DE102007018601A1

DE102007018601A1 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE102007018601A1
Application number: DE102007018601A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: DE102007018601B4; WO2008128502A2; WO2008128502A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 8 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse 3, einem darin untergebrachten Baubehälter 4, in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes 2 mit einem Träger 6 angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung 7 zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials 8 auf die Tragevorrichtung 5 oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung 9 zur Zuführung des Aufbaumaterials 8 und einer Bestrahlungsvorrichtung 10 zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials 8 an den dem jeweiligen Quersc das Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 einen Gehäuseabschnitt I aufweist, in dem sich der Baubehälter 4 während des Bauprozesses befindet, sowie eine Entnahmestation 12 und ein Handhabungsbereich 11 vorgesehen sind, wobei in der durch das Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 einschließlich des Handhabungsbereichs 11 abgedichteten Schutzgasatmosphäre eine Fördereinrichtung 13 angeordnet ist, die eingangsseitig E ein durch Eingriff in den Handhabungsbereich 11 manuell oder mittelbar durch eine eine Wand 37 des Handhabungsbereichs 11 durchgreifende Bedienvorrichtung 35 führbares Förderelement 14 aufweist und die ausgangsseitig A zumindest temporär mit wenigstens einem Dosier- oder Vorratsbehälter 15, 16 ...

Description

Die Erfindung/Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse, einem darin untergebrachten Baubehälter, in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem Träger angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht. Ferner weist die Vorrichtung eine Dosiereinrichtung zur Zuführung des Aufbaumaterials und eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen auf. Das Gehäuse der Vorrichtung ist mit einem Gehäuseabschnitt, in dem sich der Baubehälter während des Bauprozesses befindet, sowie mit einer Entnahmestation und einem Handhabungsbereich versehen.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Metallpulver mittels Laserstrahlung bekannt. Derartige Vorrichtungen können – wie aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 057 866 A1 bekannt – mehrere Gehäuseabschnitte aufweisen, wobei ein erster Gehäuseabschnitt einen Bauraum aufnimmt, während ein weiterer Gehäuseabschnitt als Entnahmestation ausgebildet ist. Darüber hinaus ist beschrieben, daß über der Entnahmeöffnung eine Glove-Box aufgesetzt werden kann, wodurch sowohl im ersten als auch im zweiten Gehäuseabschnitt eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten werden kann.
Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß ein einfaches, schnelles und sicheres Pulverhandling innerhalb der Fertigungsmaschine, d. h. innerhalb eines mit Schutzgas gefüllten Raumes ermöglicht wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung eine einfache Umbestückung des Baumaterials zu ermöglichen und dem Bediener einer derartigen Maschine dabei einen hohen Bedienkomfort einzuräumen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–34.
Als Kern der Erfindung/Neuerung wird es angesehen, daß in der durch das Gehäuse der Vorrichtung einschließlich des Handhabungsbereichs abgedichteten Schutzgasatmosphäre eine Fördereinrichtung angeordnet ist, die eingangsseitig ein durch Eingriff in den Handhabungsbereich manuell führbares Förderelement aufweist und die ausgangsseitig zumindest temporär mit wenigstens einem Vorrats- und/oder Dosierbehälter der Vorrichtung verbunden und/oder oberhalb eines Vorrats- oder Dosierbehälters angeordnet ist, der innerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet ist. Eine derartige Fördereinrichtung innerhalb der Schutzgasatmosphäre kann einerseits dazu verwendet werden, um über die Eingangsseite der Fördereinrichtung gezielt Pulver aus einem Vorratsbehälter zu entnehmen und auf einfache Weise dem Dosierbehälter zuzuführen. Auf der anderen Seite kann die Eingangsseite der Fördereinrichtung zum komfortablen Entfernen von Baumaterialrückständen von der Tragevorrichtung bzw. von den nach dem Bauprozeß an dem Objekt liegenden oder anhaftenden Baumaterialresten verwendet werden. Das über die Fördereinrichtung gesammelte Baumaterial kann entweder über eine abgeschlossene Verbindung oder durch Anordnen der Ausgangsseite der Fördereinrichtung oberhalb eines Vorrats- oder Dosierbehälters in diesen gefördert werden. Dabei befindet sich das Baumaterial stets innerhalb einer Schutzgasatmosphäre.
Der Handhabungsbereich kann sowohl ein maschinelles Förderelement, als auch eine Glove-Box umfassen. Insbesondere die Verwendung einer Glove-Box ermöglicht es der Bedienperson, auf unproblematische Weise unmittelbar manuell in den Handhabungsbereich einzugreifen und dabei die Schutzgasatmosphäre nicht negativ zu beeinflussen. Auch ist die Verwendung von außerhalb des Handhabungsbereiches bedienbaren Bedienvorrichtungen zur Führung des Förderelementes, wie beispielsweise Greifarmen, allein für sich oder in Kombination mit einer Glove-Box für den Handhabungsbereich sinnvoll, da dies eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ohne negative Beeinflussung der Schutzgasatmosphäre und ohne eine Kontamination des Maschinenbedieners ermöglicht.
Gerade im Hinblick auf immer feiner werdendes Verarbeitungsmaterial ist der Gesundheitsschutz des Maschinenbedieners durch dessen Isolierung vor dem Pulver ein großer Vorteil.
Besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Fördereinrichtung als Absaugeinrichtung und/oder das Förderelement als Absaugelement auszubilden. Insbesondere das Absaugen ermöglicht ein einfaches Handling des Baumaterials, so kann über ein beispielsweise manuell über den Baubereich eines fertiggestellten Objektes geführtes Absaugelement, das am Objekt anhaftende oder aufliegende restliche Baumaterial leicht abgesaugt und in einen Vorrats- oder Dosierbehälter gefördert werden. Vor allem bei einem in seiner Dimensionierung klein ausgebildeten Absaugelement wird es ermöglicht auch in schwer zugänglichen Bereichen eines fertiggestellten Objektes dortiges Restbaumaterial zu entfernen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, im Bereich des Handhabungsbereiches oder eines daran angrenzenden Gehäuseabschnittes eine Entnahmeschleuse anzuordnen, die nach einem Entnahmevorgang mit Schutzgas befüllbar ist. So ist es z. B. möglich, das fertiggestellte auf dem Träger befindliche Objekt aus einem ersten Gehäuseabschnitt in einen zweiten Gehäuseabschnitt (Handhabungsbereich) zu überführen von dem aus das Objekt von dem restlichen Baumaterial befreit werden kann und durch den Eingriff einer Bedienperson über die Glove-Box oder einer maschinellen Fördereinrichtung in eine im Nahbereich des Handhabungsbereiches angeordnete Entnahmeschleuse eingebracht werden kann. Durch die Entnahmeschleuse kann das fertige Bauobjekt ohne Beeinflussung der Inertgasatmosphäre der restlichen Vorrichtung aus dieser entnommen werden. Auch wird durch die Entnahmeschleuse das kontaminationsfreie Arbeiten unterstützt, da die Bedienperson lediglich das bereits vom Restpulver befreite, fertige Bauteil entnehmen muß.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schleusenkammer und/oder der Handhabungsbereich mit einer elektronischen Verriegelung derart versehen, daß eine Öffnung ausschließlich nach Abschluß des Bauvorganges erfolgen kann. Dadurch soll verhindert werden, daß während des Bauprozesses eventuelle Fehler, die aus einer Fehlbedienung der Schleusenkammer resultieren könnten, von vornherein ausgeschlossen werden.
Um die in der Vorrichtung eingeschlossene Inertgasatmosphäre in einem definierten Qualitätsbereich halten zu können, ist es von Vorteil innerhalb des Gehäuses einen Rest O₂ Analysator anzuordnen, der einen Start des Bauvorganges solange unterbindet, bis innerhalb der Inertgasatmosphäre der Rest O₂ Gehalt unter einem vorgebbaren Schwellenwert abgesunken ist.
Im weiteren wird vorgeschlagen eine Mehrzahl von Vorratsbehältern innerhalb der Schutzgasatmosphäre anzuordnen, deren Inhalt entweder unmittelbar oder durch die Fördereinrichtung in die Dosierkammer überführbar ist. Durch die Mehrzahl der Vorratsbehälter ist es möglich sowohl in seiner Partikelgröße, als auch in seiner Materialzusammensetzung unterschiedliches Baumaterial ohne Beeinflussung der Schutzgasatmosphäre der Vorrichtung in eine Dosierkammer zu überführen, dies kann entweder händisch über die Glove-Box geschehen, als auch über spezielle maschinelle Fördereinrichtungen, insbesondere einer Absaugeinrichtung, deren Endbereich entsprechend Baumaterial zu einer Dosierkammer transportiert. Es wäre auch denkbar, in einem ersten Vorratsbehälter neues unbenutztes Baumaterial zu lagern und in einem weiteren Vorratsbehälter bereits verwendetes aus einem vorhergehenden Bauprozeß abgesaugtes nicht verbackenes Baumaterial zu lagern und mittels einer Fördereinrichtung mit zwei Eingängen ein gezieltes Mischverhältnis aus bereits schon mal verwendeten Baumaterial und „frischem" Baumaterial aus den Vorratsbehältern abzusaugen und diese in eine Dosierkammer zu überführen, um homogene Materialeigenschaften des Baumaterials zu erreichen, trotz der Verwendung von bereits verwendetem Baumaterial.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Baumaterial aus pulverartigem Material und ist innerhalb einer Mehrzahl von Vorratsbehältern gelagert, wobei in unterschiedlichen Vorratsbehältern unterschiedliche Baumaterialien bevorratet sind. Zur besseren Befüllung der Vorratsbehälter ist es zweckmäßig, diese mit abnehmbaren Abdeckhauben zu versehen, wobei wenigstens eine Abdeckhaube zumindest eine Öffnung aufweist, die mit einem an der Ausgangsseite der Fördereinrichtung angeordneten Abführschlauchende korrespondiert. Dies ermöglicht es, die Vorratsbehälter schnell zu befüllen, ohne eine Verwirbelung in dem übrigen Raum des Handhabungsbereiches zu erzeugen.
Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Absaugeinrichtung als Zyklon ausgebildet ist. Mit der Verwendung eines Fliehkraftabscheiders als wesentlichen Bestandteil der Absaugeinrichtung wird es ermöglicht auf einfache Weise eine Absonderung der in den Absauggut enthaltenen festen oder gegebenenfalls flüssigen Partikeln zu erreichen.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist das manuell führbare Absaugelement als Sauglanze ausgebildet. Eine derartige Sauglanze kann schlank gebaut sein und neben der Absaugung simultan oder versetzt zu dieser den Absaugbereich mit einem Gasstrom beaufschlagen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Sauglanze mit beispielsweise einer Düse nahe ihrer Absaugöffnung versehen ist. Durch das von der Sauglanze ausströmende Gas kann eine lokale Verwirbelung im Absaugbereich erreicht werden, bei der das Baumaterial aufgewirbelt wird und damit leichter durch die Absaugöffnung der Sauglanze vom Absaugbereich abführbar ist.
Bevorzugt ist an der Ausgangsseite der Fördereinrichtung eine Siebeinrichtung angeordnet, die beispielsweise mit einem Rüttelsieb ausgestattet ist. Dabei kann das Filtrat des Rüttelsiebs in einem separaten Behälter gesammelt werden. Die Siebeinrichtung dient dazu das abgeforderte Baumaterial zu klassieren und dem aus der Fördereinrichtung wieder in den Bauprozeß zugeführten Baumaterial eine definierte maximale Korngröße zuzuordnen. Es soll somit vermieden werden, daß teilweise verbackenes Baumaterial (Klumpen) nicht wieder in einen Dosier- oder Vorratsbehälter gefördert wird.
Im Zusammenhang mit der Verwendung eines Zyklons für die Fördereinrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein Entleermodul an der Ausgangsseite des Zyklons anzuordnen, in dem angesaugtes Material gesammelt und phasenweise entleert wird. Dies birgt den Vorteil, daß nicht konstant geringe Mengen an abgesaugtem und durch den Zyklon gefördertes Material in die Vorrats- und Dosierbehälter transportiert wird und damit in den Dosier- und Vorratsbehältern eine gewisse konstante Verwirbelung erzeugt, sondern phasenweise eine größere Menge an abgesaugtem Material Dosier- und Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wodurch die Verwirbelungen zeitlich begrenzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, die Fördereinrichtung an oder in einer Deckplatte des Handhabungsbereichs anzuordnen. Durch die Fixierung der Fördereinrichtung an oder in einer Deckplatte des Handhabungsbereiches werden störende Fixierungselemente im unteren Bereich des Handhabungsbereichs, der für das Handling des Baumaterials entscheidend ist, vermieden. Eine weitere vorteilhafte bauliche Maßnahme ist es, das Antriebselement der Fördereinrichtung außerhalb der Schutzgasatmosphäre anzuordnen.
Im Sinne einer Zusatzfunktion kann es vorgesehen sein, daß der erste Gehäuseabschnitt, in dem sich der Baubehälter während des Bauprozesses befindet, von einem zweiten Gehäuseabschnitt durch eine gasdichte Wandung trennbar ist, die zum Überführen des Baubehälters vom ersten Gehäuseabschnitt in den zweiten Gehäuseabschnitt geöffnet werden kann, wobei an dem zweiten Gehäuseabschnitt der Handhabungsbereich angeordnet ist. Diese zumindest in einer Endlage gasdichte mobile Wandung kann in an sich bekannter Weise bewegt und/oder geteilt und wieder zusammengefügt werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, im ersten Gehäuseabschnitt eine vom zweiten Gehäuseabschnitt unterschiedliche Schutzgasatmosphäre vorzufinden. Dies wird dadurch erreicht werden, daß die beiden Gehäuseabschnitte derart voneinander gasdicht trennbar sind und gegebenenfalls über entsprechende Schleusenabschnitte an ihren Schnittstellen verfügen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dosierbehälter zusammen mit dem Baubehälter in den Entnahmebereich verfahrbar ist. Durch die Kopplung des Dosierbehälters mit dem Baubehälter – beispielsweise als Modul – und die gemeinsame Anordnung zumindest in einer Endlage beispielsweise in der Entnahmeposition kann auf einfache Weise von der Bedienperson sowohl der Dosierbehälter, als auch der Baubehälter von dem Restbaumaterial befreit werden. Dies läßt sich dadurch weiter verbessern, daß das Förderelement der Fördereinrichtung zur Entleerung des Dosierbehälters ausgebildet ist. Eine gezielte Ausbildung des Förderelementes zur Entleerung des Dosierbehälters wäre beispielsweise eine im Falle einer Absaugeinrichtung eine zur Entleerung des Dosierbehälters temporär zuschaltbare, verstärkte Absaugleistung des Förderelementes bzw. der Sauglanze, die es ermöglicht innerhalb kürzester Zeit auch größere Mengen an Baumaterial aus einem Dosierbehälter – da in diesem in der Regel größere Mengen an Baumaterial bevorratet sind – abzutransportieren.
Die Handhabung von dem beispielsweise pulverartigen Baumaterial im Bereich der Vorratsbehälter läßt sich dadurch positiv beeinflussen, daß im Öffnungsbereich der Vorratsbehälter durch Vibrationselemente anregbare Rampen angeordnet sind. Im Öffnungsbereich der Vorratsbehälter liegendes Baumaterial wird zum einen durch die schiefe Ebene der Rampe, als auch durch deren Vibration eine zusätzliche Beförderung von Baumaterial in die Vorratsbehälter ermöglicht.
Die Bewegung des Baubehälters im ersten und im zweiten Gehäuseabschnitt und wieder zurück geschieht vorzugsweise automatisch.
Um die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter zu erhöhen, ist es von Vorteil, einen dritten Gehäuseabschnitt vorzusehen, in dem zumindest temporär ein zweiter Baubehälter angeordnet ist, der vorübergehend in den Entnahmebereich überführt werden kann. Damit wird es ermöglicht, beispielsweise innerhalb einer Vorrichtung zwei Baubereiche und einen Entnahmebereich anzuordnen, wobei der Entnahmebereich sowohl zur Entnahme von fertigen Bauteilen des ersten als auch des dritten Gehäuseabschnittes verwendet werden kann. Da der Bauprozeß im Vergleich zu dem Entnahmeprozeß mehr Zeit benötigt, kann mit der beispielhaften Vorrichtung in einem ersten Gehäuseabschnitt ein erstes Objekt gebaut werden, während ein weiteres Objekt, das aus der im dritten Gehäuseabschnitt aufgebaut wurde, im zweiten Gehäuseabschnitt entnommen werden kann.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Handhabungsbereich und/oder die Scanneinheit der Bestrahlungsvorrichtung auf einer gemeinsamen oder gesonderten Schiebeführung der Bestrahlungsvorrichtung über dem/den Baubehälter(n) verfahrbar angeordnet ist. Somit ist es möglich, ohne den Baubehälter bewegen zu müssen, das in ihm aufgebaute Objekt durch Fortbewegen der Scannereinheit und anschließendem Anordnen des Handhabungsbereiches das Objekt durch den Handhabungsbereich zu bearbeiten, von Restmaterial zu befreien und/oder über eine Schleuse aus der Vorrichtung zu entnehmen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Vorrichtung mit einem Faserlaser und/oder einem Scheibenlaser zu betreiben, wobei der Laser vorzugsweise über Glasfaserkabel zumindest abschnittsweise geführt wird. Durch die Führung des Lasers über Glasfaserkabel wird in der Konstruktion und Anordnung der verschiedenen Komponenten der Vorrichtung mehr Gestaltungsfreiheit eingeräumt, da beispielsweise der Laser an einem beliebigen Ort angeordnet und der von ihm ausgesendete Strahl über das Glasfaserkabel geleitet werden kann.
Die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung sind nahezu beliebig mehrfach vorsehbar, so kann beispielsweise die Vorrichtung wenigstens zwei Handhabungsbereiche und/oder wenigstens zwei Scanneinheiten aufweisen. Dadurch wird es ermöglicht, mehrere Bauprozesse und/oder mehrere Bearbeitungs- bzw. Entnahmephasen gleichzeitig auszuführen. Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn die wenigstens zwei Handhabungsbereiche und/oder die wenigstens zwei Scanneinheiten relativ zu den Baubehältern drehbar gelagert sind, quasi nach Art eines Revolvers über den Baubehältern rotieren.
Um den Aufbauprozeß noch sicherer ablaufen zu lassen, ist es von Vorteil, wenn der erste, zweite und/oder dritte Gehäuseabschnitt mit einer Druckausgleichseinrichtung versehen ist, die vorzugsweise mit Inertgas gespeist wird. Mit derartigen Druckausgleichseinrichtungen kann den beispielsweise durch eine Absaugeinrichtung (Zyklon) verursachten Druckunterschieden entgegengewirkt werden und damit eine „ruhigere" abgeschlossene Atmosphäre erreicht werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen
1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung mit zwei Gehäuseabschnitten, wobei ein Gehäuseabschnitt geöffnet dargestellt ist;
2 eine perspektivische Darstellung gemäß 1 mit abgeschlossenem zweiten Gehäuseabschnitt;
3 eine Vollschnittdarstellung des freien Endbereiches einer Sauglanze;
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit drei Gehäuseabschnitten;
5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit bewegbaren Vorrichtungskomponenten;
6 eine schematische Darstellung des Handhabungsbereiches mit Handschuhen und Bedienvorrichtung.
Die Vorrichtung 1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes 2 weist ein Gehäuse 3, mit einem darin untergebrachten Baubehälter 4, in welchem eine Tragevorrichtung 5 zum Tragen des Objektes 2 mit einem Träger 6 angeordnet ist, auf. Ferner umfaßt die Vorrichtung eine Aufbringvorrichtung 7 zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung 5 oder eine zuvor gebildete Schicht, eine Dosiereinrichtung 9 zur Zuführung des Aufbaumaterials 8 und einer Bestrahlungsvorrichtung 10 zum Verfestigen des Aufbaumaterials, um das entsprechende Objekt schichtweise aufzubauen.
Die Aufbringvorrichtung 7 kann als Berührungsbeschichter (nicht dargestellt), der berührend das Baumaterial 8 aus der Dosiereinrichtung 9 auf die Baufläche aufbringt oder als Siebbeschichter, der das Baumaterial ähnlich eines Puderzuckerstreuers auf die Baufläche aufbringt, ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Zeichnungsfigur 1 unterteilt sich die Vorrichtung in zwei Gehäuseabschnitte A, B. In dem ersten Gehäuseabschnitt A befindet sich der Baubehälter 4 während des Bauprozesses. In einem weiteren Gehäuseabschnitt B ist ein Handhabungsbereich 11 vorgesehen und in dessen Reichweite eine Entnahmestation 12 angeordnet. Der Handhabungsbereich 11 befindet sich unter Schutzgasatmosphäre (vgl. hierzu Zeichnungsfigur 2). Insbesondere aus Zeichnungsfigur 1 ist innerhalb des Handhabungsbereiches 11 eine Fördereinrichtung 13 angeordnet, die eingangsseitig E ein durch Eingriff in den Handhabungsbereich 11 manuell führbares Förderelement 14 aufweist und ausgangsseitig A zumindest, wie dargestellt, temporär mit dem Dosierbehälter 15 in Wirkverbindung steht und folglich das über die Eingangsseite E der Fördereinrichtung 13 aus einem Vorratsbehälter 16 aufgenommene Baumaterial 8 in einen Dosierbehälter 15 transportiert werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 13 als Absaugeinrichtung 17 und das Förderelement 14 als Absaugelement 18 ausgebildet. Die Absaugeinrichtung 17 ist als Zyklon 19 ausgebildet und umfaßt ferner einen Vakuumförderer 20 sowie diverse Filterelemente.
In Zeichnungsfigur 2 ist der Handhabungsbereich 11 abgedeckt und umfaßt eine Glove-Box 21 sowie eine Entnahmeschleuse 22, die Bestandteil der Entnahmestation 12 sind und mit Schutzgas befüllt sind. Die in Zeichnungsfigur 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist zwei Vorratsbehälter 16 auf, die innerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet sind. Deren Inhalt kann entweder unmittelbar per Hand bzw. Handschuh durch die Glove-Box, durch über die Glove-Box bediente Hilfsmittel oder aber durch die Fördereinrichtung 13 in die Dosierkammer 15 überführt werden.
Das Absaugelement 18 ist vorzugsweise als Sauglanze 23 ausgebildet, die in unmittelbarer Nähe an ihrer Absaugöffnung 24 Belüftungsdüsen 25 aufweist, mit denen der Absaugbereich 26 beaufschlagbar ist und lokal begrenzt Aufbaumaterial 8 aufgewirbelt und schließlich abgesaugt werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß der Volumenstrom des Absaugens zumindest gleich oder größer dem Volumenstrom des aus der Sauglanze tretenden Gases ist. Um zu gewährleisten, daß innerhalb der Innertgasatmosphäre der Rest O₂ Gehalt bei einem vorgebbaren Schwellenwert liegt, wird ein Rest O₂-Analysator 28 innerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet. Ferner ist die Fördereinrichtung 13 zumindest Bereichsweise über Befestigungsmittel 21 oder direkt am Außengehäuse in der Vorrichtung 1 befestigt.
Die Antriebselemente (beispielsweise Vakuumförderer 20) der Fördereinrichtung 13 sind außerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dosierbehälter 15 zusammen mit dem Träger 6 oder dem Baubehälter 4 als eine Baueinheit 34 ausgebildet, der in den Entnahmebereich 12 verfahrbar ist.
Im Öffnungsbereich 30 der Vorratsbehälter 16 sind schräg zum Innenbereich des Vorratsbehälters 16 abfallende Rampen 33 angeordnet, die zusätzlich durch Vibrationselemente bewegbar sind.
In einer weitergehenden Ausführungsform gemäß Zeichnungsfigur 4 weißt die Vorrichtung 1 drei Gehäuseabschnitte I, II, III und zwei Baubehälter 4, 4' auf, wobei ein Gehäuseabschnitt II als Entnahmebereich 12 agiert und die restlichen Gehäuseabschnitte I, III jeweils zum Aufbau der Objekte 2 dienen.
Die in Zeichnungsfigur 5 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine Schiebeführung 32 auf, auf der gemeinsam oder auf einer weiteren Schiebeführung 32 der Handhabungsbereich 11 und/oder die Scannereinheit 33 (Laser, Scanner, gegebenenfalls Aufbringvorrichtung 7) über dem bzw. den Baubehälter(n) 4, 4' verfahrbar angeordnet sind. Neben der linearen Verschiebbarkeit sind auch rotierende Lösungen, beispielsweise ein Revolverprinzip, als zur Erfindung gehörend anzusehen.
Der Handhabungsbereich 11 ist in Zeichnungsfigur 6 sowohl mit einem Handschuh 36 als auch mit einer die Wand 37 des Gehäuses 3 durchgreifende Bedienvorrichtung 35, in Form eines mechanischen Greifers 38, dargestellt. Es ist sowohl möglich, lediglich Handschuhe 36 einer Glove-Box 21, als auch nur eine Bedienvorrichtung 35 zur Handhabung des Förderelementes 14 vorzusehen. Die Bedienvorrichtung 35 wird von außerhalb des Gehäuses 3 entweder manuell oder computergesteuert bedient.

1: Vorrichtung
2: Objekt
3: Gehäuse
4, 4': Baubehälter
5: Tragevorrichtung
6: Träger
7: Aufbringvorrichtung
8: Aufbaumaterial
9: Dosiereinrichtung
10: Bestrahlungsvorrichtung
11: Handhabungsbereich
12: Entnahmestation
13: Fördereinrichtung
14: Förderelement
15: Dosierbehälter
16: Vorratsbehälter
17: Absaugeinrichtung
18: Absaugelement
19: Zyklon
20: Vakuumförderer
21: Glove-Box
22: Entnahmeschleuse
23: Sauglanze
24: Absaugöffnung
25: Belüftungsdüsen
26: Absaugbereich
27: Gasstrom
28: O2-Analysator
29: Befestigungsmittel
30: Öffnungsbereich
31: Rampen
32: Schiebeführung
33: Scannereinheit
34: Baueinheit
35: Bedienvorrichtung
36: Handschuh von 21
37: Wand von 3
38: Greifer
I, II, III: Gehäuseabschnitt
E: Eingang von 13
A: Ausgang von 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004057866 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (2) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (8) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse (3), einem darin untergebrachten Baubehälter (4), in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes (2) mit einem Träger (6) angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung (7) zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials (8) auf die Tragevorrichtung (5) oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung (9) zur Zuführung des Aufbaumaterials (8) und einer Bestrahlungsvorrichtung (10) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials (8) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, wobei das Gehäuse (3) der Vorrichtung (1) einen Gehäuseabschnitt (I) aufweist, in dem sich der Baubehälter (4) während des Bauprozesses befindet, sowie eine Entnahmestation (12) und ein Handhabungsbereich (11) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der durch das Gehäuse (3) der Vorrichtung (1) einschließlich des Handhabungsbereichs (11) abgedichteten Schutzgasatmosphäre eine Fördereinrichtung (13) angeordnet ist, die eingangsseitig (E) ein durch Eingriff in den Handhabungsbereich (11) manuell oder mittelbar, durch eine eine Wand (37) des Handhabungsbereichs (11) durchgreifende Bedienvorrichtung (35), führbares Förderelement (14) aufweist und die ausgangsseitig (A) zumindest temporär mit wenigstens einem Dosier- oder Vorratsbehälter (15, 16) der Vorrichtung verbunden und/oder oberhalb eines Dosier- oder Vorratsbehälters (15, 16) angeordnet ist, der innerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsbereich (11) eine Glove-Box (21) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (13) als Absaugeinrichtung (17) und/oder das Förderelement (14) als Absaugelement (18) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Handhabungsbereichs (11) oder eines daran angrenzenden Gehäuseabschnittes (I, II) eine Entnahmeschleuse (22) angeordnet ist, die nach einem Entnahmevorgang mit Schutzgas befüllbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Vorratsbehältern (16) innerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet ist, deren Inhalt entweder unmittelbar oder durch die Fördereinrichtung (13) in die Dosierkammer (15) überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung (17) als Zyklon (19) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, daß das manuell führbare Absaugelement (18) als Sauglanze (23) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sauglanze (23), simultan oder versetzt zu der Absaugung, ein Absaugbereich (26) mit einem Gasstrom (27) beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig (A) an der Fördereinrichtung (13) eine Siebeinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung mit einem Rüttelsieb ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat des Rüttelsiebs in einem separaten Behälter gesammelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (13) ein Entleermodul umfaßt, in dem angesaugtes Material (8) gesammelt und phasenweise entleert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeschleuse (22) an einer der Wandungen des Handhabungsbereichs (11) angeordnet ist und das fertiggestellte Objekt (2) manuell und/oder automatisch in die Entnahmeschleuse (22) überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeschleuse (22) und/oder der Handhabungsbereich (11) mit einer elektronischen Verriegelung derart versehen ist, daß eine Öffnung ausschließlich nach Abschluß eines Bauvorganges erfolgen kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (3) ein Rest O₂-Analysator (28) angeordnet ist, der einen Start des Bauvorganges solange unterbindet, bis innerhalb der Inertgasatmosphäre der Rest O₂ Gehalt unter einen vorgebbaren Schwellwert abgesunken ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (13) an oder in einer Deckplatte des Handhabungsbereichs (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebselemente (20) der Fördereinrichtung (13) außerhalb der Schutzgasatmosphäre angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseabschnitt (I) in dem sich der Baubehälter (4) während des Bauprozesses befindet, von einem zweiten Gehäuseabschnitt (II) durch eine gasdichte Wandung trennbar ist, die zum Überführen des Baubehälters vom ersten Gehäuseabschnitt (I) in den zweiten Gehäuseabschnitt (II) geöffnet werden kann, wobei an dem zweiten Gehäuseabschnitt (II) der Handhabungsbereich (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Gehäuseabschnitt (I) eine vom zweiten Gehäuseabschnitt (II) unterschiedliche Schutzgasatmosphäre einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierbehälter (15) zusammen mit dem Baubehälter (4) in den Entnahmebereich (12) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderelement (14) der Fördereinrichtung (13) zur Entleerung des Dosierbehälters (15) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–21, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Mehrzahl der Vorratsbehälter (16) unterschiedliche pulverartige Baumaterialien (8) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter (16) mit Abdeckhauben abdeckbar sind, wobei wenigstens eine Abdeckhaube zumindest eine Öffnung aufweist, die mit einem an der Ausgangsseite (A) der Fördereinrichtung (14) angeordneten Abführschlauchende korrespondiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Öffnungsbereich (30) der Vorratsbehälter (16) durch Vibrationselemente anregbare Rampen (31) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Baubehälter (4) in den zweiten Gehäuseabschnitt (II) automatisch überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Gehäuseabschnitt (III) vorgesehen ist, in dem zumindest temporär ein zweiter Baubehälter (4') angeordnet ist, der temporär in den Entnahmebereich (12, II) überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Handhabungsbereich (11) und/oder Scannereinheit (33) der Bestrahlungsvorrichtung auf einer gemeinsamen oder gesonderten Schiebeführung (32) der Bestrahlungsvorrichtung über dem/den Baubehälter(n) (4, 4') verfahrbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem Faserlaser und/oder Scheibenlaser betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser über Glasfaserkabel zumindest abschnittsweise geführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens zwei Handhabungsbereiche (11) und/oder wenigstens zwei Scannereinheiten (33) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Handhabungsbereiche (11) und/oder die wenigstens zwei Scannereinheiten (33) relativ zu den Baubehältern drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Handhabungsbereich(e) (11) und/oder die Scannereinheit(en) (33) nach Art eines Revolvers über den Baubehältern (4, 4') verfahrbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und/oder dritte Gehäusebereich (I, II, III) mit einer Druckausgleichseinrichtung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichseinrichtung mit Inertgas gespeist wird.