WO2018072954A1 - Verfahren und anlage zum additiven fertigen eines dreidimensionalen bauteils - Google Patents

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WO2018072954A1
WO2018072954A1 PCT/EP2017/073762 EP2017073762W WO2018072954A1 WO 2018072954 A1 WO2018072954 A1 WO 2018072954A1 EP 2017073762 W EP2017073762 W EP 2017073762W WO 2018072954 A1 WO2018072954 A1 WO 2018072954A1
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granules
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ordered
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Markus Streicher
Bernd Beiermeister
Norman Lung
Hendrik JAHNLE
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a system for the additive manufacturing of a three-dimensional component from a bulk material.
  • 3D printers are available, for example, from Makerbot Industries, LLC (Brooklyn, NY USA) or from Stratasys, Incorporated (USA). In these 3D printers extruded plastic is melted in an extruder and pressed through a nozzle. The plastic leaves the nozzle in the form of a thin plastic thread and is placed on a base plate. After a certain time, the material thus applied cools down again and solidifies.
  • Base plate can be constructed with the resulting thin plastic thread layer by layer any shape.
  • the extruder is moved to a pattern relative to the base plate, which is generated by a computer based on an object template.
  • Methods and apparatus for For example, three-dimensional prints are from German
  • the object of the invention is to simplify and / or to improve the additive production of three-dimensional components from a bulk material.
  • the object is in a method for additive manufacturing of a
  • the sorted and / or ordered pieces can be removed from the bulk material. But it can also pieces that have no similar shape and / or size, and impurities are removed from the bulk material, so that only the sorted and / or ordered pieces remain.
  • the sorted and / or ordered small pieces can be processed better to produce a three-dimensional component additive from the bulk material.
  • the bulk material may be, for example, a granulate made of a thermoplastic material. But the bulk material can also be a
  • Granules of a biological material act.
  • the sorted and / or ordered pieces are melted in the additive manufacturing, for example, and advantageously applied in layers.
  • the next molten material layer can then be applied successively.
  • the starting material is not supplied in the form of filaments or plastic wire, but as a disordered bulk material, in particular granules.
  • a disordered bulk material in particular granules.
  • Plastic wire or filament in addition, the bulk material, in particular in the form of granules, available in many more variants than in wire form.
  • thermoplastic material or gelatin to be reduced.
  • Three-dimensional component can be achieved.
  • Another preferred embodiment of the method is characterized in that the sorted and / or ordered pieces are arranged in a row before being fed to a print head for three-dimensional printing.
  • the sorted and / or ordered pieces are advantageously strung in a similar manner as on a string of pearls.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the bulk material and the sorted and / or ordered pieces are free-flowing and are kept free-flowing until they are fed to the print head for three-dimensional printing.
  • the sorted and / or ordered pieces stored in a suitable atmosphere.
  • the proper atmosphere is achieved, for example, by continuous drying. When drying, for example, dry air is supplied with a suitable blower.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the bulk material is supplied as disordered granules.
  • the disordered granules are, for example, a
  • thermoplastic plastic material The disordered granules are much cheaper than specially ordered or prepared granules.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that impurities and / or pieces which have an undesirable size and / or shape are removed from the bulk material. The removal of impurities and / or pieces, which is an undesirable
  • the handling system includes, for example, a robot with a suitable one
  • Gripper By removing the contaminants and / or the pieces, which have an undesirable size and / or shape, the quality of the bulk material used as starting material is considerably improved. This has a positive effect both during further processing, in particular during melting, and during additive manufacturing of the three-dimensional component.
  • Handling system is particularly advantageous combined with an image processing system.
  • the size and / or the shape of the pieces can be detected in a simple manner.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sorted and / or ordered pieces are arranged in a tubular or hose-like collecting container before they are fed to a plasticizing unit and / or a printing head.
  • the tubular or tubular collecting container represents, for example, a magazine that has at least one receiving space for the sorted and / or ordered Has pieces.
  • the receiving space is advantageously adapted to the shape of the sorted and / or ordered pieces.
  • the image processing system the size and / or the shape of the pieces can be detected in a simple manner.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sorted and / or ordered pieces are arranged in a tubular or hose-like collecting container before they are fed to a plasticizing unit and / or a printing head.
  • the tubular or tubular collecting container represents, for example, a magazine
  • Recording space for example, essentially the shape of a straight
  • Circular cylinder jacket in which a plurality of the sorted and / or ordered pieces is received in the longitudinal direction one behind the other.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the tubular or tubular collecting container has an inner diameter which is smaller than ten millimeters. With this size were carried out in experiments carried out in the context of the present invention and
  • Inner diameter which is between one and three millimeters in size. With this size could in the context of the present invention
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the system comprises a vibrating and / or shaking device.
  • the shaker and / or shaker is particularly well suited to a number smaller
  • the vibrating and / or shaking device comprises, for example, a vibrating pot or a
  • the shaking and / or shaking device is particularly advantageous with a collecting container, in particular a previously described Collecting container, combined.
  • the shaking and / or shaking device is advantageously combined with a collecting container for impurities which are removed from the disordered bulk material, in particular granules, and / or undesired pieces, in particular granules.
  • the above object is alternatively or additionally achieved in that the system comprises a handling system with which the pieces, which have a similar shape and / or size, sorted from and / or in the bulk material and / or ordered ,
  • the handling system includes, for example, a suitable one
  • the handling device that can be combined with a robot to sort and / or arrange the small pieces that have a similar shape and / or size.
  • the handling system may also include a nozzle and is particularly advantageously combined with image capture.
  • the invention also relates to a vibrating and / or
  • Figure 1 is a block diagram illustrating a plant for additive manufacturing of a three-dimensional component made of a thermoplastic material
  • Figure 2 is a similar view as in Figure 1 illustrating a
  • Figure 3 is a simplified representation of a plasticizing unit with a
  • FIG. 4 is a simplified representation of a shaking and / or shaking device, above which a camera is arranged, which is combined with a robot for sorting and / or arranging granules;
  • FIG. 5 is a simplified illustration for illustrating that the
  • Sorting and / or arranging the granules can also be done manually, and
  • Figure 6 is a similar view as in Figure 4 with the obliquely arranged shaking plate.
  • a system 1 for additive manufacturing of a three-dimensional component made of a thermoplastic material which is applied in a molten state is simplified in the form of a
  • thermoplastic material as a bulk material, in particular disordered granules 9, first ordered and then, preferably dried, a plasticizing unit 6 is supplied.
  • the plasticizing unit 6 comprises, for example, an extruder with a
  • the plasticizing unit 6 advantageously comprises at its lower, pointed end in FIG. 1 a printing head for three-dimensional printing.
  • the ordered granules are melted in the plasticizing unit 6.
  • the molten thermoplastic material can be metered, preferably in layers, dispensed to additively produce or print a desired three-dimensional component in a conventional manner.
  • the disordered granules 9 is removed from a container 8.
  • a conveyor unit 10 to the container 8 with the disordered Granules 9 connected.
  • the delivery unit 10 comprises a delivery tube 11, which, in Figure 1 above, is connected to the container 8.
  • a conveying head 12 is arranged at a side facing away from the container 8 end of the conveying tube 11.
  • the delivery unit 10 can be advantageously combined with a metal separator. With the metal separator (not shown) impurities can be deposited from metal.
  • the disordered granules 9 from the container 8 of a vibrating and / or shaking 16 is supplied.
  • a symbol 14 above the conveying head 12 indicates that the unordered granulate 9 is sucked out of the container 8, for example by means of a vacuum pump, into a vibrating pot 18 of the vibrating and / or shaking device 16.
  • the disordered granules 9 are vibrated and / or shaken so that impurities 17 and / or granules, which have an undesirable size and / or shape, are removed from the disordered granules in the vibrating pot 18.
  • the removed impurities 17 and / or unwanted granules 9 are collected in a collecting container 19, which is arranged below the vibrating pot 18 in FIG.
  • the plant 1 further comprises in the drying area 3 a
  • Dosing unit 20 The dosing unit 20 is between the Klattel- and / or
  • Dosing unit 20 individual pieces or granules 21, 22 are collected from the shaker and / or shaker 16 and aligned.
  • the metering unit 20 comprises a metering tube 23 whose shape is adapted to the shape of the individual granules 21, 22.
  • the metering tube 23 extends in a horizontal direction, that is parallel to a floor on which the system 1 stands. With his right in Figure 1 end is
  • the metering tube 23 has a metering head 24, via which the ordered and aligned granules 21, 22 can be dispensed in metered quantities to the plasticizing unit 6.
  • the Dosing head 24 indicates a symbol 25 that the granules 21, 22, for example by means of a vacuum pump, from the vibrating pot 18 and from the metering tube 23 in the direction of the filler neck 7 of the plasticizing unit 6 can be sucked.
  • FIG. 2 shows the drying region 3 from FIG. 1 alone, that is to say without a plasticizing unit. It is thereby illustrated that a granulate magazine 28 can also be connected to the vibrating pot 18 instead of the metering unit (20 in FIG. 1).
  • the granule magazine 28 comprises a tube-like in the same manner as the metering unit (20 in Figure 1)
  • Suction device 14 which is optionally combined with a separator, only dry air may be used. In area 3, the granules should be dried and / or kept dry.
  • the disordered granules 9 are freed of dust and smaller, unshaped particles, which are collected in the collecting container 19.
  • the regular, preferably cylindrical, granules 21, 22 are aligned in the dosing unit 20 or the granule magazine 28 in such a way that they are conveyed horizontally into the plasticizing unit 6.
  • the material may be drawn into an extruder of the plasticizing unit 6 either by a vacuum pump or a separator.
  • the material may be blown by warm, dry air towards the plasticizing unit 6.
  • the ordered granules 21, 22 can also be filled directly from the vertically arranged granule magazine 28 into the filler neck 7 of the plasticizing unit 6. It is important to ensure that the pieces or granules 21, 22 are stored in the granule magazine 28 in a defined atmosphere. Depending on your needs, then a filled Granule magazine 28 are inserted in or at the filling supports 7 of the plasticizing unit 6 preferably comprising an extruder.
  • the granule magazine 28 may correspond to the collecting container 30 from FIG.
  • the collecting container 30 can be easily attached to the filler neck 7 of the printing head 6 or the plasticizing unit 6.
  • a piston 32 is indicated in Figure 3.
  • An arrow 33 indicates that the piston 32 in FIG. 3 can be moved upwards and downwards in order to plasticize the granules introduced into the filler neck 7 and / or discharge them in metered form from the print head 6 in order to additively manufacture a three-dimensional component.
  • FIGS. 4 and 6 it is indicated that a vibration and / or
  • illustrated vibrating pot 18 may also include a vibrating plate 48.
  • the vibratory plate 48 is movably supported by, for example, springs 53, 54 in a suitable manner to remove contaminants 47 and / or unwanted granules from the disordered granules.
  • a receptacle 49 is advantageously arranged below the vibrating plate 48.
  • FIG. 4 to the right of the vibrating and / or shaking device 46, a robot 40 with a robot arm 42 is indicated. At a free end of the robot arm 42, a gripper 44 is indicated. Above the vibrating plate 48, a camera 45 is arranged.
  • Granules are transmitted to the robot 40 via a control device (not shown). With the appropriate information on the exact position and orientation of the granules on the shaker plate 48, the robot 40 with the gripper 44 pieces or granules 51, 52 grab and aligned in a metering 50 store.
  • the dosing unit 50 may correspond to the dosing unit 20 in FIG. In the metering unit 50 may also be a
  • Granule magazine act as it is designated in Figures 2 and 3 with 28.
  • Receptacle 55 arranged.
  • a symbol 56 is indicated that the ordering of the granules can also be done by an employee.
  • Employee 56 takes, for example, individual granules 51, 52 from the receptacle 55 and places them individually and aligned in the metering unit 50 from.
  • FIG. 6 it is indicated that the arrangement of the granules can also be carried out by means of an inclined shaking plate 48 with grooves and holes 59.
  • Shaking plate 48 the granules travel along the grooves (not shown) and align themselves. Contaminants, in particular dust, is removed through the holes 59 and collected in the collecting container 49 arranged below the vibrating plate 48.
  • the camera 45 arranged above the vibrating plate 48 monitors the process and detects when a granular grain is not horizontal in the
  • the detected position of the granule is then forwarded to a suitable control device (not shown). With the control device, a nozzle 60 is then driven so that it blows the wrong-lying granular grain from the groove.
  • the directed granules 51, 52 can then be fed to the granule magazine 50.
  • the oriented granules 51, 52 can also be fed directly to a plasticizing unit (not shown in FIG. 6).

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Abstract

Ein Verfahren zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut (9). Um die additive Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen zu vereinfachen und/oder zu verbessern, wird eine Anzahl kleiner Stücke (21, 22), die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, aus beziehungsweise in dem Schüttgut (9) sortiert und/oder geordnet.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Anlage zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut.
Offenbarung der Erfindung
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 217 825 AI sind
verschiedene Verfahren zur raschen Herstellung von Protopypen (Rapid- Prototyping) oder der Herstellung von Kleinserien beziehungsweise
Einzelstücken eines Bauteils bekannt, die den Einsatz sogenannter 3 D- Drucker, mit denen mit geringem Aufwand beliebige Kunststoffteile gedruckt werden können, umfassen. Dabei unterscheidet man folgende Techniken:
Stereolithografie /SLA), Selective Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM), Laminated Object Manufactoring (LOM) und 3-Dimensional- Printing (3DP). 3D-Drucker sind zum Beispiel von der Firma Makerbot Industries, LLC (Brooklyn, NY USA) oder von der Firma Stratasys, Incorporated (USA) erhältlich. In diesen 3D-Druckern wird Strangkunststoff in einem Extruder aufgeschmolzen und durch eine Düse gepresst. Dabei verlässt der Kunststoff die Düse in Form eines dünnen Kunststofffadens und wird auf einer Basisplatte platziert. Nach einer gewissen Zeit kühlt das so aufgebrachte Material wieder ab und erstarrt. Durch entsprechendes Verfahren des Extruders relativ zur
Basisplatte kann so mit dem entstandenen dünnen Kunststofffaden Schicht für Schicht eine beliebige Form aufgebaut werden. Der Extruder wird dazu nach einem Muster relativ zur Basisplatte bewegt, welches von einem Computer anhand einer Objektvorlage generiert wird. Verfahren und Vorrichtungen zum dreidimensionalen Drucken sind zum Beispiel aus der deutschen
Gebrauchsmusterschrift DE 20 2015 103 932 Ul, aus der deutschen
Übersetzung DE 696 34 921 T2 der europäischen Patentschrift EP 1 270 184 Bl und der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 011 230 AI bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die additive Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen aus einem Schüttgut zu vereinfachen und/oder zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum additiven Fertigen eines
dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut, dadurch gelöst, dass eine
Anzahl kleiner Stücke, die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, aus beziehungsweise in dem Schüttgut sortiert und/oder geordnet werden. Die sortierten und/oder geordneten Stücke können aus dem Schüttgut entfernt werden. Es können aber auch Stücke, die keine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, sowie Verunreinigungen aus dem Schüttgut entfernt werden, so dass nur die sortierten und/oder geordneten Stücke übrigbleiben. Die sortierten und/oder geordneten kleinen Stücke lassen sich besser verarbeiten, um aus dem Schüttgut ein dreidimensionales Bauteil additiv zu fertigen. Bei dem Schüttgut kann es sich zum Beispiel um ein Granulat aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial handeln. Bei dem Schüttgut kann es sich aber auch um ein
Granulat aus einem biologischen Material, zum Beispiel Gelatine, handeln. Die sortierten und/oder geordneten Stücke werden beim additiven Fertigen zum Beispiel aufgeschmolzen und vorteilhaft schichtweise aufgetragen. Nach dem Abkühlen und Verfestigen einer aufgetragenen Materialschicht kann dann sukzessive die nächste aufgeschmolzene Materialschicht aufgetragen werden.
Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren wird das Ausgangsmaterial nicht in Form von Filamenten oder Kunststoffdraht zugeführt, sondern als ungeordnetes Schüttgut, insbesondere Granulat. Durch das Sortieren und/oder das Ordnen des Schüttguts, insbesondere des Granulats, wird eine direkte Verwendung von einzelnen Stücken, insbesondere Granulatpartikeln oder Granulatkörnern, ermöglicht. Das ungeordnete Schüttgut, insbesondere Granulat, ist deutlich, zum Beispiel um einen Faktor fünf bis einhundert, günstiger im Hinblick auf die Anschaffungskosten, insbesondere im Vergleich zur Verwendung von
Kunststoffdraht oder Filament. Darüber hinaus ist das Schüttgut, insbesondere in Form von Granulat, in weit mehr Varianten verfügbar als in Drahtform. Das Sortieren und/oder Ordnen des Schüttguts, insbesondere des Granulats, liefert gegenüber der Verwendung einer losen Schüttung, insbesondere Granulat- Schüttung, unter anderem den Vorteil, dass die Baugröße einer zum
Aufschmelzen des Materials verwendeten Plastifiziereinheit stark verringert werden kann. Dadurch wiederum können die Prozesskräfte, die Kosten, die
Schadeinflüsse sowie die Komplexität einer Anlage zum additiven Fertigen von dreidimensionalen Bauteilen aus Schüttgut, insbesondere aus einem
thermoplastischen Kunststoff material oder der Gelatine, reduziert werden. Beim Sortieren und/oder Ordnen werden die kleinen Stücke, die eine ähnliche
Gestalt oder Größe aufweisen, vorteilhaft voneinander getrennt und/oder ausgerichtet. Das Trennen und Ausrichten der einzelnen Stücke ermöglicht vorteilhaft, dass kleinste Mengen des Materials bedarfsgerecht so plastifiziert oder aufgeschmolzen werden können, dass eine optimale Verarbeitung sichergestellt werden kann. Eine unerwünschte Schädigung des Materials, insbesondere des thermoplastischen Kunststoffmaterials oder zum Beispiel der Gelatine, durch längere Wartezeiten in der Plastifiziereinheit kann so vermieden werden. Des Weiteren kann das Ausgangsmaterial in Form der sortierten und/oder geordneten, insbesondere getrennten und/oder ausgerichteten Stücke, insbesondere Granulatkörner, ideal so dosiert werden, dass kein unnötiges
Material aufgeschmolzen wird. Durch die besonders schonende Aufbereitung der sortierten und/oder geordneten kleinen Stücke können beim dreidimensionalen Drucken eine hohe Qualität und Genauigkeit des additiv gefertigten
dreidimensionalen Bauteils erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die sortierten und/oder geordneten Stücke in einer Reihe angeordnet werden, bevor Sie einem Druckkopf zum dreidimensionalen Drucken zugeführt werden. Dabei werden die sortierten und/oder geordneten Stücke vorteilhaft in ähnlicher Art und Weise wie auf einer Perlenschnur aufgereiht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut und die sortierten und/oder geordneten Stücke rieselfähig sind und rieselfähig gehalten werden, bis sie dem Druckkopf zum dreidimensionalen Drucken zugeführt werden. Zu diesem Zweck werden die sortierten und/oder geordneten Stücke in einer geeigneten Atmosphäre aufbewahrt. Die geeignete Atmosphäre wird zum Beispiel durch kontinuierliches Trocknen erreicht. Beim Trocknen wird zum Beispiel trockene Luft mit einem geeigneten Gebläse zugeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut als ungeordnetes Granulat zugeführt wird. Bei dem ungeordneten Granulat handelt es sich zum Beispiel um ein
thermoplastisches Kunststoffmaterial. Das ungeordnete Granulat ist viel billiger als speziell geordnetes oder aufbereitetes Granulat.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Verunreinigungen und/oder Stücke, die eine unerwünschte Größe und/oder Gestalt aufweisen, aus dem Schüttgut entfernt werden. Das Entfernen der Verunreinigungen und/oder von Stücken, die eine unerwünschte
Größe und/oder Gestalt aufweisen, kann im einfachsten Fall zum Beispiel händisch erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Entfernen der
Verunreinigungen und/oder der Stücke, die eine unerwünschte Größe und/oder Gestalt aufweisen, mit Hilfe eines geeigneten Handlingsystems erfolgen. Das Handlingsystem umfasst zum Beispiel einen Roboter mit einem geeigneten
Greifer. Durch das Entfernen der Verunreinigungen und/oder der Stücke, die eine unerwünschte Größe und/oder Gestalt aufweisen, wird die Qualität des als Ausgangsmaterial verwendeten Schüttguts erheblich verbessert. Das wirkt sich sowohl bei der weiteren Verarbeitung, insbesondere bei einem Aufschmelzen, als auch beim additiven Fertigen des dreidimensionalen Bauteils positiv aus. Das
Handlingsystem ist besonders vorteilhaft mit einem bildverarbeitenden System kombiniert. Mit dem bildverarbeitenden System kann die Größe und/oder die Gestalt der Stücke auf einfache Art und Weise erfasst werden. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die sortierten und/oder geordneten Stücke in einem rohrartigen oder schlauchartigen Sammelbehälter angeordnet werden, bevor sie einer Plastifiziereinheit und/oder einem Druckkopf zugeführt werden. Der rohrartige oder schlauchartige Sammelbehälter stellt zum Beispiel ein Magazin dar, das mindestens einen Aufnahmeraum für die sortierten und/oder geordneten Stücke aufweist. Der Aufnahmeraum ist vorteilhaft an die Gestalt der sortierten und/oder geordneten Stücke angepasst. Zu diesem Zweck hat der
Aufnahmeraum zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden
Kreiszylindermantels, in welchem eine Vielzahl von den sortierten und/oder geordneten Stücken in Längsrichtung hintereinander aufgenommen ist. Aus dem
Magazin können die geordneten Stücke, insbesondere Granulatkörner, dann auf einfache Art und Weise dosiert an die Plastifiziereinheit und/oder den Druckkopf abgegeben werden. Bei einer Anlage zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut gemäß einem vorab beschriebenen Verfahrens ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der rohrartige oder schlauchartige Sammelbehälter einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als zehn Millimeter ist. Mit dieser Größe wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen und
Untersuchungen gute Ergebnisse erzielt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der rohrartige oder schlauchartige Sammelbehälter einen
Innendurchmesser aufweist, der zwischen einem und drei Millimeter groß ist. Mit dieser Größe konnte bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung
durchgeführten Versuchen und Untersuchungen noch einmal eine deutliche Qualitätssteigerung beim additiven Fertigen von dreidimensionalen Bauteilen aus dem Schüttgut erreicht werden.
Bei einer Anlage zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Anlage eine Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung umfasst. Die Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung eignet sich besonders gut, um eine Anzahl kleiner
Stücke, die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, in beziehungsweise aus einem Schüttgut zu sortieren und/oder zu ordnen. Die Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung umfasst zum Beispiel einen Rütteltopf oder eine
Schüttelplatte. Die Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung ist besonders vorteilhaft mit einem Auffangbehälter, insbesondere einem vorab beschriebenen Sammelbehälter, kombiniert. Die Ruttel- und/oder Schüttelvorrichtung ist vorteilhaft mit einem Auffangbehälter für aus dem ungeordneten Schüttgut, insbesondere Granulat, entfernte Verunreinigungen und/oder unerwünschte Stücke, insbesondere Granulatkörner, kombiniert.
Bei einer vorab beschriebenen Anlage, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Anlage ein Handlingsystem umfasst, mit dem die Stücke, die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, aus beziehungsweise in dem Schüttgut sortiert und/oder geordnet werden. Das Handlingsystem umfasst zum Beispiel eine geeignete
Greifvorrichtung, die mit einem Roboter kombiniert sein kann, um die kleinen Stücke, die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, zu sortieren und/oder zu ordnen. Das Handlingsystem kann auch eine Düse umfassen und ist besonders vorteilhaft mit einer Bilderfassung kombiniert.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Rüttel- und/oder
Schüttelvorrichtung beziehungsweise ein Handlingsystem für eine vorab beschriebene Anlage. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Anlage zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial;
Figur 2 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 1 zur Veranschaulichung einer
Variante der in Figur 1 dargestellten Anlage;
Figur 3 eine vereinfachte Darstellung einer Plastifiziereinheit mit einem
Granulatmagazin; Figur 4 eine vereinfachte Darstellung einer Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung, oberhalb der eine Kamera angeordnet ist, die mit einem Roboter zum Sortieren und/oder Ordnen von Granulatkörnern kombiniert ist;
Figur 5 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung, dass das
Sortieren und/oder Ordnen der Granulatkörner auch händisch erfolgen kann, und
Figur 6 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 4 mit der schräg angeordneten Schüttelplatte.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Anlage 1 zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, das in einem geschmolzenen Zustand aufgetragen wird, vereinfacht in Form eines
Blockschaltbilds dargestellt. Durch ein Rechteck 3 ist ein Trocknungsbereich angedeutet, in welchem das thermoplastische Kunststoff material als Schüttgut, insbesondere ungeordnetes Granulat 9, zunächst geordnet und dann, vorzugsweise getrocknet, einer Plastifiziereinheit 6 zugeführt wird.
Die Plastifiziereinheit 6 umfasst zum Beispiel einen Extruder mit einem
Einfüllstutzen 7, über den geordnetes und getrocknetes Granulat eingeführt wird. Die Plastifiziereinheit 6 umfasst vorteilhaft an ihrem in Figur 1 unteren, spitzen Ende einen Druckkopf zum dreidimensionalen Drucken.
Das geordnete Granulat wird in der Plastifiziereinheit 6 aufgeschmolzen. Über den Druckkopf am unteren, spitzen Ende der Plastifiziereinheit 6 kann das aufgeschmolzene thermoplastische Kunststoffmaterial dosiert, vorzugsweise schichtweise, abgegeben werden, um in an sich bekannter Art und Weise additiv ein gewünschtes dreidimensionales Bauteil zu fertigen oder zu drucken.
Das ungeordnete Granulat 9 wird einem Behälter 8 entnommen. Zu diesem Zweck ist eine Fördereinheit 10 an den Behälter 8 mit dem ungeordneten Granulat 9 angeschlossen. Die Fördereinheit 10 umfasst ein Förderrohr 11, das, in Figur 1 oben, an den Behälter 8 angeschlossen ist. An einem dem Behälter 8 abgewandten Ende des Förderrohrs 11 ist ein Förderkopf 12 angeordnet. Die Fördereinheit 10 kann vorteilhaft mit einem Metallabscheider kombiniert werden. Mit dem Metallabscheider (nicht dargestellt) können Verunreinigungen aus Metall abgeschieden werden.
Über den Förderkopf 12 wird das ungeordnete Granulat 9 aus dem Behälter 8 einer Ruttel- und/oder Schüttelvorrichtung 16 zugeführt. Durch ein Symbol 14 oberhalb des Förderkopfs 12 ist angedeutet, dass das ungeordnete Granulat 9 aus dem Behälter 8, zum Beispiel mit Hilfe einer Vakuumpumpe, in einen Rütteltopf 18 der Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung 16 gesaugt wird.
In dem Rütteltopf 18 wird das ungeordnete Granulat 9 so gerüttelt und/oder geschüttelt, dass Verunreinigungen 17 und/oder Granulatkörner, die eine unerwünschte Größe und/oder Gestalt aufweisen, aus dem ungeordneten Granulat in dem Rütteltopf 18 entfernt werden. Die entfernte Verunreinigungen 17 und/oder unerwünschten Granulatkörner 9 werden in einem Auffangbehälter 19 gesammelt, der in Figur 1 unterhalb des Rütteltopfs 18 angeordnet ist.
Die Anlage 1 umfasst in dem Trocknungsbereich 3 des Weiteren eine
Dosiereinheit 20. Die Dosiereinheit 20 ist zwischen der Rüttel- und/oder
Schüttelvorrichtung 16 und der Plastifiziereinheit 6 angeordnet. In der
Dosiereinheit 20 werden einzelne Stücke oder Granulatkörner 21, 22 aus der Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung 16 gesammelt und ausgerichtet.
Zu diesem Zweck umfasst die Dosiereinheit 20 ein Dosierrohr 23, dessen Gestalt an die Gestalt der einzelnen Granulatkörner 21, 22 angepasst ist. Das Dosierrohr 23 erstreckt sich in einer horizontalen Richtung, also parallel zu einem Boden, auf dem die Anlage 1 steht. Mit seinem in Figur 1 rechten Ende ist das
Dosierrohr 23 oben an den Rütteltopf 18 angeschlossen.
An seinem in Figur 1 linken Ende weist das Dosierrohr 23 einen Dosierkopf 24 auf, über welchen die geordneten und ausgerichteten Granulatkörner 21, 22 dosiert an die Plastifiziereinheit 6 abgegeben werden können. Oberhalb des Dosierkopfs 24 deutet ein Symbol 25 an, dass die Granulatkörner 21, 22, zum Beispiel mit Hilfe einer Vakuumpumpe, aus dem Rütteltopf 18 beziehungsweise aus dem Dosierrohr 23 in Richtung des Einfüllstutzens 7 der Plastifiziereinheit 6 gesaugt werden können.
In Figur 2 ist der Trocknungsbereich 3 aus Figur 1 alleine, das heißt ohne Plastifiziereinheit dargestellt. Dadurch wird veranschaulicht, dass an den Rütteltopf 18 anstelle der Dosiereinheit (20 in Figur 1) auch ein Granulatmagazin 28 angeschlossen sein kann. Das Granulatmagazin 28 umfasst in der gleichen Art und Weise wie die Dosiereinheit (20 in Figur 1) einen rohrartigen
Sammelbehälter oder Aufnahmebehälter 30 für die sortierten und ausgerichteten Granulatkörner 21, 22 aus dem Rütteltopf 18.
Im Betrieb der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anlage 1 wird zunächst ungeordnetes Granulat 9 aus dem Behälter 8 in den Rütteltopf 18 gefördert, insbesondere gesaugt oder geblasen. Für die symbolisch angedeutete
Ansaugeinrichtung 14, die gegebenenfalls mit einem Abscheider kombiniert ist, darf nur Trockenluft verwendet werden. In dem Bereich 3 soll das Granulat getrocknet und/oder trocken gehalten werden.
Im Rütteltopf 18 wird das ungeordnete Granulat 9 von Staub und kleineren, unförmigen Partikeln befreit, die in dem Auffangbehälter 19 gesammelt werden. Die regelmäßigen, vorzugsweise zylinderförmigen, Granulatkörner 21, 22 werden in der Dosiereinheit 20 beziehungsweise dem Granulatmagazin 28 so ausgerichtet, dass sie horizontal in die Plastifiziereinheit 6 gefördert werden. Die
Förderung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Das Material kann zum Beispiel entweder durch eine Vakuumpumpe oder einen Abscheider in einen Extruder der Plastifiziereinheit 6 gesaugt werden. Alternativ kann das Material durch warme, trockene Luft in Richtung Plastifiziereinheit 6 geblasen werden.
In Figur 3 ist angedeutet, dass die geordneten Granulatkörner 21, 22 auch direkt aus dem vertikal angeordneten Granulatmagazin 28 in den Einfüllstutzen 7 der Plastifiziereinheit 6 gefüllt werden können. Dabei ist darauf zu achten, dass die Stücke oder Granulatkörner 21, 22 in dem Granulatmagazin 28 in einer definierten Atmosphäre gelagert werden. Je nach Bedarf kann dann ein gefülltes Granulatmagazin 28 in oder an den Einfüllstützen 7 der vorzugsweise einen Extruder umfassenden Plastifiziereinheit 6 gesteckt werden.
Das Granulatmagazin 28 kann dem Sammelbehälter 30 aus Figur 2 entsprechen. Zum Zuführen der sortierten und/oder geordneten Granulatkörner 21, 22 kann der Sammelbehälter 30 einfach an den Einfüllstutzen 7 des Druckkopfs 6 beziehungsweise der Plastifiziereinheit 6 angesetzt werden.
Oberhalb des Einfüllstutzens 7 ist in Figur 3 ein Kolben 32 angedeutet. Durch einen Pfeil 33 ist angedeutet, dass der Kolben 32 in Figur 3 nach oben und nach unten bewegbar ist, um das in den Einfüllstutzen 7 eingeführte Granulat zu plastifizieren und/oder dosiert aus dem Druckkopf 6 auszustoßen, um ein dreidimensionales Bauteil additiv zu fertigen.
In den Figuren 4 und 6 ist angedeutet, dass eine Rüttel- und/oder
Schüttelvorrichtung 46 im Unterschied zu dem in den Figuren 1 und 2
dargestellten Rütteltopf 18 auch eine Schüttelplatte 48 umfassen kann. Die Schüttelplatte 48 ist, zum Beispiel durch Federn 53, 54, in geeigneter Art und Weise bewegbar gelagert, um Verunreinigungen 47 und/oder unerwünschte Granulatkörner aus dem ungeordneten Granulat zu entfernen. Zum Sammeln der Verunreinigungen 47 und der unerwünschten Granulatkörner ist unterhalb der Schüttelplatte 48 vorteilhaft ein Aufnahmebehälter 49 angeordnet.
In Figur 4 ist rechts neben der Rüttel- und/oder Schüttelvorrichtung 46 ein Roboter 40 mit einem Roboterarm 42 angedeutet. An einem freien Ende des Roboterarms 42 ist ein Greifer 44 angedeutet. Oberhalb der Schüttelplatte 48 ist eine Kamera 45 angeordnet.
Mit der Kamera 45 werden Granulatkörner, die auf der Schüttelplatte 48 vorzugsweise liegend ausgerichtet werden, erfasst. Signale mit
Lageinformationen über in gewünschter Art und Weise ausgerichtete
Granulatkörner werden über eine (nicht dargestellte) Steuerungseinrichtung an den Roboter 40 übermittelt. Mit den entsprechenden Informationen über die genaue Position und Ausrichtung der Granulatkörner auf der Schüttelplatte 48 kann der Roboter 40 mit dem Greifer 44 Stücke oder Granulatkörner 51, 52 greifen und ausgerichtet in einer Dosiereinheit 50 ablegen. Die Dosiereinheit 50 kann der Dosiereinheit 20 in Figur 1 entsprechen. Bei der Dosiereinheit 50 kann es sich aber auch um ein
Granulatmagazin handeln, wie es in den Figuren 2 und 3 mit 28 bezeichnet ist.
In Figur 5 ist Granulat in Form von einzelnen Granulatkörnern in einem
Aufnahmebehälter 55 angeordnet. Durch ein Symbol 56 ist angedeutet, dass das Ordnen der Granulatkörner auch durch einen Mitarbeiter erfolgen kann. Der
Mitarbeiter 56 entnimmt zum Beispiel einzelne Granulatkörner 51, 52 aus dem Aufnahmebehälter 55 und legt sie einzeln und ausgerichtet in der Dosiereinheit 50 ab.
In Figur 6 ist angedeutet, dass das Ordnen der Granulatkörner auch durch eine geneigte Schüttelplatte 48 mit Rillen und Löchern 59 durchgeführt werden kann. Durch ein entsprechendes Gefälle und das Schütteln im Betrieb der
Schüttelplatte 48 wandern die Granulatkörner die (nicht dargestellten) Rillen entlang und richten sich aus. Verunreinigungen, insbesondere Staub, wird durch die Löcher 59 entfernt und in dem unterhalb der Schüttelplatte 48 angeordneten Auffangbehälter 49 gesammelt.
Die oberhalb der Schüttelplatte 48 angeordnete Kamera 45 überwacht den Vorgang und detektiert, wenn ein Granulatkorn nicht horizontal in der
entsprechenden Rille liegt. Die detektierte Position des Granulatkorns wird dann an eine geeignete (nicht dargestellte) Steuereinrichtung weitergeleitet. Mit der Steuereinrichtung wird dann eine Düse 60 so angesteuert, dass sie das falschliegende Granulatkorn aus der Rille bläst.
Von der Schüttelplatte 48 können die gerichteten Granulatkörner 51, 52 dann dem Granulatmagazin 50 zugeführt werden. Je nach Ausführung der Anlage können die ausgerichteten Granulatkörner 51, 52 aber auch direkt einer (in Figur 6 nicht dargestellten) Plastifiziereinheit zugeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus
einem Schüttgut (9), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl kleiner Stücke (21,22;51,52), die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, aus beziehungsweise in dem Schüttgut (9) sortiert und/oder geordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sortierten und/oder geordneten Stücke (21,22;51,52) in einer Reihe angeordnet werden, bevor Sie einem Druckkopf (6) zum dreidimensionalen Drucken zugeführt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schüttgut (9) und die sortierten und/oder geordneten Stücke (21,22;51,52) rieselfähig sind und rieselfähig gehalten werden, bis sie dem Druckkopf (6) zum dreidimensionalen Drucken zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Schüttgut (9) als ungeordnetes Granulat zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Verunreinigungen (14;47) und/oder Stücke, die eine unerwünschte Größe und/oder Gestalt aufweisen, aus dem Schüttgut (9) entfernt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die sortierten und/oder geordneten Stücke
(21,22;51,52) in einem rohrartigen oder schlauchartigen Sammelbehälter (30) angeordnet werden, bevor sie einer Plastifiziereinheit und/oder einem
Druckkopf (6) zugeführt werden.
7. Anlage (1) zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus
einem Schüttgut (9), gemäß einem Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrartige oder schlauchartige Sammelbehälter (30) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als zehn Millimeter ist.
8. Anlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrartige oder schlauchartige Sammelbehälter (30) einen Innendurchmesser aufweist, der zwischen einem und drei Millimeter groß ist.
9. Anlage (1) zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Schüttgut (9), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) eine Rüttel- und/oder
Schüttelvorrichtung (16;46) umfasst.
10. Anlage (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) ein Handlingsystem umfasst, mit dem die Stücke, die eine ähnliche Gestalt und/oder Größe aufweisen, aus beziehungsweise in dem Schüttgut (9) sortiert und/oder geordnet werden.
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