ES3015196T3 - Additive manufacturing system - Google Patents

Additive manufacturing system Download PDF

Info

Publication number
ES3015196T3
ES3015196T3 ES21197231T ES21197231T ES3015196T3 ES 3015196 T3 ES3015196 T3 ES 3015196T3 ES 21197231 T ES21197231 T ES 21197231T ES 21197231 T ES21197231 T ES 21197231T ES 3015196 T3 ES3015196 T3 ES 3015196T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
build
container
additive manufacturing
powder
manufacturing system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES21197231T
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Cloots
Pascal Brunner
Kai Gutknecht
Florian Wirth
Philipp Lauber
Alex Frauchiger
Stenli Karanxha
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.)
United Grinding Group Management AG
Original Assignee
United Grinding Group Management AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Grinding Group Management AG filed Critical United Grinding Group Management AG
Application granted granted Critical
Publication of ES3015196T3 publication Critical patent/ES3015196T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/80—Plants, production lines or modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/80—Plants, production lines or modules
    • B22F12/88—Handling of additively manufactured products, e.g. by robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/255—Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • B29C64/259—Interchangeable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/35—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
    • B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

El sistema de fabricación aditiva consta de un área de operador, un área de carga y un contenedor transportable. El área de operador está diseñada para controlar el sistema de fabricación. El área de carga está diseñada para cargar el sistema de fabricación. El área de operador es accesible desde un primer lado del sistema de fabricación, y el área de carga es accesible desde un segundo lado, siendo el primer lado diferente del segundo. El contenedor transportable se inserta en el área de carga. El contenedor transportable consta de un contenedor de almacenamiento de polvo y un contenedor de construcción. El contenedor de almacenamiento de polvo está diseñado para almacenar polvo, y el contenedor de construcción está diseñado para la fabricación aditiva de una pieza de trabajo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de fabricación aditiva
Campo Técnico
La presente invención se refiere a un sistema de fabricación aditiva y a un método de fabricación aditiva.
Antecedentes de la Invención
La fabricación aditiva, especialmente la fusión selectiva por láser (SLM) o la fusión por lecho de polvo por láser (LPBF), es un proceso de fabricación generativo que pertenece al grupo de métodos de fusión por chorro. En la fusión selectiva por láser, el material a procesar se aplica en forma de polvo en una capa fina sobre una placa base. El material en polvo se funde completamente localmente mediante radiación láser y forma una capa sólida de material después de la solidificación. Luego se baja la placa base hasta una capa de espesor y se aplica nuevamente el polvo. Este ciclo se repite hasta que se hayan derretido todas las capas. El componente terminado se limpia del exceso de polvo y se procesa según sea necesario o se usa inmediatamente.
Las máquinas convencionales para la fabricación aditiva suelen tener un diseño simple, lo que significa que carecen de robustez y precisión en comparación con la fabricación de máquinas herramienta de precisión. Además, una máquina de este tipo requiere una instalación y preparación que requiere mucho tiempo. Por ejemplo, un cambio de material en polvo generalmente requiere una limpieza que consume mucho tiempo de todos los componentes y conjuntos contaminados con polvo antes de que la máquina pueda llenarse con polvo nuevo.
Además, el polvo debe eliminarse manualmente del área de fabricación de la máquina utilizando dispositivos de protección como una máscara contra el polvo o guantes. Durante estos trabajos de mantenimiento, el sistema no es productivo y las costosas unidades láser y ópticas no están disponibles debido a la intervención y el trabajo manual. Por lo tanto, la productividad del sistema de fabricación aditiva convencional es limitada.
El documento DE 102004057865 A1 describe un dispositivo para producir un objeto tridimensional. El dispositivo comprende un dispositivo de transporte para transportar el objeto, que está dispuesto en un espacio de fabricación de un contenedor. El dispositivo de transporte dispone de un soporte regulable en altura con un lado superior orientado hacia el objeto. El dispositivo comprende además un dispositivo de aplicación para aplicar capas del material de fabricación al dispositivo de soporte o a una capa previamente formada, un dispositivo dosificador para suministrar el material de fabricación y un dispositivo de irradiación.
El documento EP 3632592 A1 describe un sistema de fabricación aditiva con una unidad de fabricación giratoria. El sistema de fabricación aditiva incluye una abertura de unidad de polvo dispuesta en una superficie frontal o una superficie lateral de la porción de base del sistema de fabricación para introducir la unidad de polvo en el sistema de fabricación aditiva.
El documento Sisma presenta nuevas soluciones PBF y DLP revela un sistema de fabricación aditiva con un controlador rotativo. El sistema de fabricación está equipado con dos fuentes láser totalmente superpuestas que trabajan juntas para fusionar polvo metálico y producir piezas.
Resumen de la Invención
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de fabricación aditiva mejorado que aumente la productividad de la fabricación aditiva.
Este objetivo se resuelve mediante el sistema de fabricación aditiva y el proceso de fabricación aditiva según las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas y en la siguiente descripción se pueden encontrar modalidades ventajosas y desarrollos adicionales.
La presente invención comprende un sistema de fabricación aditiva que comprende un área de operador, un área de carga y una unidad de contenedor transportable. El área de operador está diseñada para controlar el sistema de producción. El área de carga está diseñada para cargar el sistema de producción. El área del operador es accesible desde un primer lado del sistema de fabricación y el área de carga es accesible desde un segundo lado del sistema de fabricación, en donde el primer lado es diferente del segundo lado. La unidad de contenedor transportable se puede introducir en el área de carga. La unidad de contenedor portátil incluye un contenedor de almacenamiento de polvo y un contenedor de construcción. El contenedor de almacenamiento de polvo está diseñado para almacenar polvo y el contenedor de construcción está diseñado para la fabricación aditiva de una pieza de trabajo.
La ventaja del sistema de fabricación aditiva según la invención es que se puede garantizar un proceso de fabricación aditiva impecable, aumentando así la productividad de la fabricación aditiva. Al separar el área del operador y el área de carga, se puede lograr una fabricación aditiva libre de contaminación y una automatización completa de la fabricación aditiva sin necesidad de proporcionar equipo de protección personal. Esto también garantiza la seguridad del operador y del sistema.
El sistema de fabricación aditiva puede diseñarse para producir la pieza de trabajo mediante fusión selectiva (fusión selectiva por láser (SLM) o fusión por lecho de polvo por láser (LPBF)) de un material en polvo. El sistema de fabricación aditiva puede ser un sistema a gran escala dividido en varias áreas, como el área del operador, el área de carga, el área de fabricación, el área periférica, etc. Las áreas se pueden configurar de manera que no se superpongan. En otras palabras, las áreas dentro del sistema de fabricación aditiva se pueden separar espacialmente entre sí para que la intervención en el área del operador y la intervención en el área de carga no interfieran entre sí.
El sistema de fabricación aditiva se puede controlar desde el área del operador. Esto significa que según la invención el área del operador dispone de al menos un dispositivo de control para poder ajustar las condiciones de funcionamiento o los parámetros de funcionamiento para la fabricación aditiva. Además, el área del operador puede proporcionar a un operador acceso al sistema de producción. El operador es un sistema automatizado como un brazo robótico. El acceso permite realizar trabajos de mantenimiento como limpieza, reparaciones, etc. El área del operador puede ubicarse en la parte frontal del sistema de fabricación.
El área de carga se puede diseñar de modo que el polvo pueda cargarse y/o descargarse del sistema de fabricación a través del área de carga. El polvo se puede cargar y descargar como polvo mismo o en un contenedor de almacenamiento de polvo. El área de carga puede estar ubicada en un lugar diferente en el sistema de producción que el área del operador. El área de carga está dispuesta en sentido opuesto al área del operador. De esta manera, el área de carga puede estar situada en la parte trasera o lateral del sistema de producción.
La unidad de contenedor, que comprende al menos el contenedor de almacenamiento de polvo y el contenedor de construcción, puede diseñarse para ser portátil. En otras palabras, la unidad de contenedor puede introducirse en el área de carga del sistema de producción desde el exterior y/o extraerse de ella.
El contenedor de almacenamiento de polvo y el contenedor de construcción se pueden conectar entre sí y cargar en el área de carga juntos como una unidad. Como alternativa, el depósito de polvo y el contenedor de construcción pueden diseñarse por separado para que puedan insertarse y extraerse del sistema de fabricación independientemente uno del otro. La unidad de contenedor se transporta y posiciona automáticamente.
El contenedor de construcción puede incluir un vertedero de polvo diseñado para recoger el exceso de polvo del proceso de recubrimiento.
El contenedor de almacenamiento de polvo se puede diseñar para almacenar polvo recién preparado, que se aplica capa por capa hacia el contenedor de construcción durante la fabricación aditiva. La fabricación aditiva, es decir, la fusión selectiva, puede tener lugar en el contenedor de construcción fundiendo selectivamente el polvo aplicado capa por capa mediante chorro. Después de repetir la aplicación del polvo y la fusión selectiva varias veces, finalmente se puede producir la pieza de trabajo.
De esta manera se logra una separación espacial y funcional del área del operador y del área de carga, lo que puede conducir a una fabricación aditiva más libre de contaminación o libre de contaminación de la pieza de trabajo. Por “ausencia de contaminación” se entiende que el personal operativo no se contamina con polvo y/o que el polvo no se contamina con la atmósfera ambiental. En caso necesario, se pueden utilizar tapas que se retiran de los contenedores, por ejemplo, una vez que se han introducido en el sistema de producción.
En una modalidad, la unidad de contenedor comprende además un contenedor de desbordamiento de polvo. El contenedor de desbordamiento de polvo puede estar diseñado para recoger el polvo residual que queda después de la fusión selectiva. Además, el contenedor de desbordamiento de polvo se puede utilizar para recoger las salpicaduras de soldadura que se generan durante la fabricación aditiva. El contenedor de desbordamiento de polvo se puede conectar al contenedor de almacenamiento de polvo y/o al contenedor de construcción o se puede diseñar por separado. El contenedor de desbordamiento de polvo puede diseñarse para ser portátil, como el contenedor de almacenamiento de polvo y el contenedor de construcción.
El polvo fresco se puede aplicar, por ejemplo, capa por capa desde una superficie del contenedor de almacenamiento de polvo a una superficie del contenedor de construcción utilizando una escobilla de goma. Una vez que el polvo aplicado se ha derretido selectivamente, el exceso de polvo se puede empujar hacia el contenedor de desbordamiento de polvo utilizando la escobilla de goma. En otras palabras, el contenedor de almacenamiento de polvo, el contenedor de construcción y el contenedor de desbordamiento de polvo se pueden disponer en este orden en la unidad de contenedor para permitir el transporte de polvo por la cuchilla dosificadora en una dirección.
En una modalidad, el contenedor de almacenamiento de polvo y el contenedor de construcción incluyen cada uno una placa base y una barra de elevación. La barra de elevación está diseñada para levantar la placa base dentro del contenedor respectivo. La placa base del contenedor de almacenamiento de polvo y del contenedor de construcción pueden diseñarse cada uno de modo que selle el interior del respectivo contenedor desde el exterior.
Cada placa base se puede conectar a una barra de elevación para mover la placa base verticalmente dentro del contenedor respectivo. Preferiblemente, la barra de elevación del contenedor de almacenamiento de polvo puede levantar la placa base hacia arriba para que el polvo recién preparado pueda proporcionarse sin espacios en la superficie del contenedor de almacenamiento de polvo. Mientras tanto, después de cada proceso de fusión o exposición del rayo láser, la placa base del contenedor de construcción se puede bajar gradualmente por medio de la barra de elevación para permitir el proceso de fusión posterior del polvo recién aplicado.
Según la invención, el contenedor de construcción presenta una placa de construcción. En una modalidad, el contenedor de construcción comprende además una placa de calentamiento. La placa de calentamiento está dispuesta entre la placa de construcción y la placa base, de modo que la placa de calentamiento está diseñada para calentar la placa de construcción. La placa de construcción se puede utilizar para contener el polvo fresco aplicado en capas y permitir la fusión selectiva del polvo allí. Al calentar la placa de construcción, se puede reducir la tensión en la pieza de trabajo producida al reducir el gradiente de temperatura entre las capas de material producido de la pieza de trabajo.
En una modalidad, la placa de construcción se puede disponer sobre la placa de calentamiento por medio de un sistema de soporte de tres puntos. Por ejemplo, se pueden disponer tres elementos de perno en una parte inferior de la placa de construcción que mira hacia la placa de calentamiento y que pueden descansar sobre la placa de calentamiento. Los elementos de los pernos pueden sobresalir desde la parte inferior de la placa de construcción hacia la placa de calentamiento y tener una distancia lo más grande posible entre ellos. De esta manera se puede lograr un apoyo de tres puntos suelto pero seguro de la placa de construcción. Además, la parte inferior de la placa de construcción puede presentar al menos un pasador de sujeción, mediante el cual, por ejemplo, la placa de construcción se puede fijar a la placa de calentamiento durante el tratamiento posterior de la placa de construcción. En una modalidad, se puede proporcionar un orificio pasante en cada esquina de la placa de calentamiento. Se puede insertar un perno de fijación a través del orificio pasante, que se extiende desde la parte inferior del contenedor de construcción a través de la placa de calentamiento hasta la placa de construcción sin contacto. Este perno de fijación se puede utilizar para sujetar o bloquear la placa de construcción en una posición más baja dentro del contenedor de construcción.
Además, en la parte inferior de la placa de calentamiento se puede colocar un elemento de perno para un sistema de sujeción de punto cero para permitir una conexión firme y precisa de la placa de calentamiento a la placa base. Para alojar el elemento de perno de la placa de calentamiento de forma que se ajuste a la fuerza y a la forma, la placa base puede comprender un elemento de sujeción. El elemento de perno puede estar dispuesto preferiblemente en un centro de la placa de calentamiento y el elemento de sujeción puede estar dispuesto preferiblemente en un centro de un lado superior de la placa base orientado hacia la placa de calentamiento.
En una modalidad, la placa de calentamiento comprende elementos calefactores y una capa aislante. La capa aislante está dispuesta debajo del elemento calefactor para el aislamiento en dirección a la placa base. La placa de calentamiento puede, por ejemplo, comprender elementos calefactores cerámicos. Con la ayuda de la placa de calentamiento se puede calentar la placa de construcción a varios cientos de °C. En particular, el panel de fabricación se puede calentar a 250°C o incluso a 500-600°C. Se puede colocar una capa aislante debajo de los elementos calefactores, pero dentro de la placa de calentamiento, para que el calor sólo pueda dirigirse a la placa de construcción. En otras palabras, la conducción de calor hacia la placa base se puede evitar mediante la capa aislante. De esta forma se puede incrementar la eficiencia y la calidad de la fabricación aditiva. En una modalidad, la placa base comprende al menos una línea de enfriamiento que está acoplada a una entrada y una salida de un medio de enfriamiento mediante la barra de elevación. La línea de enfriamiento, dentro de la cual se guía un medio de enfriamiento, puede estar ubicada dentro de la placa base o en la parte inferior de la placa base. En la barra de elevación se pueden integrar una conexión de entrada y una conexión de salida para el medio de enfriamiento y se acoplan a la línea de enfriamiento. De esta manera se puede conseguir una perfecta circulación del medio refrigerante y, en consecuencia, un enfriamiento eficiente de la placa base. De esta manera se puede bloquear el calor generado debajo de la placa de calentamiento y evitar la expansión térmica asociada del contenedor de construcción, especialmente en dirección vertical.
Según la invención, el contenedor de construcción comprende al menos un elemento de fijación con un perno accionado por resorte y una esfera de sujeción. Durante el cambio de contenedor, la esfera de sujeción se puede fijar a la placa de construcción mediante el perno con resorte. El elemento de fijación puede disponerse preferiblemente en el fondo del contenedor de construcción para sujetar allí la placa base, la placa de calentamiento y/o la placa de construcción durante el cambio de contenedor y/o la preparación del contenedor de construcción. El contenedor de construcción puede comprender preferiblemente dos o más elementos de fijación para proporcionar una conexión confiable entre el fondo del contenedor y la placa base, la placa de calentamiento y/o la placa de construcción.
El elemento de fijación puede comprender al menos una, preferiblemente un par de esferas de sujeción y un perno conectado a un resorte en dirección al interior del contenedor. El elemento de fijación puede comprender además una carcasa que aloja el perno accionado por resorte y la esfera de sujeción. La carcasa del elemento de fijación se puede integrar en la carcasa del contenedor. El perno accionado por resorte puede moverse en dirección vertical dentro de la carcasa, pudiendo restringirse el movimiento del perno mediante el resorte y la esfera de sujeción, que está dispuesta en un lado interior lateral de la carcasa. En otras palabras, la esfera de sujeción puede sujetar el perno con resorte a la placa de construcción de modo que el perno con resorte pueda mantener la placa de construcción en una posición retraída. Cuando el perno está en la posición de reinicio, la placa de construcción se puede almacenar de manera suelta.
Cuando se retira el contenedor de construcción del sistema de fabricación aditiva, la placa base, la placa de calentamiento y/o la placa de construcción pueden moverse durante el transporte, el retrabajo y/o la actualización del contenedor, lo que puede provocar que la placa de construcción se desprenda de la placa base. Para evitar el desplazamiento y/o desprendimiento de una u otra placa, el perno con el resorte se puede presionar en la posición de fijación a través del orificio pasante de la placa de calentamiento en la placa de construcción. Al mismo tiempo, el perno puede empujar la esfera de sujeción hacia afuera. De esta manera se puede establecer una conexión positiva y no positiva entre la placa de construcción y la carcasa del contenedor, en particular el fondo del contenedor del edificio. Dado que la placa de calentamiento está ubicada entre la placa de construcción y la placa base, la placa de calentamiento se puede sujetar automáticamente.
Durante la fabricación aditiva, el elemento de fijación puede estar en una posición de reinicio para que el perno no se enganche con la placa de construcción. De esta manera, la placa de construcción, la placa de calentamiento y/o la placa base dentro del contenedor de construcción se pueden elevar y/o bajar mediante la barra de elevación.
Según la invención, el sistema de fabricación aditiva comprende además una cámara de construcción. En una modalidad, el sistema de fabricación aditiva comprende además un dispositivo de elevación. La cámara de construcción se puede acoplar a la unidad de contenedor para aplicar el polvo a la placa de construcción y el dispositivo de elevación está diseñado para levantar la unidad de contenedor portátil hasta el piso de la cámara de construcción.
La cámara de construcción puede estar diseñada para realizar la fusión selectiva del polvo. El dispositivo de elevación puede diseñarse para acoplar la unidad de contenedor, que se introduce en el sistema de fabricación desde el exterior, hasta el fondo de la cámara de construcción. En particular, la placa de construcción del contenedor de construcción se puede acoplar al suelo de la cámara de construcción elevando la unidad de contenedor por medio del dispositivo de elevación y, adicionalmente, elevando la placa de construcción por medio de la barra de elevación.
Puede haber una escobilla de goma en la cámara de construcción que aplica el polvo fresco del depósito de polvo a la placa de construcción del contenedor de construcción en capas y transporta el exceso de polvo desde la placa de construcción al contenedor de desbordamiento de polvo. Además, la cámara de construcción puede comprender una abertura que esté sellada, por ejemplo, mediante un material ópticamente transparente. A través de esta abertura, se puede proporcionar el rayo láser para exponer una nueva capa de polvo aplicada a la placa de construcción. En una modalidad, la parte inferior de la cámara de construcción tiene una interfaz de sellado diseñada para una conexión positiva y hermética de la unidad de contenedor a la cámara de construcción. La interfaz de sellado se puede disponer entre el piso de la cámara de construcción y la unidad de contenedor, que se eleva hasta el piso de la cámara de construcción mediante el dispositivo de elevación. La interfaz de sellado puede comprender un sello circunferencial que rodea un borde superior de la unidad de contenedor para establecer una conexión hermética al vacío entre la unidad de contenedor y la cámara de construcción. En el borde superior de la unidad de contenedor se pueden disponer aberturas para el contenedor de almacenamiento de polvo, el contenedor de construcción y/o el contenedor de desbordamiento de polvo.
En una modalidad, la interfaz de sellado tiene un espacio para recoger un residuo de polvo. El espacio está acoplado a una boquilla de limpieza para expulsar los residuos de polvo. El espacio puede disponerse entre la unidad de contenedor y la interfaz de sellado y extenderse al menos parcialmente a lo largo de la dirección circunferencial del borde superior de la unidad de contenedor. El espacio puede estar previsto en particular entre la interfaz de sellado y la abertura del contenedor de desbordamiento de polvo.
El espacio puede extenderse, además, al menos parcialmente, desde el fondo de la cámara de construcción hacia el fondo del contenedor, de modo que un extremo del espacio quede expuesto en la cámara de construcción. Además, el otro extremo del hueco se puede conectar a la boquilla de limpieza, a través de la cual se expulsa, por ejemplo, aire o gas inerte. En otras palabras, la boquilla de limpieza, que está acoplada al espacio, se puede disponer entre la interfaz de sellado y la unidad de contenedor. Durante la fabricación aditiva, el exceso de polvo se puede recolectar en el espacio y puede ser expulsado del espacio por el gas una vez finalizada la fabricación aditiva para evitar el arrastre de polvo durante la extracción del contenedor.
En una modalidad, se puede integrar un medio de templado en la interfaz de sellado. Los medios de templado pueden estar diseñados para evitar una expansión de material no deseada en el área de la interfaz de sellado tanto en el contenedor de construcción como en el piso de la cámara de construcción.
En una modalidad, el sistema de fabricación aditiva comprende además una entrada de gas protector y una salida de gas protector. La entrada de gas protector y la salida de gas protector están dispuestas en relación con la placa de construcción para generar un flujo de gas protector. La entrada de gas protector y/o la salida de gas protector se pueden diseñar de modo que el flujo de gas protector se encuentre solo unos pocos milímetros por encima de la placa de construcción, es decir, nivel de proceso. La entrada de gas protector y/o la salida de gas protector se pueden disponer preferiblemente perpendicularmente a la dirección de movimiento de la hoja raspadora. Alternativamente, la entrada de gas protector y/o la salida de gas protector pueden disponerse paralelas a la dirección de movimiento de la hoja raspadora.
La entrada de gas protector se puede diseñar para alimentar el gas protector a la cámara de construcción y el gas protector liberado en la cámara de construcción se puede aspirar a través de la salida de gas protector. Al suministrar y retirar continuamente el gas protector, se puede generar un flujo de gas protector laminar y homogéneo en la cámara de construcción. La hoja raspadora, que está dispuesta paralela a la dirección del flujo de la corriente de gas protector, puede evitar la desviación parcial y/o la turbulencia de la corriente de gas protector.
En una modalidad, la entrada de gas protector puede comprender un elemento poroso para proporcionar un flujo de gas protector homogéneo. El elemento poroso puede diseñarse para generar una contrapresión en la entrada de gas protector. El elemento poroso puede entenderse como un elemento filtrante que está dispuesto en la entrada del gas protector y se extiende por todo el ancho y la altura de la entrada del gas protector. El elemento poroso puede tener una porosidad uniforme en toda la superficie del elemento poroso. El elemento poroso puede ser un elemento sinterizado o un elemento similar a la espuma pero permeable al gas. De esta manera se puede generar una presión dinámica constante en la entrada del gas protector y el flujo de gas protector no puede presentar gradientes de velocidad en el área de la entrada del gas protector. De esta manera se puede lograr un suministro homogéneo del gas protector a la cámara de construcción.
Además, la salida de gas protector se puede diseñar de tal manera que absorba completamente el gas protector admitido en la cámara de construcción y no provoque una disminución del flujo de gas protector laminar y homogéneo.
En una modalidad, el sistema de fabricación aditiva puede incluir una abertura de entrada de gas protector ubicada encima de la placa de construcción. La abertura de entrada de gas protector permite que el gas protector se alimente adicionalmente a la cámara de construcción por encima de la placa de construcción. La abertura de entrada del gas protector se puede disponer en el mismo lado que la entrada del gas protector, es decir, en un lado opuesto a la salida del gas protector. De esta manera, el gas de protección que se escapa por la abertura de entrada de gas de protección también se puede evacuar a través de la salida de gas de protección.
Se puede disponer una estructura porosa graduada entre la abertura de entrada de gas protector y la cámara de construcción. La estructura porosa graduada también se puede disponer frente a la salida de gas protector. El término “estructura porosa graduada” puede entenderse en el sentido de que existe una gradación de porosidad en la estructura porosa. Al utilizar la estructura porosa, se puede generar una ligera sobrepresión estática entre la abertura de entrada del gas protector y la estructura porosa, permitiendo que el gas protector fluya de manera homogénea a través de la estructura porosa. Además, la estructura porosa graduada se puede utilizar para regular la velocidad del flujo del gas de protección. Por ejemplo, se puede generar un flujo de gas rápido directamente en una ventana de salida del láser, lo que ayuda a evitar la acumulación de pólvora o salpicaduras de soldadura en la ventana de salida del láser.
Este flujo de gas protector que viene desde arriba puede favorecer el carácter laminar del flujo de gas protector cerca del campo de construcción, que fluye desde la entrada de gas protector hasta la salida de gas protector. De esta manera, los grandes vórtices dentro de la cámara de construcción, en los que podría acumularse humo y que también pueden tener un efecto perjudicial sobre el rayo láser debido a su alta capacidad de absorción, se pueden evitar en gran medida mediante el flujo de gas protector que viene desde arriba.
En una modalidad, el sistema de fabricación aditiva comprende además un banco óptico. El banco óptico incluye un dispositivo de monitoreo fuera del eje y un dispositivo de monitoreo dentro del eje. El dispositivo de monitorización fuera de eje está diseñado para monitorizar la distribución de calor de una capa de componente fabricada de forma aditiva de la pieza de trabajo y la calidad de aplicación de la última capa de polvo aplicada. El dispositivo de monitoreo en el eje está diseñado para determinar la temperatura de un baño de polvo en la capa del componente actualmente fabricado.
El dispositivo de monitoreo fuera de eje puede comprender una, al menos una o dos cámaras multifuncionales de alta resolución con un alto ancho de banda espectral en la cámara de construcción, que pueden detectar emisiones de procesos térmicos durante la fabricación aditiva utilizando filtros de paso de banda ópticos. Se puede diseñar una adquisición de datos de las imágenes de la cámara para integrar los datos de emisión que se producen y adquieren durante la exposición de una capa de polvo dentro de una imagen. El resultado de esta grabación puede corresponder a un mapa de calor de la capa actualmente construida. Este mapa de calor puede brindar la oportunidad de detectar irregularidades térmicas durante la fabricación aditiva y, si esta información se procesa con la suficiente rapidez, tomar contramedidas durante un turno posterior. Esto puede ser, por ejemplo, un ajuste dinámico de las secuencias de exposición de las áreas a escanear dentro de una capa, la potencia del láser o una velocidad de escaneo dentro de ciertas áreas de escaneo.
Con la ayuda de cámaras fuera del eje, también es posible detectar errores de aplicación de polvo que pueden ocurrir durante un proceso de recubrimiento. Al aplicar polvo pueden formarse estructuras lineales en la dirección del desplazamiento de la escobilla de goma. La visibilidad de dichos defectos en la aplicación de polvo se puede aumentar al máximo cuando se iluminan con luz lateral para crear una sombra. El error de aplicación del polvo y/o el error de recubrimiento se pueden detectar indirectamente a través de una sombra característica utilizando la cámara fuera del eje.
Además, el dispositivo de monitoreo fuera del eje se puede configurar para calibrar el escáner. La calibración del escáner se puede realizar antes de comenzar la fabricación aditiva con una placa de construcción limpia y sin polvo. El dispositivo de monitoreo en el eje puede comprender un pirómetro de relación, fotodiodos y/o una cámara de alta velocidad diseñada para determinar la temperatura del baño de polvo. El baño de polvo que rodea la pieza de trabajo creada mediante la fusión selectiva se puede ubicar en la placa de construcción dentro del contenedor de construcción.
El pirómetro de relación se puede diseñar para medir las temperaturas máximas en el baño de polvo. Con la ayuda de la cámara de alta velocidad, se puede capturar la forma del baño de polvo y la distribución de la intensidad de la radiación térmica en el baño de polvo, lo que puede contribuir a una mejor comprensión general del proceso. Los fotodiodos también se pueden utilizar para detectar la radiación térmica en el baño de fusión o de polvo.
De esta forma, se puede detectar con precisión las emisiones del proceso térmico en la cámara de construcción, lo que cumple un requisito previo para el control en tiempo real de la fabricación aditiva.
En una modalidad, el contenedor de almacenamiento de polvo y el contenedor de construcción incluyen cada uno una tapa. La tapa tiene un saliente para poder agarrarla. Para permitir un transporte sin contaminación de la unidad de contenedor, en particular del contenedor de almacenamiento de polvo y del contenedor de construcción, cada contenedor puede tener una tapa. La tapa puede diseñarse para sellar herméticamente el respectivo contenedor desde el exterior. Además, el contenedor de desbordamiento de polvo también puede tener una tapa. Cada tapa puede tener una proyección formada sobre la misma que puede agarrarse manualmente o mediante un brazo robótico para retirar la tapa del respectivo contenedor y/o para cerrar el respectivo contenedor con la tapa.
Según la invención, el primer lado del sistema de fabricación está opuesto al segundo lado del sistema de fabricación. De esta manera, el área del operador se puede disponer con respecto a la cámara de construcción frente al área de carga. En otras palabras, el área del operador se puede configurar en la parte delantera del sistema de fabricación, mientras que el área de carga se puede configurar en la parte trasera del sistema de fabricación y viceversa. De esta forma, el área del operador y el área de carga no pueden cruzarse entre sí y se puede garantizar un acceso sin contaminación al sistema de fabricación aditiva.
En una modalidad, el área del operador incluye un monitor para monitorear y/o controlar datos y/o funciones del sistema de fabricación. Preferiblemente, se puede disponer una interfaz de usuario en un lado exterior del área del operador para permitir el control y la operación del sistema de fabricación aditiva. El monitor puede diseñarse como una pantalla táctil.
El monitor puede mostrar un proceso de fabricación aditiva, un parámetro operativo, un estado del sistema de fabricación aditiva y/o todas las funciones y datos necesarios de la máquina para que el operador pueda, por ejemplo, monitorear el proceso de fabricación aditiva y controlar y/o mantener el sistema de fabricación aditiva basándose en la información mostrada. Si es necesario, también se pueden parametrizar diversas variables de proceso a través del monitor. Por tanto, el monitor puede conectarse electrónicamente a un dispositivo de control y/o a varios dispositivos de detección para permitir la monitorización y/o el control del sistema de producción.
Según la invención, el área del operador dispone de un acceso abierto a la cámara de construcción. El acceso que se puede abrir puede ser una puerta o una ventana, lo que permite al operador ingresar a la cámara de construcción, por ejemplo, para realizar trabajos de mantenimiento. El acceso puede tener una puerta corredera lateral o ser una abertura sellada con un material transparente. El monitor se puede integrar en el acceso de apertura.
Según la invención, el área de carga comprende una interfaz para la inserción automatizada de la unidad de contenedor transportable. En una modalidad que no forma parte de la invención, el área de carga comprende una interfaz para insertar manualmente la unidad de contenedor transportable. Al igual que el área del operador, el área de carga puede incluir una puerta o abertura que permita insertar y retirar la unidad de contenedor transportable del sistema de producción de forma manual o automática. En particular, la unidad de contenedor puede transportarse mediante un brazo robótico o similar para evitar una posible contaminación por parte de humanos.
La presente invención comprende además un proceso de fabricación aditiva tal como se define en la reivindicación independiente adjunta.
Al separar el área del operador y el área de carga, se puede lograr una fabricación aditiva libre de contaminación y una automatización completa de la fabricación aditiva sin necesidad de proporcionar equipo de protección personal. Esto también garantiza la seguridad del operador y del sistema.
En una modalidad, el método de fabricación aditiva comprende además levantar la unidad de contenedor transportable por medio de un dispositivo de elevación en un piso de una cámara de construcción después de insertar la unidad de contenedor transportable en el área de carga. Al insertar la unidad de contenedor en el sistema de fabricación, el proceso de fabricación aditiva se puede automatizar completamente. El dispositivo de elevación puede mover contenedores individuales o la unidad de contenedores completa en dirección vertical. De este modo, la unidad de contenedor se puede acoplar al suelo de la cámara de construcción mediante el dispositivo de elevación para colocar el polvo recién preparado, una placa de construcción y/o un contenedor de desbordamiento de polvo en la cámara de construcción.
En una modalidad, el método de fabricación aditiva comprende además una primera introducción de un gas protector en la cámara de construcción para inertizar la cámara de construcción después de levantar la unidad de contenedor transportable. La inertización puede entenderse como la eliminación de gases no deseados, como el oxígeno, de la cámara de construcción mediante un dispositivo de evacuación y luego proporcionar un gas inerte, como argón, nitrógeno, etc., para permitir que el contenido de oxígeno sea lo más bajo posible. De esta manera se puede garantizar la producción de un producto de alta calidad. Cuando el depósito de polvo, el contenedor de construcción y el contenedor de desbordamiento de polvo están alineados en una posición de proceso para la fabricación aditiva, se puede alimentar un gas de protección a la cámara de construcción. Sin embargo, la inertización inicial de la cámara de construcción se puede realizar sin retirar la tapa del respectivo contenedor de la unidad de contenedores. El gas protector, es decir, el gas inerte, puede contener una cantidad muy pequeña de oxígeno o nada de oxígeno.
En una modalidad, el método de fabricación aditiva comprende además retirar una tapa de cada uno de los contenedores de almacenamiento de polvo y del contenedor de construcción después de la primera introducción de un gas protector. La tapa de cada contenedor también se puede quitar automáticamente. Para que esto sea posible, por ejemplo, un brazo de sujeción o un brazo robótico pueden acoplarse a un saliente formado en un lado exterior de la tapa. El brazo de sujeción puede llevar la tapa a una posición de almacenamiento. La tapa del contenedor de almacenamiento de polvo, la tapa del contenedor de construcción y/o la tapa del contenedor de desbordamiento de polvo se pueden quitar simultánea o secuencialmente y devolver al contenedor respectivo después de la fabricación aditiva.
En una modalidad, el proceso de fabricación aditiva comprende además aspirar la cámara de construcción y luego una segunda introducción de un gas protector en la cámara de construcción para inertizar los contenedores abiertos después de retirar la tapa. Después de abrir la tapa correspondiente de la unidad de contenedor, se puede exponer el interior del respectivo contenedor en la cámara de construcción. Mediante la segunda inertización de la cámara de construcción, el polvo fresco contenido en el contenedor de almacenamiento de polvo también se puede inertizar para protegerlo de la oxidación.
Otras características, ventajas y posibles aplicaciones de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción, las modalidades y las figuras. Todas las características descritas y/o ilustradas pueden combinarse entre sí, independientemente de su representación en reivindicaciones, figuras, oraciones o párrafos individuales. En las figuras, los mismos símbolos de referencia se refieren a objetos iguales o similares.
Breve Descripción de las Figuras
La figura 1 muestra un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 2a, 2b muestran un área de operador de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención
La figura 3 muestra un área de carga de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 4a, 4b muestran una vista superior de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 5a, 5b muestran un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención La figura 6 muestra una unidad de contenedor y una cámara de construcción de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
La figura 7 muestra una unidad de contenedor de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 8a, 8b muestran un contenedor de construcción de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 9a, 9b muestran un elemento de fijación de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
La figura 10 muestra un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
La figura 11 muestra una cámara de construcción de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
La figura 12a, 12b muestran esquemáticamente un flujo de gas protector en una cámara de construcción según una modalidad de la presente invención.
La figura 13 muestra un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
La figura 14 muestra un banco óptico de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Las figuras 15a, 15b muestran un banco óptico de un sistema de fabricación aditiva según una modalidad de la presente invención.
Descripción Detallada de las Modalidades
La figura 1 muestra un sistema de fabricación aditiva 1 según la invención. El sistema de fabricación aditiva 1 puede estar diseñado para producir una pieza de trabajo mediante fusión selectiva (Selective Laser Melting, SLM) de un material en polvo aplicado en capas.
El sistema de fabricación aditiva 1 comprende un área de operador 2, un área de carga 3 y una cámara de construcción 4. El área de operador 2 es accesible desde un primer lado 11, es decir, un lado frontal 11 del sistema de fabricación aditiva 1 y está diseñada para controlar el sistema de fabricación 1. El área de carga 3 está dispuesto frente al área del operador 2, es decir, en el lado trasero 12 del sistema de fabricación aditiva 1 y está diseñada para cargar el sistema de fabricación 1. En la cámara de construcción 4 tiene lugar la fusión selectiva del polvo estratificado. El sistema de fabricación aditiva 1 comprende además un área periférica 5 en la que se alojan tecnologías periféricas tales como un sistema de enfriamiento de gas protector, una bomba de circulación de gas, una bomba de vacío, un filtro de partículas de hollín, un sistema de enfriamiento y/o un láser. Las tecnologías periféricas están montadas de forma móvil en el área periférica 5.
Como se muestra en las figuras 2a y 2b, el área del operador 2 tiene un acceso que se puede abrir 41 a la cámara de construcción 4. El acceso 41 tiene una puerta corredera lateral 42. Un monitor 43 está integrado en la puerta corrediza 42 y está diseñado para supervisar y/o controlar datos y/o funciones del sistema de producción 1. El monitor 43 puede mostrar una secuencia de la fabricación aditiva, un parámetro de funcionamiento, un estado del sistema de fabricación aditiva 1 y/o todas las funciones y datos necesarios de la máquina para que el operador pueda, por ejemplo, monitorizar el proceso de fabricación aditiva y controlar y/o mantener el sistema de fabricación aditiva 1 según la información mostrada. Si es necesario, también se pueden parametrizar diversas variables del proceso a través del monitor 43.
La figura 3 muestra la parte trasera 12 del sistema de fabricación aditiva 1, donde está configurado el área de carga 3. El área de carga 3 comprende una interfaz para la inserción automatizada o manual de una unidad de contenedor transportable 6. Como se muestra en las figuras 4a y 4b, la unidad de contenedor 6 se puede insertar en el área de carga 3 en el lado trasero 12 del sistema de fabricación 1. Una vez finalizada la fabricación aditiva de la pieza de trabajo, la unidad de contenedor 6 se puede retirar del sistema de fabricación 1 de forma automática o manual a través del área de carga 3.
De este modo, el área del operador 2 y el área de carga 3 están dispuestas separadas espacialmente entre sí, de modo que un acceso al área del operador 2 y un acceso a el área de carga 3 no se cruzan entre sí.
Cuando la unidad de contenedor transportable 6 se inserta en la cámara de construcción 4, la unidad de contenedor 6 se colocará en un dispositivo de elevación 7. El dispositivo de elevación 7 está diseñado para elevar la unidad de contenedor 6 para acoplarla a la cámara de construcción 4, en particular al fondo 44 de la cámara de construcción 4 (véanse las figuras 5a y 5b).
La figura 6 muestra la unidad de contenedor 6 acoplada a la cámara de construcción 4. La unidad de contenedor 6 comprende un contenedor de almacenamiento de polvo 61, un contenedor de construcción 62 y un contenedor de desbordamiento de polvo 63. El contenedor de desbordamiento de polvo 63 está formado integralmente en el contenedor de construcción 62. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 está diseñado para almacenar un material en polvo recién preparado, que se aplica capa por capa a una placa de construcción 72 del contenedor de construcción 62 durante la fabricación aditiva. El contenedor de construcción 62 está diseñado para llevar a cabo la fabricación aditiva de la pieza de trabajo fundiendo selectivamente el polvo aplicado capa por capa a la placa de construcción 72 mediante un rayo láser (véase la figura 7). Después de la fusión selectiva del polvo aplicado, el exceso de polvo se puede recoger en el contenedor de desbordamiento de polvo 63.
El sistema de fabricación aditiva 1 comprende además una escobilla de goma 8 que está diseñada para aplicar el polvo desde el contenedor de almacenamiento de polvo 61 a la placa de construcción 72 del contenedor de construcción 62 en capas y para eliminar el exceso de polvo del contenedor de construcción 62 en la dirección del contenedor de desbordamiento de polvo 63. Por lo tanto, el contenedor de almacenamiento de polvo 61, el contenedor de construcción 62 y el contenedor de desbordamiento de polvo 63 se pueden disponer en este orden en la unidad de contenedor 6.
En el fondo 44 de la cámara de construcción 4 está dispuesta una interfaz de sellado 45, que está diseñada para la conexión positiva y hermética al gas de la unidad de contenedor 6 con la cámara de construcción 4. La parte inferior 44 de la cámara de construcción 4 comprende una abertura 48 a la que se puede acoplar la unidad de contenedor 6 (véase también la figura 11). La interfaz de sellado 45 rodea la abertura 48 y el borde superior 64 del respectivo contenedor de la unidad de contenedor 6 para establecer una conexión hermética al vacío entre la unidad de contenedor 6 y la cámara de construcción 4.
La interfaz de sellado 45 tiene un espacio 46 para recoger un residuo de polvo. El espacio 46 está dispuesto entre el borde superior 64 de la unidad de contenedor 6 y la interfaz de sellado 45 y se extiende al menos parcialmente a lo largo de la dirección circunferencial del borde superior 64 de la unidad de contenedor 6. El espacio 46 se extiende al menos parcialmente desde el fondo 44 de la cámara de construcción 4 hacia el fondo del contenedor 65 de modo que un extremo del espacio queda expuesto en la cámara de construcción 4. El extremo opuesto del espacio 46 está acoplado a una boquilla de limpieza 47 para soplar el residuo de polvo, donde la boquilla de limpieza 47 está integrada entre la interfaz de sellado 45 y la unidad de contenedor 6.
Durante la fabricación aditiva, el exceso de polvo se puede recoger en el espacio 46 y, una vez finalizada la fabricación aditiva, se puede expulsar del espacio 46 mediante el gas para evitar el arrastre de polvo cuando se retira el contenedor. La figura 7 muestra el contenedor de construcción 62 en donde está integrado el contenedor de desbordamiento de polvo 63. El contenedor de construcción 62 incluye una placa base 74 y una barra de elevación 75. La barra de elevación 75 está diseñada para mover la placa base 74 en una dirección vertical dentro del contenedor de construcción 62. La placa base 74 del contenedor de construcción 62 puede sellar un interior del contenedor de construcción 62 desde el exterior. Preferentemente, la placa base 74 del contenedor de construcción 62 se puede bajar gradualmente hacia abajo por medio de la barra de elevación 75 después de cada proceso de fusión o cada exposición del rayo láser para permitir el proceso de fusión posterior del polvo recién aplicado.
El contenedor de construcción 62 comprende además una placa de calentamiento 73 y una placa de construcción 72. La placa de construcción 72 puede recibir el polvo aplicado capa por capa mediante la escobilla de goma 8 y permitir la fusión selectiva del polvo. En otras palabras, el polvo en la placa de construcción 72 del contenedor de construcción 62 se funde selectivamente mediante láser.
La placa de calentamiento 73 está dispuesta entre la placa de construcción 72 y la placa base 74. La placa de calentamiento 73 incluye elementos calefactores 81 y una capa aislante 82, y la placa de calentamiento 73 está diseñada para calentar la placa de construcción 72. Por medio de los elementos calefactores 81, la placa de construcción 72 puede calentarse hasta varios cientos de °C. Al calentar la placa de construcción 72, se puede reducir la tensión en la pieza de trabajo producida al reducir el gradiente de temperatura entre las capas de material producido de la pieza de trabajo. Sin embargo, el calor no debe dirigirse hacia la placa base 74 para evitar tensiones mecánicas causadas por el calor. Por lo tanto, la capa aislante 82 está dispuesta debajo de los elementos calefactores 81 para el aislamiento en dirección a la placa base 74.
El contenedor de construcción 62 comprende además una tapa 71 diseñada para sellar el contenedor de construcción 62 para permitir el transporte libre de contaminación del contenedor de construcción 62 y para mantener un estado inertizado del contenedor de construcción 62. La tapa 71 tiene un saliente 79 para sujetar la tapa 71. Una vez que la unidad de contenedor 6 se acopla al fondo 44 de la cámara de construcción 4, la tapa 71 del contenedor de construcción 62 se puede quitar de forma manual o automática. Preferiblemente, la proyección 79 de la tapa 71 puede ser sostenida por un brazo robótico o un brazo de agarre para transportar la tapa 71 a una ubicación de almacenamiento de tapa 49 (ver Figura 6). El brazo robótico puede devolver la tapa 71 a la unidad de contenedor 6 después de la fabricación aditiva de la pieza de trabajo para cerrar el contenedor de construcción 62. Las figuras 8a y 8b muestran cómo la placa base 74, la placa de calentamiento 73 y la placa de construcción 72 del contenedor de construcción 62 están conectadas entre sí. La placa de construcción 72 y la placa de calentamiento 73 están conectadas entre sí mediante un sistema de soporte de tres puntos. En un lado inferior de la placa de construcción 72, que mira hacia la placa de calentamiento 73, están dispuestos tres elementos de perno 31, que se apoyan sobre la placa de calentamiento 73. Los elementos de perno 31 pueden sobresalir desde la parte inferior de la placa de construcción 72 en dirección a la placa de calentamiento 73 y tener una distancia lo más grande posible entre sí. De esta manera se puede lograr un soporte de tres puntos de la placa de construcción 72, montado de forma suelta pero segura. Además, la parte inferior de la placa de construcción 72 tiene al menos dos pasadores de sujeción 35, que fijan la placa de construcción 72 durante un tratamiento posterior de la placa de construcción 72.
Además, se proporciona un orificio pasante 32 en cada esquina de la placa de calentamiento 73. Los pernos de fijación 51, que se extienden desde el borde del contenedor de construcción 62 a través de la placa de calentamiento 73 hasta la placa de construcción 72 sin contacto, se pueden insertar a través de los orificios pasantes 32. Estos pernos de fijación 51 pueden servir para sujetar o bloquear la placa de construcción 72 en una posición más baja dentro del contenedor de construcción 62 (véanse las figuras 9a y 9b).
Además, en la parte inferior de la placa de calentamiento 73 se encuentra un elemento de perno 33 para un sistema de sujeción de punto cero para realizar una conexión firme y precisa con la placa base 74. Para poder alojar el elemento de perno 33 de la placa de calentamiento 73 de forma ajustada mediante fuerza y mediante ajuste de forma, la placa base 74 comprende un elemento de sujeción 34.
La placa base 74 comprende al menos una línea de enfriamiento 78, que está acoplada mediante la barra de elevación 75 a una entrada 76 y una salida 77 de un medio de enfriamiento (véase la Figura 7). La línea de enfriamiento 78, por cuyo interior se conduce un medio de enfriamiento, puede estar situada en el interior de la placa base 74 o en una parte inferior de la placa base 74. De esta manera se puede bloquear el calor generado debajo de la placa de calentamiento 73 y se puede evitar la expansión térmica asociada del contenedor de construcción 62, particularmente en la dirección vertical.
Las figuras 9a y 9b muestran un lado inferior 65 del contenedor de construcción 62. El contenedor de construcción 62 comprende al menos un elemento de fijación 50, preferiblemente dos o más elementos de fijación 50. El elemento de fijación 50 comprende al menos una, preferiblemente un par de esferas de sujeción 54 y un perno 51 que está conectado a un resorte 52 en dirección al interior del contenedor 62. El elemento de fijación 50 comprende además una carcasa 53 que aloja el perno accionado por resorte 51 y la esfera de sujeción 54. La carcasa 53 del elemento de fijación 50 está integrada en la carcasa del contenedor. El perno accionado por resorte 51 puede moverse dentro de la carcasa 53 en dirección vertical, pudiendo restringirse el movimiento del perno 51 mediante el resorte 52 y la esfera de sujeción 54 dispuesta en un lado lateral de la carcasa 53.
Durante un cambio de contenedor, la esfera de sujeción 54 se puede sujetar a la placa de construcción 72 mediante el perno con resorte 51. Cuando el contenedor de construcción 62 se retira del sistema de fabricación aditiva 1, la placa base 74, la placa de calentamiento 73 y/o la placa de construcción 72 pueden moverse durante el transporte, el retrabajo y/o la actualización del contenedor 62, lo que puede provocar que la placa de construcción 72 se desprenda de la placa base 74. Para evitar el desplazamiento y/o desprendimiento de una u otra placa, el perno 51 con el resorte 52 se puede presionar en una posición de fijación en la placa de construcción 72 a través de los orificios pasantes 32 de la placa de calentamiento 73, con lo que el perno 51 presiona la esfera de sujeción 54 hacia afuera (véase la figura 9a). De esta manera se puede establecer una conexión positiva y no positiva entre la placa de construcción 72 y la carcasa del contenedor, en particular el fondo del contenedor 65 del contenedor de construcción 62. Dado que la placa de calentamiento 73 está situada entre la placa de construcción 72 y el lado inferior 65 del contenedor de construcción 62, la placa de calentamiento 73 se puede sujetar automáticamente.
Durante la fabricación aditiva, el elemento de fijación 50 puede estar en una posición de reinicio para que el perno 51 no se acople con la placa de construcción 72. De esta manera, la placa de construcción 72, la placa de calentamiento 73 y/o la placa base 74 podrían elevarse y/o bajarse dentro del contenedor de construcción 62 (ver Figura 9b).
La figura 10 muestra el contenedor de almacenamiento de polvo 61, que está diseñado para almacenar el polvo recién preparado. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 incluye una placa base 74 y una barra de elevación 75 que eleva o baja la placa base 74 dentro del contenedor de almacenamiento de polvo 61. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 comprende además una placa base 70 que está conectada a la placa base 74 por medio de un sistema de sujeción de punto cero, es decir con un elemento de perno 33. De esta manera, la placa base 70 se puede ajustar en dirección vertical con la placa base 74. Preferentemente, la barra de elevación 75 del contenedor de almacenamiento de polvo 61 puede levantar la placa base 74 hacia arriba de modo que el polvo recién preparado pueda proporcionarse sin espacios en la superficie del contenedor de almacenamiento de polvo 61.
También se puede prever al menos un elemento de fijación 50, preferiblemente dos o más elementos de fijación 50, en el fondo del contenedor de almacenamiento de polvo 61 para fijar la placa base 70 al fondo del contenedor de almacenamiento de polvo 61, por ejemplo, durante el transporte. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 comprende además una tapa 71 diseñada para sellar el contenedor de almacenamiento de polvo 61 para permitir el transporte sin contaminación del contenedor de almacenamiento de polvo 61 y para mantener un estado inertizado del contenedor de almacenamiento de polvo 61. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 puede ser del mismo tamaño o más pequeño que el contenedor de construcción 62. El contenedor de almacenamiento de polvo 61 se puede conectar al contenedor de construcción 62 formando ambos contenedores en una sola pieza. Alternativamente, se pueden fabricar de forma independiente.
El sistema de fabricación aditiva 1 comprende además una entrada de gas protector 13, una salida de gas protector 14 y un banco óptico 15, como se muestra en la figura 11. En la figura 12a, la entrada de gas protector 13 y la salida de gas protector 14 se muestran ampliadas. La entrada de gas protector 13 y la salida de gas protector 14 están dispuestas con relación a la placa de construcción 72 para generar un flujo de gas protector 16. La entrada de gas protector 13 y la salida de gas protector 14 están dispuestas perpendicularmente a la dirección de movimiento de la hoja raspadora 8.
La entrada de gas protector 13 está diseñada para alimentar el gas protector a la cámara de construcción 4. El gas protector liberado en la cámara de construcción 4 es aspirado a través de la salida de gas protector 14. Además, la salida de gas protector 14 puede diseñarse de tal manera que absorba completamente el gas protector admitido en la cámara de construcción 4 y no provoque ninguna contracción del flujo de gas protector laminar y homogéneo 16. Mediante el suministro y la extracción continuos del gas protector, se puede generar un flujo de gas protector laminar y homogéneo 16 en la cámara de construcción 4. La hoja raspadora 8 se puede disponer paralela a la dirección de flujo del flujo de gas protector 16, con lo que se puede evitar una desviación parcial y/o turbulencia del flujo de gas protector 16. El gas de protección está diseñado para evitar la formación de depósitos de hollín o salpicaduras de soldadura en la cámara de construcción 4. El gas protector puede ser un gas inerte como el argón o el nitrógeno. Como se muestra en la figura 12b, la entrada de gas protector 13 tiene un elemento poroso 15 para proporcionar un flujo de gas protector homogéneo 16. El elemento poroso 15 puede diseñarse para generar una contrapresión en la entrada de gas protector 13. El elemento poroso 15 puede entenderse como un elemento filtrante que está dispuesto en la entrada de gas protector 13 y se extiende por todo el ancho y la altura de la entrada de gas protector 13. El elemento poroso 15 puede tener una porosidad uniforme en toda la superficie del elemento poroso. De este modo, el flujo de gas protector 16 no puede presentar gradientes de velocidad en el área de la entrada de gas protector 13. La figura 13 muestra esquemáticamente un flujo de gas protector 16 en la cámara de construcción 4. El sistema de fabricación aditiva 1 puede tener adicionalmente una abertura de entrada de gas protector 17, que se encuentra por encima de la placa de construcción 72. El gas protector se puede suministrar adicionalmente a la cámara de construcción 4 por encima de la placa de construcción 72 a través de la abertura de entrada de gas protector 17. Entre la abertura de entrada de gas protector 17 y la cámara de construcción 4 se puede disponer una estructura porosa graduada 18. Mediante el uso de la estructura porosa 18, se puede generar una ligera sobrepresión estática entre la abertura de entrada de gas protector 17 y la estructura porosa 18, con lo que el gas protector puede fluir de manera homogénea a través de la estructura porosa 18. Además, la estructura porosa graduada 18 puede servir para regular la velocidad del flujo de gas protector 16.
La figura 14 muestra el sistema de fabricación aditiva 1 con el banco óptico 15. El banco óptico 15 puede estar dispuesto opuesto a la placa de construcción 72, es decir, en un lado superior del sistema de fabricación 1. El banco óptico 15 comprende un dispositivo de monitorización fuera de eje 92 y un dispositivo de monitorización dentro de eje 91. El dispositivo de monitorización fuera de eje 92 está diseñado para monitorizar la distribución de calor de una capa de componente fabricada de forma aditiva y la calidad de aplicación de la última capa de polvo aplicada. El dispositivo de monitorización sobre el eje 91 está diseñado para determinar la temperatura de un baño de polvo en la capa del componente actualmente fabricado.
Como se muestra en la figura 15a, el dispositivo de monitoreo en el eje 91 puede comprender un pirómetro de relación, fotodiodos y/o una cámara de alta velocidad diseñada para determinar la temperatura del baño de polvo. El baño de polvo se puede ubicar en la placa de construcción 72 dentro del contenedor de construcción 62 de modo que la pieza de trabajo producida por la fusión selectiva esté rodeada por el polvo.
Como se muestra en la figura 15b, el dispositivo de monitoreo fuera de eje 92 puede incluir dos cámaras multifunción de alto ancho de banda espectral y alta resolución que pueden capturar emisiones de procesos térmicos durante la fabricación aditiva utilizando filtros de paso de banda ópticos. Se puede diseñar una adquisición de datos de las imágenes de la cámara para integrar los datos de emisión de los charcos de fusión que se producen y adquieren durante la exposición de una capa de polvo dentro de una imagen. El resultado de esta grabación puede corresponder a un mapa de calor de la capa actualmente construida. Este mapa de calor puede brindar una oportunidad para el ajuste dinámico de las secuencias de exposición de las áreas que se escanearán dentro de una capa, el ajuste de la potencia del láser o la velocidad de escaneo dentro de ciertas áreas de escaneo.
El dispositivo de monitoreo en el eje 91 y el dispositivo de monitoreo fuera del eje 92 comprenden cada uno una unidad de sensor 94 y una unidad óptica 93 con un cabezal de escaneo 95 y un colimador 96.
También debe tenerse en cuenta que los términos “integral” y “comprendedor” no excluyen otros elementos o pasos. Además, debe tenerse en cuenta que las características o pasos descritos con referencia a una de las modalidades anteriores también pueden usarse en combinación con otras características o pasos de otras modalidades descritas anteriormente. Los signos de referencia en las reivindicaciones no deben considerarse como una limitación.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de fabricación aditiva (1) que comprende
un área de operador (2),
un área de carga (3),
una cámara de construcción (4), y
una unidad de contenedor transportable (6),
en donde el área del operador (2) está diseñada para controlar el sistema de producción (1), en donde el área de carga (3) está diseñada para cargar el sistema de producción (1) con polvo y comprende una interfaz para la inserción automatizada de la unidad de contenedor transportable (6) en el sistema de producción (1),
en donde el área del operador (2) es accesible desde un primer lado (11) del sistema de fabricación (1), el área de carga (3) es accesible desde un segundo lado (12) del sistema de fabricación (1) y el primer lado (11) se diferencia del segundo lado (12),
en donde el área del operador (2) comprende un acceso abierto (41) a la cámara de construcción (4) y al menos un dispositivo de control,
en donde la unidad de contenedor transportable (6) se puede insertar desde el exterior en el área de carga (3) y<comprende un contenedor de almacenamiento de polvo (>61<) y un contenedor de construcción (62),>
en donde el contenedor de almacenamiento de polvo (61) está diseñado para almacenar polvo y el contenedor de construcción (62) está diseñado para la fabricación aditiva de una pieza de trabajo,
en donde el primer lado (11) del sistema de fabricación (1) está opuesto al segundo lado (12) del sistema de fabricación (1),
en donde el acceso abierto (41) está dispuesto opuesto a una dirección de inserción de la unidad de contenedor transportable (6) en el área de carga,
en donde el contenedor de construcción (62) tiene una placa de construcción (72),
en donde la cámara de construcción (4) para aplicar el polvo a la placa de construcción (72) se puede acoplar a la unidad de contenedor transportable (6), y
en donde el contenedor de construcción (62) comprende al menos un elemento de fijación (50) con un perno accionado por resorte y una esfera de sujeción, y
en donde durante un cambio de contenedor la esfera de sujeción se puede sujetar a la placa de construcción (72) mediante el perno con resorte.
2. Sistema de fabricación aditiva (1) según la reivindicación 1, en donde la unidad de contenedor transportable (6) comprende además un contenedor de desbordamiento de polvo (63).
3. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el contenedor de almacenamiento de polvo (61) y el contenedor de construcción (62) comprenden cada uno una placa base (74) y una barra de elevación (75), estando diseñada la barra de elevación (75) para elevar la placa base (74) dentro del contenedor respectivo.
4. Sistema de fabricación aditiva (1) según la reivindicación anterior, en donde el contenedor de construcción (62) tiene una placa de calentamiento (73), en donde la placa de calentamiento (73) está dispuesta entre la placa de construcción (72) y la placa base (74), y en donde la placa de calentamiento (73) está diseñada para calentar la placa de construcción (72).
5. Sistema de fabricación aditiva (1) según la reivindicación anterior, en donde la placa de calentamiento (73) comprende elementos calefactores y una capa aislante, estando dispuesta la capa aislante por debajo de los elementos calefactores para el aislamiento en dirección a la placa base (74).
6. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones 3 a 5, en donde la placa base (74) comprende al menos una línea de enfriamiento, y en donde la línea de enfriamiento está acoplada a una entrada y una salida de un medio de enfriamiento mediante la barra de elevación (75).
7. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un dispositivo de elevación (7), en donde el dispositivo de elevación (7) está diseñado para elevar la unidad de contenedor transportable (6) hasta un suelo (44) de la cámara de construcción (4).
8. Sistema de fabricación aditiva (1) según la reivindicación anterior, en donde el fondo (44) de la cámara de construcción (4) presenta una interfaz de sellado (45), y en donde la interfaz de sellado (45) está diseñada para la conexión positiva y estanca al gas de la unidad de contenedor transportable (6) a la cámara de construcción (4).
9. Sistema de fabricación aditiva (1) según la reivindicación anterior, en donde la interfaz de sellado (45) tiene un hueco (46) para recoger un residuo de polvo, y en donde el hueco (46) está acoplado a una boquilla de limpieza (47) para soplar el residuo de polvo.
10. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones 4 a 9, que comprende además una entrada de gas protector (13) y una salida de gas protector (14), en donde la entrada de gas protector (13) y la salida de gas protector (14) están dispuestas para generar un flujo de gas protector (16) con respecto a la placa de construcción (72).
11. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un banco óptico (15), en donde el banco óptico (15) comprende un dispositivo de monitorización fuera de eje (92) y un dispositivo de monitorización en eje (91), y en donde el dispositivo de monitorización fuera de eje (92) está diseñado para monitorizar una distribución de calor de una capa de componente fabricada de forma aditiva de la pieza de trabajo y una calidad de aplicación de una última capa de polvo aplicada, en donde el dispositivo de monitorización en eje (91) está diseñado para determinar una temperatura de un baño de polvo en la capa de componente fabricada actualmente.
12. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el contenedor de almacenamiento de polvo (61) y el contenedor de construcción (62) comprenden cada uno una tapa (71), en donde la tapa (71) está diseñada para sellar el contenedor respectivo, y en donde la tapa (71) comprende además una proyección (79) para agarrar la tapa (71).
13. Sistema de fabricación aditiva (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el área del operador (2) dispone de un monitor (43) para comprobar y/o controlar datos y/o funciones del sistema de fabricación (1).
14. Un proceso de fabricación aditiva que comprende los siguientes pasos:
- proporcionar un sistema de fabricación aditiva (1) con un área de operador, un área de carga (3) y una unidad de contenedor transportable (6), en donde el área del operador (2) está diseñada para controlar el sistema de producción (1), en donde el área de carga (3) está diseñada para cargar el sistema de producción (1) con polvo y comprende una interfaz para la inserción automatizada de la unidad de contenedor transportable (6) en el sistema de producción (1), en donde el área del operador (2) comprende un acceso practicable (41) a la cámara de construcción (4) y al menos un dispositivo de control, en donde el área del operador (2) es accesible desde un primer lado (11) del sistema de fabricación (1), el área de carga (3) es accesible desde un segundo lado (12) del sistema de fabricación (1) y el primer lado (11) se diferencia del segundo lado (12),
en donde el primer lado (11) del sistema de producción (1) está opuesto al segundo lado (12) del sistema de producción (1), e
- insertar la unidad de contenedor transportable (6) desde el exterior en el área de carga (3), en donde la unidad de contenedor transportable (6) comprende un contenedor de almacenamiento de polvo (61) y un contenedor de construcción (62), en donde el contenedor de almacenamiento de polvo (61) está diseñado para almacenar polvo, y el contenedor de construcción (62) está diseñado para la fabricación aditiva de una pieza de trabajo, en donde el acceso practicable (41) está dispuesto opuesto a una dirección de inserción de la unidad de contenedor transportable (6) en el área de carga, en donde el contenedor de construcción (62) tiene una placa de construcción (72), en donde la cámara de construcción (4) para aplicar el polvo a la placa de construcción (72) se puede acoplar a la unidad de contenedor transportable (6), en donde el contenedor de construcción (62) comprende al menos un elemento de fijación (50) con un perno accionado por resorte y una bola de sujeción, y en donde durante un cambio de contenedor la bola de sujeción se puede sujetar a la placa de construcción (72) mediante el perno accionado por resorte.
15. Método de fabricación aditiva según la reivindicación anterior, que comprende además la elevación de la unidad de contenedor transportable (6) mediante un dispositivo de elevación (7) sobre un suelo de una cámara de construcción (4) después de insertar la unidad de contenedor transportable (6) en la zona de carga.
16. Método de fabricación aditiva según la reivindicación anterior, que comprende además una primera introducción de un gas protector en la cámara de construcción (4) para inertizar la cámara de construcción (4) después de elevar la unidad de contenedor transportable (6).
17. Método de fabricación aditiva según la reivindicación anterior, que comprende además retirar una tapa (71) de cada uno del contenedor de almacenamiento de polvo (61) y del contenedor de construcción (62) después de la primera introducción de un gas protector.
18. Método de fabricación aditiva según la reivindicación anterior, que comprende además realizar el vacío en la cámara de construcción (4) y luego una segunda introducción de un gas protector en la cámara de construcción (4) para inertizar los contenedores abiertos después de retirar la tapa.
ES21197231T 2021-09-16 2021-09-16 Additive manufacturing system Active ES3015196T3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21197231.0A EP4151341B1 (de) 2021-09-16 2021-09-16 Additives fertigungssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3015196T3 true ES3015196T3 (en) 2025-04-30

Family

ID=77801628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21197231T Active ES3015196T3 (en) 2021-09-16 2021-09-16 Additive manufacturing system

Country Status (3)

Country Link
US (1) US12076924B2 (es)
EP (1) EP4151341B1 (es)
ES (1) ES3015196T3 (es)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846478C5 (de) * 1998-10-09 2004-10-14 Eos Gmbh Electro Optical Systems Laser-Sintermaschine
DE102004057865B4 (de) * 2004-11-30 2008-01-10 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
DE102006014835A1 (de) * 2006-03-30 2007-10-04 Fockele, Matthias, Dr. Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff
DE102010004035A1 (de) * 2010-01-05 2011-07-07 EOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit isoliertem Baufeld
JP2015193187A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 日本電子株式会社 ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法
DE102015211538A1 (de) * 2015-06-23 2016-12-29 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bauzylinder-Anordnung für eine Maschine zur schichtweisen Fertigung dreidimensionaler Objekte
DE102016104677A1 (de) * 2016-03-14 2017-09-14 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Anlage zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
DE102016121946A1 (de) * 2016-11-15 2018-05-17 Eos Gmbh Electro Optical Systems Transporteinheit und Bereitstellung eines dreidimensionalen Bauteils
DE102017125748A1 (de) * 2017-11-03 2019-05-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Deckelanordnung für eine Maschine sowie Maschine und Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
ES2856205T3 (es) * 2018-10-01 2021-09-27 United Grinding Group Man Ag Sistema de fabricación por adición
EP3650203B1 (en) * 2018-11-10 2023-06-28 Concept Laser GmbH Plant for additively manufacturing at least one three-dimensional object

Also Published As

Publication number Publication date
US20230078977A1 (en) 2023-03-16
US12076924B2 (en) 2024-09-03
EP4151341A1 (de) 2023-03-22
EP4151341B1 (de) 2025-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230311413A1 (en) Additive Manufacturing System And Method
ES2987040T3 (es) Sistema de fabricación aditiva
US12285801B2 (en) Modular architecture for additive manufacturing
US20200079012A1 (en) Interchangeable chamber for a device and a method for generatively producing a three-dimensional object
JP2004516166A (ja) 電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置
JPH06503758A (ja) レーザ加工方法および装置
ES2987834T3 (es) Sistema de fabricación para la fabricación aditiva de una pieza de trabajo
ES3015196T3 (en) Additive manufacturing system
TWI712459B (zh) 層疊造形裝置
US12533848B2 (en) Additive manufacturing apparatuses with removable build boxes and build box management systems
US20230390825A1 (en) Additive manufacturing apparatuses with removable build boxes and lid management systems