EP4630191A1 - Dosierungsvorrichtung, additive fertigungsvorrichtung sowie dosierungsverfahren - Google Patents

Dosierungsvorrichtung, additive fertigungsvorrichtung sowie dosierungsverfahren

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Publication number
EP4630191A1
EP4630191A1 EP23813378.9A EP23813378A EP4630191A1 EP 4630191 A1 EP4630191 A1 EP 4630191A1 EP 23813378 A EP23813378 A EP 23813378A EP 4630191 A1 EP4630191 A1 EP 4630191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
container
process chamber
dosing device
designed
Prior art date
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Pending
Application number
EP23813378.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim GEISLER
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.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4630191A1 publication Critical patent/EP4630191A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

Definitions

  • Dosing device additive manufacturing device and dosing method
  • the invention relates to a dosing device for process powder.
  • the invention also relates to an additive manufacturing device and a dosing method.
  • Such dosing devices are typically used on additive manufacturing devices that are designed to manufacture workpieces from the process powder.
  • the dosing device is used, among other things, to feed the process powder into a process chamber of the additive manufacturing device.
  • so-called coaters are used within the process chamber of the additive manufacturing device, which distribute the process powder in a working cylinder.
  • the dosing device has the task of providing the process powder to the coater in pre-dosed amounts as precisely as possible.
  • a common type of device for conveying process powder into the process chamber involves feeding the required process powder to the coater from below using a lifting device. However, this requires a considerable amount of space under the process chamber.
  • EP 2 191 922 A1 describes a powder application device with two separate powder chambers. Each powder chamber has a conveyor shaft with several recesses, which conveys a powder located in the powder chamber in the direction of the powder outlet opening. The powder chambers are designed to be carried along on the coater.
  • the dosing devices known from the prior art are arranged inside the process chamber in order to be able to provide the required process powder directly to the coater.
  • the dosing devices arranged in the process chamber represent a flow obstacle for the protective gas flow formed in the process chamber. This can lead to undesirable flow vortices within the process chamber, which can cause process powder to be stirred up.
  • a dosing device is provided.
  • the dosing device is designed for external arrangement on a process chamber of an additive manufacturing device.
  • the dosing device is suitable, in particular designed, for conveying process powder into the process chamber of the additive manufacturing device.
  • a process powder is understood to be a working medium, in particular an additive manufacturing device, in powder form.
  • the process powder is used to create a workpiece.
  • a workpiece can be produced from various process powders, such as aluminum, silicon, magnesium, corundum or titanium. The list is not intended to be exhaustive.
  • the various process powders can differ, for example, in terms of a powder particle size of the process powder, a powder material, in particular a mixture of different powder materials, and/or a powder color.
  • the use of an aluminum-silicon-magnesium alloy can be provided.
  • the dosing device has at least one powder container.
  • the dosing device has two or more powder containers.
  • the powder container can have a powder container length that is predominantly formed along a conveying axis of the dosing device.
  • the powder container length is preferably adapted to a powder coater width of the powder coater.
  • the powder container length can be, for example, between 50 millimeters and 1200 millimeters.
  • the at least one powder container has at least one powder cavity.
  • the powder cavity is designed to hold and/or dispense the process powder. In other words, the powder container can store process powder.
  • the dosing device also has a container guide.
  • the container guide is designed to move the powder container in a straight line.
  • the powder container is designed to be guided along the conveying axis of the dosing device.
  • the dosing device can have a guide carriage.
  • the at least one powder container can be arranged, in particular fastened, to the guide carriage.
  • the guide carriage can be arranged so as to be translationally movable on the container guide.
  • the guide carriage preferably has a container holder.
  • the container holder can be designed along the conveying axis.
  • the container holder is designed to hold or support the powder container.
  • the container holder is designed to hold or support all powder containers of the dosing device. This can prevent the powder container from bending, particularly if the powder container has extensive dimensions along the conveying axis.
  • the container guide preferably has a guide end that can be arranged on the process chamber.
  • the container guide extends to an outside of the process chamber. This allows the dosing device to be attached to the process chamber and a guide length of the container guide to be made as long as possible.
  • the powder container is movably arranged on the container guide.
  • the powder container is designed to move or deflect along the conveying axis beyond the container guide. With other In other words, the powder container can be pushed out beyond the guide end.
  • the dosing device can therefore be extended in an extendable manner in order to introduce the powder container into the process chamber, for example via a process chamber opening.
  • the dosing device according to the invention is designed to be arranged outside a process chamber on an additive manufacturing device.
  • the dosing device is designed to be linearly movable.
  • the powder container can thus be guided from outside the process chamber into the process chamber in order to provide the required process powder.
  • only part of the dosing device is moved into the process chamber over a short period of time to provide the process powder.
  • the process chamber can thus be kept particularly small in size.
  • the dosing device can be moved out of the process chamber during production, which ensures a turbulence-free protective gas flow.
  • the dosing device has a longitudinal drive.
  • the longitudinal drive is typically designed to move the powder container along the conveying axis.
  • the longitudinal drive can be driven hydraulically, pneumatically and/or electrically, for example.
  • the longitudinal drive is preferably designed as a belt drive.
  • the longitudinal drive is preferably arranged or attached to the guide carriage.
  • the longitudinal drive is particularly preferably moved along with the guide carriage. This allows the drive and the dosing device to be kept compact.
  • Another preferred embodiment of the dosing device is one in which the powder cavity has at least one powder opening directed vertically upwards.
  • the number of powder openings is equal to the number of powder cavities in the powder container.
  • each powder cavity has exactly one powder opening.
  • the powder cavity of a powder container can be divided into two or more segments by means of dividers. These segments can be distributed evenly and/or unevenly across the powder cavity. The division into segments supports an even distribution of the powder over the length of the powder cavity. This is particularly advantageous for long powder cavities. Furthermore, the division of the powder cavity into segments ensures that when the powder container is moved, the powder is only moved within the segments and thus the even distribution is essentially maintained.
  • the vertically upward powder opening enables the powder cavity or powder container to be filled in the direction of gravity. This means that the powder container can be filled without special or complex technical means.
  • the powder container is arranged on the container guide so that it can rotate about a container rotation axis.
  • the powder container is designed to be rotatable relative to the container guide.
  • the rotation axis is preferably coordinated with a movement axis of a powder coater of the additive manufacturing device and/or the conveying axis of the dosing device.
  • the powder container can, for example, be designed to be rotatable about a rotation axis running perpendicular to the conveying axis. This can be particularly advantageous if the conveying axis of the dosing device is designed parallel to the direction of movement of the powder coater.
  • the powder opening of the powder cavity can be moved or rotated from a vertically upward position to a vertically downward position.
  • the powder container filled with process powder can be emptied under the influence of gravity in the vertically downward position of the powder opening.
  • another powder opening can be dispensed with.
  • a preferred development of the dosing device is one in which the container rotation axis is parallel or congruent with the conveying axis.
  • the powder container can be designed to be rotated about a conveying direction. This is particularly advantageous if the conveying direction is perpendicular to the direction of movement of the powder coater, or if the powder is fed to the powder coater from the side. In this way, the process powder can be fed parallel to the conveying axis in front of the powder coater, which simplifies the subsequent distribution by the powder coater.
  • the dosing device has a rotary drive.
  • the rotary drive is typically designed to rotate the powder container about the container's axis of rotation.
  • the rotary drive can be driven hydraulically, pneumatically and/or electrically, for example.
  • the rotary drive can be designed as an electric stepper motor.
  • the rotary drive is preferably designed as a pneumatic rotary actuator.
  • the powder can be fed mechanically, in particular automatically, by means of a rotary drive.
  • the rotary drive is preferably arranged or attached to the guide carriage. The rotary drive is preferably moved along with the guide carriage. This allows the dosing device to be kept even more compact.
  • a single rotary drive is designed to rotate all the powder containers.
  • the rotary drive can have a gear, for example a pinion and/or a belt, via which the powder containers are coupled to one another.
  • the rotary drive is particularly preferably designed to rotate the powder containers individually, in particular independently of one another. This allows the powder containers to be filled, transported and/or emptied particularly efficiently.
  • the at least one powder container is designed as a shaft.
  • the powder container has a substantially cylindrical outer geometry. This allows the powder container to be designed to be particularly rigid.
  • the container cross-section can be kept small in relation to a shaft volume.
  • the powder container is designed as a hollow shaft. This allows the weight of the powder container to be kept low.
  • the interior of the hollow shaft preferably forms the powder cavity.
  • the dosing device comprises a weighing unit.
  • the weighing unit is typically designed to determine the process powder contained in the powder container. For this purpose, it can be provided, for example, that the entire dosing device is weighed by means of the weighing unit.
  • the process powder contained in the powder container can also be determined, for example, by forming a difference between a weight of the dosing device before filling and a weight of the dosing device after or during filling. By determining the process powder contained in the powder container, a dosage of the process powder can be precisely matched to a powder quantity required in the process chamber. This can prevent overdosing and/or underdosing of the process powder.
  • the weighing unit has at least one measuring sensor.
  • the measuring sensor is preferably designed to weigh the powder container.
  • the dosing device preferably has at least two measuring sensors.
  • the dosing device particularly preferably has two measuring sensors per powder container.
  • the measuring sensors are typically arranged at opposite ends of the respective powder container to be measured.
  • the measuring sensor is designed to be temporarily arranged on the test container.
  • the measuring sensor is arranged on the powder container only to measure the weight of the powder container. If no measurement is taken, the measuring sensor is arranged at a distance from the test container. This can prevent a collision of the test container and/or the guide carriage with the weighing unit.
  • the measuring sensor is designed to be arranged in a vertical direction. This can cause the measuring sensor to be arranged on the test container against the effect of gravity.
  • the measuring sensor is arranged on the test container by means of an actuator.
  • An actuator can further increase the level of machine automation.
  • the dosing device can provide that the test container is designed to be deflectable in the vertical direction from a storage position.
  • the test container is mounted via a vertical floating bearing.
  • the powder container can be lifted by the weighing unit to measure the weight of the powder container.
  • the test container is preferably designed to be lifted by 0.5 millimeters or more, particularly preferably by 1 millimeter or more. This advantageously allows only the weight of the powder container to act on the measuring sensors, whereby the weight of the powder container can be measured even more accurately.
  • the dosing device has at least two powder containers, each with at least one powder cavity.
  • the powder containers can be arranged parallel to one another.
  • a further development of the dosing device is preferred in which the powder containers are moved together, in particular synchronously, along the container guide or the conveying axis. This allows two powder containers to be fed into the process chamber at the same time.
  • the underlying problem is also solved by an additive manufacturing device.
  • the additive manufacturing device is typically suitable, in particular designed, for layer-by-layer production of at least one workpiece from the process powder by means of region-by-region solidification of the process powder in the process chamber.
  • the additive manufacturing device has at least one dosing device as described above and below.
  • the additive manufacturing device can have two or more dosing devices as described above and below.
  • the additive manufacturing device has at least one process chamber.
  • the process chamber is typically designed to manufacture workpieces from the process powder.
  • the process chamber has at least one closable process chamber opening. In other words, the process chamber has an openable access.
  • the process chamber opening can be predominantly closed in order to minimize the penetration of ambient gases into the process chamber.
  • the dosing device is arranged, in particular fastened, on an outside of the process chamber.
  • the guide end of the container guide is arranged, in particular fastened, on the outside of the process chamber.
  • the container guide ends directly on a process chamber wall.
  • the dosing device is designed to move the powder container along the conveying axis through the closable process chamber opening into the process chamber.
  • the process chamber opening can be opened for this purpose.
  • the dosing device is arranged on the process chamber in such a way that the dosing device Closes the process chamber opening.
  • the powder container of the dosing device closes the process chamber opening.
  • the process chamber opening can advantageously be opened by moving the powder container.
  • the additive manufacturing device has a working cylinder arranged in the process chamber.
  • the workpiece to be manufactured is usually manufactured in the process chamber within the working cylinder.
  • the additive manufacturing device can have several working cylinders. This can facilitate the simultaneous production of several workpieces.
  • the additive manufacturing device has at least one dosing device on opposite sides of the working cylinder. This allows the process powder to be supplied to the process chamber at a plurality of points, thereby enabling even more effective dosing.
  • the additive manufacturing device also has a powder coater for distributing the process powder in the working cylinder.
  • the powder coater is typically designed to be movable along the coater axis above the working cylinder.
  • the coater axis preferably runs perpendicular to the conveying axis of the dosing device.
  • the process powder to be distributed by the powder coater can be emptied along the coater axis in front of and/or behind the powder coater.
  • the powder coater can thus distribute the process powder particularly easily by moving it along the coater axis.
  • the dosing device for emptying the powder container is designed above the powder coater. Emptying above the powder container can be carried out particularly easily under the influence of gravity. This allows Alternative technical means for providing the process powder, for example a lifting device for supplying process powder from below, can be dispensed with.
  • the powder coater has a discharge channel.
  • the discharge channel is preferably formed by the powder coater.
  • the discharge channel is also preferably designed to accommodate the powder container during movement in the process chamber.
  • a discharge channel can thus provide effective protection against a process flow within the process chamber. This can prevent the process powder from being blown away or blown out of the powder container by the process flow.
  • the underlying problem can also be solved by a dosing method.
  • the dosing method is suitable, in particular designed, for conveying process powder into the additive manufacturing device described above and below.
  • the dosing method has the following method steps:
  • the powder container is filled with process powder.
  • the process powder is fed to the respective powder cavity via the corresponding powder opening.
  • the one or more powder openings of the corresponding powder cavity are typically directed upwards in a vertical direction.
  • all powder containers are filled with process powder.
  • the powder containers can be filled one after the other.
  • the powder containers are filled outside the process chamber, which does not affect the additive manufacturing process inside the process chamber.
  • the powder container is moved through the process chamber opening along a conveying axis into the process chamber.
  • the guide carriage is set in motion along the container guide by means of a longitudinal drive, whereby the powder containers arranged on the guide carriage are guided in the conveying direction into the process chamber.
  • the at least one powder cavity of at least one powder container is emptied by rotating the powder container about the container rotation axis. It can be provided that all powder cavities, in particular of all powder containers, are emptied simultaneously.
  • a further process step involves moving the powder container along the conveying axis out of the process chamber.
  • the dosing device is moved back to its starting position and the dosing process can be carried out again.
  • the powder container is filled by measuring the weight of the process powder in the powder container. This allows the amount of powder required at the powder coater 24 to be precisely dosed.
  • Fig. 1 shows an additive manufacturing device with a process chamber and a powder coater in a perspective view.
  • Fig. 2 shows the additive manufacturing device from Fig. 1 in a rear view of the process chamber with a dosing device.
  • Fig. 3 shows the additive manufacturing device from Fig. 1 with the powder container of the dosing device accommodated in a discharge channel.
  • Fig. 4 shows a detailed view of the powder coater with the powder containers of the dosing device arranged therein.
  • Fig. 5 shows a further detailed view of the powder coater from Fig. 4 in a sectional view.
  • Fig. 6 shows the dosing device from the previous figures in a sectional detailed view.
  • Fig. 7 shows a detailed view of another embodiment of a dosing device.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of the dosing process.
  • Fig. 1 shows an additive manufacturing device 10 according to the invention with a dosing device 12 (see Fig. 2) and a process chamber 14.
  • a working cylinder 16 can be arranged in the process chamber 14, in which a workpiece (not shown in detail) can be produced according to an additive manufacturing process, for example a powder bed-based laser melting process (laser metal fusion; LMF).
  • LMF laser metal fusion
  • process powder (not shown in detail) can be fed to the process chamber 14 or the working cylinder 16, whereby a workpiece can be produced layer by layer by melting the process powder.
  • the additive manufacturing device 10 can have a laser beam unit 18 for this purpose, which - as shown schematically - can be arranged on an outside of the process chamber 14.
  • the working cylinder 16 can be lowered step by step starting from a working plane 20.
  • a working recess (not shown in detail) is created above the working cylinder 16 relative to the working plane 20, which is formed by a Powder coater 24 can be filled with process powder.
  • the powder coater 24 can be moved along the working plane 20 in a translational manner above the working cylinder 16, along a coater axis 26.
  • the working cylinder 16 filled with the process powder can then be irradiated by the laser beam unit 18, whereby the process powder can be at least partially melted according to the workpiece to be produced.
  • the working cylinder 16 can be lowered again and the process repeated until the workpiece is completely produced.
  • the powder coater 24 typically has a scraper lip 28.
  • the scraper lip 28 is typically in permanent contact with the working plane 20. However, it can also be provided that the scraper lip 28 has a defined distance, for example 1 millimeter, from the working plane 20 in order to be able to compensate for unevenness in a process chamber floor.
  • the scraper lip 28 can cause an even distribution of process powder in the working cavity.
  • the scraper lip 28 can remove excess process powder from the working cylinder 16 so that a powder layer that is flush with or parallel to the working plane 20 is formed in the working cylinder 16 or the process chamber.
  • the scraper lip 28 is preferably made of an elastomer. This allows the scraping and distribution functions to be carried out particularly reliably by the scraper lip 28.
  • the powder coater 24 can have a first wind deflector 30 and a second wind deflector 32 as shown.
  • a first process powder chamber 34 is formed between the first wind deflector 30 and the stripping lip 28 and a second process powder chamber 36 is formed between the second wind deflector 32 and the stripping lip 28 on the powder coater 24.
  • the first process powder chamber 34 and the second process powder chamber 36 serve to supply the process powder in front of the stripping lip 28 depending on the direction of movement of the powder coater 24.
  • the powder coater is supplied with process powder in the first process powder chamber 34.
  • the process powder provided in the first process powder chamber 34 can be distributed over the working cylinder 16 until a powder layer is formed flush with the working plane 20.
  • the second process powder chamber 36 can be provided for forming a flush powder layer when the powder coater 24 is moved in an opposite direction along the coater axis 26.
  • the second process powder chamber 36 is filled with process powder at the same time as the first process powder chamber 34 or immediately after the first process powder chamber 34 is filled.
  • at least the second process powder chamber 36 has a retaining means that can prevent the process powder from being released.
  • the first and second wind deflectors 30, 32 preferably prevent process powder from being blown out by process flows (not shown in detail) within the process chamber 14.
  • the process chamber 12 typically has a process chamber wall 38.
  • the process chamber wall 38 preferably completely surrounds the process chamber 12 and forms a process chamber volume.
  • Fig. 2 shows the additive manufacturing device 10 in a view of the outside of the process chamber 14, or the process chamber wall 38.
  • the process chamber 14 has a process chamber opening 40 formed on the process chamber wall 38.
  • the process chamber opening 40 can be closed by the dosing device 12.
  • a closeable process chamber opening 40 is understood to mean a gas-tight fit of the dosing device 12 on the process chamber wall 38.
  • the dosing device 12 is arranged on an outer side 42 of the process chamber 14.
  • the dosing device 12 can - as shown - have two powder containers 44.
  • the powder containers 44 each have at least one powder cavity 46 which is designed to receive the process powder.
  • the powder cavity of a powder container can be divided into two or more segments 47 by means of separating webs 45 (see Fig. 7).
  • the dosing device 12 further comprises a container guide 48.
  • the container guide 48 is designed for the linear movement of at least one powder container 44 along a conveying axis 50 of the dosing device 12.
  • the length of the container guide 48 preferably corresponds to a penetration depth of the powder container 44 into the process chamber 14.
  • the container guide 48 is arranged with a guide end 52 on the process chamber 14, or the outside 42 of the process chamber wall 38.
  • the powder containers 44 are typically arranged parallel to the container guide 48. By moving the powder containers 44 along or parallel to the conveying axis 52, the powder containers 44 can be introduced into the process chamber 14 through the closable process chamber opening 40. The powder containers 44 can be deflected beyond the guide end 52 of the container guide 48. In other words, the powder containers 44 are arranged on the container guide 48 so that they can be telescoped or pushed apart.
  • the powder containers 44 can be arranged on a guide carriage 54.
  • the guide carriage 54 is preferably arranged movably on the container guide 48.
  • the dosing device 12 can have a longitudinal drive 56.
  • the longitudinal drive 56 is typically designed to move the powder containers 44 or the guide carriage 54 along the conveying axis 50. As shown, the longitudinal drive 56 can be designed as a belt drive 58.
  • the dosing device 12 can alternatively or additionally have a rotary drive 60.
  • the rotary drive 60 can be designed to rotate the powder containers 44 about a container rotation axis 62.
  • each powder container 44 has its own container rotation axis 62.
  • the powder containers 44 are designed to be rotatable independently of one another by the rotary drive 60.
  • the rotary drive 60 is preferably designed as an actuator and for transmitting at least half a rotation, particularly preferably a full rotation, to the powder containers 44.
  • each powder container 44 can be rotated about its respective container rotation axis 62 such that the respective powder cavity 46 can be moved from a vertically upward position to a vertically downward position.
  • the powder cavities 46 each have, in particular exclusively, one powder opening 64. Filling of the powder containers 44 or the powder cavities 46 can thus advantageously take place in the direction of gravity, while the powder containers 44 with the respective powder opening 64 are in a vertically upward position. Emptying of the powder containers 44 or the powder cavities 46 can further advantageously also take place in the direction of gravity, while the powder containers 44 with their respective powder opening 64 are in a vertically downward position.
  • Fig. 2 shows the dosing device 12 in an undeflected state.
  • the dosing device 12 is located completely outside the process chamber 14 as shown in Fig. 2.
  • Fig. 3 shows the additive manufacturing device 10 in a sectional detailed view.
  • the dosing device 12 is located in a deflected State.
  • the powder containers 44 are deflected along the conveying axis 50 in such a way that the powder containers 44 are located completely within the process chamber 14.
  • the powder containers 44 were guided parallel to the container guide 48 (see Fig. 2) along the conveying axis 50 through the process chamber opening 40.
  • the conveying axis 50 can be formed perpendicular to the coater axis 26.
  • the powder containers 44 in particular the powder cavities 46, preferably have the same dimensions as the powder coater 24, in particular the scraper lip 28, along the conveying direction 50. This allows powder to be supplied over the entire extent of the powder coater 24.
  • the extent of the powder coater 24 is adapted to a dimension of the working cylinder 16 (see Fig. 1) perpendicular to the coater axis 26, whereby the process powder can be distributed particularly effectively in the working cylinder 16 (see Fig. 1).
  • Fig. 4 shows a further sectional detailed view of the additive manufacturing device 10, in particular showing the powder coater 24.
  • the dosing device 12 is arranged partially in the process chamber 14 of the additive manufacturing device 10 through the powder containers 44.
  • the powder containers 44 can be arranged above the scraper lip 28 of the powder coater 24.
  • the powder containers 44 are preferably arranged centrally above the scraper lip 28. If the dosing device 12 has only one powder container 44, this can be arranged centrally above the scraper lip 28.
  • a powder container 44 is arranged above the first process powder chamber 34 and another powder container 44 is arranged above the second process powder chamber 36.
  • the dosing device 12 can have a container holder 66.
  • the container holder 66 is preferably designed to support the powder containers 44. This can prevent the powder containers 44 from bending. Furthermore, the container holder 66 can effectively prevent process powder from accidentally reaching the side of the stripping lip 28 facing away from the powder container 44.
  • the container holder 66 can have a foot section 67 that widens in the vertical direction.
  • the stripping lip 28 has a head section 68 that tapers in the vertical direction, which prevents process powder from reaching the other side of the stripping lip 28 during emptying.
  • each powder container 44 can be rotated about its container rotation axis 62, wherein the corresponding powder cavity 46 with the corresponding powder opening 64 is moved from a vertically upward position to a vertically downward position.
  • the process powder contained in the respective powder cavity 46 can be emptied onto the corresponding side of the scraper lip 28 by the rotation.
  • the powder coater 24 has a discharge channel 70.
  • the discharge channel 70 can preferably be formed on the powder coater 24.
  • the discharge channel 70 is designed to accommodate the dosing device 12 or the powder container 44 within the process chamber 14.
  • the discharge channel 70 represents a housing for the powder containers 44.
  • the powder containers 44 are movable within the discharge channel 70.
  • the discharge channel 70 can prevent a process flow (not shown) formed within the process chamber 14 from removing or carrying away the process powder carried in the process containers 44.
  • the discharge channel 70 is formed between the first and the second wind deflector 30, 32. This allows effective protection against flow-related removal of the process powder by the process flow.
  • Fig. 5 shows a further sectional detailed view of the powder coater 24 of the additive manufacturing device 10.
  • the powder containers 44 of the dosing device 12 are arranged in the process chamber 14.
  • the powder coater 24 can have or form a centering section 72.
  • the centering section 72 is typically formed on a side of the powder coater 24 facing away from the process chamber opening 40 (see Fig. 3).
  • the centering section 72 preferably projects along the conveying axis 50 in the direction of the dosing device 12.
  • the dosing device 12 - here the container holder 66 - preferably forms a centering recess 74 formed complementarily to the centering section 72 and/or a complementarily formed centering projection.
  • the centering section 72 is formed in connection with the centering recess 74 for centering the dosing device 12 or the powder container 44 within the process chamber 14.
  • the powder containers 44 are supported on the powder coater 24 by means of the container holder 66 when fully inserted into the process chamber 14. This allows bending of the powder containers 44 to be prevented even more effectively.
  • Fig. 6 shows a sectional detailed view of the dosing device 12.
  • the dosing device 12 has the container guide 48 and the powder containers 44 arranged on the container guide 48 via the guide carriage 54.
  • the dosing device 12 - as shown - can have a weighing unit 76.
  • the weighing unit 76 is for Determining the process powder contained in the powder containers 44 or in the powder cavities 46.
  • the weighing unit 76 can be designed to weigh each individual powder container 44.
  • the weighing unit 76 has at least one measuring sensor 78, particularly preferably two measuring sensors 78 per powder container 44 (see also Fig. 2).
  • the weighing unit 76 is designed to be movable in the vertical direction along a measuring axis 80.
  • the weighing unit 76 can be moved in the vertical direction towards the powder containers 44. This allows the weighing unit 76 to only be in temporary contact with the powder containers 44.
  • the weighing unit 76 can be moved out of a movement space of the powder containers 44 and/or the guide carriage 54, whereby a collision can be prevented.
  • the weighing unit 76 can be moved along the measuring axis 80, for example, by means of corresponding actuators (not shown).
  • the measuring sensor 78 is first moved along the measuring axis 80 in the direction of the powder container 44 until the measuring sensor 78 is in contact with the powder container 44. Contact between the measuring sensor 78 and the powder container 44 can be detected, for example, by applying force to the measuring sensor 78. The powder container 44 can then be lifted by the measuring sensor 44 along the measuring axis 80. In other words, the powder container 44 is detached from the rest of the dosing device 12 in the vertical direction. This enables the weight of the powder container 44, including the process powder contained therein, to be measured exclusively.
  • the dosing device 12 typically has a floating bearing arrangement 82 in the vertical direction.
  • the floating bearing arrangement 82 enables the powder container 44 to be lifted from a lower vertical stop 84 only a relative movement in the vertical direction up to an upper vertical stop 86.
  • the floating bearing arrangement 82 typically acts on a rotary coupling 87 between the powder containers 44 and the rotary drive 60 to enable the release of the corresponding powder container 44.
  • the weighing unit 76 can be spaced apart from the powder container 44 along the measuring axis 80. As a result, the powder container 44 comes to rest against the lower vertical stop 84.
  • Fig. 7 shows a further schematic detailed representation of the powder container 44.
  • the powder container 44 has a plurality of separating webs 45 which are introduced into the powder cavity 46.
  • the powder cavity 46 is thus divided into a plurality of segments 47.
  • the separating webs 45 can be distributed evenly and/or unevenly spaced over the powder cavity 46.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a dosing method 88 according to the invention for conveying process powder into an additive manufacturing device 10 (see Fig. 1).
  • the dosing method 88 has the following method steps, which are explained with reference to the previous figures:
  • a powder container 44 the filling of a powder container 44 with process powder is provided.
  • all powder containers 44 are filled with process powder.
  • the powder container 44 is filled under the influence of gravity into the corresponding powder cavity 46 of the powder container 44.
  • the powder container 44 can be filled by means of a vibrating conveyor ramp (not shown). The filling can take place outside the process chamber 14.
  • a powder opening 64 of the The corresponding powder cavity 46 is directed vertically upwards.
  • step 92 the powder container 44 filled with process powder is moved through the process chamber opening 40 along the conveying axis 50 into the process chamber 14.
  • the guide carriage 54 is set in motion along the container guide 48 by means of a longitudinal drive 56, whereby the powder containers 44 arranged on the guide carriage 54 are guided in the conveying direction 50 into the process chamber 14.
  • a further method step 94 provides for the emptying of at least one powder cavity 46 of at least one powder container 44 by rotating the corresponding powder container 44 about its container rotation axis 62.
  • step 96 the powder container 44 is moved along the conveying axis 50 out of the process chamber 14.
  • the dosing device 12 is moved back to the starting position and the dosing method 88 can be carried out again.
  • the filling of the powder container 44 takes place by measuring the weight of the process powder in the powder container 44. This allows the amount of powder required at the powder coater 24 to be precisely dosed.
  • Laser beam unit 18 powder opening 64;
  • Wiper lip 28 discharge channel 70; first wind deflector 30; centering section 72; second wind deflector 32; centering recess 74; first process powder chamber 34; weighing unit 76; second process powder chamber 36; measuring sensor 78;

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosierungsvorrichtung (12) zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) und zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer (14), aufweisend: - zumindest einen Pulverbehälter (44) mit zumindest einer zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildeten Pulverkavität (46); - eine Behälterführung (48) zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang einer Beförderungsachse (50) der Dosierungsvorrichtung (12); wobei der Pulverbehälter (44) beweglich an der Behälterführung (48) angeordnet ist; und wobei der Pulverbehälter (44) zum Auslenken entlang der Beförderungsachse (50) über die Behälterführung (48) hinaus ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine additive Fertigungsvorrichtung (10) sowie ein Dosierungsverfahren (88).

Description

Dosierungsvorrichtung, additive Fertigungsvorrichtung sowie Dosierungsverfahren
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dosierungsvorrichtung für Prozesspulver. Zudem betrifft die Erfindung eine additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Dosierungsverfahren.
Derartige Dosierungsvorrichtungen kommen typischerweise an additiven Fertigungsvorrichtungen zum Einsatz, die zum Fertigen von Werkstücken aus dem Prozesspulver ausgebildet sind. Die Dosierungsvorrichtung wird unter anderem dafür verwendet, das Prozesspulver einer Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung zuzuführen.
Typischerweise kommen innerhalb der Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung sogenannte Beschichter zum Einsatz, die das Prozesspulver in einem Arbeitszylinder verteilen. Um ein schnelles und gleichmäßiges Verteilen bzw. „Auslegen" des Prozesspulvers zu ermöglichen, kommt der Dosierungsvorrichtung die Aufgabe zu, das Prozesspulver möglichst genau vordosiert am Beschichter bereitzustellen.
Eine übliche Vorrichtungsart zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer sieht vor, das benötigte Prozesspulver durch eine Hebevorrichtung von unten an den Beschichter zu führen. Hierfür muss jedoch ein erheblicher Platzbedarf unter der Prozesskammer vorgesehen werden.
Aus dem Stand der Technik sind neben einer Pulverzuführung von unten weitere Arten von Dosierungsvorrichtungen bekannt. EP 2 191 922 Al beschreibt eine Pulverauftragvorrichtung mit zwei voneinander getrennten Pulverkammern. Jede Pulverkammer weist eine Förderwelle mit mehreren Vertiefungen auf, die ein in der Pulverkammer befindliches Pulver in Richtung der Pulverauslassöffnung fördert. Die Pulverkammern sind dazu ausgebildet, an dem Beschichter mitgeführt zu werden.
DE 10 2020 129 420 Al beschreibt eine Beschichtungseinrichtung mit mehreren Aufnahmen, wobei die Aufnahmen mittels einer Dosiervorrichtung unter Schwerkrafteinwirkung von oben befüllt werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Dosierungsvorrichtungen werden innerhalb der Prozesskammer angeordnet, um das benötigte Prozesspulver direkt am Beschichter bereitstellen zu können. Hierdurch müssen jedoch an der Prozesskammer größere Innenabmessungen vorgesehen werden, wodurch das Volumen der Prozesskammer vergrößert ist. Da ein additives Fertigungsverfahren unter inertisierten Bedingungen durchgeführt wird, steigt hierdurch der Aufwand zum Inertisieren der Prozesskammer an.
Zudem stellen die in der Prozesskammer angeordneten Dosierungsvorrichtungen ein Strömungshindernis für die in der Prozesskammer ausgebildete Schutzgasströmung dar. Hierdurch kann es zu ungewünschten Strömungswirbeln innerhalb der Prozesskammer kommen, die ein Aufwirbeln von Prozesspulver verursachen können.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dosierungsvorrichtung anzugeben, bei der ein Prozesskammervolumen geringgehalten und eine verwirbelungsarme Schutzgasströmung sichergestellt werden kann. Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, eine additive Fertigungsvorrichtung sowie ein Dosierungsverfahren anzugeben. Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dosierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird zudem gelöst durch eine additive Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Dosierungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist eine Dosierungsvorrichtung vorgesehen. Die Dosierungsvorrichtung ist zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer einer additiven Fertigungsvorrichtung ausgebildet. Ferner ist die Dosierungsvorrichtung zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer der additiven Fertigungsvorrichtung geeignet, insbesondere ausgebildet.
Unter einem Prozesspulver ist ein Arbeitsmittel, insbesondere einer additiven Fertigungsvorrichtung, in Pulverform zu verstehen. Mit anderen Worten dient das Prozesspulver dem Erstellen eines Werkstücks. Ein Werkstück kann aus verschiedenen Prozesspulvern, wie beispielsweise Aluminium, Silizium, Magnesium, Korund oder Titan erzeugt werden. Die Aufzählung ist nicht als abschließend zu verstehen. Die verschiedenen Prozesspulver können sich beispielsweise durch eine Pulverteilchengröße des Prozesspulvers, ein Pulvermaterial, insbesondere eine Mischung verschiedener Pulvermaterialien, und/oder eine Pulverfarbe unterscheiden. Beispielsweise kann die Verwendung einer Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung vorgesehen sein.
Die Dosierungsvorrichtung weist zumindest einen Pulverbehälter auf. Vorzugsweise weist die Dosierungsvorrichtung zwei oder mehr Pulverbehälter auf. Der Pulverbehälter kann eine Pulverbehälterlänge aufweisen, die überwiegend entlang einer Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Pulverbehälterlänge ist vorzugsweise an eine Pulverbeschichterbreite des Pulverbeschichters angepasst. Die Pulverbehälterlänge kann beispielsweise zwischen 50 Millimetern und 1200 Millimetern betragen. Der zumindest eine Pulverbehälter weist zumindest eine Pulverkavität auf. Die Pulverkavität ist zur Aufnahme und/oder zur Abgabe, des Prozesspulvers ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter Prozesspulver bevorraten.
Die Dosierungsvorrichtung weist zudem eine Behälterführung auf. Die Behälterführung ist zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters ausgebildet. Typischerweise ist der Pulverbehälter zum Führen entlang der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung ausgebildet.
In besonderer Ausgestaltung kann die Dosierungsvorrichtung einen Führungswagen aufweisen. Der zumindest eine Pulverbehälter kann an dem Führungswagen angeordnet, insbesondere befestigt sein. Der Führungswagen kann auf der Behälterführung translatorisch bewegbar angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Führungswagen einen Behälterhalter auf. Der Behälterhalter kann entlang der Beförderungsachse ausgebildet sein. Typischerweise ist der Behälterhalter zum Halten bzw. Stützen des Pulverbehälters ausgebildet. Vorzugsweise ist der Behälterhalter zum Halten bzw. Stützen aller Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung ausgebildet. Hierdurch kann ein Durchbiegen des Pulverbehälters, insbesondere bei ausgedehnten Abmessungen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse, verhindert werden.
Die Behälterführung weist vorzugsweise ein an der Prozesskammer anordenbares Führungsende auf. Mit anderen Worten erstreckt sich die Behälterführung in einem an der Prozesskammer angeordneten Zustand der Dosierungsvorrichtung bis an eine Außenseite der Prozesskammer. Hierdurch kann die Dosierungsvorrichtung an der Prozesskammer befestigt und eine Führungslänge der Behälterführung größtmöglich ausgebildet werden.
Erfindungsgemäß ist der Pulverbehälter beweglich an der Behälterführung angeordnet. Der Pulverbehälter ist zum Bewegen bzw. Auslenken entlang der Beförderungsachse über die Behälterführung hinaus ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter über das Führungsende hinausgeschoben werden. Die Dosierungsvorrichtung kann mithin ausschiebbar verlängert werden, um den Pulverbehälter, beispielsweise über eine Prozesskammeröffnung, in die Prozesskammer einzuführen.
Zusammenfassend ist die erfindungsgemäße Dosierungsvorrichtung dazu ausgebildet, außerhalb einer Prozesskammer an einer additiven Fertigungsvorrichtung angeordnet zu werden. Um während des Fertigens eines Werkstücks innerhalb der additiven Fertigungsvorrichtung das hierfür benötigte Prozesspulver in die Prozesskammer befördern zu können, ist die Dosierungsvorrichtung linear verfahrbar ausgebildet. Der Pulverbehälter kann somit von außerhalb der Prozesskammer in die Prozesskammer geführt werden, um das benötigte Prozesspulver bereitzustellen. Mit anderen Worten wird lediglich ein Teil der Dosierungsvorrichtung über einen kurzen Zeitraum zum Bereitstellen des Prozesspulvers in die Prozesskammer bewegt. Die Prozesskammer kann somit besonders gering in den Abmessungen gehalten sein. Ferner kann die Dosierungsvorrichtung während des Fertigens aus der Prozesskammer bewegt werden, wodurch eine verwirbelungsfreie Schutzgasströmung sichergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dosierungsvorrichtung einen Längsantrieb auf. Der Längsantrieb ist typischerweise zum Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse ausgebildet. Der Längsantrieb kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch angetrieben sein. Vorzugsweise ist der Längsantrieb als Riemenantrieb ausgebildet. Mittels eines Längsantriebs kann das Bewegen des Pulverbehälters besonders zeitgenau und kontrolliert erfolgen, wodurch die Beförderung des Prozesspulvers genau auf ein Fertigungsverfahren in der Prozesskammer abgestimmt werden kann. Der Längsantrieb ist vorzugsweise an dem Führungswagen angeordnet, bzw. befestigt. Besonders bevorzugt wird der Längsantrieb an dem Führungswagen mitbewegt. Hierdurch kann der Antrieb und die Dosierungsvorrichtung kompakt gehalten werden. Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung, bei der die Pulverkavität zumindest eine vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung aufweist. Typischerweise ist die Anzahl der Pulveröffnungen gleich einer Anzahl der Pulverkavitäten des Pulverbehälters. Vorzugsweise weist jede Pulverkavität genau eine Pulveröffnung auf. Weiterhin kann die Pulverkavität eines Pulverbehälters mittels Trennstege in zwei oder mehr Segmente unterteilt werden. Diese Segmente können dabei gleichmäßig und/oder ungleichmäßig über die Pulverkavität verteilt sein. Die Unterteilung in Segmente unterstützt eine gleichmäßige Verteilung des Pulvers über die Länge der Pulverkavität. Dies ist vorteilhaft insbesondere bei langen Pulverkavitäten. Weiterhin wird durch die Unterteilung der Pulverkavität in Segmente sichergestellt, dass bei einer Bewegung des Pulverbehälters das Pulver nur innerhalb der Segmente bewegt wird und somit die gleichmäßige Verteilung im Wesentlichen erhalten bleibt. Die vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung ermöglicht ein Befüllen der Pulverkavität, bzw. des Pulverbehälters in Schwerkraftrichtung. Hierdurch kann das Befüllen des Pulverbehälters ohne besondere bzw. aufwendige technische Mittel erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung ist der Pulverbehälter um eine Behälterdrehachse drehbar an der Behälterführung angeordnet. Mit anderen Worten ist der Pulverbehälter relativ zu der Behälterführung drehbar ausgebildet. Vorzugsweise ist die Drehachse mit einer Bewegungsachse eines Pulverbeschichters der additiven Fertigungsvorrichtung und/oder der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung abgestimmt. Der Pulverbehälter kann beispielsweise um eine senkrecht zur Beförderungsachse verlaufende Drehachse drehbar ausgebildet sein. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, falls die Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters ausgebildet ist. Durch drehbare Ausbildung des Pulverbehälters kann die Pulveröffnung der Pulverkavität aus einer vertikal nach oben gerichteten Stellung in einer vertikal nach unten gerichtete Stellung bewegt, bzw. gedreht werden. Der mit Prozesspulver befüllte Pulverbehälter kann in der vertikal nach unten ausgerichteten Stellung der Pulveröffnung unter Schwerkrafteinwirkung geleert werden. Hierdurch kann unter anderem auf eine weitere Pulveröffnung verzichtet werden. Bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der die Behälterdrehachse parallel oder deckungsgleich zu der Beförderungsachse ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann der Pulverbehälter um eine Beförderungsrichtung gedreht ausgebildet sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Beförderungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters ausgebildet ist, bzw. wenn die Pulverzuführung an den Pulverbeschichter von der Seite erfolgt. Das Prozesspulver kann auf diese Weise parallel zur Beförderungsachse vor dem Pulverbeschichter zugeführt werden, wodurch das anschließende Verteilen durch den Pulverbeschichter vereinfacht wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Dosierungsvorrichtung einen Drehantrieb auf. Der Drehantrieb ist typischerweise zum Drehen des Pulverbehälters um die Behälterdrehachse ausgebildet. Der Drehantrieb kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch angetrieben sein. Beispielsweise kann der Drehantrieb als elektrischer Schrittmotor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Drehantrieb als pneumatischer Drehaktor ausgebildet. Mittels eines Drehantriebs kann die Pulverzuführung maschinell, insbesondere automatisch, durchgeführt werden. Der Drehantrieb ist vorzugsweise an dem Führungswagen angeordnet bzw. befestigt. Vorzugsweise wird der Drehantrieb an dem Führungswagen mitbewegt. Hierdurch kann die Dosierungsvorrichtung noch kompakter gehalten werden.
Vorzugsweise ist ein einzelner Drehantrieb zum Drehen aller Pulverbehälter ausgebildet. Der Drehantrieb kann zu diesem Zweck ein Getriebe, beispielsweise ein Ritzel und/oder einen Riemen aufweisen, über welches die Pulverbehälter miteinander gekoppelt sind. Der Drehantrieb ist besonders bevorzugt zum einzelnen, insbesondere voneinander unabhängigen, Drehen der Pulverbehälter ausgebildet. Hierdurch kann ein Befüllen, Befördern und/oder Entleeren der Pulverbehälter besonders effizient erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung ist der zumindest eine Pulverbehälter als Welle ausgebildet. Mit anderen Worten weist der Pulverbehälter eine im Wesentlichen zylinderförmige Außengeometrie auf. Hierdurch kann der Pulverbehälter besonders steif ausgebildet werden. Ferner kann der Behälterquerschnitt in Bezug auf ein Wellenvolumen geringgehalten werden. Dies begünstigt die Ausbildung einer im Querschnitt geringgehaltenen Prozesskammeröffnung an der Prozesskammer. Hierdurch kann die Prozesskammeröffnung durch technisch einfache Dichtmitteln verschlossen werden. Insbesondere ist der Pulverbehälter als Hohlwelle ausgebildet. Hierdurch kann das Gewicht des Pulverbehälters geringgehalten werden. Vorzugsweise bildet das Hohlwelleninnere in diesem Fall die Pulverkavität aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dosierungsvorrichtung eine Wiegeeinheit. Die Wiegeeinheit ist typischerweise zum Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die gesamte Dosierungsvorrichtung mittels der Wiegeeinheit gewogen wird. Das Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers kann weiter beispielsweise durch Differenzenbildung zwischen einem Gewicht der Dosierungsvorrichtung vor dem Befüllen und einem Gewicht der Dosierungsvorrichtung nach bzw. während des Befüllens erfolgen. Durch Ermitteln des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers kann eine Dosierung des Prozesspulvers genau auf eine in der Prozesskammer benötigten Pulvermenge abgestimmt werden. Hierdurch kann eine Überdosierung und/oder Unterdosierung des Prozesspulvers verhindert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung weist die Wiegeeinheit zumindest einen Messsensor auf. Der Messsensor ist vorzugsweise zum Wiegen des Pulverbehälters ausgebildet. Vorzugsweise weist die Dosierungsvorrichtung zumindest zwei Messsensoren auf. Besonders bevorzugt weist die Dosierungsvorrichtung zwei Messsensoren je Pulverbehälter auf. Die Messsensoren sind typischerweise an gegenüberliegenden Enden des jeweiligen zu messenden Pulverbehälters angeordnet. Durch Wiegen des Pulverbehälters kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des in dem Pulverbehälter enthaltenen Prozesspulvers erhöht werden, da hierbei nicht die Gesamtmasse der Dosierungsvorrichtung enthalten ist.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der der Messsensor zum zeitweisen Anordnen an dem Prüfbehälter ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Messsensor lediglich zum Messen des Pulverbehältergewichts an dem Pulverbehälter angeordnet. Erfolgt keine Messung, ist der Messsensor beabstandet von dem Prüfbehälter angeordnet. Hierdurch kann eine Kollision des Prüfbehälters und/oder des Führungswagens mit der Wiegeeinheit verhindert werden. Typischerweise ist der Messsensor zum Anordnen in vertikaler Richtung ausgebildet. Hierdurch kann der Messsensor entgegen der Schwerkraftwirkung an den Prüfbehälter angeordnet werden.
Vorzugsweise wird der Messsensor mittels eines Aktors an dem Prüfbehälter angeordnet. Ein Aktor kann den maschinellen Automatisierungsgrad weiter erhöhen.
Die Dosierungsvorrichtung kann vorsehen, dass der Prüfbehälter in der vertikalen Richtung aus einer Lagerungsstellung auslenkbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Prüfbehälter über ein vertikales Loslager gelagert. Zum Messen des Pulverbehältergewichts kann der Pulverbehälter in diesem Fall durch die Wiegeeinheit angehoben werden. Vorzugsweise ist der Prüfbehälter zum Anheben um 0,5 Millimeter oder mehr, besonders bevorzugt um 1 Millimeter oder mehr, ausgebildet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise lediglich das Gewicht des Pulverbehälters auf die Messsensoren einwirken, wodurch die Gewichtsmessung des Pulverbehälters noch genauer erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dosierungsvorrichtung zumindest zwei Pulverbehälter mit jeweils zumindest einer Pulverkavität auf. Die Pulverbehälter können parallel zueinander angeordnet sein.
Bevorzugt ist eine Weiterbildung der Dosierungsvorrichtung, bei der die Pulverbehälter gemeinsam, insbesondere synchron, entlang der Behälterführung bzw. der Beförderungsachse bewegbar ausgebildet sind. Hierdurch können zwei Pulverbehälter gleichzeitig in die Prozesskammer geführt werden.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird zudem gelöst durch eine additive Fertigungsvorrichtung. Die additive Fertigungsvorrichtung ist typischerweise zum schichtweisen Fertigen von zumindest einem Werkstück aus dem Prozesspulver mittels bereichsweiser Verfestigung des Prozesspulvers in der Prozesskammer, geeignet, insbesondere ausgebildet.
Die additive Fertigungsvorrichtung weist zumindest eine vorhergehend und im Folgenden beschriebene Dosierungsvorrichtung auf. Die additive Fertigungsvorrichtung kann zwei oder mehr vorhergehend und im Folgenden beschriebene Dosierungsvorrichtungen aufweisen.
Die additive Fertigungsvorrichtung weist zumindest eine Prozesskammer auf. Die Prozesskammer ist typischerweise zum Fertigen von Werkstücken aus dem Prozesspulver ausgebildet. Die Prozesskammer weist die zumindest eine verschließbare Prozesskammeröffnung auf. Mit anderen Worten weist die Prozesskammer einen öffenbaren Zugang auf. Die Prozesskammeröffnung kann überwiegend geschlossen sein, um ein Eindringen von Umgebungsgasen in die Prozesskammer gering zu halten.
Erfindungsgemäß ist die Dosierungsvorrichtung an einer Außenseite der Prozesskammer angeordnet, insbesondere befestigt. Vorzugsweise ist das Führungsende der Behälterführung an der Außenseite der Prozesskammer angeordnet, insbesondere befestigt. Mit anderen Worten endet die Behälterführung unmittelbar an einer Prozesskammerwandung.
Die Dosierungsvorrichtung ist zum Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse durch die verschließbare Prozesskammeröffnung in die Prozesskammer ausgebildet. Die Prozesskammeröffnung kann zu diesem Zweck geöffnet werden. Vorzugsweise ist die Dosierungsvorrichtung derart an der Prozesskammer angeordnet, dass die Dosierungsvorrichtung die Prozesskammeröffnung verschließt. Besonders bevorzugt verschließt der Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung die Prozesskammeröffnung. In diesem Fall kann ein Öffnen der Prozesskammeröffnung vorteilhaft durch Bewegen des Pulverbehälters erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die additive Fertigungsvorrichtung einen in der Prozesskammer angeordneten Arbeitszylinder auf. Das zu fertigende Werkstück wird üblicherweise in der Prozesskammer innerhalb des Arbeitszylinders gefertigt. Die additive Fertigungsvorrichtung kann mehrere Arbeitszylinder aufweisen. Hierdurch kann die gleichzeitige Fertigung mehrerer Werkstücke begünstigt werden.
Vorzugsweise ist in Verbindung mit mehreren Dosierungsvorrichtungen vorgesehen, dass die additive Fertigungsvorrichtung zumindest eine Dosierungsvorrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Arbeitszylinders aufweist. Hierdurch kann das Prozesspulver der Prozesskammer an mehreren Stellen zugeführt werden, wodurch eine noch effektivere Dosierung ermöglicht wird.
Die additive Fertigungsvorrichtung weist gemäß der Ausführungsform zudem einen Pulverbeschichter zum Verteilen des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder auf. Der Pulverbeschichter ist typischerweise entlang der Beschichterachse über dem Arbeitszylinder bewegbar ausgebildet. Vorzugsweise verläuft die Beschichterachse senkrecht zu der Beförderungsachse der Dosierungsvorrichtung. Hierdurch kann das durch den Pulverbeschichter zu verteilende Prozesspulver entlang der Beschichterachse vor und/oder hinter dem Pulverbeschichter entleert werden. Ein Verteilen des Prozesspulvers kann durch den Pulverbeschichter so besonders einfach durch Bewegen entlang der Beschichterachse erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der additiven Fertigungsvorrichtung ist die Dosierungsvorrichtung zum Entleeren des Pulverbehälters über dem Pulverbeschichter ausgebildet. Ein Entleeren oberhalb des Pulverbehälters kann besonders einfach unter Schwerkrafteinwirkung erfolgen. Hierdurch kann auf alternative technische Mittel zum Bereitstellten des Prozesspulvers, beispielsweise einer Hebevorrichtung zum Zuführen von Prozesspulver von unten, verzichtet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der additiven Fertigungsvorrichtung weist der Pulverbeschichter einen Entladekanal auf. Vorzugsweise wird der Entladekanal durch den Pulverbeschichter ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der Entladekanal zur Aufnahme des Pulverbehälters während des Bewegens in der Prozesskammer ausgebildet. Ein Entladekanal kann so einen effektiven Schutz vor einer Prozessströmung innerhalb der Prozesskammer bewirken. Hierdurch kann ein Verwehen bzw. ein Ausblasen des Prozesspulvers aus dem Pulverbehälter durch die Prozessströmung vermieden werden.
Die zugrundeliegende Aufgabe kann ferner gelöst werden durch ein Dosierungsverfahren. Das Dosierungsverfahren ist zum Befördern von Prozesspulver in die vorhergehend und im Folgenden beschriebene additive Fertigungsvorrichtung geeignet, insbesondere ausgebildet. Das Dosierungsverfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
In einem ersten Verfahrensschritt ist ein Befüllen des Pulverbehälters mit Prozesspulver vorgesehen. Mit anderen Worten wird das Prozesspulver der jeweiligen Pulverkavität über die entsprechende Pulveröffnung zugeführt. Die eine oder mehrere Pulveröffnungen der entsprechenden Pulverkavität ist bzw. sind dabei typischerweise in vertikaler Richtung nach oben gerichtet.
Vorzugsweise werden alle Pulverbehälter mit Prozesspulver befüllt. Das Befüllen der Pulverbehälter kann nacheinander erfolgen. Vorzugsweise werden die Pulverbehälter außerhalb der Prozesskammer gefüllt, wodurch das additive Fertigungsverfahren innerhalb der Prozesskammer nicht beeinträchtigt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt ist das Bewegen des Pulverbehälters durch die Prozesskammeröffnung entlang einer Beförderungsachse in die Prozesskammer vorgesehen. Vorzugsweise wird der Führungswagen mittels eines Längsantriebs entlang der Behälterführung in Bewegung versetzt, wodurch die an dem Führungswagen angeordneten Pulverbehälter in der Beförderungsrichtung in die Prozesskammer geführt werden.
In einem Verfahrensschritt wird die zumindest eine Pulverkavität von zumindest einem Pulverbehälter durch Drehen des Pulverbehälters um die Behälterdrehachse entleert. Es kann vorgesehen sein, dass alle Pulverkavitäten, insbesondere von allen Pulverbehältern, gleichzeitig entleert werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht das Bewegen des Pulverbehälters entlang der Beförderungsachse aus der Prozesskammer vor. Mit anderen Worten wird die Dosierungsvorrichtung in die Ausgangslage zurückbewegt und das Dosierungsverfahren kann erneut durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Dosierungsverfahrens erfolgt das Befüllen des Pulverbehälters unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter befindlichen Prozesspulvers. Hierdurch kann eine an dem Pulverbeschichter 24 erforderliche Pulvermenge genau dosiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine additive Fertigungsvorrichtung mit einer Prozesskammer und einem Pulverbeschichter in einer Perspektiven Ansicht. Fig. 2 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 in einer rückseitigen Ansicht auf die Prozesskammer mit einer Dosierungsvorrichtung.
Fig. 3 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung aus Fig. 1 mit dem in einem Entladekanal aufgenommenen Pulverbehälter der Dosierungsvorrichtung.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht des Pulverbeschichters mit den darin angeordneten Pulverbehältern der Dosierungsvorrichtung.
Fig. 5 zeigt eine weitere Detailansicht des Pulverbeschichters aus Fig. 4 in einer geschnittenen Darstellung.
Fig. 6 zeigt die Dosierungsvorrichtung aus den vorhergehenden Figuren in einer geschnittenen Detailansicht.
Fig. 7 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer Dosierungsvorrichtung.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung des Dosierungsverfahrens.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße additive Fertigungsvorrichtung 10 mit einer Dosierungsvorrichtung 12 (siehe Fig. 2) und einer Prozesskammer 14.
In der Prozesskammer 14 kann ein Arbeitszylinder 16 angeordnet sein, in dem ein nicht näher dargestelltes Werkstück gemäß einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise einem pulverbettbasierten Laserschmelz-Verfahren (Laser-Metal- Fusion; LMF) hergestellt werden kann. Gemäß dem beispielhaften Fertigungsverfahren kann nicht näher dargestelltes Prozesspulver der Prozesskammer 14, bzw. dem Arbeitszylinder 16 zugeführt werden, wobei durch Aufschmelzen des Prozesspulvers ein Werkstück schichtweise hergestellt werden kann. Die additive Fertigungsvorrichtung 10 kann hierfür eine Laserstrahleinheit 18 aufweisen, die - wie schematisch dargestellt - an einer Außenseite der Prozesskammer 14 angeordnet sein kann.
Während des Herstellens des Werkstücks kann der Arbeitszylinder 16 ausgehend von einer Arbeitsebene 20 stufenweise gesenkt werden. Mit jedem Absenken des Arbeitszylinders 16 entsteht oberhalb des Arbeitszylinders 16 eine nicht näher dargestellte Arbeitsmulde relativ zu der Arbeitsebene 20, die durch einen Pulverbeschichter 24 mit Prozesspulver aufgefüllt werden kann. Der Pulverbeschichter 24 kann hierzu entlang der Arbeitsebene 20 translatorisch über dem Arbeitszylinder 16, entlang einer Beschichterachse 26, bewegt werden. Der mit dem Prozesspulver befüllte Arbeitszylinder 16 kann anschließend durch die Laserstrahleinheit 18 bestrahlt werden, wodurch das Prozesspulver gemäß dem herzustellenden Werkstück zumindest teilweise aufgeschmolzen werden kann. Nach abgeschlossener Bestrahlung durch die Laserstrahleinheit 18 kann der Arbeitszylinder 16 erneut abgesenkt und das Verfahren wiederholt werden, bis das Werkstück vollständig hergestellt ist.
Der Pulverbeschichter 24 weist typischerweise eine Abstreiflippe 28 auf. Die Abstreiflippe 28 befindet sich typischerweise im dauerhaften Kontakt mit der Arbeitsebene 20. Jedoch kann ebenso vorgesehen sein, dass die Abstreiflippe 28 einen definierten Abstand, bspw. 1 Millimeter, zu der Arbeitsebene 20 aufweist, um Unebenheiten in einem Prozesskammerboden ausgleichen zu können. Die Abstreiflippe 28 kann ein gleichmäßiges Verteilen von Prozesspulver in der Arbeitsmulde bewirken. Ferner kann die Abstreiflippe 28 überschüssiges Prozesspulver aus dem Arbeitszylinder 16 abtragen, sodass eine zur Arbeitsebene 20 flächenbündige bzw. zur Arbeitsebene 20 parallele Pulverschicht in dem Arbeitszylinder 16 bzw. der Prozesskammer ausgebildet wird. Die Abstreiflippe 28 ist vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet. Hierdurch können die Funktionen Abstreifen und Verteilen durch die Abstreiflippe 28 besonders zuverlässig durchgeführt werden.
Der Pulverbeschichter 24 kann darstellungsgemäß ein erstes Windschott 30 und ein zweites Windschott 32 aufweisen. Typischerweise ist zwischen dem ersten Windschott 30 und der Abstreiflippe 28 ein erster Prozesspulverraum 34 und zwischen dem zweiten Windschott 32 und der Abstreiflippe 28 ein zweiter Prozesspulverraum 36 an dem Pulverbeschichter 24 ausgebildet. Der erste Prozesspulverraum 34 und der zweite Prozesspulverraum 36 dienen dem Zuführen des Prozesspulvers in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Pulverbeschichters 24 vor die Abstreiflippe 28. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass dem Pulverbeschichter gemäß der in Fig. 1 gezeigten Position Prozesspulver in dem ersten Prozesspulverraum 34 bereitgestellt wird. Durch Bewegen des Pulverbeschichters 24 kann das in dem ersten Prozesspulverraum 34 bereitgestellte Prozesspulver über dem Arbeitszylinder 16 verteilt werden, bis eine flächenbündig mit der Arbeitsebene 20 ausgebildete Pulverschicht ausgebildet ist.
Der zweite Prozesspulverraum 36 kann zum Ausbilden einer flächenbündigen Pulverschicht vorgesehen sein, wenn der Pulverbeschichter 24 in einer entgegengesetzten Richtung entlang der Beschichterachse 26 bewegt wird. Vorzugsweise wird der zweite Prozesspulverraum 36 gleichzeitig mit dem ersten Prozesspulverraum 34 oder unmittelbar nach dem Befüllen des ersten Prozesspulverraums 34 mit Prozesspulver befüllt. Besonders bevorzugt weist zumindest der zweite Prozesspulverraum 36 ein Rückhaltemittel auf, das eine Abgabe des Prozesspulvers verhindern kann.
Das erste und zweite Windschott 30, 32 verhindern vorzugsweise ein Ausblasen von Prozesspulver durch nicht näher dargestellte Prozessströmungen innerhalb der Prozesskammer 14.
Die Prozesskammer 12 weist typischerweise eine Prozesskammerwandung 38 auf. Die Prozesskammerwandung 38 umgibt die Prozesskammer 12 vorzugsweise vollständig und bildet ein Prozesskammervolumen aus.
Fig. 2 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung 10 in einer Ansicht auf die Außenseite der Prozesskammer 14, bzw. der Prozesskammerwandung 38.
Die Prozesskammer 14 weist darstellungsgemäß eine an der Prozesskammerwandung 38 ausgebildete Prozesskammeröffnung 40 auf. Die Prozesskammeröffnung 40 ist in der gezeigten Ausführungsform durch die Dosierungsvorrichtung 12 verschließbar. Unter einer verschließbaren Prozesskammeröffnung 40 ist im vorliegenden Fall ein gasdichtes Anliegen der Dosierungsvorrichtung 12 an der Prozesskammerwandung 38 zu verstehen. Die Dosierungsvorrichtung 12 ist an einer Außenseite 42 der Prozesskammer 14 angeordnet.
Die Dosierungsvorrichtung 12 kann - wie dargestellt - zwei Pulverbehälter 44 aufweisen. Die Pulverbehälter 44 weisen jeweils zumindest eine Pulverkavität 46 auf, die zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildet ist. Die Pulverkavität eines Pulverbehälters kann mittels Trennstege 45 in zwei oder mehr Segmente 47 unterteilt sein (siehe Fig. 7).
Die Dosierungsvorrichtung 12 weist ferner eine Behälterführung 48 auf. Die Behälterführung 48 ist zum geradlinigen Bewegen von zumindest einem Pulverbehälter 44 entlang einer Beförderungsachse 50 der Dosierungsvorrichtung 12 ausgebildet. Vorzugsweise entspricht die Länge der Behälterführung 48 einer Eindringtiefe der Pulverbehälter 44 in die Prozesskammer 14.
Die Behälterführung 48 ist mit einem Führungsende 52 an der Prozesskammer 14, bzw. der Außenseite 42 der Prozesskammerwandung 38 angeordnet. Die Pulverbehälter 44 sind typischerweise parallel zu der Behälterführung 48 angeordnet. Durch Bewegen der Pulverbehälter 44 entlang bzw. parallel zur Beförderungsachse 52 können die Pulverbehälter 44 durch die verschließbare Prozesskammeröffnung 40 in die Prozesskammer 14 eingeführt werden. Die Pulverbehälter 44 können dabei über das Führungsende 52 der Behälterführung 48 hinaus ausgelenkt werden. Mit anderen Worten sind die Pulverbehälter 44 teleskopierbar bzw. auseinanderschiebbar an der Behälterführung 48 angeordnet.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform können die Pulverbehälter 44 an einem Führungswagen 54 angeordnet sein. Der Führungswagen 54 ist vorzugsweise beweglich an der Behälterführung 48 angeordnet.
Die Dosierungsvorrichtung 12 kann einen Längsantrieb 56 aufweisen. Der Längsantrieb 56 ist typischerweise zum Bewegen der Pulverbehälter 44 bzw. des Führungswagens 54 entlang der Beförderungsachse 50 ausgebildet. Darstellungsgemäß kann der Längsantrieb 56 als Riemenantrieb 58 ausgebildet sein.
Die Dosierungsvorrichtung 12 kann alternativ oder zusätzlich einen Drehantrieb 60 aufweisen. Der Drehantrieb 60 kann zum Drehen der Pulverbehälter 44 um eine Behälterdrehachse 62 ausgebildet sein. Vorzugsweise weist jeder Pulverbehälter 44 eine eigene Behälterdrehachse 62 auf. Besonders bevorzugt sind die Pulverbehälter 44 unabhängig voneinander durch den Drehantrieb 60 drehbar ausgebildet.
Der Drehantrieb 60 ist vorzugsweise als Stellantrieb und zur Übertragung von mindestens einer halben Umdrehung, besonders bevorzugt von einer ganzen Umdrehung, auf die Pulverbehälter 44 ausgebildet. Mit anderen Worten kann jeder Pulverbehälter 44 derart um seine jeweilige Behälterdrehachse 62 gedreht werden, dass die jeweilige Pulverkavität 46 aus einer vertikal nach oben ausgerichteten Position in eine vertikal nach unten gerichtete Position bewegt werden kann.
Typischerweise weisen die Pulverkavitäten 46 jeweils, insbesondere ausschließlich, eine Pulveröffnung 64 auf. Eine Befüllung der Pulverbehälter 44, bzw. der Pulverkavitäten 46 kann somit vorteilhaft in Schwerkraftrichtung erfolgen, während sich die Pulverbehälter 44 mit der jeweiligen Pulveröffnung 64 in einer vertikal nach oben ausgerichteten Position befinden. Ein Entleeren der Pulverbehälter 44, bzw. der Pulverkavitäten 46 kann weiter vorteilhaft ebenfalls in Schwerkraftrichtung erfolgen, während sich die Pulverbehälter 44 mit ihrer jeweiligen Pulveröffnung 64 in einer vertikal nach unten ausgerichteten Position befinden.
Fig. 2 zeigt die Dosierungsvorrichtung 12 in einem unausgelenkten Zustand. Mit anderen Worten befindet sich die Dosierungsvorrichtung 12 gemäß der Darstellung in Fig. 2 vollständig außerhalb der Prozesskammer 14.
Fig. 3 zeigt die additive Fertigungsvorrichtung 10 in einer geschnittenen Detailansicht. Die Dosierungsvorrichtung 12 befindet sich in einem ausgelenkten Zustand. Mit anderen Worten sind die Pulverbehälter 44 derart entlang der Beförderungsachse 50 ausgelenkt, dass sich die Pulverbehälter 44 vollständig innerhalb der Prozesskammer 14 befinden. Die Pulverbehälter 44 wurden dabei parallel zur Behälterführung 48 (siehe Fig. 2) entlang der Beförderungsachse 50 durch die Prozesskammeröffnung 40 geführt. Darstellungsgemäß kann die Beförderungsachse 50 senkrecht zu der Beschichterachse 26 ausgebildet sein.
Die Pulverbehälter 44, insbesondere die Pulverkavitäten 46, weisen vorzugsweise entlang der Beförderungsrichtung 50 die gleiche Abmessung wie der Pulverbeschichter 24, insbesondere die Abstreiflippe 28, auf. Hierdurch kann eine Pulverzuführung über die gesamte Erstreckung des Pulverbeschichters 24 erfolgen. Typischerweise ist die Erstreckung des Pulverbeschichters 24 an eine Abmessung des Arbeitszylinders 16 (siehe Fig. 1) senkrecht zur Beschichterachse 26 angepasst, wodurch eine Verteilung des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder 16 (siehe Fig. 1) besonders effektiv erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt eine weitere geschnittene Detailansicht der additiven Fertigungsvorrichtung 10, wobei insbesondere der Pulverbeschichter 24 dargestellt ist. Die Dosierungsvorrichtung 12 ist durch die Pulverbehälter 44 teilweise in der Prozesskammer 14 der additiven Fertigungsvorrichtung 10 angeordnet.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform können die Pulverbehälter 44 oberhalb der Abstreiflippe 28 des Pulverbeschichters 24 angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Pulverbehälter 44 mittig oberhalb der Abstreiflippe 28 angeordnet. Weist die Dosierungsvorrichtung 12 lediglich einen Pulverbehälter 44 auf, kann dieser mittig oberhalb der Abstreiflippe 28 angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist ein Pulverbehälter 44 oberhalb des ersten Prozesspulverraums 34 und ein anderer Pulverbehälter 44 oberhalb des zweiten Prozesspulverraums 36 angeordnet. Hierdurch kann das Prozesspulver beidseitig der Abstreiflippe 28 zugeführt werden. Darstellungsgemäß kann die Dosierungsvorrichtung 12 einen Behälterhalter 66 aufweisen. Der Behälterhalter 66 ist vorzugsweise zum Stützen der Pulverbehälter 44 ausgebildet. Hierdurch kann ein Durchbiegen der Pulverbehälter 44 verhindert werden. Ferner kann der Behälterhalter 66 effektiv verhindern, dass Prozesspulver versehentlich auf die dem Pulverbehälter 44 abgewandte Seite der Abstreiflippe 28 gelangt. Der Behälterhalter 66 kann zu diesem Zweck einen sich in vertikaler Richtung verbreiternden Fußabschnitt 67 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abstreiflippe 28 einen sich in vertikaler Richtung verjüngenden Kopfabschnitt 68 aufweist, der verhindert, dass Prozesspulver während des Entleerens auf die andere Seite der Abstreiflippe 28 gelangt.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform kann jeder Pulverbehälter 44 um seine Behälterdrehachse 62 gedreht werden, wobei die entsprechende Pulverkavität 46 mit der entsprechenden Pulveröffnung 64 aus einer vertikal nach oben ausgerichteten Stellung in eine vertikal nach unten ausgerichtete Stellung bewegt wird. Das in der jeweiligen Pulverkavität 46 enthaltene Prozesspulver kann durch die Drehung auf die entsprechende Seite der Abstreiflippe 28 entleert werden.
In besonderer Ausführungsform der additiven Fertigungsvorrichtung 10 weist der Pulverbeschichter 24 einen Entladekanal 70 auf. Vorzugsweise kann der Entladekanal 70 an dem Pulverbeschichter 24 ausgebildet sein. Der Entladekanal 70 ist zum Aufnehmen der Dosierungsvorrichtung 12, bzw. der Pulverbehälter 44 innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildet. Mit anderen Worten stellt der Entladekanal 70 eine Einhausung für die Pulverbehälter 44 dar. Die Pulverbehälter 44 sind innerhalb des Entladekanals 70 bewegbar. Der Entladekanal 70 kann verhindern, dass eine innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildete Prozessströmung (nicht gezeigt), das in den Prozessbehältern 44 mitgeführte Prozesspulver abträgt bzw. mitreist.
Besonders bevorzugt ist der Entladekanal 70 zwischen dem ersten und dem zweiten Windschott 30, 32 ausgebildet. Hierdurch kann auch nach dem Entleeren des Prozesspulvers aus den Pulverkavitäten 46 ein effektiver Schutz vor strömungsbedingtem Abtragen des Prozesspulvers durch die Prozessströmung bewirkt werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere geschnittene Detailansicht des Pulverbeschichters 24 der additiven Fertigungsvorrichtung 10. Die Pulverbehälter 44 der Dosierungsvorrichtung 12 sind in der Prozesskammer 14 angeordnet.
Darstellungsgemäß kann der Pulverbeschichter 24 einen Zentrierungsabschnitt 72 aufweisen oder ausbilden. Der Zentrierungsabschnitt 72 ist typischerweise an einem von der Prozesskammeröffnung 40 (siehe Fig. 3) abgewandten Seite des Pulverbeschichters 24 ausgebildet. Der Zentrierungsabschnitt 72 springt vorzugsweise entlang der Beförderungsachse 50 in Richtung der Dosierungsvorrichtung 12 vor. Die Dosierungsvorrichtung 12 - hier der Behälterhalter 66 - bildet vorzugsweise eine komplementär zu dem Zentrierungsabschnitt 72 ausgebildete Zentrierausnehmung 74 und/oder einen komplementär ausgebildeten Zentriervorsprung aus. Der Zentrierabschnitt 72 ist in Verbindung mit der Zentrierausnehmung 74 zum Zentrieren der Dosierungsvorrichtung 12 bzw. der Pulverbehälter 44 innerhalb der Prozesskammer 14 ausgebildet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform stützen sich die Pulverbehälter 44 mittels des Behälterhalters 66 im vollständig in die Prozesskammer 14 eingeschobenen Zustand an dem Pulverbeschichter 24 ab. Hierdurch kann ein Durchbiegen der Pulverbehälter 44 noch effektiver verhindert werden.
Fig. 6 zeigt eine geschnittene Detailansicht der Dosierungsvorrichtung 12.
Die Dosierungsvorrichtung 12 weist die Behälterführung 48 sowie die über den Führungswagen 54 an der Behälterführung 48 angeordneten Pulverbehälter 44 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Dosierungsvorrichtung 12 - wie dargestellt - eine Wiegeeinheit 76 aufweisen. Die Wiegeeinheit 76 ist zum Ermitteln des in den Pulverbehältern 44, bzw. in den Pulverkavitäten 46 enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet.
Hierfür kann die Wiegeeinheit 76 zum Wiegen jedes einzelnen Pulverbehälters 44 ausgebildet sein. Typischerweise weist die Wiegeeinheit 76 zumindest einen Messsensor 78, besonders bevorzugt zwei Messsensoren 78 je Pulverbehälter 44, auf (vgl. hierzu auch Fig. 2).
Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Wiegeeinheit 76, bzw. jeder einzelne Messsensor 78 entlang einer Messachse 80 in vertikaler Richtung bewegbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Wiegeeinheit 76 in vertikaler Richtung auf die Pulverbehälter 44 zubewegt werden. Dies ermöglicht den lediglich zeitweisen Kontakt der Wiegeeinheit 76 mit den Pulverbehältern 44. Mit anderen Worten kann die Wiegeeinheit 76 nach erfolgter Messung aus einem Bewegungsraum der Pulverbehälter 44 und/oder dem Führungswagen 54 bewegt werden, wodurch eine Kollision verhindert werden kann. Ein Bewegen der Wiegeeinheit 76 entlang der Messachse 80 kann beispielsweise mittels entsprechender Aktoren (nicht gezeigt) erfolgen.
Zum Wiegen des entsprechenden Pulverbehälters 44 wird der Messsensor 78 zunächst entlang der Messachse 80 in Richtung des Pulverbehälters 44 bewegt, bis sich der Messsensor 78 im Kontakt mit dem Pulverbehälter 44 befindet. Ein Kontakt des Messsensors 78 mit dem Pulverbehälter 44 kann beispielsweise durch eine Kraftbeaufschlagung des Messsensors 78 erfasst werden. Anschließend kann der Pulverbehälter 44 durch den Messsensor 44 entlang der Messachse 80 angehoben werden. Mit anderen Worten wird der Pulverbehälter 44 in vertikaler Richtung von der übrigen Dosierungsvorrichtung 12 gelöst. Dies ermöglicht die ausschließliche Gewichtsmessung des Pulverbehälters 44 inklusive des darin enthaltenen Prozesspulvers.
Um ein Anheben des Pulverbehälters 44 zu ermöglichen, weist die Dosierungsvorrichtung 12 typischerweise eine Loslageranordnung 82 in vertikaler Richtung auf. Die Loslageranordnung 82 ermöglicht dabei ausgehend von einem unteren vertikalen Anschlag 84 lediglich eine Relativbewegung in vertikaler Richtung bis zu einem oberen vertikalen Anschlag 86. Die Loslageranordnung 82 wirkt sich typischerweise auf eine Drehkupplung 87 zwischen den Pulverbehältern 44 und dem Drehantrieb 60 aus, um das Lösen des entsprechenden Pulverbehälters 44 zu ermöglichen.
Nach dem Wiegen des Pulverbehälters 44 kann die Wiegeeinheit 76 entlang der Messachse 80 von dem Pulverbehälter 44 beabstandet werden. Hierdurch kommt der Pulverbehälter 44 an dem unteren vertikalen Anschlag 84 zum Anliegen.
Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Detaildarstellung des Pulverbehälters 44.
Der Pulverbehälter 44 weist in dieser Ausführungsform mehrere Trennstege 45 auf, die in die Pulverkavität 46 eingebracht sind. Somit unterteilt sich die Pulverkavität 46 in mehrere Segmente 47. Die Trennstege 45 können dabei gleichmäßig und/oder ungleichmäßig beabstandet über die Pulverkavität 46 verteilt sein.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dosierungsverfahrens 88 zum Befördern von Prozesspulver in eine additive Fertigungsvorrichtung 10 (siehe Fig. 1). Das Dosierungsverfahren 88 weist die folgenden Verfahrensschritte auf, die mit Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren erläutert werden:
In einem ersten Verfahrensschritt 90 ist das Befüllen eines Pulverbehälters 44 mit Prozesspulver vorgesehen. Vorzugsweise werden in dem Verfahrensschritt 90 alle Pulverbehälter 44 mit Prozesspulver befüllt.
Typischerweise erfolgt das Befüllen des Pulverbehälters 44 unter Schwerkrafteinwirkung in die entsprechende Pulverkavität 46 des Pulverbehälters 44. Beispielsweise kann das Befüllen der Pulverbehälter 44 mittels einer in Schwingung versetzten Förderrampe (nicht gezeigt) erfolgen. Das Befüllen kann außerhalb der Prozesskammer 14 erfolgen. Eine Pulveröffnung 64 der entsprechenden Pulverkavität 46 ist dabei in vertikaler Richtung nach oben gerichtet.
In einem weiteren Verfahrensschritt 92 ist das Bewegen des mit Prozesspulver befüllten Pulverbehälters 44 durch die Prozesskammeröffnung 40 entlang der Beförderungsachse 50 in die Prozesskammer 14 vorgesehen.
Vorzugsweise wird der Führungswagen 54 mittels eines Längsantriebs 56 entlang der Behälterführung 48 in Bewegung versetzt, wodurch die an dem Führungswagen 54 angeordneten Pulverbehälter 44 in der Beförderungsrichtung 50 in die Prozesskammer 14 geführt werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt 94 sieht das Entleeren von zumindest einer Pulverkavität 46 von zumindest einem Pulverbehälter 44 durch Drehen des entsprechenden Pulverbehälters 44 um dessen Behälterdrehachse 62 vor.
Das Entleeren erfolgt dabei typischerweise in einen ersten Pulverraum 34 des Pulverbeschichters 24.
In einem weiteren Verfahrensschritt 96 ist das Bewegen des Pulverbehälters 44 entlang der Beförderungsachse 50 aus der Prozesskammer 14 vorgesehen. Mit anderen Worten wird die Dosierungsvorrichtung 12 in die Ausgangslage zurückbewegt und das Dosierungsverfahren 88 kann erneut durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Dosierungsverfahrens 88 kann vorgesehen sein, dass das Befüllen des Pulverbehälters 44 unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter 44 befindlichen Prozesspulvers erfolgt. Hierdurch kann eine an dem Pulverbeschichter 24 erforderliche Pulvermenge genau dosiert werden. Bezuqszeichenliste
Fertigungsvorrichtung 10; Längsantrieb 56;
Dosierungsvorrichtung 12; Riemenantrieb 58;
Prozesskammer 14; Drehantrieb 60;
Arbeitszylinder 16; Behälterdrehachse 62;
Laserstrahleinheit 18; Pulveröffnung 64;
Arbeitsebene 20; Behälterhalter 66;
Pulverbeschichter 24; Fußabschnitt 67;
Beschichterachse 26; Kopfabschnitt 68;
Abstreiflippe 28; Entladekanal 70; erstes Windschott 30; Zentrierungsabschnitt 72; zweites Windschott 32; Zentrierausnehmung 74; erster Prozesspulverraum 34; Wiegeeinheit 76; zweiter Prozesspulverraum 36; Messsensor 78;
Prozesskammerwandung 38; Messachse 80;
Prozesskammeröffnung 40; Loslageranordnung 82;
Außenseite 42; Unterer vertikaler Anschlag 84;
Pulverbehälter 44; Oberer vertikaler Anschlag 86;
Trennsteg 45; Drehkupplung 87;
Pulverkavität 46; Dosierungsverfahren 88;
Segment 47; Verfahrensschritt 90;
Behälterführung 48; Verfahrensschritt 92;
Beförderungsachse 50; Verfahrensschritt 94;
Führungsende 52; Verfahrensschritt 96.
Führungswagen 54;

Claims

Patentansprüche Dosierungsvorrichtung (12) zur außenseitigen Anordnung an einer Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) und zum Befördern von Prozesspulver in die Prozesskammer (14), aufweisend:
- zumindest einen Pulverbehälter (44) mit zumindest einer zur Aufnahme des Prozesspulvers ausgebildeten Pulverkavität (46);
- eine Behälterführung (48) zum geradlinigen Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang einer Beförderungsachse (50) der Dosierungsvorrichtung (12); wobei der Pulverbehälter (44) beweglich an der Behälterführung (48) angeordnet ist; und wobei der Pulverbehälter (44) zum Auslenken entlang der Beförderungsachse (50) über die Behälterführung (48) hinaus ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1, aufweisend einen Längsantrieb (56), wobei der Längsantrieb (56) zum Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Pulverkavität (46) zumindest eine vertikal nach oben gerichtete Pulveröffnung (64) aufweist, die ein Befüllen des Pulverbehälters (44) in Schwerkraftrichtung ermöglicht. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulverbehälter (44) um eine Behälterdrehachse (62) drehbar an der Behälterführung (48) angeordnet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4, wobei die Behälterdrehachse (62) parallel oder deckungsgleich zu der Beförderungsachse (50) ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 4 oder 5, aufweisend einen Drehantrieb (60), wobei der Drehantrieb (60) zum Drehen des Pulverbehälters (44) um die Behälterdrehachse (62) ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pulverbehälter (44) als Welle, insbesondere als Hohlwelle, ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Wiegeeinheit (76), wobei die Wiegeeinheit (76) zum Ermitteln des in dem Pulverbehälter (44) enthaltenen Prozesspulvers ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 8, wobei die Wiegeeinheit (76) zumindest einen Messsensor (78) aufweist, der zum Wiegen des Pulverbehälters (44) ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 9, wobei der Messsensor (78) zum zeitweisen Anordnen an dem Prüfbehälter (44) in vertikaler Richtung, insbesondere mittels eines Aktors, ausgebildet ist. Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zumindest zwei Pulverbehälter (44) mit jeweils zumindest einer Pulverkavität (46), wobei die Pulverbehälter (44) parallel zueinander angeordnet sind. Dosierungsvorrichtung (12) nach Anspruch 11, wobei die Pulverbehälter (44) gemeinsam entlang der Beförderungsachse (50) bewegbar ausgebildet sind. Dosiervorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Pulverkavität (46) in zwei oder mehr Segmente (47) unterteilt ist, und wobei die Segmente (47) vorzugsweise in einem gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnet sind. Additive Fertigungsvorrichtung (10) zum schichtweisen Fertigen von zumindest einem Werkstück aus einem Prozesspulver mittels bereichsweiser Verfestigung eines Prozesspulvers in einer Prozesskammer (14), aufweisend eine Dosierungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Prozesskammer (14) zumindest eine verschließbare Prozesskammeröffnung (40) aufweist; wobei die Dosierungsvorrichtung (12) an einer Außenseite (42) der Prozesskammer (14) angeordnet ist; und wobei die Dosierungsvorrichtung (12) zum Bewegen des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) durch die verschließbare Prozesskammeröffnung (40) in die Prozesskammer (14) ausgebildet ist. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, weiter aufweisend
- einen in der Prozesskammer (14) angeordneten Arbeitszylinder (16), wobei die Prozesskammer (14) zum Fertigen des Werkstücks innerhalb des Arbeitszylinders (16) ausgebildet ist;
- einen Pulverbeschichter (24) zum Verteilen des Prozesspulvers in dem Arbeitszylinder (16); wobei der Pulverbeschichter (24) entlang einer Beschichterachse (26) über dem Arbeitszylinder (16) bewegbar ausgebildet ist; wobei die Beschichterachse (26) senkrecht zu der Beförderungsachse (50) verläuft. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die Dosierungsvorrichtung (12) zum Entleeren des Pulverbehälters (44) über dem Pulverbeschichter (24) ausgebildet ist. Additive Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Pulverbeschichter (24) einen Entladekanal (70) ausbildet, wobei der Pulverbehälter (44) in der Prozesskammer (14) innerhalb des Entladekanals (70) bewegbar ausgebildet ist. Dosierungsverfahren (88) zum Befördern von Prozesspulver in eine Prozesskammer (14) einer additiven Fertigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, aufweisend die Verfahrensschritte:
- Befüllen (90) des Pulverbehälters (44) mit Prozesspulver;
- Bewegen (92) des Pulverbehälters (44) durch die Prozesskammeröffnung (40) entlang einer Beförderungsachse (50) in die Prozesskammer (14);
- Entleeren (94) der Pulverkavität (46) durch Drehen des Pulverbehälters (44) um die Behälterdrehachse (62);
- Bewegen (96) des Pulverbehälters (44) entlang der Beförderungsachse (50) aus der Prozesskammer (14). Dosierungsverfahren (88) nach Anspruch 18, wobei das Befüllen des Pulverbehälters (44) unter Gewichtsmessen des in dem Pulverbehälter (44) befindlichen Prozesspulvers erfolgt.
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