hinged door and/or a folding door.
  • the drums can be designed as a drum with a Y-chamber, in particular as a drum with 3 chambers, or as a Pullman drum, in particular as a drum with 2 chambers.
  • the device, the housing of the device, the container and/or the drum can be made of stainless steel or can include stainless steel.
  • a control device with an operating interface is provided, which enables and/or allows the user to operate the device.
  • the movement device, the supply of the dissolving liquid, in particular the supply of the liquid, which may be solvent-free, preferably the water and/or the solvent, preferably the dissolving powder, and/or the at least one valve can be controlled and/or regulated by the control device.
  • a dosing device is provided for dosing the solvent, in particular the dissolving powder.
  • This dosing device can be controlled and/or regulated via the control device.
  • This metering device can be set up for metering in the solvent.
  • the dosing device can be designed, for example, as a peristaltic pump.
  • the concentration of the dissolving liquid, in particular the ratio of solvent, preferably of dissolving powder, to the liquid, which may be free of solvent, in particular to the water, in the device, in particular in the container and/or the drum, is controlled and/or regulated.
  • control device can be set up to set the fill level of the dissolving liquid and/or the concentration of the dissolving liquid via the fill level sensor.
  • a predetermined level in the device in particular in the Container and / or the drum is adjustable. It is thereby possible that the workpieces arranged in the device, in particular during the movement of the drum, are moved through the dissolving liquid and/or are immersed, preferably essentially completely, in the dissolving liquid. In particular, this allows the workpieces to be essentially completely immersed in the dissolving liquid, in particular during the movement of the drum.
  • the device and/or the movement device can be set up to close the drum for a period of time in the range from 5 minutes up to and including 3000 minutes, in particular in the range from 15 minutes up to and including 600 minutes, optionally more than 90 minutes, preferably without interruption move and/or rotate.
  • the device and/or the movement device are designed in such a way that a movement and/or rotation of the drum for a period of time in the range from 5 minutes up to and including 3000 minutes, in particular in the range from 15 minutes up to and including 600 minutes, if necessary of more than 90 minutes, preferably without interruption, is possible.
  • the device and/or the movement device are set up to drive the drum at a substantially constant speed and/or at a, in particular constant, rotational speed, in particular in the range from 0.1 meters per second to 10 meters per second, preferably 0.5 meters per second to 5 meters per second, for the times indicated above.
  • the device and/or the moving device comprises a cooling device, the cooling device cooling the moving device. Due to the cooling of the movement device, it is optionally possible for the movement device to rotate and/or move the drum without interruption.
  • uninterrupted can be understood to mean that the drum is rotated and/or moved at a substantially constant speed and/or without standstill.
  • the direction of rotation of the drum can be reversed at predetermined time intervals.
  • the frequency of this reversal of the direction of rotation of the drum can be controlled and/or regulated by the control device.
  • the invention relates to a method for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces, in particular for removing soluble support material, preferably in a device according to the invention, comprising, in particular, further, the following steps.
  • a liquid which may be solvent-free, in particular water
  • the concentration of the dissolving liquid in particular the ratio of the solvent, preferably the dissolving powder, to the optionally solvent-free liquid, in particular water, can be adjustable in the device, in particular in the container and/or the drum.
  • the concentration of the dissolving liquid can be in the range of 0.4 grams of dissolving powder per liter, optionally solvent-free, liquid, in particular water, up to and including 100 grams of dissolving powder per liter, optionally solvent-free liquid, in particular water.
  • liquid solvents or detergents preferably alkaline ones, can be used as a mixture or as a pure substance, in particular, for example, aminoethanol, as a substitute for solution powders.
  • the concentration of the solvent liquid can be in the range of 10 grams of solvent powder per liter, optionally solvent-free liquid, in particular Water, up to and including 34 grams of solution powder per liter, optionally solvent-free, liquid, especially water.
  • the concentration of the dissolving liquid can be in the range of 5 grams of dissolving powder per liter, optionally solvent-free, liquid, in particular water, up to and including 50 grams of dissolving powder per liter, optionally solvent-free liquid, in particular water.
  • the concentration of the dissolving liquid can be understood to mean the ratio between the solvent and the liquid, which may be solvent-free, in particular water.
  • the invention relates to a method for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces, in particular for removing soluble support material, preferably in a device according to the invention, comprising, in particular, further, the following steps.
  • a dissolving liquid in particular a liquid and/or a solvent, which may be solvent-free, into the device, in particular into the container.
  • the dissolving liquid is covered by the dissolving liquid, in particular at least temporarily, preferably essentially completely.
  • the filling level in the device in particular in the container and/or the drum, can be adjusted by means of the control device and/or the measuring device in such a way that the printed workpieces, in particular when the drum is moving, preferably essentially completely, into the dissolving liquid are immersed.
  • the drum of the device can have a volume of 1 liter up to and including 10000 liters, preferably a volume of 10 liters up to and including 2000 liters, in particular 20 liters up to and including 1800 liters.
  • the drum of the device can have a volume of 30 liters, 40 liters, 50 liters, 60 liters, 70 liters, 80 liters, 90 liters, 100 liters, 110 liters, 120 liters, 600 liters, 700 liters, 800 liters, 900 liters , 1000 liters, 1100 liters, 1200 liters, 1300 liters, 1400 liters, 1500 liters, 1600 liters, 1700 liters, 1800 liters and/or 1900 liters.
  • the maximum load can essentially depend on the geometry of the workpieces, the structure of the workpieces and the proportion of supports, as well as the geometry of the drum.
  • the amount of solvent required to dissolve the support material can, if necessary, be determined from the machine program of the additive manufacturing process of the workpiece, in particular GCODE, for example. In particular, the amount of solvent required can be transmitted to the control device, which adjusts it if necessary. If necessary, it can be deduced from this that a wide range of possible solvent concentrations and filling quantities result from different geometries of the support structures and the models as well as different support materials.
  • the diameter of the drum can be 10 cm up to and including 200 cm, in particular 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 100 cm, 110 cm, 120 cm, 130 cm, 140 cm and/or 150 cm , amount.
  • the ratio between the drum diameter and the drum length can optionally be in the range from 1:5 to 10:1 inclusive (diameter :
  • the ratio between the drum diameter and the drum length can preferably be in the range from 1:3 to 5:1 inclusive (diameter:length).
  • the ratio between the drum diameter and the drum length in the range between 1:2 to 3:1 inclusive (diameter: length).
  • the rotational speed of the drum can be in the range of 0.1 meters per second up to and including 10 meters per second, in particular 0.5 meters per second up to and including 5 meters per second, preferably 1 meter per second up to and including 3 meters per second, be.
  • the rotational speed of the drum can be understood to mean the tangential speed at the edge, in particular at the lateral surface, of the drum. If necessary, this rotational speed corresponds to the speed at which the workpiece is moved through the liquid.
  • the heating device can be designed as a steam heating device and/or as an electrical heating device.
  • the heating device is preferably controlled and/or regulated, in particular by the control device, in order to set a specific temperature or a temperature profile during the release process.
  • the invention relates to the use of a device for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces, in particular for removing support material which is soluble in a dissolving liquid, comprising a container which is at least partially filled with a dissolving liquid for removing the auxiliary material, the dissolving liquid being used for dissolving the Auxiliary material is suitable and / or set up, and comprising at least one holding device for fastening a workpiece, wherein a moving device is provided which moves the holding device, and in particular the workpiece attached to the holding device, through the dissolving liquid to remove the auxiliary material.
  • the invention relates to the use of the device according to the invention for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces.
  • Other devices such as in particular registers, shafts, drawers and/or shelves, are optionally arranged in the drum, which are set up to load, distribute and/or fix the workpieces in the drum, in particular on different levels.
  • FIG. 1 shows a schematic oblique view of components of a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic oblique view of components of a second embodiment.
  • FIG 3 shows a schematic oblique view of components of a third embodiment.
  • the reference numbers correspond to the following components: workpiece 1, container 2, dissolving liquid 3, holding device 4, movement device 5, axis of rotation 6, rotary drive 7, drum 8, drum opening 9, liquid opening 10, valve 11, heating device 12, door 13 , flow element 14.
  • the device comprises a container 2. This container 2 can be closed via a door 13.
  • a dissolving liquid 3 is arranged inside the container 2 .
  • This dissolving liquid 3 is arranged in the container 2 in particular during operation of the device.
  • the dissolving liquid 3 can be removed from the container 2 in order to insert and remove the workpieces 1 .
  • At least one liquid opening 10 is provided for this purpose. In the present embodiment, two liquid ports 10 are provided.
  • a liquid opening 10 is set up for supplying the dissolving liquid 3 .
  • the other liquid opening 10 is set up to discharge the dissolving liquid 3 .
  • the workpiece 1 is attached to a holding device 4 in a first step.
  • the container 2 is then closed by actuating the door 13 .
  • the dissolving liquid 3 is poured into the container 2 initiated. In the present embodiment, this can be done via the upper liquid opening 10, for example.
  • the dissolving liquid 3 is suitable and/or set up for dissolving the auxiliary material of the 3D-printed workpieces 1, so that after the operation of the device, only the workpieces 1 without auxiliary material can be removed from the device.
  • the auxiliary material is a support material that is printed at the same time as the workpieces 1 are produced by 3D printing.
  • This support material is preferably made of a different material than that part of the workpiece 1 from which the support material is to be removed.
  • the dissolving liquid 3 is preferably selected in such a way that the auxiliary material is soluble in the dissolving liquid 3 and can be dissolved in it.
  • the auxiliary material can also be detached by mechanically detaching it from the actual workpiece 1 .
  • a moving device 5 is preferably provided to improve the effect of the device.
  • the moving device 5 is set up to move the holding device 4 and the workpiece 1 held on the holding device 4 through the dissolving liquid 3 .
  • the dissolving liquid 3 is preferably arranged in the container 2 so that it is essentially stationary. By moving the workpieces 1 through the dissolving liquid 3, the effect of the dissolving liquid 3 on the auxiliary material can be improved.
  • the movement device 5 comprises a drum 8.
  • the drum 8 can be rotated about an axis of rotation 6 via a rotary drive 7.
  • At least one holding device 4 is provided on the drum 8 , in particular on the casing of the drum 8 or on the inside of the casing of the drum 8 .
  • the holding device 4 or the workpiece 1 attached thereto is at a normal distance from the axis of rotation 6 .
  • the drum 8 is liquid-permeable.
  • the drum 8 has a large number of drum openings 9 .
  • the drum 8 can be formed from a continuous material that is provided with a plurality of drum openings 9 during manufacture.
  • the drum 8 can be a lattice-like structure such as a cage-like drum 8 .
  • at least one holding device 4 is provided on the drum 8 in the present embodiment.
  • a plurality of holding devices 4 are preferably arranged on the drum 8 .
  • the drum 8 is arranged in the container 2 . If the container 2 is now at least partially filled with the dissolving liquid 3 , the dissolving liquid 3 penetrates through the drum openings 9 into the drum 8 . As a result, the drum 8 is also at least partially filled with a dissolving liquid 3 .
  • the device has an operating mode in which the container 2 and/or the drum 8 is completely filled with the dissolving liquid 3 .
  • the movement path along which the workpieces 1 are moved runs entirely within the dissolving liquid 3.
  • the drum 8 is only partially filled with a dissolving liquid 3, which means that the movement path into and out of the dissolving liquid 3 Dissolving liquid 3 also extends. If a workpiece 1 is now moved by actuating the rotary drive 7, the workpiece 1 is pulled through the dissolving liquid 3, emerges from the dissolving liquid 3 at a certain point and re-enters the dissolving liquid 3 at another point.
  • This entry and exit from and into the dissolving liquid 3 can improve the efficiency of the method for dissolving the auxiliary material.
  • immersion in the dissolving liquid 3 can lead to damage.
  • the container 2 or the drum 8 can be further filled with dissolving liquid 3 in order to prevent the dissolving liquid 3 from escaping the workpiece 1 .
  • the device comprises a heating device 12.
  • the heating device 12 is set up to heat the dissolving liquid 3.
  • the dissolving liquid 3 is heated to a temperature at which the dissolving effect of the auxiliary material is improved.
  • the heating device 12 preferably acts on the dissolving liquid in the container 2 3.
  • the heating device 12 is arranged inside the container 2 .
  • the heating device 12 can also be provided in a bypass line through which the dissolving liquid 3 is pumped in order to get back into the container 2 .
  • heating mats can be attached to the outside of the container 2, which heat up the container 2 together with the dissolving liquid 3.
  • the heating device 12 can also be fitted in the lower half of the container 2 in order to achieve the most efficient possible flushing of the heating elements with the dissolving liquid.
  • At least one valve 11 is provided to control the introduction and discharge of the dissolving liquid 3 through the liquid openings 10 .
  • a valve 11 for controlling the inlet of the dissolving liquid 3 and a further valve 11 for controlling the discharge of the dissolving liquid 3 from the container 2 are provided.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • the components provided with reference numbers correspond to the components from FIG. 1.
  • the drum 8 of FIG. 2 is designed to be liquid-tight.
  • the drum 8 forms the container 2.
  • a plurality of holding devices 4 are provided in the drum 8, to each of which a workpiece 1 can be attached. If the rotary drive 7 is now actuated, the drum 8 is rotated about the axis of rotation 6 . As a result, the container 2 is also rotated in the present case.
  • the liquid opening 10 of the device is rotated as well.
  • a valve 11 can be actuated in order to drain the dissolving liquid 3 out of the drum 8 or out of the container 2 .
  • the dissolving liquid 3 is supplied by the liquid opening 10 being arranged pointing upwards and the valve 11 being opened.
  • the container 2, and thus also the drum 8, can be closed by a door 13 in this case.
  • the Movement device 5 comprises drum 8 designed as container 2 and rotary drive 7. Openings or doors 13 should be reliably sealed in order to prevent liquid from escaping to the outside.
  • a housing (not shown) is preferably provided, in which the components shown are arranged.
  • the door 13 is preferably accessible from the outside.
  • a control device with an operating interface is preferably provided, which allows the user to operate the device and which enables the rotary drive 7 and the at least one valve 11 to be controlled.
  • a tank (not shown) is provided for holding the dissolving liquid 3, into which the dissolving liquid 3 can be drained when the workpiece 1 is to be removed.
  • the dissolving liquid 3 can also be routed directly into the drain.
  • FIG. 3 shows an embodiment of simplified construction, which nevertheless implements the basic idea of the invention.
  • a dissolving liquid 3 is arranged in a container 2 which is open at the top.
  • a folding device 4 adapted to hold a work piece 1 .
  • a movement device 5 is provided in the device according to FIG.
  • the folding device 4 is provided in the outer area of the arm.
  • At least one flow element 14 can be provided. In the present case, these project transversely to the direction of movement or transversely to the movement path of the workpiece 1 into the dissolving liquid 3. Similar flow elements 14 can also be provided, for example, in the case of the container 2 in FIG. In all of the embodiments, in particular in the embodiment of FIG.
  • a method for removing auxiliary material from 3D-printed workpieces 1 can optionally proceed as follows:
  • the workpiece 1 is usually printed on a 3D printer, for example on an industrial 3D printer using the FFF method from an ABS plastic.
  • auxiliary material and in particular a support material is used so that undercuts and/or overhangs of the workpiece 1 can be printed.
  • a 3D printer with two print heads is used - so the printer can print a support material in addition to ABS.
  • a lye-soluble thermoplastic based on polyacrylate (co- or terpolymers of polyacids), for example, can be used as the support material.
  • the finished printed workpiece 1 has dimensions of 100 ⁇ 100 ⁇ 100 mm, for example, and consists of 150 g ABS and 80 g soluble supporting material.
  • the printed workpiece 1 is freed from the support material.
  • the device according to the invention is used in particular for this purpose.
  • the container 2 or the drum 8 of an exemplary embodiment has a diameter of 200-800 mm, in particular approximately 500 mm or 480 mm.
  • the depth is, for example, 100-500 mm, in particular approximately 350 mm or 300 mm.
  • the components are made of a material that is particularly resistant to the solvent, even at high temperatures.
  • the container 2 can be made, for example, from alkali and temperature-resistant polypropylene.
  • the drum 8 can be made of stainless steel, for example.
  • the workpiece is placed inside the container 2 or inside the drum 8 .
  • a holding device 4 is used for this purpose.
  • the holding device 4 can comprise elastic straps with hooks. These bands can be fixed to the inside of the drum 8, whereby the workpiece 1 is clamped to the inside of the drum 8. This fixation is preferably both temperature and alkali resistant.
  • the dissolving liquid 3 can be prepared in the next step or beforehand.
  • 80 g sodium carbonate-based dissolving powder is mixed with 20 liters of water at room temperature. This mixture has a pH of about 10.
  • the dissolving liquid 3 is then filled into the container 2 through the liquid opening 10 .
  • the dissolving liquid 3 is set up to dissolve the support material under certain conditions (temperature and agitation) in the device.
  • the seals in the door 13 prevent the dissolving liquid 3 from escaping to the outside.
  • the heating device 12 is activated, for example with a maximum heating power of 2000 W, and the drum 8 and/or the holding device 4 are set in motion.
  • the movement is achieved, for example, by means of a 300 watt universal drive and a mechanical belt transmission of 1:17.
  • the movement and/or the heating power are preferably controlled and/or regulated in all of the embodiments by a suitable microcontroller-programmed automated control including a user interface.
  • the dissolving liquid After about two hours, depending on the ambient and water temperature, the dissolving liquid reaches the operating temperature.
  • the operating temperature should be set in such a way that the workpiece material (e.g. ABS) does not thermally deform, but at the same time is high enough to accelerate the dissolving performance.
  • the workpiece material e.g. ABS
  • an operating temperature of 75 °C can be selected for the ABS workpiece material used.
  • the rotational speed of the drum 8 or the holding device 4 can be adjusted with the controller. For most workpieces 1 with wall thicknesses greater than 2 mm, a good guide value of 50 rpm has proven to be advantageous.
  • the device reverses the direction of movement of the holding device 4, if necessary, more often, for example every 2 minutes. This procedure enables the workpiece 1 to be flushed intensively with the dissolving liquid 3 at every point over the entire dissolving cycle.
  • the workpiece 1 can dip into the dissolving liquid 3 during its downward movement and emerge again upwards. This leads to a very intensive renewal of the dissolving liquid on all surfaces of the workpiece, which massively increases the dissolving speed.
  • the device now opens a valve 11 in order to drain the used dissolving liquid 3 .
  • the dissolving liquid 3 flows through the drain pipe into a collection container for later disposal.
  • the used dissolving liquid after this process has a pH value of 9.6, for example.
  • the container can be filled with fresh water via a liquid opening 10.
  • the device sets the holding device 4 in motion again, for example in rotation at 50 rpm. This cleaning process takes about 10 minutes, for example, whereby the direction of rotation can also be changed, e.g. every 2 minutes.
  • the water is then disposed of via a liquid opening 10. Re-rotation can help to free the workpiece from adhering water. Increasing the speed favors this process.
  • the undamaged workpiece, which has been completely freed from the support material, can now be removed from the device and, if necessary, dried under room conditions. Vacuum drying at elevated temperature can be advantageous for complete removal of water which has penetrated capillary cavities.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke (1), insbesondere zum Entfernen von in einer Löseflüssigkeit (3) löslichem Stützmaterial, umfassend ein Behältnis (2), das zum Entfernen des Hilfsmaterials zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit (3) gefüllt ist, wobei die Löseflüssigkeit (3) zum Lösen des Hilfsmaterials geeignet und/oder eingerichtet ist, und umfassend mindestens eine Haltvorrichtung (4) zur Befestigung eines Werkstücks (1), wobei eine Bewegungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, die die Haltevorrichtung (4) und insbesondere das an der Haltevorrichtung (4) angebrachte Werkstück (1), zum Entfernen des Hilfsmaterials, durch die Löseflüssigkeit (3) bewegt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Beim Herstellen von 3D-gedruckten Werkstücken, also insbesondere beim Herstellen von Werkstücken durch additive Fertigung, ist es bekannt, Hilfsmaterial zu verwenden, das den Aufbau komplex geformter dreidimensionaler Teile ermöglicht. Bei der Herstellung von Werkstücken durch schichtweises Aufträgen eines aufgeschmolzenen Kunststoffs müssen zur Bildung auskragender Teile oft Stützstrukturen mitgedruckt werden. Diese Stützstrukturen werden gemäß Stand der Technik nach Fertigstellung des Werkstücks abgebrochen. An den Übergangsstellen zur Stützstruktur ist die Oberfläche des Werkstücks dadurch oft beeinträchtigt. Insbesondere können Grate Zurückbleiben, die in einem gesonderten Arbeitsschritt entfernt werden müssen.
Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, Stützstrukturen aus einem Hilfsmaterial bzw. Stützmateiral zu drucken, das durch ein Lösungsmittel aufgelöst werden kann. Das Lösungsmittel ist so gewählt, dass es zwar das Hilfsmaterial, also z.B. die Stützstruktur auflöst, nicht aber das Werkstück selbst, womit nach einer gewissen Zeit das Werkstück zurückbleibt. Die Verwendung von löslichem Stützmaterial im Vergleich zu Stützmaterial, welches abgebrochen werden muss, weist einige Vorteile auf.
Wie erwähnt, sichert das Stützmaterial Überhänge, Brücken, Hohlräume usw. im Druckmodell während des Druckvorgangs. Damit das Stützmaterial diese Funktion zuverlässig erfüllen kann, muss es gut am Modell haften können. Anderenfalls kann es sich während des Druckvorgangs ablösen oder verrutschen, was dann zu einem Fehldruck führen könnte. Je höher die Haftung des Stützmaterials am Modell und am Drucksubstrat ist, desto zuverlässiger wirkt dessen Stützfunktion. Herkömmliche Stützmaterialien weisen meist eine derart starke Haftung an den Modellmaterialien auf, dass diese kaum mehr mechanisch abgebrochen werden können, ohne das Modell zu beschädigen. Insbesondere um nun das Problem des Ablösens oder Verrutschens des Stützmaterials während des Drucks zu vermeiden, werden lösliche Stützmaterialen angeboten.
Besonders kleinere und schwer erreichbare Kavitäten lassen sich kaum mechanisch und händisch vom Stützmaterial befreien. Aber die Flüssigkeit erreicht schwer zugängige Stellen einfacher als ein Werkzeug. Somit können im Falle eines löslichen Stützmaterials diese Kavitäten wesentlich leichter mittels eines Lösungsmittels davon befreit werden.
Ein weiterer Vorteil des löslichen Stützmaterials liegt darin, dass dessen Entfernung ohne mechanische Werkzeuge erfolgen kann. Somit wird ein manueller Aufwand zum Abbrechen des Stützmaterial reduziert oder sogar komplett eliminiert. Die Lösung eines löslichen Stützmaterials kann selbsttätig durch Benetzen mit der Löseflüssigkeit erfolgen. Somit ist das lösliche Stützmaterial oft einfacher zu verwenden, schneller entfernbar, und schlussendlich wirtschaftlicher in der Anwendung.
Der Prozess wird gemäß Stand der Technik dadurch beschleunigt, dass das Lösungsmittel in einem Becken in Bewegung versetzt wird. Insbesondere ist es bekannt, am Boden eines Beckens ein Schaufelrad zu drehen, um so eine Strömung in dem Becken zu erzeugen. Die Funktionsweise dieser Vorrichtungen entspricht im Wesentlichen der eines Magnetrührers. Zudem ist es bekannt, Zu- und Ableitungen für das Lösungsmittel in dem Becken vorzusehen, und das Lösungsmittel mit einer leistungsstarken Pumpe durch diese Öffnungen zu pumpen, um eine Strömung zu erzeugen.
In der Praxis kann es bei diesen Systemen jedoch zu Problemen kommen. Insbesondere kann es Vorkommen, dass Teile des Werkstücks oder des Stützmaterials in die Pumpen gelangen und diese dadurch blockieren oder beschädigen. Zudem sind die durch das Schaufelrad oder die Pumpe generierten Strömungen relativ statisch, wodurch es in Bereichen mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit zu einem sehr langsamen Lösen des Hilfsmaterials kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke zu schaffen, die zuverlässig, rasch und schonend arbeiten. Insbesondere soll die Vorrichtung ein rasches Auflösen des Hilfsmaterials bewirken können. Überdies soll die Vorrichtung das Hilfsmaterial schonend entfernen, sodass die Werkstücke bei dem Verfahren nicht zerstört werden. Selbst wenn sich ein Teil des Hilfsmaterials oder des Werkstücks löst, soll die Vorrichtung dadurch nicht beeinträchtigt oder beschädigt werden. Das Verfahren soll bevorzugt unbeaufsichtigt durchgeführt werden können, eine sehr hohe Betriebszuverlässigkeit bieten und möglichst weitgehend automatisierbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke, insbesondere zum Entfernen von in einer Löseflüssigkeit löslichem Stützmaterial, umfassend ein Behältnis, das zum Entfernen des Hilfsmaterials zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Löseflüssigkeit zum Lösen des Hilfsmaterials geeignet und/oder eingerichtet ist, und umfassend mindestens eine Haltevorrichtung zur Befestigung eines Werkstücks. Insbesondere ist eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die die Haltevorrichtung und bevorzugt das an der Haltevorrichtung angebrachte Werkstück, zum Entfernen des Hilfsmaterials, durch die Löseflüssigkeit bewegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Bewegungsvorrichtung die Haltevorrichtung entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades durch die Löseflüssigkeit bewegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Bewegungsvorrichtung einen Drehantrieb umfasst, der die Haltevorrichtung um eine Drehachse dreht.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung oder zumindest das an der Haltevorrichtung angebrachte Werkstück in einem bestimmten Normalabstand von der Drehachse angeordnet oder befestigt ist und dadurch bei Betätigung der Bewegungsvorrichtung entlang einer bevorzugt kreisförmigen Bahn bewegt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Bewegungsvorrichtung eine durch den Drehantrieb drehbar angetriebene Trommel umfasst, an der bevorzugt eine oder mehrere Haltevorrichtungen angebracht ist bzw. sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die drehbare Trommel im Wesentlichen flüssigkeitsdicht ausgebildet ist und dadurch als Behältnis für die Löseflüssigkeit wirkt. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die drehbare Trommel flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet ist und Trommelöffnungen zum Durchtritt der Löseflüssigkeit aufweist. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Trommel in die Löseflüssigkeit ragt oder in der Löseflüssigkeit angeordnet ist, die innerhalb des Behältnisses angeordnet ist, womit auch die Trommel zumindest teilweise mit Löseflüssigkeit gefüllt ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Löseflüssigkeit im Wesentlichen unbewegt oder stillstehend im Behältnis angeordnet ist, und gegebenenfalls nur durch die Bewegungsvorrichtung, die Haltevorrichtung und/oder das von der Bewegungsvorrichtung bewegte Werkstück durchmischt oder in Bewegung versetzt wird. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Behältnis mindestens eine verschließbare Flüssigkeitsöffnung aufweist, die als Zulauf und/oder Ablauf für die Löseflüssigkeit wirkt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitsöffnung ein Ventil oder ein Absperrelement zur steuerbaren Zu- oder Ableitung der Löseflüssigkeit zugeordnet ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Heizvorrichtung zur Beheizung der Löseflüssigkeit vorgesehen ist, wobei die Heizvorrichtung insbesondere die im Behältnis angeordnete Löseflüssigkeit beim Lösen des Hilfsmaterials beheizt. Die Löseflüssigkeit sollte die Heizvorrichtung möglichst effektiv umströmen, sodass ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist und Verdampfung an der Oberfläche der Heizvorrichtung vermieden wird.
In den meisten Fällen kann der Lösevorgang durch erhöhte Temperatur beschleunigt werden. Die Temperatur sollte gesteuert bzw. geregelt werden, damit das Werkstück nicht deformiert wird. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung gesteuert und/oder geregelt, um eine bestimmte Temperatur oder ein Temperaturprofil bei dem Lösevorgang einzustellen.
Die Beheizung kann innenliegend oder über die Behälterwand erfolgen. Ebenso könnte ein Teilstrom aus dem Behälter durch eine Beheizungszone oder einen Wärmetauscher geführt werden. Die Löseflüssigkeit kann gegebenenfalls vorgeheizt zugegeben werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Behältnis und/oder die Trommel eine öffenbare und schließbare Türe zur Einbringung und Entnahme des Werkstücks aufweist. Die Türe kann beispielsweise oben oder seitlich vorgesehen bzw. angebracht sein.
Gegebenenfalls ist eine Trocknungsvorrichtung vorgesehen, die das vom Hilfsmaterial befreite Werkstück trocknet. Gegebenenfalls kann die Bewegungsvorrichtung nach dem Lösen des Hilfsmaterials bei aus dem Behältnis entferntem Lösemittel mit einer höheren Drehzahl gedreht werden, um am Werkstück anhaftende Löseflüssigkeit von diesem durch Fliehkraft zu entfernen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Trocknungsvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise erwärmte Luft, insbesondere Heißluft, durch das Behältnis und/oder die Trommel leitet, um die am Werkstück anhaftende Löseflüssigkeit zu verdampfen.
Um eine Trocknung des Werkstücks zuverlässig durchführen zu können, sollte die Temperatur der Luft gesteuert oder geregelt sein, um die Verformung des Werkstücks bei einer zu hohen Lufttemperatur zu vermeiden. Alternativ kann eine vorgetrocknete Luft mit einem niedrigen Taupunkt eingebracht werden.
Gegebenenfalls ist ein Füllstandsensor vorgesehen, der eine Steuerung des Füllstands des Behältnisses bzw. der Trommel erlaubt. Beispielsweise kann dieser Füllstandsensor eine im Bereich der Lagerung des Behältnisses oder der Trommel vorgesehene Wiegeeinrichtung sein. Alternativ können herkömmliche Füllstandeinrichtungen vorgesehen sein. Die Füllstandmessung ermöglicht die Wahl einer gewissen Füllung des Behältnisses mit der Löseflüssigkeit.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine federnd vorspannbare Klemme umfasst. Diese Klemme kann beispielsweise ein Metallbügel sein, der durch Bewegung federnd vorgespannt wird, um das Werkstück festhalten zu können. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine schraubbare Klemme oder eine andere feststellbare Klemme umfasst.
Insbesondere kleinere Werkstücke können in Netzen oder durchströmbaren Beuteln angeordnet werden. Diese Netze und Beutel können an der Haltevorrichtung fixiert werden. Darüber hinaus können flexible Bänder und Schnüre zur Fixierung verwendet werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial von 3D--gedruckten Werkstücken, beispielsweise zum Entfernen von löslichem Stützmaterial, das bevorzugt in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt wird, wobei das Hilfsmaterial dadurch vom Werkstück entfernt wird, dass das an einer Haltevorrichtung angebrachte Werkstück über eine Bewegungsvorrichtung durch eine Löseflüssigkeit bewegt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Werkstück von der Bewegungsvorrichtung entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades durch die Löseflüssigkeit geführt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der gesamte Bewegungspfad innerhalb der Löseflüssigkeit verläuft oder dass sich der Bewegungspfad aus der Löseflüssigkeit hinaus erstreckt, so dass das Werkstück entlang des Bewegungspfades aus der Löseflüssigkeit bewegt und wieder eingetaucht wird. Letzteres kann sich insbesondere auf den Auslösevorgang innenliegender Zonen positiv auswirken.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Löseflüssigkeit im Wesentlichen unbewegt oder stillstehend im Behältnis angeordnet ist und gegebenenfalls nur durch die Bewegungsvorrichtung, die Haltevorrichtung und/oder das von der Bewegungsvorrichtung bewegte Werkstück durchmischt oder in Bewegung versetzt wird. Eine aktive Bewegung der Löseflüssigkeit durch Pumpen, Propeller, Düsen etc soll oder kann entfallen. Bevorzugt sollen durch die Bewegung des Werkstücks durch die Flüssigkeit Turbulenzen direkt am Werkstück erzeugt werden. Dadurch sind die Turbulenzen deutlich stärker und effektiver. Der Lösevorgang wird dadurch beschleunigt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Hilfsmaterial bei der Bewegung des Werkstücks in der Löseflüssigkeit gelöst wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Hilfsmaterial zusätzlich durch die Bewegung des Werkstücks durch die Löseflüssigkeit, zumindest in Teilen, mechanisch abgelöst wird.
Erfindungsgemäß ist eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die das Werkstück durch die Löseflüssigkeit bewegt. Die Löseflüssigkeit ist dabei gegebenenfalls im Wesentlichen unbewegt in einem Behältnis angeordnet. Hierbei kann eine besonders effiziente Entfernung von Hilfsmaterial dadurch erfolgen, dass das Werkstück entlang eines Bewegungspfads bewegt wird, der sich aus der Löseflüssigkeit hinaus und wieder in die Löseflüssigkeit hinein erstreckt. Dadurch wird das Werkstück öfters durch die Oberfläche der Löseflüssigkeit bewegt, womit eine gute Umspülung des Hilfsmaterials erfolgen kann.
Für eine besonders schonende Entfernung von Hilfsmaterial kann das Werkstück entlang eines Bewegungspfads bewegt werden, der zur Gänze innerhalb der Löseflüssigkeit verläuft, womit das Werkstück in diesem Fall nicht durch die Oberfläche der Löseflüssigkeit bewegt wird.
Bevorzugt wird das Werkstück um eine Drehachse gedreht. Alternativ kann jedoch eine beliebige Bewegung des Werkstücks erfolgen. Beispielsweise kann eine Geradführung, eine elliptische oder taumelnde Führung des Werkstücks vorgesehen sein.
Obwohl die Erfindung grundsätzlich nicht auf die Verwendung einer speziellen Löseflüssigkeit eingeschränkt ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Hilfsmaterial ein durch eine Lauge bzw. ein in einer Lauge lösliches Hilfsmaterial ist. Die Lauge, in der sich das Hilfsmaterial gelöst hat, kann nach der Bearbeitung des Werkstücks einfach ins Abwasser abgeleitet werden. Gegebenenfalls ist ein Tank vorgesehen, in dem die Lauge gespeichert ist, um sie in das Behältnis einzuleiten. Je nachdem, wieviel Hilfsmaterial bereits in der Lauge gelöst ist, kann die Lauge wieder zurück in den Tank geführt werden, um erneut zum Entfernen von Hilfsmaterial verwendet zu werden.
Einige Hilfsmaterialien lösen sich beispielsweise direkt in Wasser. Das gelöste Material kann mit der Löseflüssigkeit leicht vom Werkstück getrennt werden. Ein weiterer Waschschritt mit frischer Flüssigkeit kann das Ergebnis weiter verbessern.
Das Hilfsmaterial Polystyrol (PS) kann beispielsweise mit Limonene (Orangenöl) aufgelöst werden. Es gibt auch Hilfsmaterialien, welche mit Alkohol oder anderen Lösungsmitteln aufgelöst werden können. Bevorzugt werden unbedenkliche Löseflüssigkeiten wie beispielsweise Wasser, schwache Laugen oder Säuren bzw. schwach basische oder saure Lösungen, die gegebenenfalls in den Abfluss abgeleitet werden dürfen.
Beispielhaft können einige exemplarische Kombinationen von Hilfsmaterial mit einer geeigneten Löseflüssigkeit und Werkstückmaterial genannt werden:
Werkstückmaterial: ABS, ASA, SAN, PA, PET, PC, PLA, aber auch andere; Hilfsmaterial: laugenlösliche Thermoplaste von Carboxyl-Gruppen-haltigen Co- oder Terpolymeren auf Polyacrylat-Basis (Polycarbonsäuren) und/oder deren Mischungen
Werkstückmaterial: PLA, PET, aber auch andere;
Hilfsmaterial: Wasserlösliche Thermoplaste wie Polyvinylalkohol (PVOH oder PVA), Butendiol-Vinyl-Alkohol Copolymer (BVOH) oder Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)
Werkstückmaterial: Objet®-Materialien von Stratasys Hilfsmaterial: Zugehörige Stützmaterialien der SUP-Serie
Werkstückmaterial: Photopolymere (z.B. Modelmaterialien der Marke Keyence) Hilfsmaterial: Wasserlösliche Materialien (z.B. Stützmaterialien der Marke Keyence)
Bevorzugt werden Thermoplaste mit hoher Erweichungstemperatur mit einem Stützmaterial kombiniert, welches ebenfalls einen höheren Wärmestand aufweist. Dies trifft beispielsweise auf spezialisierte, laugenlösliche Thermoplaste auf Polyacrylat- Basis zu.
Es ist auch möglich organische (brennbare) Lösungsmittel zum Lösen des Stützmaterials zu verwenden. Hierzu sollte eine sorgfältige Absicherung gegen austretende Dämpfe vorgesehen sein. Auch ist darauf zu achten, dass keine elektrostatische Aufladung, kein Kurzschluss, oder keine starke Hitzebildung auftritt. Gegebenenfalls kann der Innenraum der Vorrichtung mit Inertgas gefüllt werden, um z.B. Explosionen zu verhindern. Ein Beispiel hier ist die Verwendung von Polystyrol als Stützmaterial in Verbindung mit z.B. ABS. Als Lösemittel wird häufig Limonen (Orangenöl) verwendet.
Für Hochleistungsthermoplaste wie Polyetherketone (PEEK) kann Polyethersulfon (PES), Polysulfon (PSU) oder Polyphenylsulfon (PPSU) als Stützmaterial verwendet werden. Denkbare Lösemittel sind hier Dichlormethan oder Tetrahydrofuran. Wegen der von organischen Lösemitteln ausgehenden Gesundheitsgefahr, sollten die Werkstücke unter adäquaten Bedingungen sorgfältig von absorbiertem Lösemittel befreit werden.
Die Mischungen von Stützmaterial und organischen Lösemitteln sind gegebenenfalls einer Sondermüll-Entsorgung zuzuführen. Wegen des hohen Aufwandes und Gefahr werden solche Varianten in aller Regel nicht bevorzugt.
Durch Turbulenzen im Lösemittel in der Vorrichtung kann es zur verstärkten Schaumbildung in der Vorrichtung kommen. Um die Schaumbildung zu reduzieren, können Entschäumer, Schaumbremser oder Schaumverhüttungsmitteln vor dem oder während des Lösevorgangs beigemischt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine Klemme oder eine ähnliche Vorrichtung umfasst, die dazu geeignet und/oder eingerichtet ist, ein Werkstück, insbesondere ein Werkstück mit beliebiger Form, festzuhalten. Bevorzugt wird das Werkstück derart an der Haltevorrichtung befestigt, dass die Haltevorrichtung nicht am Hilfsmaterial, sondern an einem freizulegenden Teil des Werkstücks angebracht ist.
In weiterer Folge werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Werkstück bzw. die Haltevorrichtung in einer ersten Phase des Betriebs entlang eines Bewegungspfads durch die Löseflüssigkeit bewegt wird und in einer zweiten Phase in die entgegengesetzte Richtung entlang des Bewegungspfads bewegt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Drehantrieb nach einer gewissen Dauer oder einer gewissen Anzahl an Umdrehungen die Drehrichtung umkehrt. Die Umkehrung der Bewegungsrichtung entlang des Bewegungspfads kann zur Verbesserung der Effizienz des Verfahrens und der Vorrichtung mehrmals erfolgen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Drehachse des Drehantriebs im Wesentlichen horizontal verläuft. Auch die Rotationsachse der Trommel kann bevorzugt horizontal verlaufen. Insbesondere können die Rotationsachse der Trommel und die Drehachse des Drehantriebs koaxial angeordnet sein.
Alternativ kann die Drehachse der Bewegungsvorrichtung, insbesondere die Drehachse des Drehantriebs auch horizontal oder in eine andere beliebige Richtung verlaufen.
Die Türe zum Einbringen oder Herausnehmen der Werkstücke ist vorzugsweise im Bereich der Stirnseite der Trommel vorgesehen. Alternativ kann die Türe im Bereich des Mantels der Trommel vorgesehen sein. Die Öffnung der Trommel und/oder des Behältnisses kann auch von oben erfolgen, insbesondere wenn die Drehachse gekippt ist oder vertikal gewählt wurde.
Die Trommel kann öffenbar ausgebildet sein oder sie weist so große Trommelöffnungen auf, dass die Werkstücke durch diese Öffnungen in die Trommel eingebracht werden können.
Bevorzugt ist die Löseflüssigkeit im Wesentlichen unbewegt in dem Behältnis angeordnet, und das Werkstück bzw. dessen Haltevorrichtung wird durch die Löseflüssigkeit bewegt. Durch das Betätigen der Bewegungsvorrichtung, insbesondere durch die Bewegung der Haltevorrichtung und/oder des Werkstücks kann die Löseflüssigkeit dennoch in Bewegung versetzt werden. Bevorzugt soll eine Relativbewegung des Werkstücks gegenüber der Löseflüssigkeit erzeugt werden.
Hierzu wird das Werkstück durch die Löseflüssigkeit bewegt. Wird die Löseflüssigkeit durch die Bewegung der Haltevorrichtung oder des Werkstücks selbst in Bewegung versetzt, so kann die Bewegungsrichtung des Werkstücks umgekehrt werden, um wieder eine ausreichende Relativbewegung herzustellen. Durch diese Vorgehensweise kann die Bildung von Turbulenzen am Werkstück verbessert werden, um den Lösevorgang zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Strömungselement vorgesehen sein, das die Strömung der Löseflüssigkeit derart beeinflusst, dass es zu einer ausreichenden Relativbewegung des Werkstücks gegenüber der Löseflüssigkeit kommt. Beispielsweise kann ein Strömungselement die Bewegung der Löseflüssigkeit bremsen oder einschränken. Das Zusammenspiel von Schwerkraft, Zentrifugalkraft und gegebenenfalls einem als Stromstörer winkenden Strömungselement, welches eine sich aufbauende Strömung ablenken und in Turbulenz versetzen kann, unterstützt den Lösevorgang.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Effizienz der Vorrichtung und des Verfahrens dadurch verbessert wird, dass die Löseflüssigkeit durch das Werkstück und/oder die Haltevorrichtung und/oder die Bewegungsvorrichtung mitgezogen wird, um in einem anderen Bereich, gegebenenfalls auf ein anderes Werkstück, abzutropfen.
Gegebenenfalls kann vorgesehen werden, dass Strömungselemente als Schöpfaufbauten im Behälter wirken, welche während der Drehung des Behälters die Flüssigkeit mitnehmen und anschließend von oben auf die Werkstücke beregnen.
Gegebenenfalls können kleine frei schwimmende Gegenstände mit rauen Oberflächen wie Bürsten oder Schwämme dem Behälter zugegeben werden. Diese reiben während des Lösevorgangs am Hilfsmaterial und dienen somit der mechanischen Unterstützung des Lösevorganges. Weiterhin entfernen diese Gegenstände mögliche Ablagerungen am Behälter oder am Werkstück. Faser- oder Schwamm-artige Gebilde, die gegebenenfalls im Behältnis angebracht sind, können kleine Partikel aus der Waschlösung binden oder filtern, bevor diese Partikeln die Oberflächen von Werkstücken oder Maschinenteilen kontaminieren.
Die Intensität von lokalen Turbulenzen kann in einfacherWeise über die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks eingestellt werden. So kann die Vorrichtung eine passende Turbulenz einstellen, um eine hohe Lösekraft zu erreichen ohne dabei das Werkstück zu beschädigen. Durch geeignet angebrachte Sichtfenster kann der Lösevorgang von außen fortwährend beobachtet werden, um Informationen über den Lösefortschritt zu gewinnen. Aus- und Eintauchen des Werkstückes in die Flüssigkeit ist hier besonders in Fällen von sich eintrübenden Lösebädern von Vorteil. Hier können auch Kameras, gegebenenfalls mit drehzahl- bzw. winkelgesteuerter Bildaufnahme, eingesetzt werden. Es wird gegebenenfalls jeweils an gleicher Winkelposition eine Aufnahme erzeugt, welche im Zeitraffer den Lösefortschritt anschaulich darstellt.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Löseflüssigkeit zwar grundsätzlich ruhend in dem Behältnis angeordnet ist, aber durch die Bewegungsvorrichtung, insbesondere durch die Haltevorrichtung und/oder das Werkstück verwirbelt bzw. bewegt wird.
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens eine horizontal oder mindestens eine vertikal angeordnete Welle aufweist. An der mindestens einen Welle kann die Trommel angeordnet sein. Die mindestens eine Welle kann sich beidseitig von der Trommel in Richtung des Gehäuses der Vorrichtung erstrecken. Gegebenenfalls kann die Trommel beidseitig über die mindestens eine Welle mit dem Gehäuse verbunden sein.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Bewegungsvorrichtung, insbesondere der Drehantrieb, eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung, auf die Welle überträgt und dadurch insbesondere die Trommel in Bewegung, insbesondere in eine Drehung, gesetzt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einer vertikalen Welle eine Welle oder ein Teil einer Welle verstanden werden, welche, insbesondere im Wesentlichen, senkrecht zum Boden angeordnet ist, auf welchem die Vorrichtung steht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einer horizontalen Welle eine Welle oder ein Teil einer Welle verstanden werden, welche, insbesondere im Wesentlichen, waagrecht zum Boden angeordnet ist, auf welchem die Vorrichtung steht. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung eine Bremsvorrichtung aufweisen, wobei die Bremsvorrichtung zur Abbremsung der Bewegung, insbesondere der Drehung, der Trommel eingerichtet ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung, insbesondere das Behältnis und/oder die Trommel, zwei öffenbare und schließbare Türen zum Einbringen oder Herausnehmen der Werkstücke aufweist. Gegebenenfalls können die beiden Türen gegenüberliegend an der Vorrichtung, insbesondere an dem Behältnis und/oder an der Trommel, angeordnet sein. Insbesondere können durch beide Türen Werkstücke in die Vorrichtung, insbesondere das Behältnis und/oder die Trommel, eingebracht werden. Gegebenenfalls kann die Türe, insbesondere die beiden Türen, im Bereich der Mantelfläche oder Längsseite des Behältnisses und/oder der Trommel vorgesehen sein. Es kann also gegebenenfalls möglich sein die Vorrichtung, insbesondere das Behältnis und/oder die Trommel, von beiden Seiten zu beladen und entladen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Türe eine Verriegelungsvorrichtung aufweist, sodass die Türe bei einer Bewegung des Behältnisses und/oder der Trommel verschlossen und/oder verriegelt ist.
Die Türe kann eine Breite im Bereich zwischen 10 cm bis einschließlich 100 cm, insbesondere im Bereich zwischen 70 cm bis einschließlich 80 cm, aufweisen. Die Breite und Höhe der Türe kann, insbesondere die Größe, bevorzugt des Durchmessers, der Trommel betragen. Die Breite und Höhe der Türe kann größer als der Durchmesser der Trommel sein. Die Breite und Höhe der Türe kann gegebenenfalls mindestens die Hälfte der Größe, insbesondere des Durchmessers, der Trommel betragen. Die Breite und Höhe der Türe kann gegebenenfalls auch größer als die Hälfte der Größe, insbesondere als der Durchmesser, der Trommel sein.
Die Türe kann eine Höhe im Bereich zwischen 10 cm bis einschließlich 100 cm, insbesondere im Bereich zwischen 30 cm bis einschließlich 40 cm, aufweisen.
Die Türe kann als Schiebetür, Anschlagtür und/oder Klapptür ausgebildet sein. Die Trommeln können als Trommel mit Y-Kammer, insbesondere als Trommel mit 3 Kammern, oder als Pullmann-Trommel, insbesondere als Trommel mit 2 Kammern, ausgebildet sein.
Insbesondere kann die Vorrichtung, das Gehäuse der Vorrichtung, das Behältnis und/oder die Trommel aus Edelstahl bestehen oder Edelstahl umfassen.
Gegebenenfalls ist eine Steuerungseinrichtung mit einer Bedienschnittstelle vorgesehen, die dem Benutzer die Bedienung der Vorrichtung ermöglicht und/oder erlaubt. Insbesondere kann durch die Steuerungseinrichtung die Bewegungsvorrichtung, die Zuführung der Löseflüssigkeit, insbesondere die Zuführung der, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, bevorzugt des Wassers und/oder des Solvens, bevorzugt des Lösepulvers, und/oder das mindestens eine Ventil gesteuert und/oder geregelt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass für die Dosierung des Solvens, insbesondere des Lösepulvers, eine Dosiervorrichtung vorgesehen ist. Diese Dosiervorrichtung kann über die Steuerungseinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden. Diese Dosiervorrichtung kann zur Eindosierung des Solvens eingerichtet sein. Die Dosiervorrichtung kann beispielsweise als Schlauchquetschpumpe ausgebildet sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass über den Füllstandsensor der Vorrichtung die Konzentration der Löseflüssigkeit, insbesondere das Verhältnis von Solvens, bevorzugt von Lösepulver, zur, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, insbesondere zum Wasser, in der Vorrichtung, insbesondere im Behältnis und/oder der Trommel, gesteuert und/oder geregelt wird.
Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet sein, über den Füllstandsensor den Füllstand der Löseflüssigkeit und/oder die Konzentration der Löseflüssigkeit einzustellen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass über die Steuerungseinrichtung und/oder den Füllstandsensor ein vorab bestimmter Füllstand in der Vorrichtung, insbesondere im Behältnis und/oder der Trommel, einstellbar ist. Dadurch ist es gegebenenfalls möglich, dass die in der Vorrichtung angeordneten Werkstücke, insbesondere bei der Bewegung der Trommel, durch die Löseflüssigkeit bewegt und/oder in die Löseflüssigkeit, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, getaucht werden. Insbesondere können dadurch die Werkstücke, insbesondere bei der Bewegung der Trommel, in die Löseflüssigkeit, im Wesentlichen vollständig, eingetaucht werden.
Insbesondere kann die Vorrichtung und/oder die Bewegungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Trommel für eine Zeitdauer im Bereich von 5 Minuten bis einschließlich 3000 Minuten, insbesondere im Bereich von 15 Minuten bis einschließlich 600 Minuten, gegebenenfalls von mehr als 90 Minuten, bevorzugt unterbrechungsfrei, zu bewegen und/oder zu drehen. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Vorrichtung und/oder die Bewegungsvorrichtung derart ausgestaltet sind, dass eine Bewegung und/oder Drehung der Trommel für eine Zeitdauer im Bereich von 5 Minuten bis einschließlich 3000 Minuten, insbesondere im Bereich von 15 Minuten bis einschließlich 600 Minuten, gegebenenfalls von mehr als 90 Minuten, bevorzugt unterbrechungsfrei, möglich ist. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung und/oder die Bewegungsvorrichtung dazu eingerichtet sind, die Trommel mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl und/oder mit einer, insbesondere konstanten, Umlaufgeschwindigkeit, insbesondere im Bereich von 0,1 Meter pro Sekunde bis 10 Meter pro Sekunde, bevorzugt 0,5 Meter pro Sekunde bis 5 Meter pro Sekunde, für die oben angeführten Zeitdauern zu drehen.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung und/oder die Bewegungsvorrichtung eine Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung die Bewegungsvorrichtung kühlt. Durch die Kühlung der Bewegungsvorrichtung ist es gegebenenfalls möglich, dass die Bewegungsvorrichtung die Trommel unterbrechungsfrei dreht und/oder bewegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter unterbrechungsfrei verstanden werden, dass die Trommel mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl und/oder stillstandsfrei gedreht und/oder bewegt wird. Um den Lösevorgang zu beschleunigen, kann die Drehrichtung der Trommel in vorab festgelegten zeitlichen Abständen umgekehrt werden. Die Häufigkeit dieser Umkehrung der Drehrichtung der Trommel kann durch die Steuerungseinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D- gedruckter Werkstücke, insbesondere zum Entfernen von löslichem Stützmaterial, bevorzugt in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend, insbesondere weitere, folgende Schritte.
Gegebenenfalls Einbringen einer, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis. Gegebenenfalls Messen und/oder Regelung der Menge der, insbesondere eingebrachten, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit mittels eines Sensors, insbesondere des Füllstandsensors.
Gegebenenfalls Einbringen eines Solvens, insbesondere eines Lösepulvers, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis.
Gegebenenfalls Messen und/oder Regelung der Menge des, insbesondere eingebrachten, Solvens mittels eines Sensors, insbesondere des Füllstandsensors, und/oder der Dosiervorrichtung.
Gegebenenfalls kann, insbesondere mit dem Verfahren, die Konzentration der Löseflüssigkeit, insbesondere das Verhältnis des Solvens, bevorzugt des Lösepulvers, zur, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in der Vorrichtung, insbesondere im Behältnis und/oder der Trommel, einstellbar sein.
Die Konzentration der Löseflüssigkeit kann im Bereich von 0,4 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, bis einschließlich 100 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, liegen. Gegebenenfalls können ersatzweise für Lösungspulver auch flüssige Solvenzen oder Detergenzien bevorzugt alkalische im Gemisch oder als Reinsubstanz, insbesondere zum Beispiel Aminoethanol, verwendet werden. Die Konzentration der Löseflüssigkeit kann im Bereich von 10 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, bis einschließlich 34 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, liegen. Die Konzentration der Löseflüssigkeit kann im Bereich von 5 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, bis einschließlich 50 Gramm Lösungspulver pro Liter, gegebenenfalls solvensfreier, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, liegen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter Konzentration der Löseflüssigkeit das Verhältnis zwischen dem Solvens und der, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verstanden werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D- gedruckter Werkstücke, insbesondere zum Entfernen von löslichem Stützmaterial, bevorzugt in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend, insbesondere weitere, folgende Schritte.
Gegebenenfalls Bestimmen mindestens einer Abmessung des gedruckten Werkstücks mittels einer Abmessvorrichtung.
Gegebenenfalls Einbringen des gedruckten Werkstücks in die Vorrichtung, insbesondere in die Trommel.
Gegebenenfalls Einbringen einer Löseflüssigkeit, insbesondere einer, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit und/oder eines Solvens, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis.
Gegebenenfalls Messen und/oder Regelung der Menge der, insbesondere eingebrachten, Löseflüssigkeit mittels eines Sensors, insbesondere des Füllstandsensors, auf Basis der bestimmten Abmessung des Werkstücks. Gegebenenfalls ist das gedruckte Werkstück, insbesondere zumindest temporär, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, von der Löseflüssigkeit bedeckt.
Gegebenenfalls kann der Füllstand in der Vorrichtung, insbesondere in dem Behältnis und/oder der Trommel, mittels der Steuerungseinrichtung und/oder der Abmessvorrichtung derart eingestellt werden, dass die gedruckten Werkstücke, insbesondere bei der Bewegung der Trommel, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, in die Löseflüssigkeit eingetaucht sind. Die Trommel der Vorrichtung kann ein Volumen von 1 Liter bis einschließlich 10000 Liter, bevorzugt ein Volumen von 10 Liter bis einschließlich 2000 Liter, insbesondere 20 Liter bis 1800 Liter, aufweisen. Insbesondere kann die Trommel der Vorrichtung ein Volumen von 30 Liter, 40 Liter, 50 Liter, 60 Liter, 70 Liter, 80 Liter, 90 Liter, 100 Liter, 110 Liter, 120 Liter, 600 Liter, 700 Liter, 800 Liter, 900 Liter, 1000 Liter, 1100 Liter, 1200 Liter, 1300 Liter, 1400 Liter, 1500 Liter, 1600 Liter, 1700 Liter, 1800 Liter und/oder 1900 Liter, aufweisen.
Um eine Unwucht der Trommel bei der Drehung minimieren zu können, ist es gegebenenfalls vorteilhaft, die Trommel gleichmäßig zu beladen.
Die maximale Beladung kann sich im Wesentlichen nach der Geometrie der Werkstücke, der Struktur der Werkstücke und Anteil der Stützen, sowie nach Geometrie der Trommel richten. Die Menge an erforderlichem Lösungsmittel, welche zum Auflösen des Stützmaterials benötigt wird, kann gegebenenfalls aus dem Maschinenprogramm des additiven Fertigungsvorgangs des Werkstücks, insbesondere zum Beispiel GCODE, ermittelt werden. Insbesondere kann die Menge an erforderlichem Lösungsmittel an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden, welche diese gegebenenfalls einstellt. Gegebenenfalls leitet sich daraus ab, dass sich aus unterschiedlichen Geometrien der Stützstrukturen und der Modelle sowie unterschiedlichen Stützmaterialien eine breite Auswahl an möglichen Lösungsmittelkonzentrationen und Füllmengen ergeben.
Der Durchmesser der Trommel kann 10 cm bis einschließlich 200 cm, insbesondere 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 100 cm, 110 cm, 120 cm, 130 cm, 140 cm und/oder 150 cm, betragen.
Das Verhältnis zwischen dem Trommeldurchmesser und der Trommellänge kann gegebenenfalls im Bereich von 1 :5 bis einschließlich 10:1 liegen (Durchmesser :
Länge). Bevorzugt kann das Verhältnis zwischen dem Trommeldurchmesser und der Trommellänge im Bereich von 1 :3 bis einschließlich 5:1 betragen (Durchmesser : Länge). Besonders bevorzugt kann das Verhältnis zwischen dem Trommeldurchmesser und der Trommellänge im Bereich zwischen 1 :2 bis einschließlich 3:1 betragen (Durchmesser : Länge).
Die Umlaufgeschwindigkeit der Trommel kann während des Lösevorgangs im Bereich von 0,1 Meter pro Sekunde bis einschließlich 10 Meter pro Sekunde, insbesondere 0,5 Meter pro Sekunde bis einschließlich 5 Meter pro Sekunde, bevorzugt 1 Meter pro Sekunde bis einschließlich 3 Meter pro Sekunde, betragen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter Umlaufgeschwindigkeit der Trommel die tangentiale Geschwindigkeit am Rand, insbesondere an der Mantelfläche, der Trommel verstanden werden. Gegebenenfalls entspricht diese Umlaufgeschwindigkeit der Geschwindigkeit, mit welcher das Werkstück durch die Flüssigkeit bewegt wird.
Die Heizvorrichtung kann als Dampfheizvorrichtung und/oder als elektrische Heizvorrichtung ausgebildet sein.
Bevorzugt ist die Heizvorrichtung, insbesondere von der Steuerungseinrichtung, gesteuert und/oder geregelt, um eine bestimmte Temperatur oder ein Temperaturprofil bei dem Lösevorgang einzustellen.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke, insbesondere zum Entfernen von in einer Löseflüssigkeit löslichem Stützmaterial, umfassend ein Behältnis, das zum Entfernen des Hilfsmaterials zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Löseflüssigkeit zum Lösen des Hilfsmaterials geeignet und/oder eingerichtet ist, und umfassend mindestens eine Haltevorrichtung zur Befestigung eines Werkstücks, wobei eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen ist, die die Haltevorrichtung, und insbesondere das an der Haltevorrichtung angebrachte Werkstück, zum Entfernen des Hilfsmaterials durch die Löseflüssigkeit bewegt.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke. Gegebenenfalls sind weitere Vorrichtungen, wie insbesondere Register, Schächte, Schubladen und/oder Regalböden, in der Trommel angeordnet, welche dazu eingerichtet sind, die Werkstücke in der Trommel, insbesondere auf unterschiedlichen Ebenen zu beladen, zu verteilen und/oder zu fixieren.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht von Komponenten einer ersten Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schrägansicht von Komponenten einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schrägansicht von Komponenten einer dritten Ausführungsform.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Komponenten: Werkstück 1 , Behältnis 2, Löseflüssigkeit 3, Haltevorrichtung 4, Bewegungsvorrichtung 5, Drehachse 6, Drehantrieb 7, Trommel 8, Trommelöffnung 9, Flüssigkeitsöffnung 10, Ventil 11 , Heizvorrichtung 12, Türe 13, Strömungselement 14.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke 1. Die Vorrichtung umfasst ein Behältnis 2. Dieses Behältnis 2 ist über eine Türe 13 verschließbar. Innerhalb des Behältnisses 2 ist eine Löseflüssigkeit 3 angeordnet. Diese Löseflüssigkeit 3 ist insbesondere während des Betriebs der Vorrichtung im Behältnis 2 angeordnet. Zum Einbringen und Herausnehmen der Werkstücke 1 kann die Löseflüssigkeit 3 aus dem Behältnis 2 entfernt werden. Hierzu ist insbesondere mindestens eine Flüssigkeitsöffnung 10 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Flüssigkeitsöffnungen 10 vorgesehen. Eine Flüssigkeitsöffnung 10 ist zum Zuleiten der Löseflüssigkeit 3 eingerichtet. Die andere Flüssigkeitsöffnung 10 ist zum Ableiten der Löseflüssigkeit 3 eingerichtet.
Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung wird in einem ersten Schritt das Werkstück 1 an eine Haltevorrichtung 4 angebracht. Anschließend wird das Behältnis 2 durch Betätigen der Türe 13 geschlossen. In weiterer Folge wird die Löseflüssigkeit 3 in das Behältnis 2 eingeleitet. In der vorliegenden Ausführungsform kann dies beispielsweise über die obere Flüssigkeitsöffnung 10 geschehen.
Die Löseflüssigkeit 3 ist dazu geeignet und/oder eingerichtet, Hilfsmaterial der 3D gedruckten Werkstücke 1 zu lösen, sodass nach dem Betrieb der Vorrichtung nur noch die Werkstücke 1 ohne Hilfsmaterial aus der Vorrichtung entnommen werden können.
Gegebenenfalls ist das Hilfsmaterial ein Stützmaterial, das bei der Herstellung der Werkstücke 1 durch 3D-Druck mitgedruckt wird. Dieses Stützmaterial ist bevorzugt aus einem anderen Material als jener Teil des Werkstücks 1 , von dem das Hilfsmaterial entfernt werden soll. Bevorzugt ist die Löseflüssigkeit 3 so gewählt, dass das Hilfsmaterial in der Löseflüssigkeit 3 löslich ist und in dieser aufgelöst werden kann. Zusätzlich kann ein Lösen des Hilfsmaterials auch durch ein mechanisches Lösen vom eigentlichen Werkstück 1 erfolgen.
Zur Verbesserung der Wirkung der Vorrichtung ist bevorzugt eine Bewegungsvorrichtung 5 vorgesehen. Die Bewegungsvorrichtung 5 ist dazu eingerichtet, die Haltevorrichtung 4 und das an der Haltevorrichtung 4 gehaltene Werkstück 1 durch die Löseflüssigkeit 3 zu bewegen. Die Löseflüssigkeit 3 ist dabei bevorzugt im Wesentlichen ruhend in dem Behältnis 2 angeordnet. Durch das Bewegen der Werkstücke 1 durch die Löseflüssigkeit 3 kann die Wirkung der Löseflüssigkeit 3 auf das Hilfsmaterial verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Bewegungsvorrichtung 5 eine Trommel 8. Die Trommel 8 kann über einen Drehantrieb 7 um eine Drehachse 6 gedreht werden. An der Trommel 8, insbesondere am Mantel der Trommel 8 oder an der Innenseite des Mantels der Trommel 8 ist mindestens eine Haltevorrichtung 4 vorgesehen. Die Haltevorrichtung 4 bzw. das daran angebrachte Werkstück 1 weist einen Normalabstand zur Drehachse 6 auf. Durch Betätigen des Drehantriebs 7 wird das Werkstück 1 entlang eines vorbestimmten Bewegungspfads durch die Löseflüssigkeit 3 bewegt, wobei der Bewegungspfad in diesem Fall kreisförmig ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Trommel 8 flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet. Insbesondere weist die Trommel 8 eine Vielzahl an Trommelöffnungen 9 auf. Gegebenenfalls kann die Trommel 8 aus einem durchgehenden Material gebildet werden, das bei der Fertigung mit mehreren Trommelöffnungen 9 versehen wird. Ebenso kann die Trommel 8 ein gitterförmiges Gebilde wie beispielsweise eine käfigförmige Trommel 8 sein. Jedenfalls ist bei der vorliegenden Ausführungsform an der Trommel 8 mindestens eine Haltevorrichtung 4 vorgesehen. Bevorzugt sind mehrere Haltevorrichtungen 4 an der Trommel 8 angeordnet. Die Trommel 8 ist im Behältnis 2 angeordnet. Wird nun das Behältnis 2 zumindest teilweise mit der Löseflüssigkeit 3 befüllt, so dringt die Löseflüssigkeit 3 durch die Trommelöffnungen 9 in die Trommel 8 ein. Dadurch ist auch die Trommel 8 zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit 3 gefüllt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Betriebsmodus aufweist, in dem das Behältnis 2 und/oder die Trommel 8 zur Gänze mit der Löseflüssigkeit 3 befüllt ist. In diesem Fall verläuft der Bewegungspfad, entlang welchem die Werkstücke 1 bewegt werden, zur Gänze innerhalb der Löseflüssigkeit 3. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Trommel 8 nur teilweise mit einer Löseflüssigkeit 3 gefüllt, womit sich der Bewegungspfad in die Löseflüssigkeit 3 hinein und aus der Löseflüssigkeit 3 hinaus erstreckt. Wird ein Werkstück 1 nun durch Betätigung des Drehantriebs 7 bewegt, so wird das Werkstück 1 durch die Löseflüssigkeit 3 gezogen, tritt an einer gewissen Stelle aus der Löseflüssigkeit 3 aus und an einer anderen Stelle wieder in die Löseflüssigkeit 3 ein. Durch dieses Ein- und Austreten aus und in die Löseflüssigkeit 3 kann die Effizienz des Verfahrens zum Lösen des Hilfsmaterials verbessert werden. Bei fragilen Werkstücken 1 kann das Eintauchen in die Löseflüssigkeit 3 zu einer Beschädigung führen. Besonders in diesem Fall kann das Behältnis 2 bzw. die Trommel 8 weiter mit Löseflüssigkeit 3 gefüllt werden, um ein Verlassen des Werkstücks 1 aus der Löseflüssigkeit 3 zu verhindern.
Die Vorrichtung umfasst eine Heizvorrichtung 12. Die Heizvorrichtung 12 ist dazu eingerichtet, die Löseflüssigkeit 3 zu erwärmen. Insbesondere wird die Löseflüssigkeit 3 auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Lösewirkung des Hilfsmaterials verbessert ist. Die Heizvorrichtung 12 wirkt bevorzugt auf die im Behältnis 2 befindliche Löseflüssigkeit 3. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 12 innerhalb des Behältnisses 2 angeordnet. Grundsätzlich kann die Heizvorrichtung 12 jedoch auch in einer Bypass-Leitung vorgesehen sein, durch die die Löseflüssigkeit 3 gepumpt wird, um wieder in das Behältnis 2 zu gelangen.
Alternativ oder zusätzlich können Heizmatten an der Außenseite des Behältnisses 2 angebracht werden, die das Behältnis 2 samt Löseflüssigkeit 3 aufheizen. Die Heizvorrichtung 12 kann auch in der unteren Hälfte des Behältnisses 2 angebracht werden um so die möglichst effiziente Umspülung der Heizelemente durch die Löseflüssigkeit zu erreichen.
Zur Steuerung des Einleitens und Ausleitens der Löseflüssigkeit 3 durch die Flüssigkeitsöffnungen 10 ist zumindest ein Ventil 11 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ventil 11 zur Steuerung des Einlasses der Löseflüssigkeit 3 und ein weiteres Ventil 11 zur Steuerung der Ableitung der Löseflüssigkeit 3 aus dem Behältnis 2 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die mit Bezugszeichen versehenen Komponenten entsprechen den Komponenten aus Fig. 1. Jedoch ist im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 die Trommel 8 der Fig. 2 flüssigkeitsdicht ausgebildet. Zudem bildet die Trommel 8 das Behältnis 2. In der Trommel 8 sind mehrere Haltevorrichtungen 4 vorgesehen, an denen je ein Werkstück 1 angebracht werden kann. Wird nun der Drehantrieb 7 betätigt, so wird die Trommel 8 um die Drehachse 6 gedreht. Dadurch wird im vorliegenden Fall auch das Behältnis 2 gedreht.
Die Flüssigkeitsöffnung 10 der Vorrichtung wird dabei mitgedreht. In gewissen Stellungen, insbesondere wenn die Flüssigkeitsöffnung 10 nach unten weist, kann ein Ventil 11 betätigt werden, um die Löseflüssigkeit 3 aus der Trommel 8 bzw. aus dem Behältnis 2 abzuleiten. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zuführung der Löseflüssigkeit 3 dadurch erfolgt, dass die Flüssigkeitsöffnung 10 nach oben weisend angeordnet wird, und das Ventil 11 geöffnet wird. Das Behältnis 2, und dadurch auch die Trommel 8, sind in diesem Fall durch eine Türe 13 verschließbar. Die Bewegungsvorrichtung 5 umfasst die als Behältnis 2 ausgebildete Trommel 8 und den Drehantrieb 7. Öffnungen oder Türen 13 sollten zuverlässig abgedichtet werden, um einen Flüssigkeitsaustritt nach außen zu vermeiden.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist bevorzugt ein nicht dargestelltes Gehäuse vorgesehen, in dem die dargestellten Komponenten angeordnet sind. Die Türe 13 ist hierbei bevorzugt von außen zugänglich.
Bevorzugt ist eine Steuerungseinrichtung mit einer Bedienschnittstelle vorgesehen, die dem Benutzer die Bedienung der Vorrichtung erlaubt und die die Steuerung des Drehantriebs 7 und des mindestens einen Ventils 11 ermöglicht.
Gegebenenfalls ist ein nicht dargestellter Tank zur Aufnahme der Löseflüssigkeit 3 vorgesehen, in den die Löseflüssigkeit 3 abgeleitet werden kann, wenn das Werkstück 1 entnommen werden soll. Gegebenenfalls kann die Löseflüssigkeit 3 aber auch direkt in den Abfluss geleitet werden.
Fig. 3 zeigt eine vereinfacht aufgebaute Ausführungsform, die aber dennoch die Grundidee der Erfindung verwirklicht. In einem Behältnis 2, das nach oben geöffnet ist, ist eine Löseflüssigkeit 3 angeordnet. In dem Behältnis 2 ist auch eine Flaltevorrichtung 4 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, ein Werkstück 1 zu halten. Zudem ist bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 eine Bewegungsvorrichtung 5 vorgesehen, die einen Drehantrieb 7 umfasst, der einen Arm um eine Drehachse 6 dreht. Im äußeren Bereich des Arms ist die Flaltevorrichtung 4 vorgesehen. Durch Betätigung des Drehantriebs 7 wird der Arm um die Drehachse 6 gedreht, und die Haltevorrichtung 4 bzw. das an der Haltevorrichtung 4 angeordnete Werkstück 1 wird durch die Löseflüssigkeit 3 bewegt.
Um zu verhindern, dass sich die Löseflüssigkeit 3 durch die Drehung der Bewegungsvorrichtung 5 mitbewegt, kann mindestens ein Strömungselement 14 vorgesehen sein. Diese ragen im vorliegenden Fall quer zur Bewegungsrichtung bzw. quer zum Bewegungspfad des Werkstücks 1 in die Löseflüssigkeit 3. Ähnliche Strömungselemente 14 können auch beispielsweise bei dem Behältnis 2 der Fig. 1 vorgesehen sein. Bei allen Ausführungsformen, insbesondere bei der Ausführungsform der Fig. 3 kann die Bewegungsrichtung des Werkstücks 1 nach einer bestimmten Bewegung umgekehrt werden, um die Relativbewegung des Werkstücks 1 gegenüber der Löseflüssigkeit 3 zu verbessern.
Ein Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke 1 , insbesondere zum Entfernen von löslichem Stützmaterial, kann gegebenenfalls wie folgt ablaufen:
Das Werkstück 1 wird in der Regel auf einem 3D-Drucker, beispielsweise auf einem industriellen 3D-Drucker nach dem FFF-Verfahren aus einem ABS-Kunststoff gedruckt.
Damit Hinterschneidungen und/oder Überhänge des Werkstücks 1 gedruckt werden können, wird ein Hilfsmaterial und insbesondere ein Stützmaterial verwendet. Beispielsweise wird ein 3D-Drucker mit zwei Drückköpfen eingesetzt - so kann der Drucker neben ABS auch ein Stützmaterial drucken. Als Stützmaterial kann beispielsweise ein laugenlösliches Thermoplast auf Polyacrylat-Basis (Co- oder Terpolymere Polysäuren) eingesetzt werden.
Das fertig gedruckte Werkstück 1 hat beispielsweise Abmessungen von 100 x 100 x 100 mm und besteht aus 150 gABS und 80 g löslichen Stützmaterial.
Im nächsten Schritt wird das gedruckte Werkstück 1 vom Stützmaterial befreit. Dafür wird insbesondere die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt.
Der Behälter 2 bzw. die Trommel 8 einer exemplarischen Ausführungsform hat einen Durchmesser von 200-800mm, insbesondere von ca. 500 mm oder 480 mm. Die Tiefe beträgt beispielsweise 100-500mm, insbesondere ca. 350 mm oder 300 mm. Die Komponenten sind aus einem Material gefertigt, das insbesondere auch bei höherer Temperatur beständig gegenüber der Löseflüssigkeit ist. Der Behälter 2 kann beispielsweise aus laugen- und temperaturbeständigem Polypropylen hergestellt sein. Die Trommel 8 kann beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein. In einem nächsten Schritt wird das Werkstück innerhalb des Behälters 2 bzw. innerhalb der Trommel 8 angebracht. Hierzu wird eine Haltevorrichtung 4 eingesetzt. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung 4 elastische Bänder mit Haken umfassen. Diese Bänder können an der Innenseite der Trommel 8 fixiert werden, wodurch das Werkstück 1 an die Innenseite der Trommel 8 gespannt wird. Diese Fixierung ist bevorzugt sowohl temperatur- als auch laugenbeständig.
Im nächsten Schritt oder vorab kann die Löseflüssigkeit 3 hergestellt werden. Hierzu werden z.B. 80 g Lösepulver auf Natriumcarbonat-Basis zu 20 Liter Wasser unter Raumtemperatur gemischt. Diese Mischung weist einen pH-Wert von etwa 10 auf.
Anschließend wird die Löseflüssigkeit 3 durch die Flüssigkeitsöffnung 10 in den Behälter 2 eingefüllt. Die Löseflüssigkeit 3 ist dazu eingerichtet, das Stützmaterial unter bestimmten Bedingungen (Temperatur und Agitation) in der Vorrichtung aufzulösen. Die Dichtungen in der Tür 13 verhindern, dass die Löseflüssigkeit 3 nach außen ausstritt.
Anschließend oder davor wird die Heizvorrichtung 12, beispielsweise mit einer maximalen Heizleistung von 2000 W, aktiviert und die Trommel 8 und/oder die Haltevorrichtung 4 werden in Bewegung versetzt. Die Bewegung wird beispielsweise mittels eines 300 Watt Universalantriebs und einer mechanischen Riemenübersetzung von 1 :17 erzielt.
Die Bewegung und/oder die Heizleistung werden bevorzugt in allen Ausführungsformen durch eine geeignete mikrocontrollerprogrammierte automatisierte Steuerung samt Bedienoberfläche gesteuert und/oder geregelt.
Nach etwa zwei Stunden, je nach Umgebungs- und Wassertemperatur, erreicht die Löseflüssigkeit die Betriebstemperatur. Die Betriebstemperatur soll so eingestellt werden, dass sich das Werkstückmaterial (z.B. ABS) nicht thermisch verformt, aber gleichzeitig hoch genug ist, die Löseleistung zu beschleunigen. Für das verwendete Werkstückmaterial ABS kann beispielsweise eine Betriebstemperatur von 75 °C gewählt werden. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel 8 bzw. der Haltevorrichtung 4 lässt sich mit der Steuerung einstellen. Für die meisten Werkstücke 1 mit Wanddicken größer als 2 mm hat sich ein guter Richtwert von 50 U/min als vorteilhaft erwiesen.
Während des Lösevorgangs kehrt die Vorrichtung die Bewegungsrichtung der Haltevorrichtung 4 gegebenenfalls öfters um, beispielsweise alle 2 Minuten. Dieses Vorgehen ermöglicht eine intensive Umspülung des Werkstücks 1 mit der Löseflüssigkeit 3 an jeder Stelle über den gesamten Lösezyklus.
Das Werkstück 1 kann während seiner Bewegung nach unten in die Löseflüssigkeit 3 eintauchen und nach oben wieder auftauchen. Dies führt zu einer sehr intensiven Erneuerung der Löseflüssigkeit an allen Oberflächen des Werkstücks, was die Lösegeschwindigkeit massiv erhöht.
Nach etwa sechs Stunden ist der Lösevorgang abgeschlossen, und das Werkstück ist vom Hilfsmaterial befreit. Das Hilfsmaterial ist nun in der Löseflüssigkeit 3 aufgelöst, während das Werkstück 1 noch an der Haltevorrichtung 4 angebracht ist.
Nun öffnet die Vorrichtung ein Ventil 11 , um die verbrauchte Löseflüssigkeit 3 abzulassen. Die Löseflüssigkeit 3 gelangt über das Ablassrohr in einen Auffangbehälter für eine spätere Entsorgung. Die verbrauchte Löseflüssigkeit nach diesem Vorgang hat beispielsweise einen pH-Wert von 9,6.
Um die Oberfläche des Werkstücks 1 von den Resten der Löseflüssigkeit 3 zu reinigen, kann der Behälter über eine Flüssigkeitsöffnung 10 mit frischem Wasser befüllt werden. Die Vorrichtung versetzt die Haltevorrichtung 4 wieder in Bewegung, beispielsweise in Rotation mit 50 U/min. Dieser Reinigungsprozess dauert z.B. etwa 10 Minuten, wobei hier auch die Drehrichtung, z.B. alle 2 Minuten, geändert werden kann.
Anschließend wird das Wasser über eine Flüssigkeitsöffnung 10 entsorgt. Erneute Rotation kann dazu beitragen, das Werkstück von anhaftendem Wasser zu befreien. Eine Drehzahlerhöhung begünstigt diesen Vorgang. Nun kann das unbeschädigte und vollständig vom Stützmaterial befreite Werkstück aus der Vorrichtung entnommen werden und gegebenenfalls unter Raumbedingungen trocknen. Für eine vollständige Entfernung von Wasser, welches in kapillare Hohlräume eingedrungen ist, kann eine Vakuumtrocknung bei erhöhter Temperatur vorteilhaft sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke (1), insbesondere zum Entfernen von in einer Löseflüssigkeit (3) löslichem Stützmaterial,
- umfassend ein Behältnis (2), das zum Entfernen des Hilfsmaterials zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit (3) gefüllt ist, wobei die Löseflüssigkeit (3) zum Lösen des Hilfsmaterials geeignet und/oder eingerichtet ist,
- und umfassend mindestens eine Haltvorrichtung (4) zur Befestigung eines Werkstücks (1), dadurch gekennzeichnet,
- dass eine Bewegungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, die die Haltevorrichtung (4) und insbesondere das an der Haltevorrichtung (4) angebrachte Werkstück (1), zum Entfernen des Hilfsmaterials, durch die Löseflüssigkeit (3) bewegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass die Bewegungsvorrichtung (5) die Haltevorrichtung (4) entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades durch die Löseflüssigkeit (3) bewegt,
- insbesondere dass die Bewegungsvorrichtung (5) einen Drehantrieb (7) umfasst, der die Haltevorrichtung (4) um eine Drehachse (6) dreht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (4) oder zumindest das an der Haltevorrichtung (4) angebrachte Werkstück (1) in einem bestimmten Normalabstand von der Drehachse (6) angeordnet oder befestigt ist und dadurch bei Betätigung der Bewegungsvorrichtung (5) entlang einer kreisförmigen Bahn bewegt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (5) eine durch den Drehantrieb (7) drehbar angetriebene Trommel (8) umfasst, an der eine oder mehrere Haltevorrichtungen (4) angebracht ist bzw. sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Trommel (8) im Wesentlichen flüssigkeitsdicht ausgebildet ist und dadurch als Behältnis (2) für die Löseflüssigkeit (3) wirkt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass die drehbare Trommel (8) flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet ist und Trommelöffnungen (9) zum Durchtritt der Löseflüssigkeit (3) aufweist,
- und dass die Trommel (8) in die Löseflüssigkeit (3) ragt oder in der Löseflüssigkeit (3) angeordnet ist, die innerhalb des Behältnisses (2) angeordnet ist, womit auch die Trommel (8) zumindest teilweise mit Löseflüssigkeit (3) gefüllt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löseflüssigkeit (3) im Wesentlichen unbewegt oder stillstehend im Behältnis (2) angeordnet ist, und gegebenenfalls nur durch die Bewegungsvorrichtung (5), die Haltevorrichtung (4) und/oder das von der Bewegungsvorrichtung (5) bewegte Werkstück (1) durchmischt oder in Bewegung versetzt wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Behältnis (2) mindestens eine verschließbare Flüssigkeitsöffnung (10) aufweist, die als Zulauf und/oder Ablauf für die Löseflüssigkeit (3) wirkt,
- und dass der Flüssigkeitsöffnung (10) ein Ventil (11) oder ein Absperrelement zur steuerbaren Zu- oder Ableitung der Löseflüssigkeit (3) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung (12) zur Beheizung der Löseflüssigkeit (3) vorgesehen ist, wobei die Heizvorrichtung (12) insbesondere die im Behältnis (2) angeordnete Löseflüssigkeit (3) beim Lösen des Hilfsmaterials beheizt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (2) und/oder die Trommel (8) eine öffenbare und schließbare Türe (13) zur Einbringung und Entnahme des Werkstücks (1) aufweist.
11. Verfahren zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke (1 ), insbesondere zum Entfernen von löslichem Stützmaterial, bevorzugt in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Hilfsmaterial dadurch vom Werkstück (1) entfernt wird, dass das an einer Haltevorrichtung (4) angebrachte Werkstück (1) über eine Bewegungsvorrichtung (5) durch eine Löseflüssigkeit (3) bewegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1 ) von der Bewegungsvorrichtung (5) entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades durch die Löseflüssigkeit (3) geführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass der gesamte Bewegungspfad innerhalb der Löseflüssigkeit (3) verläuft,
- oder dass sich der Bewegungspfad aus der Löseflüssigkeit (3) hinaus erstreckt, so dass das Werkstück (1) entlang des Bewegungspfades aus der Löseflüssigkeit (3) bewegt und wieder eingetaucht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Löseflüssigkeit (3) im Wesentlichen unbewegt oder stillstehend im Behältnis (2) angeordnet ist und gegebenenfalls nur durch die Bewegungsvorrichtung (5), die Haltevorrichtung (4) und/oder das von der Bewegungsvorrichtung (5) bewegte Werkstück (1) durchmischt oder in Bewegung versetzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Hilfsmaterial bei der Bewegung des Werkstücks (1 ) in der Löseflüssigkeit (3) gelöst wird,
- und gegebenenfalls, dass das Hilfsmaterial zusätzlich durch die Bewegung des Werkstücks (1) durch die Löseflüssigkeit (3) mechanisch abgelöst wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 umfassend, insbesondere weitere, folgende Schritte:
- Einbringen einer, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis (2) der Vorrichtung, - Messen und/oder Regelung der Menge der, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit mittels eines Sensors, insbesondere eines Füllstandsensors,
- Gegebenenfalls Einbringen eines Solvens, insbesondere eines Lösepulvers, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis (2) der Vorrichtung,
- Gegebenenfalls Messen und/oder Regelung der Menge des Solvens mittels eines Sensors, insbesondere des Füllstandsensors, und/oder einer Dosiervorrichtung.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16 umfassend, insbesondere weitere, folgende Schritte:
- Bestimmen mindestens einer Abmessung des gedruckten Werkstücks (1 ) mittels einer Abmessvorrichtung,
- Einbringen des gedruckten Werkstücks (1) in die Vorrichtung, insbesondere in die Trommel der Vorrichtung,
- Einbringen einer Löseflüssigkeit (3), insbesondere einer, gegebenenfalls solvensfreien, Flüssigkeit und/oder eines Solvens, in die Vorrichtung, insbesondere in das Behältnis (2) der Vorrichtung,
- Messen und/oder Regelung der Menge der Löseflüssigkeit (3) mittels eines Sensors, insbesondere des Füllstandsensors auf Basis der bestimmten Abmessung des Werkstücks, sodass das gedruckte Werkstück (1), zumindest temporär, von der Löseflüssigkeit (3) bedeckt ist.
18. Verwendung einer Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke (1), insbesondere zum Entfernen von in einer Löseflüssigkeit (3) löslichem Stützmaterial, umfassend ein Behältnis (2), das zum Entfernen des Hilfsmaterials zumindest teilweise mit einer Löseflüssigkeit (3) gefüllt ist,
- wobei die Löseflüssigkeit (3) zum Lösen des Hilfsmaterials geeignet und/oder eingerichtet ist, und umfassend mindestens eine Haltevorrichtung (4) zur Befestigung eines Werkstücks (1),
- wobei eine Bewegungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, die die Haltevorrichtung (4), und insbesondere das an der Haltevorrichtung (4) angebrachte Werkstück (1), zum Entfernen des Hilfsmaterials durch die Löseflüssigkeit (3) bewegt.
19. Verwendung einer Vorrichtung zum Entfernen von Hilfsmaterial 3D-gedruckter Werkstücke (1) nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.
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