JP2020117807A - アンパックステーション - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、アンパック工程の自動化可能性、効率、および安全性に関して改善された、付加製造された３次元物体を、付加造形工程の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない造形材料からアンパックするためのアンパック装置を提示する。【解決手段】付加製造された３次元物体２を、付加造形工程の終了後に前記物体を取り囲む硬化してない造形材料３からアンパックするためのアンパック装置４において、前記アンパック装置４が、少なくとも３つのロボット軸Ａ１〜Ａ６を有するロボット７、とりわけ産業ロボットとして形成されており、その際、付加製造された３次元物体２を、付加造形工程の終了後に前記物体を取り囲む硬化してない造形材料３からアンパックするために構成された、少なくとも１つのアンパック工具１０が、ロボット軸Ａ６に配置もしくは形成されているか、または前記アンパック装置４が、前記ロボット７を少なくとも１つ含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造された３次元物体を、付加造形工程の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない造形材料からアンパック（Ａｕｓｐａｃｋｅｎ）するためのアンパック装置（Ａｕｓｐａｃｋｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）に関する。

（高）エネルギーのエネルギー放射線、とりわけレーザ放射線を用いて硬化可能な造形材料から成る造形材料層の、連続的で層ごとの選択的な露光と、それと同時に生じる連続的で層ごとの選択的な硬化とによる３次元物体の付加製造は、造形空間内で、もしくは、造形モジュールの造形チャンバー内で行われるのが典型的である。付加製造された３次元物体は、付加造形工程の終了後に、硬化してない粉末状または粉末形の造形材料によって取り囲まれている。

付加製造された３次元物体を、この物体を取り囲む造形材料からアンパックするために、アンパック装置が知られている。相応のアンパック装置は、例えば、１つまたは複数のアンパックすべき３次元物体を取り囲む硬化してない造形材料を吸い取るために構成された吸引装置として形成することができる。この場合、相応の吸引装置の構成要素を形成している、例えば吸引ランスの形態の、吸引要素を、手動で操作するのが通常である。

このやり方は、とりわけアンパック工程の自動化可能性、効率、および安全性に関して改善の必要がある。

本発明の基礎となる課題は、とりわけアンパック工程の自動化可能性、効率、および安全性に関して改善された、付加製造された３次元物体を、付加造形工程の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない造形材料からアンパックするためのアンパック装置を提示することである。

この課題は、請求項１に基づくアンパック装置によって解決される。請求項１の従属請求項は、アンパック装置の可能な実施形態に関する。

ここで説明するアンパック装置は、付加製造された３次元物体（「対象物」）を、付加造形工程（物体の付加製造の枠内で行われる、造形材料層、即ち硬化可能な造形材料の、連続的で層ごとの選択的な露光、および、これに伴って現れる連続的で層ごとの選択的な硬化）の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない粉末状または粉末形の造形材料からアンパックするために用いられる。造形材料は例えば金属粉末であるが、それにも拘らず、造形材料として、同様に、セラミック粉末またはプラスチック粉末も考えられる。アンパックとは一般的に、それぞれの物体を取り囲む造形材料の除去のことであり、すなわちそれぞれの物体が、この物体を取り囲む造形材料から「解放」される。

ここで説明するアンパック装置は、少なくとも３つの（異なる）ロボット軸を有するロボット（「アンパックロボット」）として、とりわけ少なくとも３つの（異なる）ロボット軸を有する産業ロボットとして形成されているか、または、少なくとも１つ、つまり場合によっては複数のそのようなロボットを含んでいる。

相応のロボットは、典型的に、関節要素を介して関節式に相互に連結された、典型的には直列に相次いで接続されて配置された複数のロボット部材を含む、少なくとも１つのロボットアームを有している。ロボット軸は、典型的に、関節要素を介して相互に連結されたそれぞれのロボット部材に割り当てられている。ロボットは、例えば、直列に相次いで接続されて配置された、それぞれの関節要素を介して関節式に相互に連結された複数のロボット部材を備えた多関節または屈曲アームロボットとして構成することができる。ロボットの１つの、複数の、またはすべての関節要素を、回転関節として形成することができる。ロボットは基本的に、少なくとも３つのロボット軸を有するロボットまたは産業ロボットのあらゆる種類であることができる。

付加製造された３次元物体を、付加造形工程の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない造形材料からアンパックするために構成された、少なくとも１つのアンパック工具が、１つのロボット軸に配置または形成されている。少なくとも１つのアンパック工具が配置または形成されているロボット軸は、典型的には、ロボットアームの自由端を形成しているロボット部材に割り当てられたロボット軸である。

アンパック装置をロボットとして形成することにより、またはアンパック装置が少なくとも１つの相応のロボットを含んでいる状況により、それぞれの物体の自動化可能なまたは自動化されたアンパックが可能である。吸引装置の構成要素を形成している吸引要素を手動で操作する必要はない。アンパック工程は、同様に、自動化可能性、効率、および安全性に関して改善されている。

したがって、とりわけアンパック工程の自動化可能性、効率、および安全性に関して改善された、付加製造された３次元物体を、付加造形工程の終了後にこの物体を取り囲む硬化してない造形材料からアンパックするためのアンパック装置が提供されている。

ロボットは、３つより多くのロボット軸、とりわけ５つ、６つ、またはそれより多くのロボット軸を有することができる。ロボットのロボット軸が多ければ多いほど、それぞれの物体のアンパックの枠内でのロボットの動きの自由がそれだけ大きくなる。ロボットを、多関節または屈曲アームロボットとして構成できることを言及した。有用な実施形態は、５軸または６軸の多関節または屈曲アームロボットとしてロボットの構成を備えている。

ロボット軸の数に関係なく、したがってロボットの具体的な実施形態にも関係なく、典型的には、それぞれのロボット軸を互いに独立して制御することができる。これに対応して、ロボット軸を互いに独立して動かすこともできる。典型的には、各々のロボット軸を、少なくとも１運動自由度で動かすことができる。

アンパック工具は、吸引および／または送風装置の一部を形成している吸引および／または送風工具、とりわけ吸引ノズルもしくは吸引ランス、または、送風ノズルもしくは送風ランスであることができ、または、そのような吸引および／または送風工具を含むことができる。それぞれの吸引および／または送風工具は、例えばロボットの表面または中に配置または形成された、吸引流または送風流によって貫流され得る配管要素を介して、吸引および／または送風装置の、吸引流または送風流を発生させる部分と連結されている。相応の吸引および／または送風工具を用いて、それぞれの物体のアンパックが、造形材料の吸取りおよび／または吹飛ばしによって行われる。組み合わせたアンパック工程が、吸引工具を用いた造形材料の吸取りと、送風工具を用いた残った造形材料の吹飛ばしを備えていることは、考えられる。吸引工程と送風工程を同時に行うことができ、その際、吸引工具が、送風工具によって発生され、物体の表面に沿って案内された、造形材料を含有する送風流を、吸引工具によって発生させた吸引流を用いて吸い込むことができ、または、吸引工程と送風工程とを時間的にずらして行うことができる。すべての場合に、それぞれの物体の不活性アンパックを実現することができ、したがって使用される吸引流および／または送風流は不活性であることができる。相応の吸引および／または送風工具の形態のアンパック工具だけでなく、もちろんほかのアンパック工具、つまり例えばブラシ、刷毛、スコップ、またはその類似物の形態のアンパック工具も考えられる。

それぞれのアンパック工具は、それぞれのロボット軸に、取外し可能に配置または固定することができる。それぞれのアンパック工具の取外し可能な固定を実現するために、ロボット側および／またはアンパック工具側に、ロボット軸でのアンパック工具の取外し可能な固定を可能にする適切なとりわけ機械的な固定接合部を配置または形成することができる。ただし、それぞれのロボット軸でのアンパック工具の取外し可能な固定は、ロボット軸が、アンパック工具を把持するために構成された把持要素を含むことで実現してもよい。

それぞれのロボット軸でのそれぞれのアンパック工具の取外し可能な配置または固定により、アンパック工具をそれぞれのロボット軸に、必要に応じて交換可能に配置または固定することができる。それぞれのアンパック工具の交換工程も自動的に行うことができる。例えばこのためにわざわざ設けた工具交換モジュールまたはプログラムにおいて、アンパック工具の交換を行うように、ロボットを構成することができる。これに関しては例えば、ロボットが自立的にアンパック工具交換を行う交換ポジションに、ロボットを動かすことができる。交換ポジションでは、ロボットが、つまり少なくとも、取外し可能にアンパック工具が固定され得るまたは固定されているロボット軸が、アンパック工具を、アンパック装置に割り当てられた工具貯蔵庫に入れることができ、またはアンパック装置に割り当てられた工具貯蔵庫から取り出すことができる。

アンパック装置は、ハードウェアおよび／またはソフトウェア的にを履行される制御装置を含むのが典型的であり、この制御装置は、ロボットの運転中にロボット軸の動きを制御する制御情報を生成するために構成されている。それぞれアンパックすべき物体の幾何的・構造的な形態を表しているデータに基づいて、とりわけそれぞれアンパックすべき物体の幾何的・構造的な形態を表している造形データに基づいて、相応の制御情報を生成するように、制御装置を構成することができる。それゆえロボット軸の動きを、アンパックすべき物体の幾何的・構造的な形態または幾何的・構造的な特徴、つまりとりわけ外輪郭および／または内輪郭、場合によっては有り得るアンダーカットなどに合わせることができる。アンパック工程を、個別に、それぞれアンパックすべき物体の幾何的・構造的な形態を考慮して制御することができる。

このように、ロボット軸またはロボット部材の動きを制御する、相応の制御情報を生成するための計算の手間暇を（かなり）低減することができ、とりわけ、アンパック装置によって実施可能なまたは実施されたアンパック工程の効率を（かなり）高めることができる。

本発明は、アンパック装置だけでなく、３次元物体の付加製造用設備のためのアンパックステーションにも関する。アンパックステーションは、少なくとも１つの前述のようなアンパック装置を含むことを特徴とする。したがってアンパック装置に関連するすべての説明が、相似してアンパックステーションに当てはまる。

アンパックステーションは、このアンパックステーションに属するハウジング構造の一部を形成し得る、とりわけ直方体形のアンパックチャンバーを含むことができる。アンパックステーションは、不活化可能であるかまたは不活化されているのが典型的である。アンパック装置に属する１つまたは複数のロボットは、アンパックチャンバーを（一緒に）画定している、このアンパックチャンバーの底壁、側壁、または天井の壁の表面または中に配置または形成することができる。基本的には、ロボットの立っている配置も、（横に）掛かっている配置も考えられる。

アンパック装置、または、このアンパック装置に属する１つもしくは複数のロボットは、固定式に、または少なくとも１運動自由度で動かせるように据えて、アンパックチャンバー内に配置または形成することができる。１つまたは複数のロボットが自前の運動駆動部を備えていない場合には、とりわけ１つの特定の運動軌道に沿って案内されるロボットの動きを可能にする適切な運動装置を、アンパックチャンバー側に存在させることができる。相応の運動装置は、例えば、アンパックすべき物体を内包しておりアンパックステーション内へと移動された造形モジュール内での、アンパックすべき物体に沿ったロボットの案内された運動を可能にする。その際、ロボットを、アンパックすべき物体に対して相対的に、または、造形モジュールに対して相対的に、（事前に）規定されたアンパックポジションに動かすことができる。アンパックポジションもまた、アンパックすべき物体の幾何的・構造的な形態に基づいて選択することができる。このように、計算機を用いてロボットの有用なアンパックポジションを選択するための計算の手間暇を低減することができる。

アンパック装置およびアンパックステーションだけでなく、本発明は、３次元物体の付加製造用設備にも関する。この設備は、少なくとも１つの前述のようなアンパックステーションを含むことを特徴とする。したがって、アンパック装置に関連するおよびアンパックステーションに関連するすべての説明が、相似して設備に当てはまる。

この設備は、アンパックステーションだけでなく、レーザ放射線を用いて硬化可能な造形材料から成る造形材料層の、連続的で層ごとの選択的な露光と、それと同時に生じる硬化とにより、３次元物体、つまり例えば技術的構造部材または技術的構造部材群を付加製造するための少なくとも１つの装置を含むのが典型的である。それぞれの選択的に硬化すべき造形材料層の選択的な硬化は、物体に関する造形データに基づいて行われる。相応の造形データは、それぞれ付加製造すべき物体の幾何的・構造的な形態を表しており、例えばそれぞれの付加製造すべき物体の「スライスされた（ｇｅｓｌｉｃｔｅ）」ＣＡＤデータを内容として含むことができる。装置は、ＳＬＭ装置として、つまり選択的レーザ溶融方法（ＳＬＭ方法）を実施するための装置として、またはＳＬＳ装置として、つまり選択的レーザ焼結方法（ＳＬＳ方法）を実施するための装置として形成することができる。

図での例示的実施形態に基づいて本発明をより詳しく説明する。

１つの例示的実施形態に基づくアンパックステーションの原理図である。 １つの例示的実施形態に基づくロボットの原理図である。

図１は、１つの例示的実施形態に基づくアンパックステーション１の原理図を示している。

アンパックステーション（Ａｕｓｐａｃｋｓｔａｔｉｏｎ）１は、３次元物体２、つまりとりわけ技術的構造部材または技術的構造部材群を付加製造するための装置（示されていない）に割り当てられている。
この装置は、すなわち例えば金属粉末の、硬化可能な造形材料３から成る造形材料層を、レーザ光線によって漸次、層ごとに選択的に露光し、これに伴って硬化することにより３次元物体２を付加製造するように構成されている。
それぞれの選択的に硬化すべき造形材料層の選択的な硬化は、物体に関する造形データに基づいて行われる。相応の造形データは、それぞれ付加製造すべき物体２の幾何的なまたは幾何的・構造的な形態を表している。

この装置およびこの装置に割り当てられたアンパックステーション１は、３次元物体２の付加製造のための上位の設備（示されていない）の構成要素を形成している。

アンパックステーション１は、アンパック装置４を含んでいる。
アンパック装置４は、アンパックステーション１の不活性化可能な、または不活性化されたアンパックチャンバー８内に配置されている。
アンパックチャンバー８は、アンパックステーション１に属するハウジング構造（詳しくは符号をつけていない）の一部を形成することができる。

アンパック装置４は、付加製造された３次元物体２を、付加造形工程の終了後にこの物体２を取り囲む硬化してない粉末状または粉末形の造形材料３からアンパックするために構成されている。
図１に示した例示的実施形態では、物体２が、この物体２を取り囲む造形材料３と共に、造形空間５内に、もしくは、アンパックステーション１内に移動した造形モジュール６の造形チャンバー内に配置されている。

アンパック装置４は、少なくとも３つの（異なる）ロボット軸Ａ１〜Ａ６を有するロボット７として形成されている。ロボット７は、例えば、アンパックチャンバー８の底側を画定しているアンパックチャンバー８の底壁８ａ上に配置されている。ただしロボット７を、アンパックチャンバー８を（一緒に）画定している、このアンパックチャンバー８の側壁または天井の壁に配置または形成することも考えられる。基本的には、ロボット７の立っている配置も、（横に）掛かっている配置も考えられる。

ロボット７は、固定式に、または少なくとも１運動自由度で動かせるように据えて、アンパックチャンバー８内に配置することができる。ロボット７が自前の運動駆動部を備えていない場合には、とりわけ１つの特定の運動軌道に沿って案内されるロボット７の動きを可能にする適切な運動装置（示されていない）を、アンパックチャンバー側に存在させることができる。相応の運動装置は、例えば、アンパックすべき物体２に沿ったもしくはアンパックすべき物体２を内包しておりアンパックステーション１内に移動する、造形モジュール６内での、ロボット７の案内された運動を可能にする。その際、ロボット７を、アンパックすべき物体２の幾何的・構造的な形態に基づいて選択され得る、（事前に）規定されたアンパックポジションに動かすことができる。

図２は、１つの例示的実施形態に基づくロボット７の原理図を示しており、このロボット７は、図１で示したアンパックステーション１内で使用することができる。

ロボット７は、多関節または屈曲アームロボットとして構成されており、１つのロボットアーム９を含んでいる。ロボットアーム９は、直列に相次いで接続されて配置された、関節要素Ｇ１〜Ｇ６を介して関節運動可能に相互に連結された複数のロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７を含んでいる。関節要素Ｇ１〜Ｇ６は回転関節である。関節要素Ｇ１〜Ｇ６は、それぞれ（直接）隣り合って配置されたロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７を、回転可能に連結している。ロボット軸Ａ１〜Ａ６が、関節要素Ｇ１〜Ｇ６に、または、これら関節要素Ｇ１〜Ｇ６を介して相互に連結されたロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７に割り当てられていることが分かる。

それぞれのロボット軸Ａ１〜Ａ６または関節要素Ｇ１〜Ｇ６またはロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７は、互いに独立して制御可能であり、且つ、これに対応して互いに独立して動かすことができる。ロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７の動きの制御、つまりロボット７の運転の制御は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによって実行される制御装置１１を介して行われる。

ロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７は、図２に示した例示的実施形態では、基礎（ロボット部材ＲＧ１）と、その後に接続されロボット軸Ａ１の周りを回転可能に据えられた回転台（ロボット部材ＲＧ２）と、その後に接続されロボット軸Ａ２の周りを回転可能に据えられた揺れ腕（ロボット部材ＲＧ３）と、その後に接続されロボット軸Ａ３の周りを回転可能に据えられたジブ（ロボット部材ＲＧ４）と、その後に接続されロボット軸Ａ４の周りを回転可能に据えられた多軸ロボットハンド（ロボット部材ＲＧ５）と、その後に接続されロボット軸Ａ５の周りを回転可能に据えられた固定装置（ロボット部材ＲＧ６）と、その後に接続されロボット軸Ａ６の周りを回転可能に据えられた工具受け装置（ロボット部材ＲＧ７）とである。工具受け装置の代わりにロボット工具を配置してもよい。

（最後の）関節Ｇ６に、またはロボットアーム９の自由端を形成している（最後の）ロボット部材ＲＧ７に、付加製造された３次元物体２を付加造形工程の終了後にこの物体２を取り囲む硬化してない造形材料３からアンパックするために構成されたアンパック工具１０が配置されている。

アンパック工具１０は、図に示した例示的実施形態では、吸引および／または送風装置（示されていない）の一部を形成している吸引および／または送風工具、とりわけ吸引ノズルもしくは吸引ランスまたは送風ノズルもしくは送風ランスである。吸引および／または送風工具は、例えばロボット７の表面または中に配置または形成された、吸引流または送風流によって貫流され得る配管要素（示されていない）を介して、吸引および／または送風装置の、吸引流または送風流を発生させる部分と連結されている。それゆえ、それぞれの物体２のアンパックは、物体２からの造形材料３の吸取りおよび／または吹飛ばしによって行われる。その際、不活性の吸引流および／または送風流、つまり例えばアルゴン流または窒素流を使用し得るので、物体２の不活性アンパックが可能である。

物体２のアンパックの枠内で物体２から除去された造形材料３は、造形材料３を浄化するために構成された浄化装置１２（図１を参照）内に案内することができ、これにより造形材料を、場合によっては付加造形工程において再利用することができる。

アンパック工具１０は、ロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７に、取外し可能に配置または固定することができる。アンパック工具１０の取外し可能な固定を実現するために、ロボット７側および／またはアンパック工具１０側に、ロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７でのアンパック工具１０の取外し可能な固定を可能にする適切なとりわけ機械的な固定接合部（示されていない）を配置または形成することができる。ロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７でのアンパック工具１０の取外し可能な固定は、ロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７が、アンパック工具１０を把持するために構成された把持要素を含むことで実現してもよい。

ロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７でのアンパック工具１０の取外し可能な配置または固定により、アンパック工具１０をロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７に、必要に応じて交換可能に配置または固定することができる。例えばこのためにわざわざ設けた工具交換モジュールまたは工具交換プログラムにおいてアンパック工具１０の自動化された交換を行うように、ロボット７を構成することができる。これに関しては例えば、ロボット７が自立的にアンパック工具交換を行う交換ポジションに、ロボット７、つまりとりわけロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７を動かすことができる。交換ポジションでは、ロボット７が、つまり少なくとも、取外し可能にアンパック工具１０が固定され得るまたは固定されているロボット軸Ａ６またはロボット部材ＲＧ７が、アンパック工具１０を、アンパック装置４に割り当てられた工具貯蔵庫（示されていない）に入れることができ、またはアンパック装置４に割り当てられた工具貯蔵庫から取り出すことができる。

言及したように、アンパック装置４は、ロボット７の運転中にロボット軸Ａ１〜Ａ６またはロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７の動きを制御する制御情報を生成するために構成された制御装置１１を含んでいる。アンパックすべき物体２の幾何的・構造的な形態を表しているデータに基づいて、とりわけアンパックすべき物体２の幾何的・構造的な形態を表している造形データに基づいて、相応の制御情報を生成するように、制御装置１１を構成することができる。このように、アンパック工程を、個別に、それぞれアンパックすべき物体２の幾何的・構造的な形態を考慮して制御することができる。ロボット軸Ａ１〜Ａ６またはロボット部材ＲＧ１〜ＲＧ７の動きを制御する相応の制御情報を生成するための計算の手間暇を、このように低減することができる。

１ アンパックステーション
２ ３次元物体
３ 造形材料
４ アンパック装置
５ 造形空間
６ 造形モジュール
７ ロボット
８ アンパックチャンバー
８ａ 底壁
９ ロボットアーム
１０ アンパック工具
１１ 制御装置
１２ 浄化装置

Claims (1)

1. 付加製造された３次元物体（２）を、付加造形工程の終了後に前記３次元物体（２）を取り囲む硬化してない造形材料（３）からアンパックするためのアンパック装置（４）において、
   前記アンパック装置（４）が、少なくとも３つのロボット軸（Ａ１〜Ａ６）を有するロボット（７）、とりわけ産業ロボットとして形成されており、付加製造された３次元物体（２）を、付加造形工程の終了後に前記３次元物体（２）を取り囲む硬化してない造形材料（３）からアンパックするために構成された、少なくとも１つのアンパック工具（１０）が、ロボット軸（Ａ６）に配置もしくは形成されているか、または前記アンパック装置（４）が、前記ロボット（７）を少なくとも１つ含んでいる、
   ことを特徴とする、アンパック装置（４）。