DE102018001510A1

DE102018001510A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels verbesserter Partikelmaterialdosiereinheit

Info

Publication number: DE102018001510A1
Application number: DE102018001510.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hoppmann; Michael Oesteritz; Bastian Heymel; Roman Scheller
Original assignee: Voxeljet AG
Current assignee: Voxeljet AG
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29
Also published as: WO2019166037A1; EP3758920A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen mittels Partikelmaterialdosiereinheit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik.
In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht auf eine Plattform aufgetragen und dieses selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Plattform um eine Schichtdicke in einen Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt.
Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Partikelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann vom Restpulver z.B. durch Abbürsten befreit werden.
Ein Problem bei bekannten Verfahren des 3D-Druckes, bei denen Partikelmaterialien aufgebracht werden, ist ein klumpenfreier Materialauftrag. Das Partikelmaterial wird in einem Beschichter (Recoater) vorgelegt und schichtweise auf die Bauebene aufgetragen. Dabei passiert es häufig, dass sich das Partikelmaterial zu größeren Partikeln zusammenhaftet und seine Fließfähigkeit verliert bzw. als Partikelaggregat auf die Bauebene aufgebracht wird und so zu Ungenauigkeiten im herzustellenden 3D-Fromteil führt oder dieses aus Qualitätsgründen ganz unbrauchbar wird.
Ein weiteres Problem ist, dass die Austrittsöffnung des Beschichters teilweise oder/und zeitweise verschlossen wird und dann zumindest kurzzeitig kein Partikelmaterial durch die Beschichteröffnung auf die Bauebene gelangt. Hierbei kann es zu Hohlräumen in dem hergestellten 3D-Formteil kommen sowie Ungenauigkeiten in der Formpräzision oder/und zu Nachteilen hinsichtlich der Festigkeit bzw. Stabilität des 3D-Formteils.
Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung konstruktive Mittel bereitzustellen, die ein verbessertes 3D-Druckverfahren erlauben oder zumindest die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern oder ganz zu vermeiden.
Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, in dem konstruktiv erreicht wird, dass eine Partikelaggregatbildung vermindert oder im Wesentlichen verhindert wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die geeignet ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei die Vorrichtung aufweist oder umfasst mindestens ein Auftragsmittel, wie einen Dosierkörper, gegebenenfalls ein oder mehrere Dosierkörperträger und gegebenenfalls ein oder mehrere Nivelliermittel, mindestens ein Filtermittel, wie einen Siebkörper.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, wobei partikelförmiges Baumaterial in einer definierten Schicht mittels Beschichter auf ein Baufeld aufgetragen wird, selektiv eine oder mehrere Flüssigkeiten oder Partikelmaterialbinder aufgebracht werden, wobei ein Beschichter verwendet wird, der ein Mittel oder eine Kombination von Mitteln aufweist, die eine Partikelaggregatbildung vermindern oder im Wesentlichen verhindern.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen von Formteilen, die eine Vorrichtung wie hierin beschrieben umfasst.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein 3D-Formteil hergestellt mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens wie hierin beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei eine Pulverreservoirwand (4, 4') ein Pulvermaterialreservoir (17) bildet und weiterhin ein Siebkörper (1), Dosierkörper (2), Dosierkörperträger (3) dargestellt sind. Die Bewegungsrichtung (5) des Dosierkörpers ist durch einen Pfeil angedeutet und dies kann in beide Drehrichtungen gesteuert werden. Die Pulverreservoirwand (4, 4') kann eine Gegenwand bilden (21, 21'). Die Einheit von Dosierkörper (2) und Dosierkörperträger (3, 3') kann auch als Dosierwalze bezeichnet werden.
2 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der Dosierkörper (2) zwischen der Pulverreservoirwand (4, 4') als horizontal bewegbarer Rakel ausgestaltet ist, der in Pfeilrichtung (5) über den Siebkörper (1) zur Partikelmaterialabgabe bewegt wird.
3 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (6), wobei unter den Pulverreservoirwänden (4, 4') zwei Antriebsmittel (24, 24') angeordnet sind. Die Dosierkörper (2) bewegen sich in Pfeilrichtung (5) und sind verbunden mit einem Dosierkörperband (16).
4 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die als Beschichter (7) ausgeführt ist, wobei eine Partikelmaterial-Dosiereinheit (6) oberhalb (Partikelmaterialfließrichtung) einer Nivelliereinheit (8) angebracht ist. Das Partikelmaterial wird von dem Innenraum (17) der Partikelmaterial-Dosiereinheit (6) mittels Dosierkörper (2) in den Nivelliereinheit-Innenraum (20) befördert. Der Abstand der Dosierkörper (2) voneinander, deren Abmessungen und das durch diese und die Oberfläche des Dosierkörperträgers (3) sowie des Siebkörpers (1) eingeschlossene Volumen definiert dabei das Partikelmaterialvolumen (19). Das Partikelmaterial wird über den Dosierspalt (18) der Nivelliereinheit (8) auf die Bauebene aufgebracht und nivelliert.
5 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei eine Variation einer Nivelliereinheit (8') zusammen mit einer Partikelmaterial-Dosiereinheit (6) dargestellt ist. Nivelliereinheit (8') wird zusammen mit der Partikelmaterial-Dosiereinheit (6) in Pfeilrichtung (9) verfahren, während das Partikelmaterial auf die Bauebene aufgebracht wird. Die Nivelliereinheit (8') streicht bei seiner Überfahrt das aufgebrachte Partikelmaterial glatt und eben, wobei mit geeigneten Mitteln die Schichtdicke eingestellt werden kann.
6 zeigt einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei verschiedene Ausprägungen des Dosierkörpers (2) als (10), (11), (12) und (13) dargestellt sind. Die Dosierkörper (2', 2") sind jeweils auf einem Dosierkörperträger, welcher als Dosierkörperband (16) ausgeführt ist, angebracht, mit diesem verbunden oder sie bilden eine Einheit mit diesem.
7 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, wobei sich das Filtermittel (1) dreht (in Pfeilrichtung (22), möglich in beide Richtungen) und der Dosierkörper (2) starr, vorzugsweise nicht verfahrbar, ausgebildet ist. Das Innenvolumen des Filtermittels (1) stellt das Partikelmaterialreservoir (23) dar. Das Auftragsvolumen wird bestimmt durch die Rotationsgeschwindigkeit und die Maschenweite des Filtermittels.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Partikelmaterialdosiereinheit gelöst, die geeignet ist für den schichtweisen Aufbau von Formteilen, umfassend ein Partikelmaterialreservoir, mindestens ein Auftragsmittel, gegebenenfalls ein oder mehrere Dosierkörperträger, gegebenenfalls ein oder mehrere Nivelliermittel, und mindestens ein Filtermittel (Siebkörper).
Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Anlage zum Herstellen von Formteilen, umfassend eine Partikelmaterialdosiereinheit wie hierin beschrieben, gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das eine Partikelmaterialdosiereinheit wie hierin beschrieben verwendet.
Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe der Erfindung näher erläutert.
„3D-Formteil“, „Formkörper“ oder „Bauteil“ im Sinne der Erfindung sind alles mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.
„Bauraum“ ist der geometrische Ort, in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst oder durch den die Schüttung bei kontinuierlichen Prinzipien hindurchläuft. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt. Bei kontinuierlichen Prinzipien existieren meist ein Förderband und begrenzende Seitenwände. Der Bauraum kann auch durch eine sogenannte Jobbox ausgestaltet sein, die eine in die Vorrichtung ein- und ausfahrbare Einheit darstellt und eine Batch-Herstellung erlaubt, wobei eine Jobbox nach Prozessabschluss ausgefahren wird und sofort eine neue Jobbox in die Vorrichtung eingefahren werden kann, sodass das Herstellungsvolumen und somit die Vorrichtungsleistung erhöht wird.
Als „Partikelmaterialien“ oder „partikelförmige Baumaterialien“ oder „Baumaterialien“ können alle für den pulverbasierten 3D-Druck bekannten Materialien verwendet werden, insbesondere Silikate (z.B. Sande), Carbide, Beton, Polymere, Keramiken und Metalle. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken frei fließendes Pulver, es kann aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver oder eine partikelbeladene Flüssigkeit verwendet werden. In dieser Schrift werden Partikelmaterial und Pulver synonym verwendet.
Der „Partikelmaterialauftrag“ ist der Vorgang, bei dem eine definierte Schicht aus Pulver erzeugt wird. Dies kann entweder auf der Bauplattform oder auf einer geneigten Ebene relativ zu einem Förderband bei kontinuierlichen Prinzipen erfolgen. Der Partikelmaterialauftrag wird im Weiteren auch „Beschichtung“ oder „Recoaten“ genannt.
„Selektiver Flüssigkeitsauftrag“ kann im Sinne der Erfindung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig, beispielsweise mehrfach bezogen auf einen Partikelmaterialauftrag, erfolgen. Dabei wird ein Schnittbild durch den gewünschten Körper aufgedruckt.
Als „Vorrichtung“ zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter (Recoater), Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder des Beschichters/Druckkopfes oder/und anderer Bauteile bei kontinuierlichen Verfahren, Dosiervorrichtungen und Wärme- und Bestrahlungsmittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die für pulverbasierte 3D-Druckverfahren und Vorrichtungen mit selektiver Verfestigung zum Einsatz kommen können und die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.
Das Baumaterial wird immer in einer „definierten Schicht“ oder „Schichtstärke“ aufgebracht, die je nach Baumaterial und Verfahrensbedingungen individuell eingestellt wird. Sie beträgt beispielsweise 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm.
Eine „Partikelmaterial-Dosiereinheit“ im Sinne der Erfindung umfasst geeignete Mittel, um ein einheitliches Partikelmaterial zum Aufbringen aus dem Beschichter zu erreichen. Hierfür nützlich ist z.B. ein oder mehrere Dosierkörper, der entweder mit einem Filtermittel, auch im Speziellen als Siebkörper oder Sieb, ausgefürt sein kann, z.B. als Filtergewebe oder Lochblech kombiniert wird oder z.B. ein oder mehrere Dosierkörper, kombiniert mit einem oder mehreren Dosierkörperträgern, die auch mit einem Filtermittel kombiniert sein können. Geeignet alleine oder in letztgenannter Kombination ist auch das Vorbeiführen von Dosierkörpern an einer Fläche (die auch als Gegenfläche bezeichnet werden kann), um mögliche Partikelaggregate aufzubrechen und ein einheitliches Partikelmaterial mit einheitlicher Fließfähigkeit auf die Bauebene aufzubringen. Vorteilhaft ist es, mindestens zwei Dosierkörper an einem Dosierkörperträger in einem definierten Abstand anzubringen, sodass sich mit der Oberfläche des Dosierkörperträgers und der Gegenfläche zwischen den Dosierkörpern einerseits ein Volumen (dreidimensionaler Spalt) bildet und andererseits vorzugsweise Scherkräfte erzeugt werden können, die das Aufbrechen von Partikelaggregaten erlauben, wodurch im Wesentlichen einheitliches und fließfähiges Partikelmaterial zum Aufbringen auf die Bauebene erhalten wird. Es kann weiterhin auch noch ein Filtermittel dieser Anordnung nachgeschaltet werden. Vorzugsweise verbessert das Filtermittel das Aufbrechen und Homogenisieren des Partikelmaterials. Der „Partikelmaterial-Dosiereinheit“ kann eine Nivelliereinheit nachgeschaltet sein, wobei die Nivelliereinheit eine Walze oder Klinge ist oder/und eine Klinge mit Partikelmaterialreservoir / Beschichter nachgeschaltet ist.
Ein „Auftragsmittel“ im Sinne der Erfindung ist ein Mittel, das das Partikelmaterialaufbringen erleichtert oder/und ein gleichmäßiges Aufbringen und Verteilen des Partikelmaterials unterstützt. Das „Auftragsmittel“ kann sein ein Dosierkörper oder eine Rakel oder ein Leitmittel oder eine Dosierkörperform, vorzugsweise wobei das Leitmittel ein Leitblech ist, vorzugsweise wobei die Rakel oder das Leitmittel besteht aus oder umfasst einen Kunststoff oder ein Metall.
Eine „Nivelliereinheit“ im Sinne der Erfindung kann eine oder mehrere Klingen oder eine oder mehrere Rollen oder ein oder mehrere Abstreifer oder andere geeignete Mittel sein.
Ein „Filtermittel“ im Sinne der Erfindung ist ein Siebkörper in Form z. B. eines Gitters oder Lochblechs oder Filtergewebes, durch das das Partikelmaterial vor dem Aufbringen auf die Bauebene befördert wird.
Ein „Dosierkörper“ kann im Sinne der Erfindung unterschiedliche Ausprägungen haben und an andere Vorrichtungsteile vorteilhaft angepasst sein. Ein „Dosierkörper“ kann rund, oval, eckig, mit einer runden oder spitzen Spitze ausgestaltet sein und entweder einzeln oder in mehreren gekoppelten oder unabhängigen Teilen ausgeführt sein. Ein „Dosierkörper“ kann direkt oder über einen oder mehrere Dosierkörperträger bewegt werden.
Ein „Dosierkörperträger“ im Sinne der Erfindung kann dazu dienen ein oder mehrere Dosierkörper zu bewegen oder zu verfahren. Die Dosierkörper können direkt auf dem „Dosierkörperträger“ angebracht sein oder durch weitere Mittel durch den „Dosierkörperträger“ gesteuert oder/und bewegt werden. Die Kopplung von „Dosierkörperträger“ und Dosierkörpern kann mit geeigneten Mitteln erfolgen, z.B. mittels Klebung oder Verschweißung (siehe auch 3, 4, 6).
Ein „Pulverreservoir“ im Sinne der Erfindung wird aufgebaut oder/und begrenzt durch eine oder mehrere Pulverreservoirwände. Das „Pulverreservoir“ kann auch gebildet werden durch das Innenvolumen des Filtermittels (siehe z.B. 7, Bezugszeichen (23)). In diesem „Pulverreservoir“ können sich erfindungsgemäß ein oder mehrere Dosierkörper alleine oder zusammen mit einem oder mehreren Dosierkörperträgern sowie einem oder mehreren Filtermitteln befinden.
Eine „Bewegungsrichtung des Dosierkörpers“ im Sinne der Erfindung bezieht sich auf die Bewegung, mittels derer das Partikelmaterial zu der Bauebene befördert wird und eventuell vorhandene Partikelaggregate aufgebrochen werden und das Partikelmaterial wieder im Wesentlichen einheitlich fließfähig wird.
Eine „Partikelmaterial-Dosiereinheit“ im Sinne der Erfindung kann an sich als ein Beschichter (Recoater) ausgestaltet sein, z. B. in Kombination mit einer Nivelliereinheit, oder einen Beschichter (Recoater) befüllen, wenn er diesem vorgeschaltet ist.
Die Aspekte der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Anlage und ein Verfahren.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Anlage und des Verfahrens konnten überraschender Weise sehr vorteilhafte Verfahrensergebnisse erreicht werden und qualitativ hochwertige Bauteile erhalten werden.
Es wurde möglich und wurde besonders vorteilhaft erreicht, dass Partikelmaterialaggregate aufgebrochen werden und das aufgetragene Partikelmaterial im Wesentlichen einheitlich und fließfähig auf die Bauebene aufgebracht werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Anlage und Verfahren werden die oben ausgeführten Probleme oder Nachteile des Standes der Technik zumindest vermindert oder im Wesentlichen oder ganz vermieden.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt eine Partikelmaterial-Dosiereinheit, die geeignet ist für den schichtweisen Aufbau von Formteilen, umfassend ein Partikelmaterialreservoir, mindestens ein Auftragsmittel, gegebenenfalls ein oder mehrere Dosierkörperträger, gegebenenfalls ein oder mehrere Nivelliermittel, und mindestens ein Filtermittel (Siebkörper).
In einem Aspekt ist die Partikelmaterialdosiereinheit gekennzeichnet durch mindestens einen Dosierkörper und ein oder mehrere Filtermittel (Siebkörper). Hierdurch wird es vorteilhafter Weise möglich, homogenes Partikelmaterial ohne Agglomerate zu erhalten und auf die Bauebene aufzubringen.
In einem Aspekt ist die Partikelmaterialdosiereinheit gekennzeichnet durch mindestens einen Dosierkörper und gegebenenfalls einen oder mehrere Dosierkörperträger sowie gegebenenfalls mindestens eine Gegenwand. Mit dieser Kombination können Partikelmaterialagglomerate vorteilhafter Weise aufgebrochen werden und im Wesentlichen homogenes Partikelmaterial aufgebracht werden und hochwertige 3D-Formteile erhalten werden. Scherkräfte zwischen Dosierkörperträger, Dosierkörper und Gegenwand helfen Partikelmaterialagglomerate aufzubrechen und das Partikelmaterial zu homogenisieren.
Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind wie folgt ausgestaltet.
Bei einer erfindungsgemäßen Partikelmaterialdosiereinheit kann das Partikelmaterialreservoir so ausgeführt sein, dass das oder die Filtermittel an dessen Unterseite in Materialflussrichtung angebracht sind.Die erfindungsgemäße Partikelmaterialdosiereinheit kann ein Auftragsmittel aufweisen, das als ein Dosierkörper oder eine Rakel oder ein Leitmittel ausgestaltet ist. Die Vorrichtung kann auch mindestens einen Dosierkörper und weiterhin ein Leitmittel, z.B. ein Leitblech, oder eine Rakel aufweisen. Diese Komponenten können bestehen aus oder umfassen einen Kunststoff oder ein Metall.
In einem Aspekt kann die Partikelmaterialdosiereinheit eine oder zwei Dosierkörper oder Dosierkörperträger aufweisen, vorzugsweise in Kombination als Dosierwalze, wobei der oder die Dosierkörper oder Dosierkörperträger z.B. ausgestaltet sind als Kreisform, Ellipsenform, Prismaform oder/und als Bürstenbesatz, oder eine Dosierwalze darstellen.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Partikelmaterialdosiereinheit mehrere Dosierkörper, vorzugsweise 4 bis 20 Dosierkörper, in Kombination mit einem Dosierkörperträger als Dosierwalze aufweisen, oder auf einem Dosierkörperträger Dosierkörper angebracht haben, wobei der Dosierkörperträger von dem oder den Antriebsmitteln bewegt wird, vorzugsweise wobei die Dosierkörperträger ausgestaltet sind als Walze oder Riemen.
Eine erfindungsgemäße Partikelmaterialdosiereinheit kann ein Volumen zwischen zwei Dosierkörpern (und den entsprechenden Begrenzungen durch Dosierkörperträger und Gegenwand, oder das Innenvolumen des Filtermittels) von 1 bis 3000 cm³, bevorzugt 15 bis 1000 cm³, haben.
Eine erfindungsgemäße Partikelmaterialdosiereinheit kann ein Nivelliermittel umfassen, wobei das oder die Nivelliermittel bestehen aus oder aufweisen eine Walze oder/und eine Klinge.
Eine erfindungsgemäße Partikelmaterialdosiereinheit kann ein Filtermittel aufweisen, wobei das Filtermittel dem oder den Dosierkörpern vor- oder nachgeschaltet ist, vorzugsweise wobei das Filtermittel der oder den Dosierwalzen nachgeschaltet ist in Bezug auf die Materialflussrichtung. Das Filtermittel kann auch einen Innenraum bilden, in dem sich das aufzutragende Partikelmaterial befindet bzw. in diesen eingebracht wird. Die kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.
In einer erfindungsgemäßen Partikelmaterial-Dosiereinheit können das oder die Filtermittel bestehen aus oder aufweisen ein Geflecht, vorzugsweise ein Drahtgeflecht, ein Gewebe oder/und ein Lochblech, und vorzugsweise eine Durchtrittsweite (Maschenweite) für das Partikelmaterial, z.B. eine Maschenweite, von 10 bis 2500 µm, vorzugsweise 50 - 500 µm und das Lochblech vorzugsweise eine Teilung von 1 - 10, vorzugsweise 1 - 8 mm aufweisen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen von Formteilen umfassend eine Partikelmaterialdosiereinheit wie hierin beschrieben.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen, umfassend die Schritte: Auftragen von Partikelmaterial mit einer Partikelmaterial-Dosiereinheit wie hierin beschrieben, wobei die Menge des Partikelmaterials mittels Relativgeschwindigkeit des oder der Dosierkörper zum Filtermittel und/oder mittels Dosierkörperanordnung und/oder der Dosierkörperausführung gesteuert wird und ein Baufeld mit der Partikelmaterialdosiereinheit überfahren wird und beim Überfahren eine Partikelmaterialschicht aufgebracht wird oder das Baufeld verfahren wird, Verfestigen von ausgewählten Bereichen mit geeigneten Mitteln, Wiederholen dieser Schritte, bis das oder die gewünschten Formteile aufgebaut sind und gegebenenfalls Durchführen von weiteren Bearbeitungsschritten an den so hergestellten Formteilen.
Es kann eine konstante Partikelmaterialmenge mittels der Partikelmaterial-Dosiereinheit aufgebracht werden, deren Volumen durch die konstruktive Auswahl der Dosierkörper bestimmt werden kann.
Mittels erfindungsgemäßem Verfahren kann ein im Wesentlichen Agglomerat-freies Partikelmaterial mittels der Partikelmaterialdosiereinheit aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann verschiedene Materialsysteme verwenden, z.B. ein Materialsystem umfassend ein Pulvermaterial mit hohem Feinanteil, das vorzugsweise eine mittlere Korngröße von <250µm aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen, umfassend die Schritte: Auftragen von Partikelmaterial mit einer Partikelmaterialdosiereinheit wie hierin beschrieben oder Befüllen eines Beschichters (Recoaters) mit einer Partikelmaterialdosiereinheit wie hierin beschrieben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein 3D-Fromteil, das mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
Beispiel
Die Erfindung wird im Folgenden mittels Beispiel veranschaulicht, das nicht beschränkend verstanden werden soll.
In einer Ausführungsform ist die Erfindung als eine Beschichterbefüllung mit der Partikelmaterial-Dosiereinheit wie in 4 dargestellt. Eine Radialdosiereinheit nach der Erfindung ist dabei auch in 1 gesondert zu sehen. Die Pulvermaterialzuführung erfolgt dabei derart, dass sechs (6) kreisförmige Dosierkörper auf einem runden Dosierkörperträger angebracht sind. Es wurde hierbei ein Filtermittel verwendet, dessen Siebmaschenweite von 250µm gewählt wurde. Die Dosierung erfolgt dabei in z.B. gesteuerter Weise, wobei die Drehzahl der Dosierwalze auf 150 bis 200 U/min eingestellt wird. Eine bestimmte Drehzahl kann bei 180 U/min liegen.
Es kann z.B. keramisches Pulver (ZirconiumOxid D 45µm) verarbeitet werden, aber auch andere Pulvermaterialien mit entsprechenden Korngrössen.
Bezugszeichenliste

Nr.: Bezeichnung
1: Filtermittel
2, 2', 2'': Dosierkörper
3: Dosierkörperträger
4, 4': Partikel-/Pulverreservoirwand
5: Bewegungsrichtung Dosierkörper
6: Partikelmaterial-Dosiereinheit
7: Beschichter (Recoater)
8, 8': Nivelliereinheit
9: Bewegungsrichtung Partikelmaterialdosiereinheit
10: Kreisform
11: Elipsenform
12: Bürstenbesatz
13: Prismaform
14: Noppenriemen
15: Bürstenriemen
16: Dosierkörperband
17: Partikelmaterialreservoir (Innenraum von (6))
18: Dosierspalt
19: Partikelmaterialvolumen
20: Nivelliereinheit-Innenraum
21, 21': Gegenwand
22: Drehrichtung Filtermittel
23: Partikelmaterialreservoir
24, 24': Antriebsmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0431924 B1 [0002]

Claims

Partikelmaterialdosiereinheit geeignet für den schichtweisen Aufbau von Formteilen, umfassend ein Partikelmaterialreservoir, mindestens ein Auftragsmittel, ein oder mehrere Nivelliermittel, und mindestens ein Filtermittel.
Partikelmaterialdosiereinheit nach Anspruch 1, wobei das Partikelmaterialreservoir so ausgeführt ist, dass das oder die Filtermittel an dessen Unterseite in Materialflussrichtung angebracht sind oder als Partikelmaterialreservoir selbst fungieren oder/und wobei das Auftragsmittel mindestens ein Dosierkörper oder mindestens ein Dosierkörper auf einem Dosierkörperträger ist oder ein Leitmittel ist, vorzugsweise wobei das Leitmittel ein Leitblech ist, vorzugsweise das Leitmittel besteht aus oder umfasst einen Kunststoff oder ein Metall.
Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Partikelmaterialdosiereinheit ein oder zwei Dosierkörper oder Dosierkörperträger aufweist, vorzugsweise in Kombination als Dosierwalze, wobei der oder die Dosierkörper oder Dosierkörperträger ausgestaltet sind als Kreisform, Elipsenform, Prismaform oder/und als Bürstenbesatz.
Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Dosierkörper, vorzugsweise 4 bis 20 Dosierkörper, in Kombination mit einem Dosierkörperträger als Dosierwalze ausgestaltet sind, oder auf einem Dosierkörperträger Dosierkörper angebracht sind, wobei der Dosierkörperträger von der oder den Antriebsmitteln bewegt wird, vorzugsweise wobei die Dosierkörperträger ausgestaltet sind als Walze oder Riemen.
Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Volumen zwischen zwei Dosierkörpern von 1 bis 3000 cm³, bevozugt 15 bis 1000 cm³ beträgt oder/und wobei das oder die Nivelliermittel bestehen aus oder aufweisen eine Walze und/oder eine Klinge oder/und wobei das Filtermittel der oder den Auftragsmitteln vor- oder nachgeschaltet ist, vorzugsweise wobei das Filtermittel der oder den Dosierwalzen nachgeschaltet ist in Bezug auf die Materialflussrichtung.
Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das oder die Filtermittel bestehen aus oder aufweisen ein Geflecht, vorzugsweise ein Drahtgeflecht, ein Gewebe oder/und ein Lochblech und vorzugsweise eine Durchtrittsweite (Maschenweite) für das Partikelmaterial, z.B. eine Maschenweite, von 10 bis 2500 µm, vorzugsweise 50 - 500 µm und das Lochblech vorzugsweise eine Teilung von 1 - 10, vorzugsweise 1 - 8 mm aufweist.
Anlage zum Herstellen von Formteilen umfassend eine Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Herstellen von Formteilen, umfassend die Schritte: Auftragen von Partikelmaterial mit einer Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des Partikelmaterials mittels Relativgeschwindigkeit des oder der Dosierkörper zum Filtermittel und/oder mittels Dosierkörperanordnung und/oder Dosierkörperausführung gesteuert wird und ein Baufeld mit der Partikelmaterialdosiereinheit überfahren wird und beim Überfahren eine Partikelmaterialschicht aufgebracht wird oder das Baufeld verfahren wird, Verfestigen von ausgewählten Bereichen mit geeigneten Mitteln oder das Baufeld verfahren wird, Wiederholen dieser Schritte bis das oder die gewünschten Formteile aufgebaut sind und gegebenenfalls Durchführen von weiteren Bearbeitungsschritten an den so hergestellten Formteilen.
Verfahren zum Herstellen von Formteiien, umfassend die Schritte: Auftragen von Partikelmaterial mit einer Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Befüllen eines Beschichters (Recoaters) mit einer Partikelmaterialdosiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine konstante Partikelmaterialmenge mittels der Partikelmaterialdosiereinheit aufgebracht wird oder/und wobei ein im Wesentlichen Agglomerat-freies Partikelmaterial mittels der Partikelmaterialdosiereinheit aufgebracht wird oder/und wobei ein Materialsystem, z.B. ein Pulvermaterial, mit hohem Feinanteil verwendet wird, das vorzugsweise eine mittlere Korngrößen von <250µm aufweist.