WO2023237334A1 - Wechselbehälter und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils - Google Patents

Wechselbehälter und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils Download PDF

Info

Publication number
WO2023237334A1
WO2023237334A1 PCT/EP2023/063824 EP2023063824W WO2023237334A1 WO 2023237334 A1 WO2023237334 A1 WO 2023237334A1 EP 2023063824 W EP2023063824 W EP 2023063824W WO 2023237334 A1 WO2023237334 A1 WO 2023237334A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
process chamber
swap
container
chamber
peripheral wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063824
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Volk
Original Assignee
One Click Metal GmbH
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 One Click Metal GmbH filed Critical One Click Metal GmbH
Publication of WO2023237334A1 publication Critical patent/WO2023237334A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B22F12/30—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
    • B22F12/38—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
    • 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
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • 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
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/52—Hoppers
    • 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
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D 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 [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D 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 [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Definitions

  • the invention relates to an interchangeable container for a process chamber of a device for producing a three-dimensional component by selectively solidifying a building material applied in layers by means of a jet acting on the building material, as well as such a device for producing the three-dimensional component.
  • a device for producing three-dimensional components comprises a process chamber which has at least one work surface aligned in an X/Y plane, to which a construction cylinder is assigned in an interchangeable manner.
  • a substrate plate is movably controlled by a drive.
  • the three-dimensional component is manufactured on this substrate plate.
  • This device comprises a lifting device below the floor of the process chamber, through which the construction cylinder can be moved downwards relative to the floor of the process chamber in order to subsequently replace the swap container containing the component with a fresh swap container.
  • a manufacturing module for the additive manufacturing of components includes a storage container for a base material as well as a construction platform for the additive construction of the component and an excess container for construction material that was not solidified during additive manufacturing. Such a manufacturing module is moved into a manufacturing station. The production module is then raised hydraulically into a working position and, for example, leveled using laser interferometry.
  • an insert is proposed according to WO 2016/055523 A1, which includes a storage container, a construction chamber and a collecting device.
  • This insert can be inserted into a construction chamber attached to the bottom of the process chamber.
  • To control this insert it is necessary that the substrate plate of the build chamber is connected to a lifting drive of the insert and to control the insert it is necessary to control the substrate plate in the build chamber.
  • the assembly of this insert is very complex.
  • this insert is placed on the edge of the construction chamber on the floor of the process chamber. Cross-contamination can occur when changing the insert.
  • the invention is based on the object of proposing an interchangeable container for a process chamber of a device for producing a three-dimensional component and such a device, which enables a reduction in installation space and a reduction in cross-contamination.
  • a swap container which, within its peripheral wall, comprises a storage device with a piston for dispensing the powdery building material, which can be controlled with a piston drive, and a build chamber with a substrate plate for building up the component in layers, which can be controlled with a build chamber drive and a construction platform provided at the upper end of the peripheral wall, each of which has an opening for the storage device, the construction chamber and the collecting device.
  • This swap container has the advantage that it can be exchanged with a swap container in which only one substrate plate can be moved up and down to build up the component in layers.
  • the size of the swap container in which only the substrate plate can be moved up and down, remains with the swap container according to the invention, with the storage device and the construction chamber being arranged in the swap container according to the invention. This enables a reduction in installation space, particularly in the construction chamber be. This means that the amount of construction material required in the construction chamber for the production of components with a small construction volume can be significantly reduced.
  • the interchangeable container includes a collecting device, in particular with a collecting container, for receiving non-solidified building material.
  • the storage device is positioned adjacent or adjacent to the construction chamber.
  • the collecting device is arranged opposite the storage device to the construction chamber and is provided adjacent or adjacent to it. This allows an efficient and economical material change without cross-contamination, since when changing the interchangeable container according to the invention, the storage device and the collecting device are simultaneously removed from the process chamber.
  • the swap container can therefore form a closed unit in which the work surface with the necessary openings for the storage device, the construction chamber and the collecting device are only provided at the upper end. This increases the reduction of contamination.
  • At least one fastening element can be provided on the outer circumference of the peripheral wall of the swap body, which can be connected to the process chamber with a complementary fastening element of the fastening device. This allows for a quick and easy change.
  • the fastening device can be actuated without tools.
  • a plug connection is provided on the peripheral wall at least for the electrical supply of the piston drive and the construction chamber drive.
  • connection interface is advantageously designed as a stepped shoulder with a circumferential seal.
  • the interchangeable container can be positioned flush with the work surface and the bottom of the process chamber.
  • a sealing arrangement can be created so that the powdery building material can be selectively solidified in an inert gas atmosphere within the process chamber.
  • the stepped shoulder is preferably provided at the upper edge of the swap container in such a way that the swap container can be connected to the bottom of the process chamber from below.
  • the piston drive for dispensing the building material from the storage device and the build chamber drive for controlling a lifting movement of the substrate plate in the build chamber can preferably be controlled separately from one another.
  • one motor is provided for each drive.
  • the control can be synchronized by a control device.
  • the two drives are preferably physically separated from one another and in particular are not connected to one another.
  • a spindle drive is advantageously provided between the piston drive and the piston of the storage device and between the build chamber drive and the build platform of the build chamber. This enables a small installation space as well as precise control during an actuating movement, so that even very thin layers of building material can be attached.
  • the length of the opening of the collecting device is greater than the length of the opening of the storage container and the construction chamber in the work surface at the upper end of the Swap container is provided. This makes it possible for the greatest possible proportion of non-solidified building material to be transferred through the leveling device into the collecting device during the production of the three-dimensional component.
  • the peripheral wall of the swap body preferably has a square or rectangular cross section, in which rounded corner regions are provided. This enables a compact design.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a device for producing a three-dimensional component by selectively solidifying a building material applied in layers by means of a jet acting on the building material, in which an interchangeable container according to one of the above embodiments is installed in an opening in the bottom of the process chamber to reduce the installation space can be used.
  • an interchangeable container according to one of the above embodiments is installed in an opening in the bottom of the process chamber to reduce the installation space can be used.
  • a fastening element of a fastening device is assigned to the process chamber and can be connected to the fastening element provided on the swap container. This allows the entire interchangeable container, including the storage device of the construction chamber and the collecting device, to be replaced quickly. It is advantageously provided that the fastening device is designed as a quick-release device. For example, a lever clamping device or rotary clamping device or rotary clamping device or the like can be provided. Screw connections with a star handle can also be used.
  • the fastening device is designed without tools. This makes handling easier when changing the swap bodies.
  • the swap container in a first fastening step can be positioned hanging loosely on the fastening element provided on the process chamber and aligned with the opening in the bottom of the process chamber and subsequently in a second fastening step the connection point of the swap container can be clamped to the opening of the floor.
  • Figure 1 is a perspective view of a device for producing a three-dimensional component
  • Figure 2 is a schematic view from above of a bottom of the process chamber according to the device in Figure 1
  • Figure 3 is a perspective view of a swap body for tree reduction
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the swap body according to Figure 3,
  • Figure 5 is a perspective view of a first fastening step of the interchangeable container to the process chamber
  • Figure 6 is a perspective view of the interchangeable container attached to the process chamber
  • FIG. 7 is a perspective view into the process chamber with the interchangeable container according to Figure 3,
  • Figure 8 is a perspective view of an alternative embodiment of the interchangeable container to Figure 3.
  • Figure 9 is a perspective view into the process chamber with the interchangeable container according to Figure 8.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device 11 for producing three-dimensional components 12 by selectively solidifying a building material applied in layers.
  • a process chamber 16 of this device 11 is shown in detail, and the other components are shown schematically.
  • Figure 2 shows a view from above of the process chamber 16.
  • These devices 11 are also referred to as 3D printing systems, selective laser sintering machines, selective laser melting machines or the like.
  • This device 11 includes a housing 14 in which the process chamber 16 is provided.
  • This process chamber 16 is closed to the outside and is accessible, for example, via a door 24, which preferably includes a safety lock and a handle.
  • This door 24 is provided on a front 23 of the housing 14 and closes an opening 28 in the process chamber 16.
  • a seal 29 is provided around the outside of the opening 28 in order to hermetically seal the process chamber 16.
  • the seal 29 can be provided on the door 24 or the front 23 of the housing 14.
  • a floor 21 is aligned in an XY plane.
  • a construction platform 17 is provided which can be moved relative to this floor 21 and on which the three-dimensional component 12 is produced in layers. This assembly platform 17 can be moved in the Z direction relative to the work surface, which is formed by the floor 21 of the process chamber 16.
  • the construction platform 17 is preferably provided in a swap body 22. Adjacent to the construction platform 17, for example, an overflow container or an overflow slot 19 is provided with a container positioned underneath and preferably removable, in which unneeded or unsolidified construction material 13 is collected. Furthermore, a storage container can be provided, through which fresh building material 13 is provided.
  • This building material 13 can also be fed to the building platform 17 by an application and leveling device 30 and, on the other hand, unneeded or unnecessary building material 13 can be transferred to the overflow container 19.
  • This application and leveling device 30 can also have a metering device for supplying building material 13. In this case the storage container can be omitted.
  • This application and leveling device 30 is moved along a work surface with a drive unit, not shown.
  • the building material 13 preferably consists of a metal or ceramic powder. Other materials suitable for laser melting or laser sintering can also be used.
  • a beam source 15 is provided on the housing 14 or adjacent thereto, such as a laser source.
  • the beam source 15 emits a beam 25, which is deflected onto the work surface, in particular the assembly platform 17, via a beam deflection device 18.
  • the beam deflector 18 can be designed in the form of one or more controllable mirrors, in particular in the form of a scanner.
  • the beam deflection device 18 can also include optical elements for focusing the beam 25.
  • the process chamber 16 is hermetically sealed.
  • a protective gas in particular an inert gas, in order, for example, to avoid oxidation when the building material 13 is melted.
  • a protective gas circulation system 31 is provided for supplying a protective gas and for discharging the process gas, which corresponds to the contaminated protective gas.
  • This protective gas circuit system 31 includes a filter device 36 and a vacuum generating device 37 for generating a gas flow.
  • protective gas is supplied via a delivery line 38 to at least one inlet opening 39, which is arranged in a wall of the process chamber 16.
  • This inlet opening 39 can be provided in a rear wall 59. Alternatively, the inlet opening 39 can also be provided on one or both side walls and/or on the rear wall.
  • a suction device 41 is provided, which is assigned to the opening 28.
  • This suction device 41 includes a suction pipe 42.
  • the suction pipe 42 includes a suction opening 43, which is preferably slot-shaped and is aligned with the assembly platform 17.
  • the process gas sucked in via the suction pipe 42 is led out of the process chamber 16 and fed to the filter device 36 via a suction line 46.
  • the protective gas circulation system 31 generates a protective gas flow according to the arrows 35, which traverses the process chamber 16 above the work surface.
  • a protective gas envelope for the building material 13 can be achieved during the selective solidification of the building material 13 by the jet 25.
  • soot, smoke or other contaminants can occur Dirt particles are sucked in and removed by this protective gas stream 35 via the suction opening 43 of the suction pipe 42.
  • the protective gas stream 35 generated above by the protective gas circulation system 31 is referred to as the primary flow.
  • a secondary flow can also be generated by the protective gas circulation system 31.
  • further inlet openings are preferably provided in a ceiling of the process chamber 16 or in side walls and/or the rear wall of the process chamber 16.
  • the interchangeable container 22 shown in FIG. 1 is preferably arranged so that it can be replaced with the opening 20 in the base 21.
  • a swap container 22 according to FIG. 3 is preferred.
  • a storage device 51 for receiving the powdery building material 13 and a construction chamber 61 for holding the building platform 17 as well as a collecting device 71 for holding non-solidified building material are integrated.
  • This swap body 22 includes a closed peripheral wall 81. At the upper end of the peripheral wall 81, a work surface 82 is provided, which closes the peripheral wall 81.
  • An opening 52 for the storage device 51, an opening 62 for the construction chamber 61 and an overflow slot 19 of the collecting device 71 are provided in the work surface 82.
  • the length of the overflow slot 19 is preferably greater than the length of the openings 52 and 62.
  • the swap container 22 has a bottom 84, in particular a closed bottom, on its underside.
  • the swap container 22 can thus be designed as a closed unit by the peripheral wall 81, the closed base 84 and the working surface 82 arranged opposite at the upper end.
  • At least one fastening element 86 is provided on the outside of the swap body 22. This fastening element 86 is part of a fastening device 87 (FIG. 5), which is preferably provided on the process chamber 16 in order to fix the interchangeable container 22 in an exchangeable manner with the process chamber 16.
  • the swap container 22 has at least one plug connection 89.
  • the plug connection 89 includes at least connection elements for the electrical energy supply.
  • FIG. 3 A schematic sectional view of the interchangeable container 22 according to FIG. 3 is shown in FIG.
  • the storage device 51 comprises a piston 53 that can be moved up and down relative to the opening 52.
  • This piston 53 is preferably guided in a chamber wall 54 so that it can move up and down.
  • a piston drive 55 is provided to control the travel movement of the piston 53. This can be an electric motor or the like.
  • a spindle drive 56 is provided between the piston drive 55 and the piston 53. This allows the overall height of the swap body to be reduced.
  • the construction chamber 61 Adjacent to the storage device 51 and separate therefrom is the construction chamber 61 with the construction platform 17 which can be moved up and down therein.
  • the up and down movement of the construction platform 17 is carried out by a construction chamber drive 64.
  • This spindle drive 65 also serves to reduce the height of the swap body.
  • the piston drive 55 and the construction chamber drive 64 are separate drives. These are controlled independently of each other.
  • the piston drive 55 and the construction chamber drive 64 are preferably mechanically decoupled from one another.
  • the collecting device 71 is provided in the swap container 22. Below the overflow slot 19 there is a collecting container 72 for unsolidified building material 13.
  • the construction chamber 61 is arranged between the storage device 51 and the collecting device 71.
  • the square or rectangular geometry of the piston 53 or the assembly platform 17 are only examples.
  • a connection interface 91 is provided at the upper end of the interchangeable cylinder 22. This connection interface 91 is designed as a stepped shoulder 92. After fixing the swap container 22 in the opening 20 of the base 21, a working surface of the floor 21 is advantageously aligned flush with the work surface 82 of the swap container 22.
  • a circumferential sealing element 93 is also provided in the connection point 91.
  • the fastening device 87 is advantageously designed as a tool-free clamping device. In the exemplary embodiment it is a tension lever or knee tension lever.
  • the fastening device 87 is provided on a holding element 96. This holding element 96 is preferably fixed to an underside of the process chamber 16. This holding element 96 has a web-shaped support section 97.
  • the swap body 22 is placed below the floor 21 on the support section 97 and moved into a position so that the fastening element 86 of the swap body 22 is aligned with the fastening element 95.
  • the swap container 22 can be positioned at the stop so that the connection interface 91 is aligned with the opening 20 in the floor 21.
  • the clamping levers of the fastening device 87 are then actuated and the swap container 22 is inserted from below into the opening 20 of the base 21 and fixed.
  • the sealing element 83 seals the opening 20 in the base 21.
  • the attached arrangement of the swap body 22 or the arrangement of the fastening device 87 in a clamping position is shown in Figure 6.
  • the interchangeable container 22 according to FIG. 6, which is fixed to the bottom 21 of the process chamber 16, is shown in a perspective view from above in FIG.
  • the working surface 82 of the interchangeable container 22 is preferably flush with the working surface of the floor 21 of the process chamber 16.
  • the application and leveling device 30 exclusively distributes and levels the building material 13 in the construction chamber 61, which is output by the storage device 51. This fresh building material 13 is transferred to the building chamber 61. Excess building material 13 is transferred into the collecting device 71 via the overflow slot 19.
  • the working space within the process chamber 16 is therefore within the opening 20 of the base 21. This results in a significant reduction in installation space compared to the embodiment in Figure 2. It is understood that when positioning the interchangeable container 22 according to FIG. 3 relative to the process chamber 16, as shown in FIG. 7, the application and leveling device 30 is only controlled with regard to the leveling function.
  • FIG. 8 shows a perspective view of an alternative embodiment of the swap body 22 to FIG. 3.
  • This swap container 22 according to FIG. 8 corresponds completely to the embodiment of the swap container 22 according to FIG. 3 with the exception that the swap container 22 according to FIG. A collecting device 71 is not provided in the swap body 22.
  • the swap container 22 according to FIG. 8 corresponds in a sectional view to the representation in FIG. 4, with the exception that a closed work surface 82 is provided instead of the overflow slot 19.
  • a collecting container 72 is also not provided.
  • the embodiment of the swap container 22 according to Figure 3 can also be converted into an embodiment according to Figure 8, in which a media-tight closure is inserted into the overflow slot 19, with an upper side of the closure flush with the work surface 82.
  • FIG. 9 shows a perspective view into the process chamber 16 with the swap container 22 according to FIG. 8.
  • the positioning of the interchangeable container 22 to the connection interface 91 in the process chamber 16 as well as the detachment from the connection interface 91 takes place as described for the above Figures 5 to 7.
  • 9 it is provided that the overflow slot 19 in the bottom 21 of the process chamber 16 is opened, so that excess building material 13 or non-solidified building material 13 can be fed by the application and leveling device 30 via the overflow slot 19 to the collecting device 71 positioned underneath is.
  • This embodiment of the interchangeable container 22 exclusively with the storage device 51 and the construction chamber 61 has the advantage that it can be designed in a simplified manner compared to the embodiment in FIGS. 3 and 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wechselbehälter sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials (13) mittels eines auf das Aufbaumaterial (13) einwirkenden Strahles (25), mit einer Umfangswand (81) und einer am oberen Rand der Umfangswand (81) ausgebildeten Anschlussschnittstelle (91) zur Anbindung an einen Boden (21) der Prozesskammer (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselbehälter (22) innerhalb der Umfangswand (81) umfasst: eine Vorratseinrichtung (51) mit einem Kolben (53) zur Ausgabe von pulverförmigem Aufbaumaterial (13), der mit einem Kolbenantrieb (55) ansteuerbar ist, eine Baukammer (61) mit einer Aufbau plattform (17) zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (12), welches mit einem Baukammerantrieb (54) antreibbar ist und eine am oberen Ende der Umfangswand (81) vorgesehene Arbeitsfläche (82), welche jeweils eine Öffnung (52, 62, 19) für die Vorratseinrichtung (51), die Baukammer (61) und die Auffangvorrichtung (71) aufweist.

Description

Wechselbehälter und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils
Die Erfindung betrifft einen Wechselbehälter für eine Prozesskammer einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles sowie eine solche Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensionalen Bauteils.
Aus der DE 10 2017 124 424 Al ist eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer, welche zumindest eine in einer X-/Y-Ebene ausgerichtete Arbeitsfläche aufweist, der ein Bauzylinder auswechselbar zugeordnet ist. In diesem Bauzylinder ist eine Substratplatte mit einem Antrieb verfahrbar angesteuert. Auf dieser Substratplatte wird das dreidimensionale Bauteil hergestellt. Diese Vorrichtung umfasst unterhalb des Bodens der Prozesskammer eine Hubeinrichtung, durch welche der Bauzylinder gegenüber dem Boden der Prozesskammer nach unten verfahren werden kann, um darauffolgend einen Austausch des mit dem Bauteil umfassenden Wechselbehälters durch einen frischen Wechselbehälter durchzuführen.
Aus der DE 10 2017 208 651 Al ist ein Fertigungsmodul für die additive Herstellung von Bauteilen bekannt. Dieses Fertigungsmodul umfasst einen Vorratsbehälter für ein Basismaterial sowie eine Bauplattform für den additiven Aufbau des Bauteils und einen Überschussbehälter für während der additiven Herstellung nicht verfestigtes Aufbaumaterial. Ein solches Fertigungsmodul wird in eine Fertigungsstation eingefahren. Darauffolgend wird das Fertigungsmodul hydraulisch in eine Arbeitsposition angehoben und beispielsweise laserinterferomtrisch ausnivelliert.
Durch die zunehmende Verbreitung der additiven Fertigungsverfahren in der Industrie und den Einsatz in immer neuen Branchen wächst gleichzeitig die Nachfrage nach verschiedenen verfügbaren Materialien. Hierzu ist oftmals ein Materialwechsel ohne Querkontamination sowie die Verarbeitung von kleinen Pulvermengen erforderlich. Zur Verkleinerung eines Bauraums für die Verarbeitung von kleinen Pulvermengen wird gemäß der WO 2016/055523 Al ein Einsatz vorgeschlagen, der einen Vorratsbehälter, eine Baukammer und eine Auffangvorrichtung umfasst. Dieser Einsatz ist in eine am Boden der Prozesskammer befestigten Baukammer einsetzbar. Zur Ansteuerung dieses Einsatzes ist es erforderlich, dass die Substratplatte der Baukammer mit einem Hubantrieb des Einsatzes verbunden wird und zur Ansteuerung des Einsatzes ist die Ansteuerung der Substratplatte in der Baukammer notwendig. Die Montage dieses Einsatzes ist sehr aufwändig. Zudem wird dieser Einsatz am Rand der Baukammer auf den Boden der Prozesskammer aufgesetzt. Beim Wechsel des Einsatzes kann eine Querkontamination entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselbehälter für eine Prozesskammer einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils sowie eine solche Vorrichtung vorzuschlagen, durch welche eine Bauraumreduzierung als auch eine Verringerung einer Querkontamination ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Wechselbehälter gelöst, der innerhalb seiner Umfangswand eine Vorratseinrichtung mit einem Kolben zur Ausgabe des pulverförmigen Aufbaumaterials umfasst, der mit einem Kolbenantrieb ansteuerbar ist sowie eine Baukammer mit einer Substratplatte zum schichtweisen Aufbau des Bauteils umfasst, welches mit einem Baukammerantrieb ansteuerbar ist und eine am oberen Ende der Umfangswand vorgesehenen Aufbauplattform, welche jeweils eine Öffnung für die Vorratseinrichtung, die Baukammer und die Auffangvorrichtung aufweist. Dieser Wechselbehälter weist den Vorteil auf, dass dieser mit einem Wechselbehälter austauschbar ist, in dem nur eine Substratplatte zum schichtweisen Aufbau des Bauteils auf- und abbewegbar ist. Die Größe des Wechselbehälters, in dem ausschließlich die Substratplatte auf- und abbewegbar ist, verbleibt bei dem erfindungsgemäßen Wechselbehälter, wobei in dem erfindungsgemäßen Wechselbehälter die Vorratseinrichtung und die Baukammer angeordnet ist. Dadurch kann eine Bauraumreduzierung, insbesondere in der Baukammer, ermöglicht sein. Somit kann die notwendige Menge von Aufbaumaterial in der Baukammer für die Herstellung von Bauteilen mit kleinem Bauvolumen erheblich reduziert werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wechselbehälter zusätzlich zur Vorratseinrichtung und der Baukammer eine Auffangvorrichtung, insbesondere mit einem Auffangbehälter, zur Aufnahme von nicht verfestigtem Aufbaumaterial umfasst. Vorteilhafterweise ist die Vorratseinrichtung benachbart oder angrenzend an die Baukammer positioniert. Die Auffangvorrichtung ist der Vorratseinrichtung gegenüberliegend zu der Baukammer angeordnet und daran angrenzend oder benachbart vorgesehen. Dadurch kann ein effizienter und wirtschaftlicher Materialwechsel ohne Querkontamination ermöglicht sein, da beim Wechsel des erfindungsgemäßen Wechselbehälters gleichzeitig auch die Vorratseinrichtung als auch die Auffangvorrichtung aus der Prozesskammer entnommen werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass am unteren Ende der Umfangswand des Wechselbehälters ein geschlossener Boden vorgesehen ist. Somit kann der Wechselbehälter eine geschlossene Einheit bilden, bei der lediglich am oberen Ende die Arbeitsfläche mit den notwendigen Öffnungen für die Vorratseinrichtung, die Baukammer und die Auffangvorrichtung vorgesehen sind. Dies erhöht die Verringerung einer Kontamination.
Am Außenumfang der Umfangswand des Wechselbehälters kann zumindest ein Befestigungselement vorgesehen sein, welches mit einem komplementären Befestigungselement der Befestigungseinrichtung mit der Prozesskammer verbindbar ist. Dies ermöglicht einen einfachen und schnellen Wechsel. Vorzugsweise kann die Betätigung der Befestigungseinrichtung werkzeuglos erfolgen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an der Umfangswand ein Steckanschluss zumindest zur elektrischen Versorgung des Kolbenantriebs und des Baukammerantriebs vorgesehen ist. Durch einen solchen Steckanschluss kann eine schnelle Inbetriebnahme des neuen Wechselbehälters nach einem Wechsel ermöglicht sein.
Am oberen Ende des Wechselbehälters, insbesondere benachbart zur Arbeitsfläche des Wechselbehälters, ist vorteilhafterweise eine Anschlussschnittstelle als eine gestufte Schulter mit einer umlaufenden Dichtung ausgebildet. Dadurch kann der Wechselbehälter mit der Arbeitsfläche bündig zu der des Bodens der Prozesskammer positionierbar sein. Gleichzeitig kann eine abdichtende Anordnung geschaffen werden, so dass innerhalb der Prozesskammer ein selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials in einer Inertgasatmosphäre erfolgen kann.
Des Weiteren ist bevorzugt die gestufte Schulter am oberen Rand des Wechselbehälters derart vorgesehen ist, dass der Wechselbehälter von unten an den Boden der Prozesskammer anschließbar ist.
Der Kolbenantrieb zur Ausgabe des Aufbaumaterials aus der Vorratseinrichtung und der Baukammerantrieb zur Ansteuerung einer Hubbewegung der Substratplatte in der Baukammer sind bevorzugt getrennt voneinander ansteuerbar. Beispielsweise ist für jeden Antrieb jeweils ein Motor vorgesehen. Die Ansteuerung kann durch eine Steuerungseinrichtung synchronisiert werden. Die beiden Antriebe sind jedoch bevorzugt körperlich voneinander getrennt und insbesondere nicht miteinander verbunden.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem Kolbenantrieb und dem Kolben der Vorratseinrichtung und zwischen dem Baukammerantrieb und der Aufbauplattform der Baukammer jeweils ein Spindelantrieb vorgesehen. Dieser ermöglicht ein in der Höhe geringen Bauraum sowie eine präzise Ansteuerung bei einer Stellbewegung, so dass auch sehr dünne Schichten von Aufbaumaterial befestigt werden können.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Länge der Öffnung der Auffangvorrichtung größer als die Länge der Öffnung von dem Vorratsbehälter und der Baukammer in der Arbeitsfläche am oberen Ende des Wechselbehälters vorgesehen ist. Dadurch wird ermöglicht, dass ein größtmöglicher Anteil von nicht verfestigtem Aufbaumaterial bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils durch die Nivelliereinrichtung in die Auffangvorrichtung übergeführt werden.
Die Umfangswand des Wechselbehälters weist bevorzugt einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt auf, bei welchem insbesondere gerundete Eckbereiche vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine kompakte Bauform.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles gelöst, bei welchem in einer Öffnung im Boden der Prozesskammer zur Bauraumreduzierung ein Wechselbehälter nach einer der vorstehenden Ausführungsformen einsetzbar ist. Dadurch kann anstelle eines bisherigen Wechselbehälters mit einer Aufbau plattform, dessen Querschnitt das Bauraumvolumen gebildet hat, nunmehr der Wechselbehälter nach einem der vorherigen Ausführungsformen eingesetzt werden. Die Größe des Wechselbehälters, insbesondere im Anschlussbereich für das Positionieren in der Öffnung im Boden der Prozesskammer, ist bevorzugt bei dem erfindungsgemäßen Wechselbehälter als auch dem Wechselbehälter, der ausschließlich eine Aufbauplattform aufnimmt, gleich. Dadurch ist es auch möglich, dass bei einer bestehenden Vorrichtung eine Bauraumreduzierung sowie eine Verringerung der Querkontamination bei einem Materialwechsel ermöglicht wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Prozesskammer zugeordnet ein Befestigungselement einer Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem an dem Wechselbehälter vorgesehenen Befestigungselement verbindbar ist. Dadurch kann ein schneller Austausch des gesamten Wechselbehälters inklusive der Vorratseinrichtung der Baukammer als auch der Auffangvorrichtung erfolgen. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung als eine Schnellspanneinrichtung ausgebildet ist. Beispielsweise kann eine Hebelspannvorrichtung oder Drehspannvorrichtung oder Drehklemmspanneinrichtung oder dergleichen vorgesehen sein. Auch können Schraubverbindungen mit einem Sterngriff eingesetzt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung werkzeuglos ausgebildet ist. Dadurch ist die Handhabung bei einem Wechsel der Wechselbehälter erleichtert.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Befestigungsschritt der Wechselbehälter lose hängend an dem an der Prozesskammer vorgesehenen Befestigungselement und zur Öffnung im Boden der Prozesskammer ausgerichtet positionierbar ist und darauffolgend in einem zweiten Befestigungsschritt die Anschlussstelle des Wechselbehälters mit der Öffnung des Bodens verspannbar ist. Dadurch kann eine gesicherte Montage des Wechselbehälters zum Boden der Prozesskammer ermöglicht sein, da in dem ersten Schritt eine Ausrichtung des Wechselbehälters zur Öffnung erfolgt, bevor diese miteinander zur dichten Anordnung verspannbar sind.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils,
Figur 2 eine schematische Ansicht von oben auf einen Boden der Prozesskammer gemäß der Vorrichtung in Figur 1, Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Wechselbehälters zur Baumreduzierung,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht des Wechselbehälters gemäß Figur 3,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Befestigungsschritts des Wechselbehälters zur Prozesskammer,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht des an der Prozesskammer befestigten Wechselbehälters,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht in die Prozesskammer mit dem Wechselbehälter gemäß Figur 3,
Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Wechselbehälters zu Figur 3, und
Figur 9 eine perspektivische Ansicht in die Prozesskammer mit dem Wechselbehälter gemäß Figur 8.
In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 11 zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen 12 durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials dargestellt. Von dieser Vorrichtung 11 ist eine Prozesskammer 16 detailliert dargestellt, und die weiteren Komponenten sind schematisch dargestellt. Die Figur 2 zeigt eine Ansicht von oben auf die Prozesskammer 16. Diese Vorrichtungen 11 werden auch als 3-D-Drucksysteme, selektive Laser-Sinter- maschinen, selektive Laser-Schmelzmaschinen oder dergleichen, bezeichnet. Diese Vorrichtung 11 umfasst ein Gehäuse 14, in dem die Prozesskammer 16 vorgesehen ist. Diese Prozesskammer 16 ist nach außen geschlossen und beispielsweise über eine Tür 24 zugänglich, die vorzugsweise einen Sicherheitsverschluss und einen Griff umfasst. Diese Tür 24 ist an einer Vorderseite 23 des Gehäuses 14 vorgesehen und schließt eine Öffnung 28 in der Prozesskammer 16. Außen um die Öffnung 28 umlaufend ist eine Dichtung 29 vorgesehen, um die Prozesskammer 16 hermetisch abzuriegeln. Die Dichtung 29 kann an der Tür 24 oder der Vorderseite 23 des Gehäuses 14 vorgesehen sein.
In der Prozesskammer 16 ist in einer X-Y-Ebene ein Boden 21 ausgerichtet. Gegenüber diesem Boden 21 verfahrbar ist eine Aufbau plattform 17 vorgesehen, auf der das dreidimensionale Bauteil 12 schichtweise erzeugt wird. Diese Aufbauplattform 17 kann in Z-Richtung relativ zur Arbeitsfläche, die durch den Boden 21 der Prozesskammer 16 gebildet ist, verfahren werden. Die Aufbauplattform 17 ist bevorzugt in einem Wechselbehälter 22 vorgesehen. Benachbart zur Aufbauplattform 17 ist beispielsweise ein Überlaufbehälter oder ein Überlaufschlitz 19 mit einem darunter positionierten und vorzugsweise abnehmbaren Behälter vorgesehen, in welchem nicht benötigtes oder nicht verfestigtes Aufbaumaterial 13 gesammelt wird. Des Weiteren kann ein Vorratsbehälter vorgesehen sein, durch welchen frisches Aufbaumaterial 13 bereitgestellt wird. Dieses Aufbaumaterial 13 kann auch durch eine Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 zum einen der Aufbauplattform 17 zugeführt und zum anderen nicht benötigtes oder überflüssiges Aufbaumaterial 13 in den Überlaufbehälter 19 übergeführt werden. Diese Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 kann auch eine Dosiereinrichtung zum Zuführen von Aufbaumaterial 13 aufweisen. In diesem Fall kann der Vorratsbehälter entfallen. Diese Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 wird entlang einer Arbeitsfläche mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinheit verfahren.
Das Aufbaumaterial 13 besteht bevorzugt aus einem Metall- oder Keramikpulver. Auch andere für das Laserschmelzen oder das Lasersintern geeignete verwendete Werkstoffe können eingesetzt werden.
Oberhalb der Aufbauplattform 17 ist an dem Gehäuse 14 oder benachbart dazu eine Strahlquelle 15 vorgesehen, wie beispielsweise eine Laserquelle. Die Strahlquelle 15 gibt einen Strahl 25 ab, der über eine Strahlablenkeinrichtung 18 auf die Arbeitsfläche, insbesondere die Aufbauplattform 17, umgelenkt wird. Die Strahlablenkeinrichtung 18 kann in Form eines oder mehrerer ansteuerbaren Spiegel, insbesondere in Form eines Scanners, ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Strahlablenkeinrichtung 18 auch optische Elemente zur Fokussierung des Strahles 25 umfassen.
Die Prozesskammer 16 ist hermetisch abgeriegelt. Diese wird für die Herstellung des dreidimensionalen Bauteils 12 mit einem Schutzgas, insbesondere einem Inertgas, gefüllt, um beispielsweise beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials 13 eine Oxidation zu vermeiden.
Zum Zuführen eines Schutzgases und zum Abführen des Prozessgases, welches dem kontaminierten Schutzgas entspricht, ist ein Schutzgas- Kreislaufsystem 31 vorgesehen. Dieses Schutzgaskreislaufsystem 31 umfasst eine Filtereinrichtung 36 sowie eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 37 zur Erzeugung einer Gasströmung. Ausgehend von der Filtereinrichtung 36 wird Schutzgas über eine Förderleitung 38 zumindest einer Einlassöffnung 39 zugeführt, die in einer Wand der Prozesskammer 16 angeordnet ist. Diese Einlassöffnung 39 kann in einer Rückwand 59 vorgesehen sein. Alternativ kann die Einlassöffnung 39 auch an einer o- der beiden Seitenwänden und/oder an der Rückwand vorgesehen sein.
Zur Absaugung des zugeführten Prozessgases ist eine Absaugeinrichtung 41 vorgesehen, welche der Öffnung 28 zugeordnet ist. Diese Absaugeinrichtung 41 umfasst ein Absaugrohr 42. Das Absaugrohr 42 umfasst eine Einsaugöffnung 43, die vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet ist und zur Aufbauplattform 17 ausgerichtet ist. Das über das Absaugrohr 42 eingesaugte Prozessgas wird aus der Prozesskammer 16 herausgeführt und über eine Absaugleitung 46 der Filtereinrichtung 36 zugeführt.
Durch das Schutzgas-Kreislaufsystem 31 wird ein Schutzgasstrom gemäß den Pfeilen 35 erzeugt, welcher oberhalb der Arbeitsfläche die Prozesskammer 16 durchquert. Dadurch kann eine Schutzgasumhüllung zum Aufbaumaterial 13 während dem selektiven Verfestigen des Aufbaumaterials 13 durch den Strahl 25 erzielt werden. Darüber hinaus kann entstehender Ruß, Schmauch oder sonstige Verunreinigungen oder Schmutzpartikel durch diesen Schutzgasstrom 35 über die Einsaugöffnung 43 des Absaugrohrs 42 eingesaugt und abgeführt werden.
Der vorbeschriebene durch das Schutzgas-Kreislaufsystem 31 erzeugte Schutzgasstrom 35 wird als Primärströmung bezeichnet. Zusätzlich kann durch das Schutzgas-Kreislaufsystem 31 auch eine Sekundärströmung erzeugt werden. Hierzu sind bevorzugt weitere Einlassöffnungen in einer Decke der Prozesskammer 16 oder in Seitenwänden und/oder der Rückwand der Prozesskammer 16 vorgesehen.
Der in Figur 1 dargestellte Wechselbehälter 22 ist vorzugsweise austauchbar zur Öffnung 20 im Boden 21 angeordnet. Zur Reduzierung eines Bauraumvolumens ist bevorzugt ein Wechselbehälter 22 gemäß Figur 3. In diesem Wechselbehälter 22 ist eine Vorratseinrichtung 51 zur Aufnahme des pulverförmigen Aufbaumaterials 13 sowie eine Baukammer 61 zur Aufnahme der Aufbauplattform 17 als auch eine Auffangvorrichtung 71 zur Aufnahme von nicht verfestigtem Aufbaumaterial integriert. Dieser Wechselbehälter 22 umfasst eine geschlossene Umfangswand 81. Am oberen Ende der Umfangswand 81 ist eine Arbeitsfläche 82 vorgesehen, welche die Umfangswand 81 schließt. In der Arbeitsfläche 82 ist eine Öffnung 52 für die Vorratseinrichtung 51, eine Öffnung 62 für die Baukammer 61 sowie ein Überlaufschlitz 19 der Auffangvorrichtung 71 vorgesehen. Bevorzugt ist die Länge des Überlaufschlitzes 19 größer als die Länge der Öffnung 52 und 62 ist. Der Wechselbehälter 22 weist an seiner Unterseite einen Boden 84, insbesondere geschlossenen Boden, auf. Somit kann der Wechselbehälter 22 durch die Umfangswand 81, den geschlossenen Boden 84 und die gegenüber am oberen Ende angeordnete Arbeitsfläche 82 als eine geschlossene Einheit ausgebildet sein. An seiner Außenseite des Wechselbehälters 22 ist zumindest ein Befestigungselement 86 vorgesehen. Dieses Befestigungselement 86 ist Teil einer Befestigungseinrichtung 87 (Figur 5), die bevorzugt an der Prozesskammer 16 vorgesehen ist, um den Wechselbehälter 22 austauschbar zur Prozesskammer 16 zu fixieren. Der Wechselbehälter 22 weist zumindest einen Steckanschluss 89 auf.
Der Steckanschluss 89 umfasst zumindest Anschlusselemente zur elektrischen Energieversorgung.
In Figur 4 ist eine schematische Schnittansicht des Wechselbehälters 22 gemäß Figur 3 dargestellt. Die Vorratseinrichtung 51 umfasst einen relativ zur Öffnung 52 auf- und abbewegbaren Kolben 53. Dieser Kolben 53 ist bevorzugt in einer Kammerwand 54 auf- und abbewegbar geführt. Zur Ansteuerung der Verfahrbewegung des Kolbens 53 ist ein Kolbenantrieb 55 vorgesehen. Hierbei kann es sich um einen elektrischen Motor oder dergleichen handeln. Zwischen dem Kolbenantrieb 55 und dem Kolben 53 ist ein Spindelantrieb 56 vorgesehen. Dadurch kann die Bauhöhe des Wechselbehälters reduziert werden.
Benachbart zur Vorratseinrichtung 51 und getrennt dazu ist die Baukammer 61 mit der darin auf- und abbewegbaren Aufbau plattform 17 vorgesehen. Die Auf- und Abbewegung der Aufbauplattform 17 erfolgt durch einen Baukammerantrieb 64. Dieser treibt wiederum einen Spindelantrieb 65 an. Auch dieser Spindelantrieb 65 dient der Reduzierung der Bauhöhe des Wechselbehälters.
Der Kolbenantrieb 55 und der Baukammerantrieb 64 sind zueinander getrennte Antriebe. Diese sind unabhängig voneinander angesteuert. Der Kolbenantrieb 55 und der Baukammerantrieb 64 sind bevorzugt mechanisch zueinander entkoppelt.
Des Weiteren ist in dem Wechselbehälter 22 die Auffangvorrichtung 71 vorgesehen. Unterhalb des Überlaufschlitzes 19 ist ein Auffangbehälter 72 für nicht verfestigtes Aufbaumaterial 13 vorgesehen.
Zwischen der Vorratseinrichtung 51 und der Auffangvorrichtung 71 ist die Baukammer 61 angeordnet. Die quadratische oder rechteckförmige Geometrie des Kolbens 53 bzw. der Aufbauplattform 17 sind nur beispielhaft. Am oberen Ende des Wechselzylinders 22 ist eine Anschlussschnittstelle 91 vorgesehen. Diese Anschlussschnittstelle 91 ist als eine gestufte Schulter 92 ausgebildet. Nach dem Fixieren des Wechselbehälters 22 in der Öffnung 20 des Bodens 21 ist eine Arbeitsfläche des Bodens 21, vorteilhafterweise bündig zu der Arbeitsfläche 82 des Wechselbehälters 22 ausgerichtet. In der Anschlussstelle 91 ist des Weiteren ein umlaufendes Dichtungselement 93 vorgesehen.
Der Wechsel eines Wechselbehälters 22 zur Prozesskammer 16 wird nachfolgend anhand den Figuren 5 und 6 beschrieben. Die Befestigungseinrichtung 87 ist vorteilhafterweise als eine werkzeuglose Spanneinrichtung ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Spannhebel oder Kniespannhebel. Die Befestigungseinrichtung 87 ist an einem Halteelement 96 vorgesehen. Dieses Halteelement 96 ist bevorzugt an einer Unterseite der Prozesskammer 16 fixiert. Dieses Halteelement 96 weist ein stegförmigen Auflageabschnitt 97 auf. In einem ersten Befestigungsschritt wird der Wechselbehälter 22 unterhalb dem Boden 21 auf den Auflageabschnitt 97 aufgesetzt und in eine Position verschoben, so dass das Befestigungselement 86 des Wechselbehälters 22 zum Befestigungselement 95 ausgerichtet ist. Gleichzeitig kann der Wechselbehälter 22 auf Anschlag positioniert sein, so dass die Anschlussschnittstelle 91 zur Öffnung 20 im Boden 21 ausgerichtet ist. Darauffolgend werden die Spannhebel der Befestigungseinrichtung 87 betätigt und der Wechselbehälter 22 von unten in die Öffnung 20 des Bodens 21 eingeführt und fixiert. Dabei findet gleichzeitig durch das Dichtungselement 83 eine Abdichtung der Öffnung 20 im Boden 21 statt. Die befestigte Anordnung des Wechselbehälters 22 bzw. die Anordnung der Befestigungseinrichtung 87 in einer Spannposition ist in Figur 6 dargestellt.
Der zum Boden 21 der Prozesskammer 16 fixierte Wechselbehälter 22 gemäß Figur 6 ist in einer perspektivischen Ansicht von oben in Figur 7 dargestellt. Die Arbeitsfläche 82 des Wechselbehälters 22 ist vorzugsweise bündig zur Arbeitsfläche des Bodens 21 der Prozesskammer 16. Durch die Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 erfolgt ausschließlich die Verteilung und Nivellierung des Aufbaumaterials 13 in der Baukammer 61, welches durch die Vorratseinrichtung 51 ausgegeben wird. Dieses frische Aufbaumaterial 13 wird in die Baukammer 61 übergeführt. Überschüssiges Aufbaumaterial 13 wird über den Überlaufschlitz 19 in die Auffangvorrichtung 71 übergeführt. Der Arbeitsraum innerhalb der Prozesskammer 16 liegt somit innerhalb der Öffnung 20 des Bodens 21. Dadurch ist eine deutliche Bauraumreduzierung gegenüber der Ausführungsform in Figur 2 gegeben. Es versteht sich, dass bei der Positionierung des Wechselbehälters 22 gemäß Figur 3 zur Prozesskammer 16, wie dies in Figur 7 dargestellt ist, die Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 nur hinsichtlich der Nivellierfunktion angesteuert wird.
In Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Wechselbehälters 22 zu Figur 3 dargestellt. Dieser Wechselbehälter 22 gemäß Figur 8 entspricht vollumfänglich der Ausführungsform des Wechselbehälters 22 gemäß Figur 3 mit der Ausnahme, dass der Wechselbehälter 22 gemäß Figur 8 ausschließlich eine Vorratseinrichtung 51 und eine Baukammer 61 umfasst. Eine Auffangvorrichtung 71 ist in dem Wechselbehälter 22 nicht vorgesehen.
Im Hinblick auf den konstruktiven Aufbau des Wechselbehälters 22 kann auf die vorstehende Beschreibung zu den Figuren 3 bis 7 Bezug genommen werden. Der Wechselbehälter 22 gemäß Figur 8 entspricht in einer Schnittansicht der Darstellung in Figur 4 mit der Ausnahme, dass anstelle des Überlaufschlitzes 19 eine geschlossene Arbeitsfläche 82 vorgesehen ist. Ein Auffangbehälter 72 ist auch nicht vorgesehen.
Die Ausführungsform des Wechselbehälters 22 gemäß Figur 3 kann auch in eine Ausführungsform gemäß Figur 8 übergeführt werden, in dem ein mediendichter Verschluss in den Überlaufschlitz 19 eingesetzt wird, wobei eine Oberseite des Verschlusses bündig mit der Arbeitsfläche 82 schließt.
In Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht in die Prozesskammer 16 mit dem Wechselbehälter 22 gemäß Figur 8 dargestellt. Das Positionieren des Wechselbehälters 22 zur Anschlussschnittstelle 91 in der Prozesskammer 16 als auch das Lösen von der Anschlussschnittstelle 91 erfolgt wie dies zu vorstehenden Figuren 5 bis 7 beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform gemäß Figur 9 ist vorgesehen, dass der Überlaufschlitz 19 in dem Boden 21 der Prozesskammer 16 geöffnet ist, sodass überschüssiges Aufbaumaterial 13 bzw. nicht verfestigtes Aufbaumaterial 13 durch die Auftrags- und Nivelliereinrichtung 30 über den Überlaufschlitz 19 der darunter positionierten Auffangvorrichtung 71 zuführbar ist. Diese Ausführungsform des Wechselbehälters 22 ausschließlich mit der Vorratseinrichtung 51 und der Baukammer 61 weist den Vorteil auf, dass dieser gegenüber der Ausführungsform in Figur 3 und 4 vereinfacht ausgebildet sein kann.

Claims

Ansprüche Wechselbehälter für eine Prozesskammer (16) einer Vorrichtung (11) zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials (13) mittels eines auf das Aufbaumaterial (13) einwirkenden Strahles (25),
- mit einer Umfangswand (81) und einer am oberen Rand der Umfangswand (81) ausgebildeten Anschlussschnittstelle (91) zur Anbindung an einen Boden (21) der Prozesskammer (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselbehälter (22) innerhalb der Umfangswand (81) umfasst:
- eine Vorratseinrichtung (51) mit einem Kolben (53) zur Ausgabe von pulverförmigem Aufbaumaterial (13), der mit einem Kolbenantrieb (55) ansteuerbar ist,
- eine Baukammer (61) mit einer Aufbau plattform (17) zum schichtweisen Aufbau des Bauteils (12), welches mit einem Baukammerantrieb (54) antreibbar ist, und
- eine am oberen Ende der Umfangswand (81) vorgesehene Arbeitsfläche (82), welche jeweils eine Öffnung (52, 62, 19) für die Vorratseinrichtung (51), die Baukammer (61) und die Auffangvorrichtung (71) aufweist. Wechselbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratseinrichtung (51) und die Baukammer (61) benachbart oder aneinander grenzend positioniert sind und der Vorratseinrichtung (51) gegenüberliegend und zu der Baukammer (61) benachbart oder daran angrenzend eine Auffangvorrichtung (71), insbesondere mit einem Auffangbehälter (72), zur Aufnahme von nicht verfestigtem Aufbaumaterial (13) vorgesehen ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende der Umfangswand (81) ein Boden (84), insbesondere geschlossener Boden (84), vorgesehen ist. Wechselbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang der Umfangswand (81) zumindest ein Befestigungselement (86) vorgesehen ist, welches mit einem weiteren Befestigungselement (95) einer Befestigungseinrichtung (87) an der Prozesskammer (16) auswechselbar fixiert ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschnittstelle (91) als eine gestufte Schulter (92) mit einem umlaufenden Dichtelement (93) ausgebildet ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschnittstelle (91) von unten an die Öffnung (20) des Bodens (21) der Prozesskammer (16) anschließbar ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfangswand (81) ein Steckanschluss (89) zumindest zur elektrischen Versorgung des Kolbenantriebs (55) und/oder des Baukammerantriebs (64) vorgesehen ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenantrieb (55) und der Baukammerantrieb (64) getrennt voneinander ansteuerbar sind. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenantrieb (55) und dem Kolben (53) und zwischen dem Baukammerantrieb (64) und der Aufbauplattform (17) jeweils ein Spindelantrieb (56, 65) vorgesehen ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Überlaufschlitzes (19) der Auffangvorrichtung (71) größer als die Länge der Öffnung (52) der Vorratseinrichtung (51) und die Öffnung (62) der Baukammer (61) ist. Wechselbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (81) einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt, vorzugsweise mit gerundeten Eckbereichen, aufweist. Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials (13) mittels eines auf das Aufbaumaterial (13) einwirkenden Strahles (15)
- mit einer Prozesskammer (16), welche einen Boden (21) umfasst, der eine in X-/Y-Ebene ausgerichtete Arbeitsfläche aufweist,
- mit einem Wechselbehälter (22), der in einer Öffnung (20) in der Arbeitsfläche des Bodens (21) positionierbar ist,
- mit einer Nivelliereinrichtung (30), welche entlang der Arbeitsfläche des Bodens (21) verfahrbar ist und pulverförmiges Aufbaumaterial (13) einer Aufbauplattform (17) im Wechselbehälter (22) zuführt, mit einem Schutzgas-Kreislaufsystem (31), welches ein Prozessgas der Prozesskammer (16) zuführt und kontaminiertes Prozessgas aus der Prozesskammer (16) absaugt, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wechselbehälter (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, und
- dass der Wechselbehälter (22) in der Öffnung (20) des Bodens (21) der Prozesskammer (16) zur Bauraumreduzierung positionierbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesskammer (16) zugeordnet ein Befestigungselement (95) der Befestigungseinrichtung (87) vorgesehen ist, welches mit dem Befestigungselement (86) an dem Wechselbehälter (22) verbindbar ist und den Wechselbehälter (22) in einer Arbeitsposition zum Boden (21) der Prozesskammer (16) lösbar fixiert. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (87) als eine Schnellspanneinrichtung ausgebildet ist und vorzugsweise an der Prozesskammer (16) befestigt ist. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (87) werkzeuglos betätigbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselbehälter (22) in einem ersten Befestigungsschritt durch das daran angeordnete Befestigungselement (86) lose hängend zu dem an der Prozesskammer (16) angeordneten Befestigungselement (95) und zur Öffnung (20) des Bodens
(21) ausgerichtet positionierbar ist und in einem zweiten Befestigungsschritt die Anschlussschnittstelle (91) des Wechselbehälters
(22) mit der Öffnung (20) des Bodens (21) verspannbar ist.
PCT/EP2023/063824 2022-06-07 2023-05-23 Wechselbehälter und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils WO2023237334A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022114262.0 2022-06-07
DE102022114262.0A DE102022114262A1 (de) 2022-06-07 2022-06-07 Wechselbehälter und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023237334A1 true WO2023237334A1 (de) 2023-12-14

Family

ID=86688698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/063824 WO2023237334A1 (de) 2022-06-07 2023-05-23 Wechselbehälter und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022114262A1 (de)
WO (1) WO2023237334A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016055523A1 (en) 2014-10-07 2016-04-14 Renishaw Plc A module for additive manufacturing apparatus
WO2018202305A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Eos Gmbh Electro Optical Systems Wechselkammer für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102017208651A1 (de) 2017-05-22 2018-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Fertigungsmodul für die additive Herstellung
WO2019020340A1 (de) * 2017-07-28 2019-01-31 Eos Gmbh Electro Optical Systems Hubsystem für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102017124424A1 (de) 2017-10-19 2019-04-25 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Hubeinrichtung für einen Bauzylinder in einer Maschine, Maschine zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mit einer Hubeinrichtung sowie Verfahren zur Ansteuerung der Hubeinrichtung
US20190263064A1 (en) * 2018-02-28 2019-08-29 Sintratec Ag Additive Manufacturing Device Comprising a Replaceable Raw Material Processing Unit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009036153A1 (de) 2009-08-05 2011-02-17 Modellbau Robert Hofmann Gmbh Vorrichtung zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile
DE102010050359B4 (de) 2010-11-05 2013-04-18 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten
DE102015222104A1 (de) 2015-11-10 2017-05-11 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016055523A1 (en) 2014-10-07 2016-04-14 Renishaw Plc A module for additive manufacturing apparatus
US20170239725A1 (en) * 2014-10-07 2017-08-24 Renishaw Plc A module for additive manufacturing apparatus
WO2018202305A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Eos Gmbh Electro Optical Systems Wechselkammer für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102017208651A1 (de) 2017-05-22 2018-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Fertigungsmodul für die additive Herstellung
WO2019020340A1 (de) * 2017-07-28 2019-01-31 Eos Gmbh Electro Optical Systems Hubsystem für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102017124424A1 (de) 2017-10-19 2019-04-25 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Hubeinrichtung für einen Bauzylinder in einer Maschine, Maschine zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen mit einer Hubeinrichtung sowie Verfahren zur Ansteuerung der Hubeinrichtung
US20190263064A1 (en) * 2018-02-28 2019-08-29 Sintratec Ag Additive Manufacturing Device Comprising a Replaceable Raw Material Processing Unit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022114262A1 (de) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10158169B4 (de) Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung von Bauteilen aus Pulverteilchen
EP1514622B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formkörpers
DE19846478C5 (de) Laser-Sintermaschine
EP2164658B1 (de) Verfahren zum herstellen dreidimensionaler bauteile
DE102011075748B4 (de) Vorrichtung zur aufeinander folgenden Herstellung von Formkörpern durch schichtweises Aufbauen aus Werkstoffpulver
WO2019086231A1 (de) Deckelanordnung für eine maschine sowie maschine und verfahren zur herstellung von dreidimensionalen bauteilen
DE102015005780B4 (de) Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten
EP3131740A1 (de) Steuereinheit, vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
WO2017045660A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellen dreidimensionaler formteile
EP1517779A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum herstellen von dreidimensionalen objekten mittels eines generativen fertigungsverfahrens
WO2018202307A1 (de) Wechselkammer für eine vorrichtung und ein verfahren zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE202013009787U1 (de) Anlage mit einer Werkstückerzeugungssektion
EP1330349A1 (de) Vorrichtung zum sintern, abtragen und/oder beschriften mittels elektromagnetischer gebündelter strahlung
WO2008049384A1 (de) Vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objektes
EP3328619B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE102007018601A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten
DE102019130951A1 (de) Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von prozessiertem pulverförmigen Aufbaumaterial sowie Rückgewinnungseinrichtung und Kartusche für eine solche Rückgewinnungseinrichtung
DE102013227010A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit magnetischer Bauunterlagenbefestigung
DE102017108080A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Entpacken eines durch schichtweises Auftragen hergestellten Objekts
DE102015222104A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102017213078A1 (de) Hubsystem für eine Vorrichtung und ein Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102015010390A1 (de) Anlage zur generativen Fertigung dreidimensionaler Strukturen
DE102019215745A1 (de) Bearbeitungseinrichtung
WO2023237334A1 (de) Wechselbehälter und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen bauteils
DE202009002974U1 (de) Bearbeitungsmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23728337

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1