WO2014037464A1 - Vorrichtung und verfahren zum wechseln der arbeitsebene für den schichtweisen aufbau eines dreidimensionalen körpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum wechseln der arbeitsebene für den schichtweisen aufbau eines dreidimensionalen körpers Download PDF

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Andreas Baumann
Karl Merz
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for the
  • a coating device In the layered structure of a three-dimensional body powdered material is applied in layers by a coating device.
  • Coating device for the powdery material moves when applying a layer.
  • the work plane extends in the X and Y directions. In this working level is the worktop.
  • the worktop has a recess.
  • a separate plate is retractable, which is connected to an adjusting device in the Z direction.
  • This plate is called in professional circles slide and defines the dimensions of the space in the X and Y direction.
  • the surface of the slide and the surface of the worktop are parallel to each other. The distance between these two levels is adjustable by the Z-drive.
  • the slide is lowered by the adjustment device down and is located during lowering within a shell that surrounds the slide at a small distance.
  • the shell defines the side wall of the installation space.
  • the maximum stroke of the adjusting device in the Z direction defines the maximum dimension of the installation space in the Z direction.
  • the three-dimensional body is formed by selectively solidifying a layer of powdery material on a support surface.
  • the preparation of the three-dimensional body takes place by the slide is brought by the adjusting device, the slide in a position in which the surface is located by a layer thickness below the working plane. Subsequently, the coating device is moved over the working plane, in this case, the area between the slide surface and working plane is filled with powder.
  • the layer is finished with it.
  • Layer thickness of the next layer lowered.
  • the surface of the last solidified layer is a layer thickness below the working plane, again the applicator moves over the working plane and now fills the area between the surface of the last solidified layer and the working level with powdery material, whereupon the step of solidifying at the Cross-section of the object in this layer corresponding points is repeated. These steps are repeated until the object is completed.
  • the powder used consists of a hard material, such as metal or ceramic powder, this leads to a wear of the worktop.
  • the device for adjusting the slide plate is also connected to the frame of the machine.
  • the present invention is now to provide a device and to provide a method whereby the initial assembly and the change of the worktop is simplified.
  • Reference surface has, on which the worktop is placed.
  • a particularly advantageous embodiment of this unit is to make the connection of worktop and adjusting frictionally.
  • the frictional connection takes place here for example via an adhesive connection.
  • a connecting element is attached to the worktop by means of an adhesive connection, which in turn allows a positive connection with the adjusting device.
  • the reference points or the reference surface defines the position of the worktop relative to the Z direction.
  • the Z axis runs perpendicular to the reference surface or to the common plane of the reference points.
  • Slide plate and the recess in the worktop match each other so that the slide is in the recess of the worktop retractable. According to the invention, this is done by an adjusting element is inserted through the recess of the worktop when lowered slide. The adjustment element adjusts the recess in the worktop relative to the shell for the
  • Reference surfaces are manufactured with unique precision and are then immediately available whenever the countertop is changed.
  • FIG. 1 shows a view of the invention in a sectional view.
  • the worktop 1 has a cutout 2.
  • this cutout 2 is the slide plate 3.
  • the slide plate 3 is moved up and down by a drive in the Z direction.
  • the drive in the Z direction is shown only hinted, but in any case defined in the surrounding housing 4 built.
  • the slide plate 3, the drive in the Z direction and the housing 4 form a modular device for adjusting the
  • Slide plate which is vorfertigbar.
  • the position of the slide plate 3 relative to the surface 5 of the housing 5 is pre-adjustable.
  • the worktop 1 is located on the surface 5 of the housing 4. in the
  • Housing 4 is a continuous bore 6.
  • This bore 6 is a threaded sleeve 7.
  • the threaded sleeve 7 is fixed by means of an adhesive bond 8 on the countertop 1.
  • a screw 9 is screwed into the threaded sleeve 7.
  • the screw 9 rests with its head on the edge of the bore 6.
  • the adhesive joint 8 the
  • FIG. 2 shows the combination known from FIG
  • the slide plate 3 is lowered to a level that lies below the countertop 1 and below the surface 5 of the housing 4.
  • the adjustment element 10 is slightly conical in its lower region 11. During the adjustment, the adjustment element 10 is first with the conically shaped side 11 ahead through the recess 2 of the worktop 1 through and further in the direction of the lowered
  • Figure 3 shows the process to glue the threaded sleeve 7 to the countertop 1.
  • the adjustment element 10 By the adjustment element 10, the worktop 1 and the housing 4 to each other in the correct position.
  • Threaded sleeve 7 is an adhesive 8. The threaded sleeve is pushed through the bore 6 until the adhesive 8 touches the worktop and the threaded sleeve 7 adheres to the worktop 1.
  • Figure 4 shows how the threaded sleeve 7 can be removed again from the countertop 1. By further screwing the screw 9 creates a force that is sufficiently large to solve the adhesive bond between the worktop 1 and threaded sleeve 7. Subsequently, the worktop 1 can be easily removed from the housing 4.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus pulverförmigem Material bereitgestellt, wobei - eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen ist, die über eine Arbeitsplatte (1) verfahrbar ist, durch welche pulverförmiges Material schichtweise auf eine Objektträgerplatte (3) auftragbar ist und die Arbeitsplatte (1) und die Objektträgerplatte (3) in parallel zueinander liegenden Ebenen liegen und - die Objektträgerplatte (3) durch einen Antrieb, der in einem Gehäuse (4) untergebracht ist, senkrecht bezogen auf die Lage ihrer Ebene verfahrbar ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine Referenzfläche (5) aufweist, die parallel zur Ebene der Objektträgerplatte (3) liegt, und das Gehäuse (4) eine Bohrung (6) aufweist, in der eine Gewindehülse (7) vorgesehen ist, die mittels einer Klebeverbindung (8) an der Arbeitsplatte (1) befestigbar ist, und eine in der Gewindehülse (7) vorgesehene Schraube (9) die Arbeitsplatte (1) über die Referenzfläche (5) an dem Gehäuse (4) befestigt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Wechseln der Arbeitsebene für den schichtweisen
Aufbau eines dreidimensionalen Körpers
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den
schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus
pulverförmigem Material.
Stand der Technik
[0002] Beim schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers wird durch eine Beschichtungsvorrichtung pulverförmiges Material schichtweise aufgetragen.
[0003] Als Arbeitsebene bezeichnet man die Ebene, über welche die
Beschichtungsvorrichtung für das pulverförmige Material verfährt, wenn sie eine Schicht aufträgt. Die Arbeitsebene erstreckt sich in X- und Y- Richtung. In dieser Arbeitsebene befindet sich die Arbeitsplatte.
[0004] Die Arbeitsplatte hat eine Ausnehmung. In diese Ausnehmung ist eine gesonderte Platte einfahrbar, welche mit einer Versteilvorrichtung in Z- Richtung verbunden ist. Diese Platte wird in Fachkreisen Objektträger genannt und definiert die Abmessungen des Bauraums in X- und Y- Richtung. Die Oberfläche des Objektträgers und die Oberfläche der Arbeitsplatte sind parallel zueinander. Der Abstand dieser beiden Ebenen zueinander ist durch den Z-Antrieb einstellbar. Der Objektträger ist durch die Versteilvorrichtung nach unten absenkbar und befindet sich beim Absenken innerhalb einer Hülle, die den Objektträger mit geringem Abstand umgibt. Die Hülle definiert die Seitenwandung des Bauraumes.
[0005] Der maximale Hub der Versteilvorrichtung in Z- Richtung definiert die maximale Abmessung des Bauraumes in Z-Richtung.
[0006] Der dreidimensionale Körper entsteht durch selektives Verfestigen einer Schicht aus pulverförmigen Material auf einer Trägeroberfläche.
[0007] Die Herstellung des dreidimensionalen Körpers erfolgt, indem durch die Verstellvorrichtung, der Objektträger in eine Position gebracht wird, in welcher die Oberfläche um eine Schichtdicke unterhalb der Arbeitsebene befindet. [0008] Anschließend wird die Beschichtungsvorrichtung über die Arbeitsebene verfahren, hierbei wird der Bereich zwischen Objektträgeroberfläche und Arbeitsebene mit Pulver gefüllt.
[0009] Nun werden mittels einer Energiequelle die Stellen in der gerade
aufgetragenen Schicht verfestigt, welche dem Querschnitt des
herzustellenden Objektes innerhalb dieser Schicht entsprechen. Die Schicht ist damit fertig gestellt.
[0010] In einem zweiten Schritt wird der Objektträger um den Betrag der
Schichtdicke der nächsten Schicht abgesenkt. Nun befindet sich die Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht um eine Schichtdicke unterhalb der Arbeitsebene, wiederum verfährt die Auftragsvorrichtung über die Arbeitsebene und füllt nun den Bereich zwischen der Oberfläche der zuletzt verfestigten Schicht und der Arbeitsebene mit pulverförmigen Material, woraufhin der Schritt des Verfestigens an den dem Querschnitt des Objektes in dieser Schicht entsprechenden Stellen wiederholt wird. Diese Schritte werden sooft wiederholt, bis das Objekt fertig gestellt ist.
[001 1 ] Daher fährt die Beschichtungsvorrichtung sehr oft über die Arbeitsplatte.
Insbesondere wenn das verwendete Pulver aus einem harten Material, beispielsweise Metall- oder Keramikpulver besteht führt dies zu einem Verschleiß der Arbeitsplatte.
[0012] Beim bekannten Stand der Technik ist die Arbeitsplatte fest mit dem
Rahmen der Maschine verbunden. Die Vorrichtung zur Verstellung der Objektträgerplatte ist ebenfails mit dem Rahmen der Maschine verbunden.
[00 3] Das Ausrichten von Arbeitsplatte und Objektträgerplatte zueinander erfolgt durch Justageelemente. Dies ist sowohl bei der Erstmontage, als auch bei einem verschleißbedingten Wechsel der Arbeitsplatte ein aufwändiger Vorgang, da beide Teile in einer gemeinsamen Ebene liegen müssen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0014] Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, wodurch die Erstmontage und der Wechsel der Arbeitsplatte vereinfacht wird.
Technische Aufgabe [0015] Es ist Aufgabe der Erfindung die Befestigung der Arbeitspiatte in der
Maschine in neuartiger Weise so zu gestalten, dass der Aus- und Einbau schnell und einfach erfolgt und insbesondere die aufwändige Justage von Arbeitsplatte und Objektträgerplatte zueinander zu überflüssig wird.
Technische Lösung
[0016] Die Überlegungen, die zum Entstehen der vorliegenden Erfindung führten, gingen davon aus, dass die Justage der beiden Teile zueinander vorteilhaft vereinfacht wird, wenn die Vorrichtung zur Verstellung der Objektträgerplatte in Z-Richtung über Referenzpunkte oder eine
Referenzfläche verfügt, auf welcher die Arbeitsplatte aufsetzbar ist.
[0017] Diese Referenzpunkte an der Verstellvorrichtung für die Objektplatte
definieren eine Ebene, die parallel zu der Ebene der Objektträgerplatte ist.
[0018] In vorteilhafter Weise hat man so einen modularen Aufbau aus präzise vorgefertigten Teilen, die in vorteilhafter Art und Weise bei der
Endmontage einfach und ohne weiteren Justageaufwand
zusammengefügt werden können.
[0019] Weitergehende Überlegungen führten zu der erfinderischen Erkenntnis, dass der Ein- und Ausbau der Arbeitsplatte zusätzlich vereinfacht wird, indem die Referenzpunkte bzw. die Referenzfläche gleichzeitig als die Befestigungspunkte bzw. die Befestigungsfläche der Arbeitsplatte innerhalb der Maschine verwendet werden und somit die Vorrichtung zum Verstellen des Objektträgers und die Arbeitsplatte eine gemeinsame Einheit innerhalb der Maschine bilden.
[0020] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Einheit besteht darin, die Verbindung von Arbeitsplatte und Verstellvorrichtung kraftschlüssig zu gestalten. Der Kraftschluss erfolgt hierbei beispielsweise über eine Klebeverbindung.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird an der Arbeitsplatte mittels einer Klebeverbindung ein Verbindungselement befestigt, welches seinerseits einen Formschluss mit der Verstellvorrichtung ermöglicht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass an der Verstellvorrichtung keine Kleberreste verbleiben können, da nur die Arbeitsplatte und das
Verbindungselement mit Klebstoff in Berührung kommen. [0022] Die Referenzpunkte bzw. die Referenzfläche definiert die Lage der Arbeitsplatte bezogen auf die Z-Richtung. Im Regelfall verläuft die Z- Achse senkrecht zur Referenzfläche bzw. zur gemeinsamen Ebene der Referenzpunkte.
[0023] Bei einem Austausch der Arbeitsplatte ist zudem notwendig, die Lage der Arbeitsplatte in X- und Y- Richtung so zu justieren, dass die
Objektträgerplatte und die Ausnehmung in der Arbeitsplatte miteinander so übereinstimmen, dass die Objektträgerpiatie in die Ausnehmung der Arbeitsplatte einfahrbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt dies, indem bei abgesenktem Objektträger durch die Ausnehmung der Arbeitsplatte hindurch ein Justageelement eingesetzt wird. Das Justageelement justiert die Ausnehmung in der Arbeitsplatte gegenüber der Hülle für den
Objektträger.
[0024] Auch ist es möglich den Objektträger soweit nach oben zu fahren, bis sich seine Oberfläche auf der Ebene der Arbeitsplatte befindet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Objektträger als Justage Hilfe bezüglich der X- und Y- Richtung verwendet. Die Arbeitsplatte ist so auf einfache Weise in X-, Y- und Z- Richtung positioniert. Nun erfolgt die Befestigung der Arbeitsplatte durch Form- oder Kraftschluss wie oben beschrieben.
Vorteilhafte Wirkungen
[0025] Ein aufwändiges Justieren der Arbeitsplatte und der Objektträgerplafte entfällt somit in vorteilhafter Weise. Die Referenzpunkte bzw. die
Referenzfiäche werden einmalig präzise hergestellt und stehen dann vorteilhaft bei jedem Wechsel der Arbeitsplatte sofort zur Verfügung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
[0026] Nachfolgend ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert:
[0027] Die Figur 1 zeigt eine Ansicht der Erfindung in geschnittener Darstellung.
Die Arbeitsplatte 1 hat einen Ausschnitt 2. In diesem Ausschnitt 2 befindet sich die Objektträgerplatte 3. Die Objektträgerplatte 3 ist die durch einen Antrieb in Z-Richtung auf- und ab bewegbar. Der Antrieb in Z- Richtung ist nur andeutungsweise dargestellt, in jedem Fall aber definiert in das ihn umgebende Gehäuse 4 eingebaut. [0028] Die Objektträgerplatte 3, der Antrieb in Z Richtung und das Gehäuse 4 bilden eine modulartige Vorrichtung zur Verstellung der
Objektträgerplatte, die vorfertigbar ist. Die Lage der Objektträgerplatte 3 relativ zur Oberfläche 5 des Gehäuses 5 ist vorjustierbar.
[0029] Die Arbeitsplatte 1 liegt auf der Oberfläche 5 des Gehäuses 4 auf. Im
Gehäuse 4 befindet sich ein durchgängige Bohrung 6. In dieser Bohrung 6 befindet sich eine Gewindehülse 7. Die Gewindehülse 7 ist mittels einer Klebeverbindung 8 an der Arbeitsplatte 1 befestigt. Eine Schraube 9 ist in die Gewindehülse 7 eingeschraubt. Die Schraube 9 liegt mit ihrem Kopf am Rand der Bohrung 6 auf. Über die Klebeverbindung 8, die
Gewindehülse 7 und die Schraube 9 besteht somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsplatte 1 und der Oberfläche 5 des Gehäuses 4.
[0030] Da die Lage der Objektträgerplatte 3 bezüglich der Oberfläche 5 justierbar ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise allein durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsplatte 1 und dem Gehäuse 4 eine definierte justierte Lage zwischen der Oberfläche des Objektträgers 3 und der Oberfläche der Arbeitsplatte 1.
[0031] Die Figur 2 zeigt die aus der Figur 1 bekannte Kombination aus
Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 zusammen mit einem Justageelement 10. Das Justageelement 10 wird verwendet, um den Ausschnitt 2 der
Arbeitsplatte 1 leicht und schnell bezüglich dem Objektträger 3 in x- und y- Richtung ausrichten zu können, bevor der Kraftschluss zwischen
Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 hergestellt wird.
[0032] Die Objektträgerplatte 3 ist in auf ein Niveau abgesenkt, das unterhalb der Arbeitsplatte 1 und unterhalb der Oberfläche 5 des Gehäuses 4 liegt. Das Justageelement 10 ist in seinem unteren Bereich 11 leicht konisch ausgebildet. Während der Justage wird das Justageelement 10 zunächst mit der konisch geformten Seite 11 voran durch die Ausnehmung 2 der Arbeitsplatte 1 hindurch und weiter in Richtung des abgesenkten
Objektträgers 3 geschoben. Anschließend ist die Position von Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 bezüglich der x- und y- Richtung justiert und die Arbeitsplatte 1 und Gehäuse 4 können mittels Kraftschluss miteinander verbunden werden.
[0033] Die Figur 3 zeigt den Vorgang die Gewindehülse 7 an die Arbeitsplatte 1 anzukleben. Durch das Justageelement 10 sind die Arbeitsplatte 1 und das Gehäuse 4 zueinander in der richtigen Lage. Am Ende der
Gewindehülse 7 befindet sich ein Klebstoff 8. Die Gewindehülse wird durch die Bohrung 6 geschoben, bis der Klebstoff 8 die Arbeitsplatte berührt und die Gewindehülse 7 an die Arbeitsplatte 1 anklebt.
Anschließend wird die Schraube 9 wie in Figur 1 gezeigt festgeschraubt.
[0034] Die Figur 4 zeigt wie die Gewindehülse 7 wieder von der Arbeitsplatte 1 entfernt werden kann. Durch weiteres Eindrehen der Schraube 9 entsteht eine Kraft, die ausreichend groß ist, um die Klebeverbindung zwischen Arbeitsplatte 1 und Gewindehülse 7 zu lösen. Anschließend kann die Arbeitsplatte 1 einfach vom Gehäuse 4 entfernt werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Körpers aus pulverförmigem Material, wobei
- eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen ist, die über eine Arbeitsplatte (1 ) verfahrbar ist, durch welche pulverförmiges Material schichtweise auf eine Objektträgerplatte (3) auftragbar ist und die Arbeitsplatte (1 ) und die Objektträgerplatte (3) in parallel zueinander liegenden Ebenen liegen und
- die Objektträgerplatte (3) durch einen Antrieb, der in einem Gehäuse (4) untergebracht ist, senkrecht bezogen auf die Lage ihrer Ebene verfahrbar ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (4) eine Referenzfläche (5) aufweist, die parallel zur Ebene der Objektträgerplatte (3) liegt, und das Gehäuse (4) eine Bohrung (6) aufweist, in der eine Gewindehülse (7) vorgesehen ist, die mittels einer Klebeverbindung (8) an der Arbeitsplatte (1 ) befestigbar ist, und eine in der Gewindehülse (7) vorgesehene Schraube (9) die Arbeitsplatte (1 ) über die Referenzfläche (5) an dem Gehäuse (4) befestigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebeverbindung (8) als Abreißverbindung ausgestaltet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsplatte (1 ) eine Ausnehmung (2) aufweißt und die Arbeitsplatte (1 ) vor der Befestigung an der Referenzfläche (5) so justierbar ist, dass die Objektträgerplatte (3) durch den Antrieb in die Ausnehmung (2) einfahrbar ist.
4. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsplatte (1 ) an der Referenzfläche (5) befestigt wird.
5. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsplatte (1 ) mittels eines Justageelementes (10) justiert wird, welches bei abgesenkter Objektträgerplatte (3) durch eine in der Arbeitsplatte (1 ) vorgesehene Ausnehmung (2) hindurch eingesetzt wird.
6. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Objektträgerplatte (3) durch den Antrieb nach oben gefahren wird, so dass sich ihre Oberfläche in der Ebene der Arbeitsplatte (1) befindet, und die Arbeitsplatte (1 ) so justiert wird, dass die Objektträgerplatte (3) in eine in der Arbeitsplatte (1 ) vorgesehene Ausnehmung (2) einfahrbar ist.
7. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gewindehülse (7), an deren Ende sich Klebstoff (8) befindet, durch die Bohrung (6) geschoben wird, bis der Klebstoff (8) die Arbeitsplatte (1 ) berührt und die Gewindehülse (7) an der Arbeitsplatte (1) anklebt.
8. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsplatte (1 ) am Gehäuse (4) befestigt wird, indem eine Schraube (9) in der Gewindehülse (7) festgeschraubt wird.
9. Verfahren zum Anbringen und Wechseln der Arbeitsplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung zwischen Arbeitsplatte (1 ) und Gewindehülse (7) gelöst wird, indem die Schraube (9) weiter in die Gewindehülse (7) eingedreht wird.
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