EP4363202A1 - Heizen beim entpacken oder entpulvern von bauteilen eines additiven fertigungsprozesses - Google Patents

Heizen beim entpacken oder entpulvern von bauteilen eines additiven fertigungsprozesses

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EP4363202A1
EP4363202A1 EP22740335.9A EP22740335A EP4363202A1 EP 4363202 A1 EP4363202 A1 EP 4363202A1 EP 22740335 A EP22740335 A EP 22740335A EP 4363202 A1 EP4363202 A1 EP 4363202A1
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EP
European Patent Office
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blasting
plastic components
components
heating element
plastic
Prior art date
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Pending
Application number
EP22740335.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian SPES
Fabian HERZ
Mirko Bahrenberg
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Dyemansion GmbH
Original Assignee
Dyemansion GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4363202A1 publication Critical patent/EP4363202A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • 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
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    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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

  • Various examples of the invention relate to techniques for removing residual powder from an additive manufacturing process from components and/or for densifying the surface of components.
  • Components e.g. plastic components, which are manufactured using an additive manufacturing process, such as a 3D printing process, are typically post-treated after the additive manufacturing process has been completed.
  • the components can be unpacked, depowdered and/or compressed.
  • residual powder from the additive manufacturing process AM process is removed from the components and/or the surface of the components is post-treated.
  • WO 2019/113 104 A1 discloses techniques for removing residual powder from the plastic components by blasting plastic components with a fluid-solid mixture.
  • US Pat. No. 10,213,959 B2 also discloses techniques for removing powder from plastic components that are produced using an AM process. A liquid is used for washing and the liquid is heated.
  • WO 2021007425 A1 removes residual powder from plastic components by using ultrasound. Such techniques as described above have certain disadvantages or limitations. It was observed that the residual powder was not completely removed. In addition, the components can be damaged during the procedures described.
  • Techniques are disclosed for removing residual powder from the AM process from components, in particular plastic components, which are produced by an AM process.
  • the plastic components can be unpacked and/or de-powdered using the techniques described herein.
  • Various disclosed techniques use an elevated temperature to treat at least the surface of the components prior to and during blasting with a blasting agent to remove residual powder and/or post-process the surface.
  • the blasting agent can contain solid particles or a liquid.
  • the blasting agent could also be converted by compressed air or a gas stream in general. It has been observed that due to the increased temperature of the surface of the components - for example compared to room temperature - residual powder can be removed more reliably, since the adhesion of the particles is reduced at high temperatures. This applies to a wide variety of types of plastic components, for example in particular to thermoplastic elastomers.
  • One method includes heating components when they are placed in a process chamber of a blasting machine.
  • This blasting system can be designed as a depowdering system or as a surface compaction system. However, it can also be a depowdering and surface compaction system at the same time.
  • the method can include blasting the components with blasting agent in order to loosen such residual powder of an AM process from a surface of the components and/or to compact the surface of the components.
  • the method could also include moving the components (eg jogging or shaking) in order to loosen residual powder from an AM process from the surface of the components.
  • the components can be heated indirectly via the blasting medium and/or directly.
  • Heating with blasting media means that the blasting media can be heated and then the components can be indirectly heated by the heated blasting media.
  • Direct heating can also take place without the involvement of the blasting agent, e.g. by thermal radiation, convection of a medium and/or thermal conduction.
  • a method includes the activation of at least one heating element of a blasting system for heating components when they are arranged in a process chamber of a blasting system.
  • This blasting system can be designed as a depowdering system or as a surface compaction system. However, it can also be a depowdering and surface compaction system at the same time.
  • the method can also include the activation of a blasting device of the depowdering system for blasting the components with blasting agent in order in this way to detach the residual powder of an AM process from a surface of the components.
  • the method can also include the activation of a moving device of the depowdering system in order to move the components and in this way to loosen the residual powder from the surface of the components.
  • the method may further include an ionized blow off at the end of the blasting process.
  • the method can include the activation of a blasting device of the surface compaction system for blasting the components with blasting agent in order to compact the surface of the components in this way.
  • the method can also include the activation of a movement device of the surface compaction system in order to move the components and in this way to compact the surface of the components.
  • the method may further include an ionized blow off at the end of the blasting process.
  • a computer program or a computer program product or a computer-readable storage medium includes program code. The program code can be loaded and executed by a processor. When the processor executes the program code, this causes the processor to activate at least one heating element of a blasting system for heating components when the components are arranged in a process chamber of the blasting system.
  • the processor could control a blasting device of the depowdering system for blasting the components with blasting agent in order in this way to detach the residual powder of an AM process from a surface of the components.
  • the processor could also control a movement device of the depowdering system in order to loosen the residual powder by movement in order to move the components and in this way to loosen the residual powder from the surface of the components.
  • the processor could control a blasting device of the surface compaction system for blasting the components with blasting agent in order to compact the surface of the components in this way.
  • the processor could also control a movement device of the surface compaction system in order to compact the surface by moving the components and in order to compact the surface in this way.
  • a control device of a blasting system is set up to control at least one heating element of the blasting system for heating components when the components are arranged in a process chamber of the blasting system.
  • control device is optionally set up to control a blasting device of the depowdering system for blasting the components with blasting agent, in order in this way to loosen the residual powder of an AM process from a surface of the components. It would also be conceivable that the control device is set up to control a movement device of the depowdering system.
  • control device is optionally set up to control a blasting device of the surface compaction system for blasting the components with blasting agent in order to compact the surface of the components in this way. It would also be conceivable that the Control device is set up to control a movement device of the surface compaction system.
  • a method includes controlling a blasting device of a blasting system for blasting components with a blasting medium. In this way, residual powder from an AM process is detached from a surface of the components and/or the surface of the components is compressed.
  • the method also includes activating at least one heating element of the blasting system to heat up at least one component of the blasting agent. For example, solid particles and/or a liquid and/or compressed air could be heated.
  • the components are therefore heated indirectly via the blasting medium.
  • a computer program or a computer program product or a computer-readable storage medium includes program code.
  • the program code can be loaded and executed by a processor.
  • the processor executes the program code, this causes the processor to control a blasting device of a blasting system for blasting components with a blasting agent.
  • the processor controls at least one heating element of the blasting system for heating up at least one component of the blasting agent. For example, solid particles and/or a liquid and/or compressed air could be heated.
  • a control device of a blasting system is set up to control a blasting device of the blasting system for blasting components with a blasting agent. In this way, residual powder from an AM process is detached from a surface of the components and/or the surface of the components is compressed.
  • the control device is set up to control at least one heating element of the blasting system for heating up at least one component of the blasting agent. For example, solid particles and/or a liquid and/or compressed air could be heated.
  • FIG. 1 schematically illustrates a plastic component surrounded by residual powder in the form of a powder cake.
  • FIG. 2 schematically illustrates the plastic component of FIG. 1, where the powder cake has been removed by unpacking and baked-on residual powder is present in a layer on the surface of the plastic component.
  • FIG. 3 illustrates caked-on residual powder that remains after depowdering of the plastic component from FIG. 2 is left in a depression in the surface of the plastic component.
  • FIG. 4 illustrates the influence of residual powder left behind according to FIG. 3 on a dyeing process.
  • FIG. 5 illustrates the influence of residual powder left behind according to FIG. 3 to a smoothing process.
  • FIG. 6 schematically illustrates a blasting system for removing residual powder from a plastic component and/or for densifying the surface of the plastic component according to various examples.
  • FIG. 7 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 8 is a flowchart of an example method. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
  • plastic material in powder form is used to gradually build up plastic parts.
  • the plastic components are manufactured layer by layer.
  • the powder is heated locally so that it fuses in a corresponding volume.
  • the plastic component is formed.
  • AM processes are to be distinguished in particular from injection molding processes in which plastic components are manufactured in one step by holding a mold.
  • AM processes are: powder bed processes such as (selective) laser sintering (SLS), binder jetting, multijet fusion technologies (MJF), high-speed sintering (HSS), cold metal fusion or laser melting processes; Light-curing processes such as Stereolithography (SLA or STL), Digital Light Production (DLP), Continuous Light Interface Production (CLIP), PolyJet processes (PJM), DualCure processes, HotLithography and extrusion processes such as Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF), MultiJet Modeling (MJM), Layer Plastic Deposition, Selective Thermoplastic Electrophotographic Process (STEP), Selective Absorption Fusion (SAF).
  • SLS powder bed processes
  • SLS selective laser sintering
  • MJF binder jetting
  • HSS high-speed sintering
  • HSS high-speed sintering
  • laser melting processes such as Stereolithography (SLA or STL), Digital Light Production (DLP), Continuous Light Interface Production (CLIP),
  • the plastic components that are produced in an AM process can be made of a material selected but not limited to the group comprising polyamide, in particular polyamide-11 and polyamide-12, thermoplastic polyurethane, aluminum-filled polyamide, in particular aluminum-filled polyamide -12, glass-filled polyamide, carbon-reinforced polyamide, composite material, thermoplastics, thermoplastic elastomers, polyolefins, polystyrenes, polyesters, polyimides and thermoplastic elastomers and combinations, blends or copolymers and filled variants (e.g. with glass, carbon fiber, aluminum) thereof.
  • the techniques could also be used with components made of materials other than plastic, e.g. components made of sand, plaster, resin, ceramics or metal.
  • plastic components can break if they fall or rub against each other.
  • the advantage of the AM process is the great degree of freedom in designing the components.
  • the plastic components typically have to be handled carefully in order not to damage the surface or geometric elements of the plastic components (due to the high level of design freedom in AM manufacturing processes, the plastic components can have filigree and/or sensitive geometric elements).
  • the techniques described herein allow, in particular, gentle removal of residual powder from the components of the AM process and/or gentle compression of the surface of the plastic components.
  • the plastic component is still surrounded by residues of the powder used for production (residual powder). Techniques are described herein to remove the residual powder and/or to compact the surface of the plastic components.
  • a de-powdering plant will be used to remove the residual powder.
  • the depowdering system includes a housing in which a process chamber is arranged.
  • the process chamber can accommodate the plastic components so that they can be treated with a blasting agent or, for example, treated by movement. At the end of the blasting process, an ionized blow-off can be performed.
  • the surface compaction system includes a housing in which a process chamber is arranged.
  • the process chamber can accommodate the plastic components so that they can be treated with a blasting medium or treated by agitation, for example.
  • an ionized blow-off can be carried out.
  • various aspects are described as examples in connection with a blasting system that uses a blasting agent to remove residual powder and/or to compact the surface.
  • Corresponding techniques could also be implemented with a blasting system that does not require blasting (with such a system, for example, a vibrating element etc. could be controlled to loosen the residual powder).
  • the abrasive (sometimes referred to as blast media) is blasted into the process chamber of the blast machine.
  • the surface of the plastic components is treated by the physical interaction of the blasting medium with the surface of the components.
  • residual powder from the AM manufacturing process can also be removed from the surface during unpacking and/or de-powdering.
  • the components can be processed in the sequence unpacking - depowdering - compacting. In a further embodiment of the invention, however, these process steps can also take place independently of one another and only the unpacking, the depowdering or the compacting can be carried out as separate process steps.
  • TAB. 1 Three processes for post-processing plastic components in an AM process. All processes can benefit from the techniques described herein. The processes can be carried out by blasting with a blasting medium. In this case, different blasting agents could be used for the unpacking and/or the depowdering and/or the compacting. Unpacking can only be done with compressed air, for example, while solid particles or a liquid are used as a blasting medium during depowdering and/or compacting. As already described above, it would also be possible, as an alternative or in addition to removing residual powder with blasting media, for the depowdering and/or unpacking to take place by movement. If a blasting agent made from solid particles is used, there is no need to dry the plastic components after blasting.
  • a blasting agent can be used in particular.
  • blasting media can be used to remove the residual powder and/or to compact the surface.
  • the blasting agent it would be possible for the blasting agent to be implemented by a gas jet, such as a jet of compressed air. In such a scenario, the abrasive does not have to contain any solid particles or liquid. However, it would also be conceivable for the blasting agent to comprise solid particles and/or a liquid.
  • Polymer blast media may be selected from the group consisting of polyamides, resins, polyesters, polystyrenes, polyolefins, polyvinylenes, rubbers, polyvinyl chlorides, polyphenylenes, polyethers, polyurethanes, polysaccharides, polyimides, polyacrylates, silicones, and blends and copolymers thereof.
  • solid particles from the group consisting of metals, passivated metals, iron, steel, minerals, soot particles, carbon fibers, paint particles, ceramics, polymers, alloys or glasses would also be possible.
  • the blasting media used can differ depending on the type, for example in terms of grain size, granularity, chemical composition and morphology of the solid particles used. Other characteristics are fluidity, density, heat capacity and electrostatic properties.
  • An example would be blasting media made of plastic, glass, ceramics or sand with a grain size of 50pm to 600pm.
  • the solid particles or a liquid could be accelerated by means of the gas jet in a jet nozzle of a jet device of the jet system.
  • a centrifugal wheel refers to a rotating wheel or bucket wheel or centrifugal wheel which is accelerated to a desired speed. As the wheel rotates, the abrasive is fed to the wheel. The blasting media is entrained by the rotation of the wheel or its blades and accelerated in the desired direction.
  • the blasting agent can be fed to the centrifugal wheel from the outside, so that the blasting agent flow is entrained by it or by its blades and accelerated in the desired direction; and/or are fed to the blast wheel from the inside, so that the blasting agent experiences centrifugal force as a result of the rotation of the blast wheel and is thus driven outwards from the interior of the blast wheel via openings and is accelerated in the desired direction via the blast wheel or its blades.
  • an appropriate temperature in the range of 40°C to 180°C, particularly in a range of 60°C to 120°C, more particularly in a range of 60°C to 80°C.
  • Tab. 2 Two variants for heating plastic components in connection with unpacking and/or depowdering and/or compacting. In principle, it is possible to combine both variants, i.e. direct and indirect heating.
  • TAB. 3 Different implementations for heating elements that allow direct heating of the plastic components. In principle, it is possible to combine several variants with one another. As a general rule, it is contemplated in the various examples described herein that the heating be controlled. For example, it would therefore be conceivable for a temperature sensor to be present, which measures the actual temperature of the plastic components or the surface of the plastic components. An infrared thermometer could be used to measure the actual temperature. A wireless thermometer could also be placed with the plastic components in the process chamber. A control loop can then be implemented so that the temperature reaches a set point. The heating element can be controlled accordingly.
  • control loop is optional. It can also be heated "open-loop".
  • FIG. 6 schematically illustrates an exemplary blasting system 100.
  • the blasting system 100 is set up to blast plastic components 109 obtained by an AM process with a blasting agent in order to remove such residual powder 82, 83 of the AM process and/or the surface to compress the components. This can be used for depacking and/or depowdering and/or compaction, cf. TAB. 1.
  • the blasting system comprises a housing 103 and a process chamber 101 which is formed in the housing 103 .
  • the plastic components 109 can be arranged in the process chamber 101 .
  • the plastic components 109 are arranged in a moving device, shown by way of example as a drum 101, which can be moved in order to move the plastic components 109.
  • the drum 102 can be controlled by a control device 111 (control lines are shown in FIG. 6 with dotted-dashed lines).
  • drum 102 - besides rotating - is vibrated.
  • a corresponding movement device can be provided for this purpose, e.g. an electric motor.
  • the removal of residual powder can also be supported in this way.
  • the blasting device of the blasting system 100 is set up to blast the plastic components 109 with blasting agent.
  • the jet device comprises a container 121 in which solid particles 122 are arranged.
  • one Compressed air source 125 is present, which directs compressed air into a supply line 126, so that the solid-body particles 122 are sucked out of the container 121 and are blasted into the process chamber 101 onto the plastic components 109 via a jet nozzle 127.
  • the blasting agent therefore includes both compressed air and the solid particles 122.
  • the blasting agent to only include a gas, for example, ie the residual powder is removed using compressed air, for example. It would also be conceivable that instead of the solid particles 122, a liquid is arranged in the container 121 and is used as part of the blasting agent.
  • a separating device 104 e.g. a (vibrating) sieve and/or a cyclone - is also provided, which can make it possible to separate the solid particles 122 from the residual powder and to feed them back into the container 121.
  • the blasting system 100 includes a “direct” heating element 151 that is set up for direct heating (compare Table 2) of the plastic components 109.
  • the direct heating element 151 is set up as a radiation source for thermal radiation (see Table 3); however, other heating elements would also be conceivable, for example for heat conduction or convection (compare Table 3).
  • an “indirect” heating element 152 is provided. This is set up to heat the compressed air from the compressed air source 126 .
  • the heating element 152 can be designed as a flow heater. In this way, the plastic components 109 can be heated indirectly, see TAB. 2. While in the example of FIG. 6 the indirect heating element 152 heats the compressed air from the compressed air source 125, it would also be alternatively or additionally conceivable for an indirect heating element to heat the solid particles 122 (or, in other variants, a liquid which is arranged in the container 121).
  • the controller 111 could include a processor and memory.
  • the processor could load and execute program code from memory.
  • the processor may perform techniques associated with driving heaters, a jet device, a mover, etc. as described herein. Details are shown in FIG. 7 described.
  • FIG. 7 is a flowchart of an example method. The method of FIG. 7 can be executed by a control device of a blasting system. For example, the method of FIG. 7 from the control device 111 of the blasting system 100 from FIG. 6 to be executed.
  • At least one heating element is activated.
  • plastic components obtained by an AM process can be heated.
  • one of the heating elements 151, 152 of the blasting system 100 could be activated.
  • the at least one controlled heating element can be set up to heat the plastic components directly and/or indirectly, compare TAB. 2.
  • the heating could be regulated.
  • a control loop can be implemented by the control device.
  • a target temperature can be specified as a target value.
  • An actual temperature can be measured using a thermometer.
  • the heating element can then be controlled based on a difference between the actual temperature and the target temperature.
  • the desired temperature target temperature
  • box 3005 could include sending digital control instructions to the at least one heating element.
  • an intensity of the heating process could be specified in a corresponding control instruction.
  • a voltage to be output to the at least one heating element via an analog interface, via which the intensity of the heating process can be set, for example.
  • a blasting device of the blasting system is activated in order to loosen and remove residual powder from the plastic components.
  • the blasting device can also be activated to compact the surface of the plastic components.
  • a blast wheel could be controlled in order to accelerate solid particles of a corresponding blasting medium.
  • a compressed air source to be activated in order to use compressed air to treat solid particles and/or a liquid. accelerate and jet into the process chamber via a jet nozzle; Corresponding techniques were associated with the compressed air source 125 of the blasting system 100 in FIG. 6 described.
  • box 3010 could include sending digital control instructions to the beam device. For example, a level of radiation could be specified in a corresponding control instruction. It would also be conceivable for a voltage to be output to the control device via an analog interface, via which a strength of the blasting process can be set, for example.
  • box 3005 and box 3010 are shown sequentially.
  • the at least one heating element in box 3005 it would be conceivable for the at least one heating element in box 3005 to be activated before and/or also during the blasting process according to box 3010 to heat the plastic components.
  • Such techniques can ensure that the plastic components do not cool down during the blasting to remove residual powder and/or during the compression of the surface. A particularly good result can be achieved for a corresponding process for unpacking and/or depowdering and/or compacting.
  • FIG. 8 shows an example implementation of a process for unpacking and/or depowdering and/or densifying carried out by the method of FIG. 7 is made possible.
  • FIG. 8 is a flowchart of an exemplary method for processing plastic components obtained through an AM process.
  • residual powder from the AM process can be loosened and removed from the plastic components and/or the surface of the components can be compacted.
  • the method from FIG. 8 can be used for unpacking and/or for depowdering and/or compacting, compare Table 1.
  • the plastic components are heated before and/or during the blasting of the plastic components with blasting agent to remove the residual powder and/or to compact the surface.
  • a control device could use control instructions to set up a corresponding blasting system, as in connection with the method from FIG. 7 described can be implemented.
  • the plastic components are heated to a specific target temperature.
  • Typical target temperatures are in the range from 40 to 180°C, in particular in the range from 60 to 120°C.
  • the plastic components can be heated in particular if they are already arranged in the process chamber of the blasting system.
  • Box 3105 can be described as preheating, i.e. before depowdering or depacking or compacting in box 3110.
  • An advantage of preheating may be that it creates a more efficient process, as using a blasting abrasive for depowdering or depacking or densifying in box 3110, e.g. compressed air, is comparatively energy intensive and preheating reduces the amount of compressed air is required.
  • a blasting abrasive for depowdering or depacking or densifying in box 3110 e.g. compressed air
  • Box 3105 can be completed by box 3005 of the method of FIG. 7 to be implemented.
  • the plastic components are unpacked and/or de-powdered and/or compacted.
  • the plastic components are e.g. blasted with a blasting agent with the aim of removing the residual powder from the plastic components without damaging the surface.
  • the plastic components can also be blasted with a blasting agent in order to compact the surface of the plastic components homogeneously without damaging the surface.
  • solid particles of the blasting agent can be accelerated in a corresponding blasting device. The particles can be accelerated both by a centrifugal wheel and by an air stream or another medium, such as a liquid.
  • the plastic components can also be moved continuously before, during, between several blasting processes and/or after blasting, for example by means of a rotating drum or a troughed belt.
  • the plastic components are reoriented, moved and mixed with each other.
  • residual powder can optionally be loosened.
  • the solid particles can be removed from a container.
  • Typical solid particles for the blasting agent would be glass or plastic or a mixture of different solid particles that have different shapes and/or materials.
  • Air from a compressed air supply can be used to accelerate the solid particles.
  • the blasting agent can then be introduced into the process chamber by means of a nozzle. The blasting medium loosens the residual powder and/or compacts the surface.
  • the solid particles of the blasting agent can be reprocessed.
  • the residual powder can be separated from parts of the blasting agent, in particular the solid particles, by means of a corresponding separating device.
  • a sieve and/or a cyclone can be used for this purpose.
  • a typical pressure for the compressed air would be 2 to 7 bar, for example.
  • the irradiation in box 3110 can typically last between 1 minute and 60 minutes.
  • Box 3110 can be implemented by box 3010, see FIG. 7.
  • the plastic components are optionally also heated during the depowdering or unpacking and/or the compression in box 3110. Interval heating would be conceivable.
  • Box 3115 can basically be implemented according to box 3105. It would also be possible for box 3105 to be implemented by direct heating and box 3115 to be implemented by direct and in direct heating.
  • the plastic components can be cooled in box 3120. Airflow could be used for this.
  • one or more further processes can be performed in box 3125, which can benefit from the previous thorough removal of the residual powder and/or from the previous densification of the surface.
  • Examples of other processes in box 3125 would be grinding, smoothing, impregnating, dyeing, coating and/or varnishing.
  • techniques have been described above to enable reliable and reproducible depowdering and/or unpacking of the components and/or compression of the surface of the components by heating components such as in particular plastic components of an AM process. Multi-stage reworking is no longer necessary.
  • the components obtained in this way have a particularly high, improved, uniform surface quality. This means that no or very little baked-on residual powder can adhere to the plastic components and/or a smooth, homogeneous surface is obtained.
  • Temperature A temperature of the components to be processed from 40°C to 180°C, optionally 60 - 80°C or 120°C. Higher temperatures may lead to the expectation of even better results.
  • a blasting pressure of 5 bar is advantageous regardless of the blasting medium.
  • 2-5 bar is advantageous for plastic blasting media and 2-5 bar for glass blasting media. If the blasting pressure is low, the blasting time will be longer.
  • Blast Time A blast time of 5-90 minutes, preferably 20-80 minutes. On average, a blasting time of 40 minutes can be assumed, depending on the component geometry, at a blasting pressure of 5 bar.
  • Ionized blow-off time At the end of the blasting process, an ionized blow-off lasting > 6 minutes is advantageous.
  • Blasting medium Different results can be achieved based on the blasting medium. The result with the best deep cleaning results (powder removal on the component surface) was achieved with glass-filled polymer blasting medium (e.g. Dyemansion "PC4"). The shortest required blasting time could be achieved with melamine blasting agent for components made of TPE. According to the invention, it has been shown that the use of plastic blasting media to compact the surface leads to a particularly uniform surface quality.
  • irradiation and heating of components were used to improve the removal of residual powder of an additive manufacturing process and/or to densify the surface more efficiently.
  • the blasting agent may include paint particles or dye solution.
  • the blasting agent could also only consist of color particles or coloring solution.

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Abstract

Ein Verfahren Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen (109) und/oder zum Verdichten der Oberfläche von Kunststoffbauteilen (109) umfasst das Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) einer Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Strahlanlage (100) angeordnet sind. Das Verfahren umfasst ferner das Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121, 125, 126, 127) der Strahlanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Strahlanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen und/oder die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten.

Description

HEIZEN BEIM ENTPACKEN ODER ENTPULVERN VON BAUTEILEN EINES ADDITI¬
VEN FERTIGUNGSPROZESSES
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen Techniken, um Restpulver eines additi ven Fertigungsprozesses von Bauteilen zu entfernen und/oder die Oberfläche von Bau teilen zu verdichten.
HINTERGRUND
Bauteile, z.B. Kunststoffbauteile, die mittels eines additiven Fertigungsprozesses, etwa einem 3-D Druckverfahren, hergestellt werden, werden typischerweise nach Abschluss des additiven Fertigungsprozesses nachbehandelt. Insbesondere können die Bauteile entpackt, entpulvert und/oder verdichtet werden. Bei solchen Nachbehandlungsschritten wird Restpulver des additiven Fertigungsprozesses (AM-Prozess) von den Bauteilen ent fernt und/oder die Oberfläche der Bauteile nachbehandelt.
Bei einem manuellen Entfernen von Restpulver (z.B. mittels Bürsten), können die Bauteile beschädigt werden.
Es sind auch automatisierte Techniken bekannt. Zum Beispiel offenbart WO 2019/113 104 A1 Techniken, um durch Bestrahlen von Kunststoffbauteilen mit einem Fluid-Fest- stoff-Gemisch Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu entfernen. In US 10,213,959 B2 sind auch Techniken zum Entfernen von Pulver von Kunststoffbauteilen, die mittels eines AM-Prozess hergestellt sind, offenbart. Dabei wird eine Flüssigkeit zum Waschen ver wendet und die Flüssigkeit wird beheizt. In WO 2021007425 A1 wird Restpulver von Kunststoffbauteilen durch Verwendung von Ultraschall entfernt. Solche voranstehend be schriebenen Techniken weisen bestimmte Nachteile oder Einschränkungen auf. Es wurde beobachtet, dass das Restpulver nicht vollständig entfernt wurde. Außerdem können die Bauteile bei den beschriebenen Verfahren beschädigt werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken, um Restpulver eines AM-Prozes- ses von Bauteilen, insbesondere Kunststoffbauteilen, zu entfernen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Es werden Techniken offenbart, um Bauteile wie insbesondere Kunststoffbauteile, die durch einen AM-Prozess hergestellt sind, von Restpulver des AM-Prozesses zu befreien. Mittels der hierin beschriebenen Techniken können die Kunststoffbauteile entpackt und/o der entpulvert werden. Verschiedene offenbarte Techniken verwenden eine erhöhte Tem peratur, um zumindest die Oberfläche der Bauteile vor und während des Bestrahlens mit einem Strahlmittels zum Entfernen des Restpulvers und/oder zur Nachprozessierung der Oberfläche zu behandeln.
Das Strahlmittel kann Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit beinhalten. Auch könnte das Strahlmittel durch Druckluft oder allgemein einen Gasstrom umgesetzt werden. Es wurde beobachtet, dass aufgrund der erhöhten Temperatur der Oberfläche der Bauteile - zum Beispiel im Vergleich zu Raumtemperatur - Restpulver zuverlässiger entfernt wer den kann, da die Haftung der Partikel bei hohen Temperaturen verringert ist. Dies trifft auf verschiedenste Arten von Kunststoffbauteilen zu, zum Beispiel insbesondere auf thermo plastische Elastomere.
Ein Verfahren umfasst das Beheizen von Bauteilen, wenn diese in einer Prozesskammer einer Strahlanlage angeordnet sind. Diese Strahlanlage kann als Entpulverungsanlage oder als Oberflächenverdichtungsanlage ausgestaltet sein. Sie kann aber auch gleichzei tig Entpulverungs- und Oberflächenverdichtungsanlage sein. Außerdem kann das Verfahren das Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel umfassen, um derart Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen und/o der die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Alternativ oder zusätzlich zum Bestrahlen, könnte das Verfahren auch Bewegen der Bauteile (z.B. Rütteln bzw. Schütteln) umfassen, um derart Restpulver eines AM-Prozesses von der Oberfläche der Bauteile zu lösen.
Grundsätzlich können die Bauteile indirekt über das Strahlmittel und/oder direkt beheizt werden. Das Heizen mittels Strahlmittel bedeutet, dass das Strahlmittel beheizt werden kann und dann durch das erhitzte Strahlmittel die Bauteile indirekt beheizt werden kön nen. Das direkte Beheizen kann auch ohne Beteiligung des Strahlmittels erfolgen, z.B. durch Wärmestrahlung, Konvektion eines Mediums und/oder Wärmeleitung.
Ein Verfahren umfasst das Ansteuern mindestens eines Heizelements einer Strahlanlage zum Beheizen von Bauteilen, wenn diese in einer Prozesskammer einer Strahlanlage an geordnet sind. Diese Strahlanlage kann als Entpulverungsanlage oder als Oberflächen verdichtungsanlage ausgestaltet sein. Sie kann aber auch gleichzeitig Entpulverungs- und Oberflächenverdichtungsanlage sein.
Das Verfahren kann ferner das Ansteuern einer Strahlvorrichtung der Entpulverungsan- lagezum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel umfassen, um derart das Restpulver ei nes AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch das Ansteuern einer Bewegungseinrichtung der Entpulverungs anlage umfassen, um die Bauteile zu bewegen und um derart das Restpulver von der Oberfläche der Bauteile zu lösen. Das Verfahren kann ferner ein ionisiertes Abblasen am Ende des Strahlprozesses beinhalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren das Ansteuern einer Strahlvorrichtung der Oberflächenverdichtungsanlage zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel umfassen, um derart die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Alternativ o- der zusätzlich kann das Verfahren auch das Ansteuern einer Bewegungseinrichtung der Oberflächenverdichtungsanlage umfassen, um die Bauteile zu bewegen und um derart die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Das Verfahren kann ferner ein ionisiertes Ab blasen am Ende des Strahlprozesses beinhalten. Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode. Der Programmcode kann von einem Prozes sor geladen und ausgeführt werden. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, bewirkt dies, dass der Prozessor mindestens ein Heizelement einer Strahlanlagezum Be heizen von Bauteilen ansteuert, wenn die Bauteile in einer Prozesskammer der Strahlan lage angeordnet sind.
Außerdem ist es möglich, dass der Prozessor eine Strahlvorrichtung der Entpulverungs- anlage ansteuert zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel an, um derart das Restpul ver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Der Prozessor könnte auch eine Bewegungseinrichtung der Entpulverungsanlage ansteuern, um das Restpulver durch Bewegung zu lösen um die Bauteile zu bewegen und um derart das Restpulver von der Oberfläche der Bauteile zu lösen.
Weiterhin ist es möglich, dass der Prozessor eine Strahlvorrichtung der Oberflächenver dichtungsanlage ansteuert zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel, um derart die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Der Prozessor könnte auch eine Bewegungsein richtung der Oberflächenverdichtungsanlage ansteuern, um die Oberfläche durch Bewe gung zu verdichten um die Bauteile zu bewegen und um derart die Oberfläche zu ver dichten.
Eine Steuervorrichtung einer Strahlanlage ist eingerichtet, um mindestens ein Heizele ment der Strahlanlage zum Beheizen von Bauteilen anzusteuern, wenn die Bauteile in einer Prozesskammer der Strahlanlage angeordnet sind.
Außerdem ist die Steuervorrichtung optional eingerichtet, um eine Strahlvorrichtung der Entpulverungsanlage zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel anzusteuern, um derart das Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile zu lösen. Es wäre auch denkbar, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um eine Bewegungseinrichtung der Entpulverungsanlage anzusteuern.
Außerdem ist die Steuervorrichtung optional eingerichtet, um eine Strahlvorrichtung der Oberflächenverdichtungsanlage zum Bestrahlen der Bauteile mit Strahlmittel anzusteu ern, um derart die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Es wäre auch denkbar, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um eine Bewegungseinrichtung der Oberflächenver dichtungsanlage anzusteuern.
Ein Verfahren umfasst das Ansteuern einer Strahlvorrichtung einer Strahlanlage zum Be strahlen von Bauteilen mit einem Strahlmittel. Derart wird Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst und/oder die Oberfläche der Bauteile verdichtet. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern mindestens eines Heizelements der Strahlanlage zum Aufheizen von zumindest einem Bestandteil des Strahlmittels. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Die Bauteile werden also indirekt über das Strahlmittel beheizt.
Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode. Der Programmcode kann von einem Prozes sor geladen und ausgeführt werden. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, bewirkt dies, dass der Prozessor eine Strahlvorrichtung einer Strahlanlage zum Bestrah len von Bauteilen mit einem Strahlmittel ansteuert. Derart wird Restpulver eines AM-Pro- zesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst und/oder die Oberfläche der Bauteile verdichtet. Außerdem steuert der Prozessor mindestens ein Heizelement der Strahlan lage zum Aufheizen von zumindest einem Bestandteil des Strahlmittels an. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Eine Steuervorrichtung einer Strahlanlage ist eingerichtet, um eine Strahlvorrichtung der Strahlanlage zum Bestrahlen von Bauteilen mit einem Strahlmittel anzusteuern. Derart wird Restpulver eines AM-Prozesses von einer Oberfläche der Bauteile gelöst und/oder die Oberfläche der Bauteile zu verdichtet. Außerdem ist die Steuervorrichtung eingerich tet, um mindestens ein Heizelement der Strahlanlage zum Aufheizen von zumindest ei nem Bestandteil des Strahlmittels anzusteuern. Z.B. könnten Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit und/oder Druckluft erhitzt werden.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 illustriert schematisch ein Kunststoffbauteil, das von Restpulver in Form eines Pul verkuchens umgeben ist.
FIG. 2 illustriert schematisch das Kunststoffbauteil der FIG. 1 , wobei der Pulverkuchen durch Entpacken entfernt wurde und angebackenes Restpulver in einer Schicht auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils vorhanden ist.
FIG. 3 illustriert angebackenes Restpulver, das nach einem Entpulvern des Kunststoff bauteils aus FIG. 2 in einer Vertiefung der Oberfläche des Kunststoffbauteils zurückge blieben ist. FIG. 4 illustriert den Einfluss von zurückgebliebenem Restpulver gemäß FIG. 3 auf einen Färbe-Prozess.
FIG. 5 illustriert den Einfluss von zurückgebliebenem Restpulver gemäß FIG. 3 auf einen Glättungs-Prozess.
FIG. 6 illustriert schematisch eine Strahlanlage zum Entfernen von Restpulver von einem Kunststoffbauteil und/oder zum Verdichten der Oberfläche des Kunststoffbauteils gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFUHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zu sammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen un ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Reprä sentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die ver schiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funk tion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren darge stellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbin dung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Soft ware implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, um Kunststoffbauteile, die durch einen AM- Prozess erhalten werden, nach dem AM-Prozess nachzubearbeiten.
Bei einem AM-Prozess wird Kunststoffmaterial in Pulverform (Pulver) verwendet, um Kunststoffbauteile nach und nach aufzubauen. Typischerweise werden die Kunststoffbau teile Schicht für Schicht gefertigt. Dazu wird das Pulver lokal erhitzt, sodass es in einem entsprechenden Volumen verschmilzt. Dadurch wird das Kunststoffbauteil gebildet. AM- Prozesse sind insbesondere abzugrenzen von Spritzgussverfahren, bei denen Kunststoff bauteile durch Vorhalten einer Form in einem Schritt gefertigt werden. Beispiele für AM- Prozesse sind: Pulverbettverfahren, wie (selektives) Lasersintern (SLS), Binder Jetting, Multijet Fusion Technologien (MJF), Highspeed Sintering (HSS), Cold Metal Fusion oder Laserschmelzverfahren; lichthärtende Verfahren, wie Stereolithographie (SLA oder STL), Digital Light Production (DLP), Continuous Light Interface Production (CLIP), PolyJet Ver fahren (PJM), DualCure-Verfahren, HotLithography sowie Extrusionsverfahren wie Fu- sed Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF), MultiJet Modeling (MJM), Layer Plastic Deposition, Selective Thermoplastic Electrophotographic Process (STEP), Selective Absorption Fusion (SAF). Die Kunststoffbauteile, die in einem AM-Prozess hergestellt werden, können aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aber nicht begrenzt aus der Gruppe, umfassend Po lyamid, insbesondere Polyamid-11 und Polyamid-12, thermoplastisches Polyurethan, alu miniumgefülltes Polyamid, insbesondere aluminiumgefülltes Polyamid-12, glasgefülltes Polyamid, carbonverstärktes Polyamid, Verbundwerkstoff, thermoplastischen Kunst stoffe, thermoplastische Elastomere, Polyolefine, Polystyrole, Polyester, Polyimide und thermoplastische Elastomere und Kombinationen, Blends oder Copolymere und gefüllte Varianten (z.B. mit Glas, Carbonfaser, Aluminium) hiervon.
Grundsätzlich könnten die Techniken auch mit Bauteilen aus anderen Materialien als Kunststoff angewendet werden, z.B. Bauteilen aus Sand, Gips, Harz, Keramik oder Me tall.
Verschiedene hierin beschriebene Techniken ermöglichen es insbesondere mit der Strahlanlage Kunststoffbauteile zu behandeln, die - zum Beispiel im Vergleich mit Metall- Bauteilen - vergleichsweise empfindlich gegenüber Belastung sind. Kunststoffbauteile können zum Beispiel brechen, wenn sie herunterfallen oder gegeneinander reiben. Der Vorteil des AM-Prozesses besteht aus dem großen Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Bauteile. Dies bedeutet aber auf der anderen Seite, dass die Komplexität bei der Prozes- sierung der Kunststoffbauteile zunimmt. Die Kunststoffbauteile müssen typischerweise vorsichtig behandelt werden, um die Oberfläche oder Geometrieelemente der Kunststoff bauteile nicht zu beschädigen (durch die hohe Gestaltungsfreiheit bei AM-Fertigungsver- fahren können die Kunststoffbauteile filigrane und/oder empfindliche Geometrieelemente aufweisen). Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen insbesondere ein schonen des Entfernen von Restpulver der Bauteile des AM-Prozesses und/oder eine schonende Verdichtung der Oberfläche der Kunststoffbauteile.
Nachdem der AM-Prozess abgeschlossen ist, ist das Kunststoffbauteile noch von Resten des zur Fertigung verwendeten Pulvers (Restpulver) umgeben. Hierin werden Techniken beschrieben, um das Restpulver zu entfernen und/oder um die Oberfläche der Kunststoff bauteile zu verdichten.
Um das Restpulver zu entfernen, wird eine Entpulverungsanlage verwendet werden. Die Entpulverungsanlage umfasst ein Gehäuse, in dem eine Prozesskammer angeordnet ist. Die Prozesskammer kann die Kunststoffbauteile aufnehmen, sodass diese mit einem Strahlmittel behandelt werden können oder z.B. durch Bewegung behandelt werden. Am Ende des Strahlprozesses kann ein ionisiertes Abblasen durchgeführt werden.
Um die Oberfläche zu verdichten, wird eine Oberflächenverdichtungsanlage verwendet werden. Die Oberflächenverdichtungsanlage umfasst ein Gehäuse, in dem eine Prozess kammer angeordnet ist. Die Prozesskammer kann die Kunststoffbauteile aufnehmen, so dass diese mit einem Strahlmittel behandelt werden können oder z.B. durch Bewegung behandelt werden. Am Ende des Strahlprozesses kann ein ionisiertes Abblasen durchge führt werden. Nachfolgend werden beispielhaft verschiedene Aspekte im Zusammengang mit einer Strahlanlage beschrieben, die ein Strahlmittel für das Entfernen von Restpulver und/oder für die Verdichtung der Oberfläche verwendet. Entsprechende Techniken könn ten aber auch mit einer Strahlanlage umgesetzt werden, die kein Bestrahlen benötigt (bei einer solchen Anlage, könnte z.B. ein Rüttelelement usw. angesteuert werden, um das Restpulver zu lösen).
Bei einer Strahlanlage wird das Strahlmittel (manchmal auch als Strahlmedium bezeich net) in die Prozesskammer der Strahlanlage gestrahlt. Durch die physikalische Wechsel wirkung des Strahlmittels mit der Oberfläche der Bauteile wird die Oberfläche der Kunst stoffbauteile behandelt. Insbesondere kann auch Restpulver des AM-Fertigungsprozes- ses von der Oberfläche entfernt werden, beim Entpacken und/oder Entpulvern. Es ist grundsätzlich auch möglich, sowohl durch Bestrahlen, als auch durch Bewegung das Restpulver zu entfernen. Insbesondere ist es aber auch möglich, die Oberfläche der Bau teile durch Bestrahlung mit einem Strahlmittel zu verdichten. Die Bearbeitung der Bauteile kann in der Reihenfolge Entpacken - Entpulvern - Verdichten erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können diese Prozessschritte aber auch unabhängig vonei nander erfolgen und lediglich das Entpacken, das Entpulvern oder das Verdichten als separate Prozessschritte durchgeführt werden.
Als nächstes werden Details zum Entfernen des Restpulvers und/oder zum Verdichten der Bauteiloberfläche beschrieben, sh. TAB. 1.
TAB. 1 : Drei Prozesse zur Nachbearbeitung von Kunststoffbauteilen eines AM-Prozes- ses. Alle Prozesse können von den hierein beschriebenen Techniken profitieren. Die Pro zesse können durch Bestrahlen mit einer Strahlmittel durchgeführt werden. Dabei könnten unterschiedliche Strahlmittel für das Entpacken und/oder das Entpulvern und/oder das Verdichten verwendet werden. Das Entpacken kann z.B. nur mit Druckluft erfolgen, wäh rend beim Entpulvern und/oder Verdichten Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit als Strahlmittel verwendet werden. Es wäre, wie obenstehend bereits beschrieben, alternativ oder zusätzlich zum Entfernen von Restpulver mit Strahlmittel auch möglich, dass das Entpulvern und/oder Entpacken durch Bewegung erfolgt. Wird ein Strahlmittel aus Festkörperpartikeln verwendet, entfällt ein Trocknen des Kunst stoffbauteile nach dem Bestrahlen. Dies ermöglicht ein schnelleres Durchführen des Pro zesses mit gesteigertem Durchsatz pro Zeit. Im Anschluss an das Entfernen von Restpulver (beim Entpacken und Entpulvern) und/o der an das Verdichten der Oberfläche können weitere Bearbeitungsschritte der Oberflä che erfolgen. So kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, das Kunststoffbauteil weiteren Bearbeitungsprozessen, wie, Schleifen, Glätten, Imprägnieren, Färben, Coaten, Be schichten und/oder Lackieren zu unterziehen.
Verschiedene hierin beschriebene Techniken betreffen das Entfernen von Restpulver und/oder das Verdichten der Oberfläche eines AM-Prozesses von Kunststoffbauteilen, zum Beispiel im Rahmen des Entpackens und/oder des Entpulverns und/oder des Ver dichtens, vergleiche TAB. 1. Dabei kann insbesondere ein Strahlmittel verwendet werden.
Grundsätzlich können in den verschiedenen hierin beschriebenen Techniken unterschied liche Typen von Strahlmittel zum Entfernen des Restpulvers und/oder zur Verdichtung der Oberfläche eingesetzt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Strahlmittel durch einen Gasstrahl, etwa einen Strahl aus Druckluft, implementiert wird. In einem sol chen Szenario muss das Strahlmittel keine Festkörperpartikel und keine Flüssigkeit um fassen. Es wäre aber auch denkbar, dass das Strahlmittel Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit umfasst.
Wird ein Strahlmittel mit Festkörperpartikeln verwendet, dann können ein oder mehrere Typen von Polymerpartikeln verwendet werden. Strahlmittel aus Polymer können ausge wählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Polyamiden, Harzen, Polyestern, Polystyrolen, Polyolefine, Polyvinylen, Kautschuken, Polyvinylchloriden, Polyphenylenen, Polyethern, Polyurethanen, Polysacchariden, Polyimiden, Polyacrylaten, Silikonen sowie Blends und Copolymeren davon. Es wären aber auch Festkörperpartikel aus der Gruppe bestehend aus Metallen, passivierten Metallen, Eisen, Stahl, Mineralien, Rußpartikel, Kohlefasern, Farbpartikeln, Keramiken, Polymeren, Legierungen oder Gläsern möglich. Die verwende ten Strahlmittel können sich je nach Typ, zum Beispiel hinsichtlich Korngröße, Granulari- tät, chemischer Zusammensetzung und Morphologie der verwendeten Festkörperpartikel unterscheiden. Weitere Charakteristiken sind Fließfähigkeit, Dichte, Wärmekapazität und elektrostatische Eigenschaften. Ein Beispiel wäre Strahlmittel aus Kunststoff, Glas, Kera mik oder Sand mit einer Korngröße von 50pm bis 600pm. Zum Beispiel könnten die Festkörperpartikel oder eine Flüssigkeit mittels des Gasstrahls in einer Strahldüse einer Strahlvorrichtung der Strahlanlage beschleunigt werden.
Eine Beschleunigung von Festkörperpartikeln oder einer Flüssigkeit könnte aber auch durch ein Schleuderrad einer Strahlvorrichtung der Strahlanlage erfolgen. Ein Schleuder rad bezeichnet dabei ein in Rotation versetztes Rad beziehungsweise Schaufelrad oder Schleuderrad welches auf eine gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Während das Rad rotiert, wird dem Rad das Strahlmittel zugeführt. Das Strahlmittel wird durch die Rotation von dem Rad beziehungsweise dessen Schaufeln mitgerissen und in die ge wünschte Richtung beschleunigt. Hierbei kann das Strahlmittel von außen dem Schleu derrad zugeführt werden, sodass der Strahlmittelstrom von diesem bzw. von dessen Schaufeln mitgerissen und in die gewünschte Richtung beschleunigt wird; und/oder von innen dem Schleuderrad zugeführt werden, sodass das Strahlmittel durch die Rotation des Schleuderrads Zentrifugalkraft erfährt und somit vom Innenraum des Schleuderrads über Öffnungen nach außen getrieben wird und über das Schleuderrad beziehungsweise dessen Schaufeln in die gewünschte Richtung beschleunigt wird.
Es wurde festgestellt, dass Restpulver von Kunststoffbauteilen besonders zuverlässig entfernt werden kann, wenn zumindest die Oberfläche der Kunststoffbauteile erwärmt ist. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass der Verdichtungsprozess effizienter durchgeführt werden kann, wenn zumindest die Oberfläche der Kunststoffbauteile erwärmt wird. Das Material an der Oberfläche des Bauteils ist in diesem Zustand besser verformbar und kann so besser verdichtet werden. Vorzugsweise liegt dabei die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Materials, besonders bevorzugt jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Materials.
Zum Beispiel kann es hilfreich sein, eine entsprechende Temperatur im Bereich von 40 °C bis 180 °C zu verwenden, insbesondere in einem Bereich von 60 °C bis 120 °C, weiter insbesondere in einem Bereich von 60°C bis 80°C.
Die Anwendung eines Strahlprozesses mit erhöhter Temperatur ist dabei kontraintuitiv, da insbesondere Kunststoffmaterialien in Pulverform, wie das verwendete Druckpulver eines AM-Prozesses, bei höheren Temperaturen zum Verklumpen neigen und eine ver ringerte Rieselfähigkeit aufweisen können. Überraschend konnte festgestellt werden, dass Restpulver insbesondere in den genannten Temperaturbereichen besonders zuver lässig entfernt werden kann, ohne dass Verklumpen festgestellt wurde und/oder bei den genannten Temperaturen ein effizienterer Verdichtungsprozess erfolgen kannDabei kann es grundsätzlich unterschiedliche Techniken zum Beheizen der Kunststoffbauteile geben. Zwei Techniken sind nachfolgend in Tab. 2 zusammengefasst.
Tab. 2: Zwei Varianten zum Beheizen von Kunststoffbauteilen im Zusammenhang mit dem Entpacken und/oder Entpulvern und/oder Verdichten. Grundsätzlich ist es möglich, beide Varianten, das heißt direktes und indirektes Heizen, miteinander zu kombinieren.
Nachfolgend werden mögliche Implementierungen für Heizelemente für das direkte Hei- zen, vgl. TAB. 2, offenbart.
TAB. 3: Verschiedene Implementierungen für Heizelemente, die ein direktes Beheizen der Kunststoffbauteile ermöglichen. Grundsätzlich ist es möglich, mehrere Varianten mit einander zu kombinieren. Als allgemeine Regel ist es in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen denk bar, dass das Heizen geregelt erfolgt. Beispielsweise wäre es also denkbar, dass ein Temperatursensor vorhanden ist, der die Ist-Temperatur der Kunststoffbauteile bzw. der Oberfläche der Kunststoffbauteile misst. Ein Infrarotthermometer könnte verwendet wer den, um die Ist-Temperatur zu messen. Es könnte auch ein Funkthermometer zu den Kunststoffbauteilen in die Prozesskammer gegeben werden. Dann kann ein Regelkreis implementiert werden, so dass die Temperatur einen Sollwert erreicht. Das Heizelement kann entsprechend angesteuert werden.
Die Verwendung eines Regelkreises ist optional. Es kann auch „open-loop“ beheizt wer den.
FIG. 6 illustriert schematisch eine beispielhafte Strahlanlage 100. Die Strahlanlage 100 ist eingerichtet, um Kunststoffbauteile 109, die durch einen AM-Prozess erhalten werden, mit einem Strahlmittel zu bestrahlen, um derart Restpulver 82, 83 des AM-Prozesses zu entfernen und/oder die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Dies kann zum Entpacken und/oder Entpulvern und/oder Verdichten verwendet werden, vergleiche TAB. 1.
Die Strahlanlage umfasst ein Gehäuse 103 und eine Prozesskammer 101 , die im Ge häuse 103 ausgebildet ist. In die Prozesskammer 101 können die Kunststoffbauteile 109 angeordnet werden. Im Beispiel der FIG. 6 sind die Kunststoffbauteile 109 in einer Bewe gungseinrichtung, exemplarisch als Trommel 101 dargestellt angeordnet, die bewegt wer den kann, um die Kunststoffbauteile 109 zu bewegen. Dazu kann die Trommel 102 von einer Steuerungsvorrichtung 111 angesteuert werden (Steuerleitungen sind in FIG. 6 mit gepunktet-gestrichelten Linien dargestellt).
In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass die Trommel 102 - neben einer Drehung - gerüttelt wird. Dazu kann eine entsprechende Bewegungseinrichtung vorgesehen sein, z.B. ein Elektromotor. Auch derart kann das Entfernen von Restpulver unterstützt werden.
Als nächstes werden Aspekte im Zusammenhang mit einer Strahlvorrichtung beschrie ben. Die Strahlvorrichtung der Strahlanlage 100 ist eingerichtet, um die Kunststoffbauteile 109 mit Strahlmittel zu bestrahlen. Im Beispiel der FIG. 6 umfasst die Strahlvorrichtung einen Behälter 121 in dem Festkörper-Partikel 122 angeordnet sind. Außerdem ist eine Druckluftquelle 125 vorhanden, die Druckluft in eine Zuleitung 126 leitet, so dass die Fest körper-Partikel 122 aus dem Behälter 121 gesaugt werden und über eine Strahldüse 127 in die Prozesskammer 101 auf die Kunststoffbauteile 109 gestrahlt werden. Das Strahl mittel umfasst also im dargestellten Beispiel sowohl Druckluft, wie auch die Festkörper- Partikel 122. Als allgemeine Regel wäre es aber denkbar, dass das Strahlmittel zum Bei spiel nur ein Gas umfasst, also das Restpulver mittels zum Beispiel Druckluft entfernt wird. Es wäre auch denkbar, dass anstatt der Festkörper-Partikel 122 eine Flüssigkeit im Be hälter 121 angeordnet ist und als Teil des Strahlmittels verwendet wird.
Es ist auch eine Trennvorrichtung 104 - z.B. ein (Rüttel-)Sieb und/oder ein Zyklon - vor gesehen, die es ermöglichen kann, die Festkörper-Partikel 122 vom Restpulver zu tren nen und dem Behälter 121 wieder zuzuführen.
Im Beispiel der FIG. 6 umfasst die Strahlanlage 100 ein „direktes“ Heizelement 151 , dass für ein direktes Heizen (vergleiche Tab. 2) der Kunststoffbauteile 109 eingerichtet ist. Im Beispiel der FIG. 6 ist das direkte Heizelement 151 als eine Strahlungsquelle für Wärme strahlung (vergleiche Tab. 3) eingerichtet; es wären aber auch andere Heizelemente, zum Beispiel für die Wärmeleitung oder die Konvektion (vergleiche Tab. 3) denkbar.
Außerdem ist im Beispiel der FIG. 6 ein „indirektes“ Heizelement 152 vorgesehen. Dieses ist eingerichtet, um die Druckluft aus der Druckluftquelle 126 zu beheizen. Das Heizele ment 152 kann als Durchlauferhitzer ausgebildet sein. Derart können die Kunststoffbau teile 109 indirekt beheizt werden, vergleiche TAB. 2. Während im Beispiel der FIG. 6 das indirekte Heizelement 152 die Druckluft aus der Druckluftquelle 125 beheizt, wäre es al ternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass ein indirektes Heizelement die Festkörper partikel 122 (oder, in anderen Varianten, eine Flüssigkeit, die im Behälter 121 angeordnet ist) beheizt.
Die Steuerungsvorrichtung 111 könnte zum Beispiel einen Prozessor und einen Speicher umfassen. Der Prozessor könnte Programmcode aus dem Speicher laden und ausführen. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, kann der Prozessor Techniken im Zu sammenhang mit dem Ansteuern von Heizelementen, einer Strahlvorrichtung, einer Be wegungseinrichtung usw. wie sie hierin beschrieben sind, ausführen. Details dazu sind in FIG. 7 beschrieben. FIG. 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren aus FIG. 7 kann von einer Steuerungsvorrichtung einer Strahlanlage ausgeführt werden. Beispiels weise könnte das Verfahren gemäß FIG. 7 von der Steuerungsvorrichtung 111 der Strahl anlage 100 aus FIG. 6 ausgeführt werden.
In Box 3005 wird mindestens ein Heizelement angesteuert. Dadurch kann ein Beheizen von Kunststoffbauteilen, die durch einen AM-Prozess erhalten werden, erfolgen. Bei spielsweise könnte eines der Heizelemente 151 , 152 der Strahlanlage 100 angesteuert werden. Das mindestens eine angesteuerte Heizelement kann eingerichtet sein, um die Kunststoffbauteile direkt und/oder indirekt zu beheizen, vergleiche TAB. 2.
Das Beheizen könnte geregelt erfolgen. Dazu kann ein Regelkreis von der Steuerungs vorrichtung implementiert werden. Eine Soll-Temperatur kann als Zielwert vorgegeben sein. Eine Ist-Temperatur kann über ein Thermometer gemessen werden. Das Heizele ment kann dann basierend auf einer Differenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Tempe ratur angesteuert werden. Grundsätzlich wäre es möglich, dass die Soll-Temperatur (Ziel temperatur) in Abhängigkeit von einem Typ der Kunststoffbauteile gewählt wird, zum Bei spiel in Abhängigkeit von einem Material der Kunststoffbauteile und/oder in Abhängigkeit von einer Oberflächengeometrie der Kunststoffbauteile.
Beispielsweise könnte Box 3005 das Senden von digitalen Steueranweisungen an das mindestens eine Heizelement umfassen. Zum Beispiel könnte in einer entsprechenden Steueranweisung eine Stärke des Heizvorgang spezifiziert werden. Es wäre auch denk bar, dass über eine analoge Schnittstelle eine Spannung an das mindestens eine Heiz element ausgegeben wird, über die zum Beispiel eine Stärke des Heizvorgangs einge stellt werden kann.
In Box 3010 wird eine Strahlvorrichtung der Strahlanlage angesteuert, um Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu lösen und entfernen. Die Strahlvorrichtung kann auch ange steuert werden, um die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten. Zum Beispiel könnte ein Schleuderrad angesteuert werden, um Festkörperpartikel eines entsprechen den Strahlmittels zu beschleunigen. Es wäre auch denkbar, dass eine Druckluftquelle an gesteuert wird, um mittels Druckluft Festkörperpartikel und/oder eine Flüssigkeit zu be- schleunigen und über eine Strahldüse in die Prozesskammer einzustrahlen; entspre chende Techniken wurden Zusammenhang mit der Druckluftquelle 125 der Strahlanlage 100 in FIG. 6 beschrieben.
Beispielsweise könnte Box 3010 das Senden von digitalen Steueranweisungen an die Strahlvorrichtung umfassen. Zum Beispiel könnte in einer entsprechenden Steueranwei sung eine Stärke des Strahlens spezifiziert werden. Es wäre auch denkbar, dass über eine analoge Schnittstelle eine Spannung an die Steuervorrichtung ausgegeben wird, über die zum Beispiel eine Stärke des Strahlvorgangs eingestellt werden kann. In FIG. 7 sind Box 3005 und Box 3010 sequenziell dargestellt. Als allgemeine Regel wäre es denk bar, dass das mindestens eine Heizelement in Box 3005 vor und/oder auch während des Strahlvorgangs gemäß Box 3010 zum Beheizen der Kunststoffbauteile angesteuert wird. Durch solche Techniken kann erreicht werden, dass die Kunststoffbauteile während des Bestrahlens zum Entfernen von Restpulver und/oder während des Verdichtens der Ober fläche nicht erkalten. Ein besonders gutes Ergebnis für einen entsprechenden Prozess zum Entpacken und/oder Entpulvern und/oder Verdichten kann erzielt werden.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit FIG. 8 eine beispielhafte Implementierung eines Prozesses zum Entpacken und/oder Entpulvern und/oder Verdichten, der durch das Ver fahren aus FIG. 7 ermöglicht wird, beschrieben.
FIG. 8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Prozessierung von Kunststoffbauteilen, die durch einen AM-Prozess erhalten werden. Mittels des Verfahrens aus FIG. 8 kann Restpulver des AM-Prozesses von den Kunststoffbauteilen gelöst und entfernt werden und/oder die Oberfläche der Bauteile verdichtet werdenDas Verfahren aus FIG. 8 kann zum Entpacken und/oder zum Entpulvern und/oder Verdichten dienen, vergleiche Tab. 1 . Beim Verfahren aus FIG. 8 erfolgt ein Beheizen der Kunststoffbauteile vor und/oder während des Bestrahlens der Kunststoffbauteile mit Strahlmittel zum Entfer nen des Restpulvers und/oder zum Verdichten der Oberfläche. Das Verfahren aus FIG. 8 könnte durch Steueranweisungen eine Steuervorrichtung eine entsprechenden Strahlan lage, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren aus FIG. 7 beschrieben, implementiert werden. Zunächst erfolgt optional in Box 3105 ein Aufheizen der Kunststoffbauteile auf eine be stimmte Zieltemperatur. Dabei kann insbesondere ein Aufheizen der Oberfläche der Kunststoffbauteile erreicht werden. Typische Zieltemperaturen liegen im Bereich von 40 bis 180 °C, insbesondere im Bereich von 60 bis 120 °C. Die Kunststoffbauteile können insbesondere aufgeheizt werden, wenn diese bereits in der Prozesskammer der Strahl anlage angeordnet sind.
Box 3105 kann als Vorheizen bezeichnet werden, d.h. vor dem Entpulvern oder Entpa cken oder Verdichten in Box 3110.
Ein Vorteil des Vorheizens (falls notwendig) kann sein, dass man dadurch einen effizien teren Prozess schafft, da das Verwenden eines Strahlmittels zum Entpulvern oder Entpa cken oder Verdichten in Box 3110, z.B. Druckluft, vergleichsweise energieintensiv ist und durch das Vorheizen eine geringere Menge der Druckluft benötigt wird.
Box 3105 kann durch Box 3005 des Verfahrens aus FIG. 7 implementiert werden.
In Box 3110 erfolgt das Entpacken und/oder das Entpulvern und/oder das Verdichten der Kunststoffbauteile. Dabei werden die Kunststoffbauteile z.B. mit einem Strahlmittel be strahlt, mit dem Ziel, das Restpulver von den Kunststoffbauteilen zu entfernen, ohne die Oberfläche zu beschädigen. Die Kunststoffbauteile können auch mit einem Strahlmittel bestrahlt werden, um die Oberfläche der Kunststoffbauteilen homogen zu verdichten, ohne die Oberfläche zu beschädigen. Dabei können zum Beispiel Festkörperpartikel des Strahlmittels beschleunigt werden, in einer entsprechenden Strahlvorrichtung. Die Parti kel können dabei sowohl von einem Schleuderrad, als auch durch einen Luftstrom oder ein sonstiges Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit, beschleunigt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Bestrahlen können die Kunststoffbauteile außerdem vor, während, zwischen mehrere Strahlvorgängen und/oder nach dem Strahlen kontinu ierlich bewegt werden, zum Beispiel durch eine rotierende Trommel oderein Muldenband. Die Kunststoffbauteile werden dabei umorientiert, bewegt und miteinander vermischt. Durch die Bewegung der Bauteile kann optional auch bereits Restpulver gelöst werden. Die Festkörperpartikel können aus einem Behälter entnommen werden. Typische Fest körperpartikel für das Strahlmittel wären Glas oder Kunststoff oder eine Mischung von unterschiedlichen Festkörperpartikeln, die unterschiedliche Formen und/oder Materialien aufweisen. Luft aus einer Druckluftversorgung kann dazu verwendet werden, um die Fest körperpartikel zu beschleunigen. Mittels einer Düse kann das Strahlmittel dann in die Pro zesskammer eingebracht werden. Das Strahlmittel löst das Restpulver und/oder verdich tet die Oberfläche. Die Festkörperpartikel des Strahlmittels können wiederaufbereitet wer den. Beispiel kann mittels einer entsprechenden Trennvorrichtung das Restpulver von Teilen des Strahlmittels, insbesondere den Festkörperpartikel, getrennt werden. Dazu kann ein Sieb und/oder ein Zyklon verwendet werden. Typischer Druck für die Druckluft wäre zum Beispiel 2 bis 7 bar. Das Bestrahlen in Box 3110 kann typischerweise zwischen 1 Minute und 60 Minuten andauern.
Box 3110 kann durch Box 3010 implementiert werden, vgl. FIG. 7.
In Box 3115 erfolgt optional auch während des Entpulverns bzw. des Entpackens und/o der des Verdichtens in Box 3110 ein Beheizen der Kunststoffbauteile. Intervallheizen wäre denkbar.
Box 3115 kann grds. gemäß Box 3105 implementiert werden. Es wäre auch möglich, dass Box 3105 durch direktes Heizen implementiert wird und Box 3115 durch direktes und in direktes Heizen implementiert wird.
Optional kann in Box 3120 ein Abkühlen der Kunststoffbauteile erfolgen. Dazu könnte ein Luftstrom verwendet werden.
Optional können in Box 3125 ein oder mehrere weitere Prozesse durchgeführt werden, die von der vorangegangenen gründlichen Entfernung des Restpulvers und/oder von der vorangegangenen Verdichtung der Oberfläche profitieren können. Beispiele für weitere Prozesse in Box 3125 wären z.B. Schleifen, Glätten, Imprägnieren, Färben, Coaten, Be schichten und/oder Lackieren. Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, um durch Beheizen von Bauteilen wie insbesondere Kunststoffbauteilen eines AM-Prozesses ein zuverlässi ges und reproduzierbares Entpulvern und/oder Entpacken der Bauteile und/oder Verdich ten der Oberfläche der Bauteile zu ermöglichen. Mehrstufiges Nacharbeiten entfällt. Die derart erhaltenen Bauteile haben eine besonders hohe verbesserte gleichmäßige Ober flächenqualität. Das bedeutet, dass kein oder nur sehr wenig angebackenes Restpulver an den Kunststoffbauteilen anhaften kann und/oder eine glatte, homogene Oberfläche erhalten wird. Dadurch kann insbesondere bei nachfolgenden Prozessschritten (cf. FIG. 8: box 3125), wie beispielsweise chemisches Glätten, eine deutlich verringerte Blasenbil dung oder Delamination erzielt werden. Das Verwenden von ein oder mehreren Heizele menten zum Beheizen von Kunststoffbauteilen ist vergleichsweise kostengünstig, zum Beispiel im Vergleich zum Trockeneisstrahlen oder Kühlen. Werden die Kunststoffbauteile geheizt, kann das Restpulver zügiger entfernt und/oder die Oberfläche effizienter verdich tet werden. Dadurch verringert sich die Prozessdauer.
Für gute Ergebnisse - d.h. Entfernen von Restpulver und/oder Verdichtung der Oberflä che ohne Beschädigung der Kunststoffbauteile - haben sich folgende Prozessparameter als vorteilhaft erwiesen (wobei die verschiedenen Prozessparameter auch einzeln von den angegebenen Werten variiert werden können).
Temperatur: Eine Temperatur derzu bearbeitenden Bauteile von 40°C bis 180°C, optional 60 - 80°C oder 120°C. Höhere Temperaturen lassen ggf. nochmals verbesserte Ergeb nisse erwarten.
Strahldruck: Ein Strahldruck von 5 bar ist unabhängig vom Strahlmedium vorteilhaft. Im Speziellen für Kunststoff-Strahlmedien sind 2-5 bar vorteilhaft, für Glas-Strahlmedien 2-5 bar. Bei niedrigem Strahldruck verlängert sich die Strahlzeit.
Strahlzeit: Eine Strahlzeit 5-90 Minuten, bevorzugt von 20-80 Minuten. Im Durchschnitt kann von einer Strahlzeit von 40 Minuten, abhängig von der Bauteilgeometrie ausgegan gen werden, bei einem Strahldruck von 5 bar.
Ionisierte Abblaszeit: Am Ende des Strahlprozesses ist ein ionisiertes Abblasen mit einer Dauer von > 6 min vorteilhaft. Strahlmedium: Basierend auf dem Strahlmedium können unterschiedliche Ergebnisse er zielt werden. Das Ergebnis mit den besten Tiefenreinigungsergebnissen (Entpulverung an der Bauteiloberfläche) konnte mit glasgefülltem Polymer-Strahlmedium (Beispiels weise Dyemansion „PC4“) erzielt werden. Die kürzeste benötigte Strahlzeit konnte mit Melamin-Strahlmittel für Bauteile aus TPE erzielt werden. Erfindungsgemäß hat sich ge zeigt, dass die Verwendung von Kunststoff-Strahlmedien zur Verdichtung der Oberfläche zu einer besonders gleichmäßigen Oberflächenqualität führt.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kom binationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise wurden voranstehend Techniken beschrieben, um Restpulver von Kunst stoffbauteilen zu entfernen und/oder um die Oberfläche der Bauteile zu verdichten. Ent sprechende Techniken können grundsätzlich auch verwendet werden, um Pulver von Bauteilen aus einem anderen Material, z.B. Sand, Gips , Keramik oder Metall, zu entfer nen, die durch einen AM-Prozess gefertigt worden sind.
Ferner wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen Bestrahlen und Heizen von Bauteilen zur Verbesserung des Entfernens von Restpulver eines additiven Ferti gungsprozesses und/oder zu einer effizienteren Verdichtung der Oberfläche verwendet wurden. Grundsätzlich wäre es möglich, die Kombination von Bestrahlen und Heizen von Bauteilen auch für andere Zwecke zu verwenden. So wäre es denkbar, dass Bestrahlen und Heizen zur Färbung oder Beschichtung von Bauteilen verwendet wird. Hier kann das Strahlmittel Farbpartikeln oder Färbelösung umfassen. Das Strahlmittel könnte auch nur aus Farbpartikeln oder Färbelösung bestehen. Durch die Aufbringung im Strahlprozess und eine Fixierung auf dem Bauteil unter Wärmeeinwirkung können hierbei zumindest teilweise Färbeeffekte wie z.B. Einfärbungen oder andere physikalische Effekte erzielt werden. Das bedeutet, dass die Oberfläche der Kunststoffbauteile gegenüber der ur sprünglichen Farbe des Materials verfärbt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungspro zesses von Kunststoffbauteilen (109), wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) einer Entpulverungsan- lage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Entpulverungsanlage (100) angeordnet sind, und
- Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) der Entpulver ungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Entpulverungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Be heizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch vor dem Bestrahlen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Be heizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch während des Bestrahlens erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am Ende des Strahlpro zesses ein ionisiertes Abblasen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Entfernen des Restpulvers (82, 83) ein glasgefülltes Polymer-Strahlmedium verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Trennvorrichtung (104) vorgesehen ist, die es ermöglicht, die Strahlmittel-Festkörperpartikel (122) vom Restpulver (82, 83) zu trennen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mit einem Strahldruck von 2-5 bar, besonders bevorzugt von 5 bar, gearbeitet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlzeit 5-90 Mi nuten, bevorzugt 20-80 Minuten, besonders bevorzugt 40 Minuten beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der zu bearbeitenden Bauteile in einem Bereich von 40°C bis 180°C liegt, optional in einem Be reich von 60°C bis 120°C.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement (151) eingerichtet ist, um die Kunststoff bauteile (109) über Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung zu beheizen.
11 . Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement (151) eingerichtet ist, um die Kunststoff bauteile (109) über Wärmeleitung mittels eines Wärmetauscherelements, das in Kontakt mit den Kunststoffbauteilen (109) gebracht werden kann, zu beheizen.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Heizelement eingerichtet ist, um die Kunststoffbau teile über erzwungene Konvektion eines Heizgases zu beheizen.
13. Verfahren zum Verdichten der Oberfläche eines Kunststoffbauteils aus einem ad ditiven Fertigungsprozess, wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) einer Oberflächenver dichtungsanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Oberflächenverdichtungsanlage (100) angeord net sind, und - Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) der Oberflächen verdichtungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahl mittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Oberflächen verdichtungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Be heizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch vor dem Bestrahlen erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151) zum Be heizen der Kunststoffbauteile (109) zumindest auch während des Bestrahlens erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei zum Verdichten der Oberflä che ein Kunststoff-Strahlmedium verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei am Ende des Strahlprozes ses ein ionisiertes Abblasen durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei eine Trennvorrichtung (104) vorgesehen ist, die es ermöglicht, die Strahlmittel-Festkörperpartikel (122) von Restpul ver (82, 83) zu trennen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei mit einem Strahldruck von 2- 5 bar, besonders bevorzugt von 5 bar, gearbeitet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Strahlzeit 5-90 Minuten, bevorzugt 20-80 Minuten, besonders bevorzugt 40 Minuten beträgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Temperatur der zu bear beitenden Bauteile in einem Bereich von 40°C bis 180°C liegt, optional in einem Bereich von 60°C bis 120°C.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , wobei das mindestens eine Heiz element (151) eingerichtet ist, um die Kunststoffbauteile (109) über Infrarotstrahlung o- der Mikrowellenstrahlung zu beheizen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei das mindestens eine Heizelement (151) eingerichtet ist, um die Kunststoff bauteile (109) über Wärmeleitung mittels eines Wärmetauscherelements, das in Kontakt mit den Kunststoffbauteilen (109) gebracht werden kann, zu beheizen.
24. Verfahren nach Anspruch 13 bis 23, wobei das mindestens eine Heizelement eingerichtet ist, um die Kunststoffbau teile über erzwungene Konvektion eines Heizgases zu beheizen.
25. Verfahren zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungspro zesses von Kunststoffbauteilen (109), wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) einer Strahlan lage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen, wo bei das Strahlmittel Festkörperpartikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrich tung (121 , 125, 126, 127) mittels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahl anlage (100) eingebracht wird, und
- Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151 , 152) ge regelt mit einer Zieltemperatur erfolgt.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das mindestens eine Heizelement (151 , 152) angesteuert wird, um die Kunststoffbauteile (109) auf eine Temperatur in einem Bereich von 40°C bis 180°C liegt, optional in einem Bereich von 60°C bis 120°C zu beheizen.
28. Verfahren zum Verdichten der Oberfläche eines Kunststoffbauteils aus einem ad ditiven Fertigungsprozess, wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) einer Strahlan lage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten, wobei das Strahlmittel Festkörper partikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) mit tels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahlanlage (100) eingebracht wird, und
- Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ansteuern (3005) des mindestens einen Heizelements (151 , 152) ge regelt mit einer Zieltemperatur erfolgt.
30. Verfahren nach Anspruch 28 und 29, wobei das mindestens eine Heizelement (151 , 152) angesteuert wird, um die Kunststoffbauteile (109) auf eine Temperatur in einem Bereich von 40°C bis 180°C liegt, optional in einem Bereich von 60°C bis 120°C zu beheizen.
31 . Kunststoffbauteil (109) das nach einem Verfahren der voranstehenden Ansprü che hergestellt ist.
32. Steuervorrichtung für eine Entpulverungsanlage zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen, wobei die Steue rungsvorrichtung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen:
- Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) der Entpulverungsan lage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Entpulverungsanlage (100) angeordnet sind, und
- Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) der Entpulver ungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahlmittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Entpulverungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen
33. Steuervorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
34. Steuervorrichtung für eine Strahlanlage zum Entfernen von Restpulver (82, 83) eines additiven Fertigungsprozesses von Kunststoffbauteilen, wobei die Steuervorrich tung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen:
- Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) einer Strahlan lage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart das Restpulver (82, 83) von einer Oberfläche der Kunststoffbauteile (109) zu lösen, wo bei das Strahlmittel Festkörperpartikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrich tung (121 , 125, 126, 127) mittels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahl anlage (100) eingebracht wird, und
- Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
35. Steuervorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach Anspruch 25 auszuführen.
36. Steuervorrichtung für eine Oberflächenverdichtungsanlage zum Verdichten der Oberfläche eines Kunststoffbauteils aus einem additiven Fertigungsprozess, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen:
- Ansteuern (3005) mindestens eines Heizelements (151) der Oberflächenver dichtungsanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) der Kunststoffbauteile (109), wenn diese in einer Prozesskammer (101) der Oberflächenverdichtungsanlage (100) angeord net sind, und
- Ansteuern (3010) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) der Oberflächen verdichtungsanlage (100) zum Bestrahlen (3110) der Kunststoffbauteile (109) mit Strahl mittel und/oder Ansteuern (3010) einer Bewegungseinrichtung (101) der Oberflächen verdichtungsanlage (100) zum Bewegen der Kunststoffbauteile (109), um derart die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten.
37. Steuervorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24 auszuführen.
38. Steuervorrichtung für eine Strahlanlage zum Verdichten der Oberfläche eines Kunststoffbauteils aus einem additiven Fertigungsprozess, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen:
- Ansteuern (3005) einer Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) einer Strahlan lage (100) zum Bestrahlen der Kunststoffbauteile (109) mit einem Strahlmittel, um derart die Oberfläche der Kunststoffbauteile zu verdichten, wobei das Strahlmittel Festkörper partikel (122) umfasst und optional von der Strahlvorrichtung (121 , 125, 126, 127) mit tels eines Gases in eine Prozesskammer (101) der Strahlanlage (100) eingebracht wird, und
- Ansteuern (3010) mindestens eines Heizelements (152) der Strahlanlage (100) zum Beheizen (3105, 3115) von zumindest einem der Festkörperpartikel (122) oder des Gases.
39. Steuervorrichtung nach Anspruch 38, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um ein Verfahren nach Anspruch 28 auszuführen.
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