DE102018108484A1

DE102018108484A1 - Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess mittels einer Beschichtereinheit sowie eine solche Beschichtereinheit

Info

Publication number: DE102018108484A1
Application number: DE102018108484.6A
Authority: DE
Inventors: Luca Fischer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess mittels einer Beschichtereinheit (10) sowie eine solche Beschichtereinheit (10).Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen von einem Ausgangsmaterial (22) in wenigstens einem Vorratsbehälter (14) von einer Beschichtereinheit (10), Einstellen einer ersten Öffnung (24) in dem Vorratsbehälter (14) mittels einem ersten verstellbaren Verschließelement (26), Bewegen der Beschichtereinheit (10) in eine erste Bewegungsrichtung über den Bauraum des zu fertigenden Bauteils (36) und Auslassen des Ausgangsmaterials (22) aus dem Vorratsbehälter (14). Gleichzeitig wird wenigstens eine erste Transportvorrichtung (12) gestartet, welche unterhalb des Vorratsbehälters (14) vorgesehen ist, wobei die erste Transportvorrichtung (12) ausgelegt ist, das ausgelassene Ausgangsmaterial (22) an der ersten Öffnung (24) aufzunehmen und zu einem ersten Bereich, welcher von der ersten Öffnung (24) beabstandet ist, zu transportieren, sodass am Ende der ersten Transportvorrichtung (12) das Ausgangsmaterial (22) berührungslos in den Bauraum beschichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess mittels einer Beschichtereinheit sowie eine solche Beschichtereinheit.
In 3D-Druckprozessen, beispielsweise beim 3D-Druck von Sandkernen, besteht unter anderem das Ziel gleichmäßige Schichten zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn eine Hohe Anzahl von Schichten, etwa bis zu 1.000 Schichten, übereinandergelegt werden sollen. In diesem Zusammenhang spielt die Oberflächenrauheit für das spätere Druckergebnis eine wesentliche Rolle. Bei vielen 3D-Druckprozessen wird zum Glattstreichen der Schichten eine Rakel direkt auf dem Pulverbett beziehungsweise Sandbett eingesetzt. Dies kann dazu führen, dass das Bauteil, welches direkt unterhalb der letzten Schicht generiert wurde, mitgezogen werden kann. Zudem kann dabei die Verfahrgeschwindigkeit durch entstehende Querkräfte beim Beschichtervorgang begrenzt werden. Ein anderes mit dem Beschichtungsschritt zusammenhängendes Problem ist das Folgende. In einem 3D-Druckprozess kann beispielsweise vorgesehen sein, in einem ersten Schritt Sand in einem Bauraum aufzutragen und anschließend in einem zweiten Schritt diesen dann mittels einer Druckeinheit, welche anschließend über diesen Bauraum fährt, zu verfestigen. Dieser Druckschritt kann mittels einem flüssigen Kleber vollzogen werden. Der Nachteil an so einem Prozess liegt darin, dass zwei Schritte nötig sind. Es kann somit nicht kontinuierlich beschichtet werden. Ein Beschichter läuft dementsprechend über die zu fertigende Ebene in einem ersten Schritt, um eine Schicht zu generieren, und läuft anschließend ohne einen Beschichtungsschritt zurück. Erst dann kann die Druckeinheit aktiviert werden, um den Druckschritt durchzuführen. Die beiden zuvor genannten Aspekte beeinflussen jeder für sich die Effizienz von solchen Verfahren und schlagen sich somit in der Kostenstruktur nieder.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Lösungswege bereits als bekannt zu entnehmen.
So offenbart die Druckschrift DE 10 2014 112 447 A1 etwa einen 3D-Drucker, eine 3D-Druckeranordnung und ein generatives Fertigungsverfahren. Dabei werden in zwei nebeneinander vorgesehenen Bereichen, parallel mittels zweier dafür geeigneter Vorrichtungen, Bauteile gedruckt. Eine Beschichteranordnung ist zudem dazu ausgelegt, die beiden Bereiche zu versorgen, wobei je Bereich ein separater Beschichter vorgesehen wird. Die Beschichter sind dabei jeweils im direkten Kontakt mit den jeweiligen Bauräumen. Ein berührungsloses Beschichten ist demnach nicht vorgesehen. Die Beschichter können dabei bidirektional eingesetzt werden.
Aus der WO 2016/ 030 391 A1 ist eine Beschichteranordnung für einen 3D-Drucker als bekannt zu entnehmen. Auch hier wird eine Beschichtung direkt auf die Bauebene vorgenommen. Eine Schließvorrichtung ist an der Öffnung vorgesehen, wodurch das Ausgeben des partikelförmigen Baumaterials selektiv verschließbar gemacht wird. Zudem ist ein Streichelement vorgesehen, um die Menge, welche direkt auf die Bauebene aufgeschichtet werden soll, zu nivellieren. Auch kann gleichzeitig ein Druckkopf vorgesehen sein, um die aufgetragene Schicht zu verfestigen. Ein berührungsloser Auftrag auf die Bauebene ist nicht vorgesehen.
Aus der WO 2017/ 152 897 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von 3D-Formteilen als bekannt zu entnehmen. Dabei sind mehrere Baufeldwerkzeuge verfahrbar angeordnet. Zudem ist wenigstens eine Schichteinheit verfahrbar angeordnet. Ein berührungsloser Auftrag auf die Bauebene ist auch hier nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess mittels einer Beschichtereinheit sowie eine solche Beschichtereinheit bereitzustellen, welche eine verbesserte Effizienz und somit eine kostengünstige Produktion unterstützen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen von einem Ausgangsmaterial in wenigstens einem Vorratsbehälter von einer Beschichtereinheit, Einstellen einer ersten Öffnung in dem Vorratsbehälter mittels einem ersten verstellbaren Verschließelement, Bewegen der Beschichtereinheit in eine erste Bewegungsrichtung über den Bauraum des zu fertigenden Bauteils und Auslassen des Ausgangsmaterials aus dem Vorratsbehälter, wobei gleichzeitig wenigstens eine erste Transportvorrichtung, welche unterhalb des Vorratsbehälters vorgesehen ist, gestartet wird, wobei die erste Transportvorrichtung ausgelegt ist, das ausgelassene Ausgangsmaterial an der ersten Öffnung aufzunehmen und zu einem ersten Bereich, welcher von der ersten Öffnung beabstandet ist, zu transportieren, sodass am Ende der ersten Transportvorrichtung das Ausgangsmaterial berührungslos in den Bauraum beschichtet wird.
Somit ist es möglich, das Ausgangsmaterial gleichmäßig auf den Bauraum aufzutragen, ohne dass dabei eine Berührung des Bauraums beispielsweise durch das Verschließelement nötig ist. Es ist somit ein berührungsloses, gleichmäßiges Beschichten und somit eine Steigerung der Beschichtungsgeschwindigkeit möglich. Dies ist dabei für alle pulver-/sandbasierenden 3D-Druckverfahren anwendbar. Beispielsweise wird Sand in dem Vorratsbehälter beziehungsweise in dem Behälter gespeichert und durch die Transportvorrichtung auf den Bauraum gleichmäßig aufgetragen. Dabei wird bereits zuvor die Schichthöhe und Rauigkeit durch das verstellbare Verschließelement sichergestellt. Mit diesem Konzept kann ein Glattstreichen indirekt über das integrierte Verschließelement am Vorratsbehälterausgang, also an der Öffnung, bewerkstelligt werden. Eine exakte Menge von Ausgangsmaterial kann so über die Transportvorrichtung abgetragen werden. Das verstellbare Verschließelement wirkt somit indirekt auf die Oberflächenqualität ein, sodass ein berührungsloses Beschichten beziehungsweise Streuen des Ausgangsmaterials auf den Bauraum ermöglicht wird. Die Verstellbarkeit kann sich auf eine Höhenverstellbarkeit beziehen. Das Verschließelement kann beispielsweise in zwei Führungsleisten geführt werden und kann in einer gewünschten Höhe beispielsweise verschraubt, geklemmt oder fixiert werden. Dies kann beispielsweise über Langlöcher an dem Vorratsbehälter vorgesehen werden. Das Verschließelement überträgt somit keine Kräfte, anders als bei anderen 3D-Druckverfahren, auf ein Baubett und ein darin sich befindliches Bauteil. Das Verschließelement wirkt, anders als bei anderen bisher bekannten Konzepten, nicht direkt auf das Bauteil ein. Das Bauteil kann nicht abgezogen beziehungsweise verschoben werden. Es ist somit ein besonders effizientes Verfahren aufgrund der höheren Prozessgeschwindigkeit beziehungsweise Verfahrgeschwindigkeit möglich. Dadurch, dass ohne ein direktes Verschließelement, wie bei konventionellen Anlagen, gefahren wird, kann das zu generierende Bauteil nicht durch eine direkte Berührung beziehungsweise durch einen direkten Kontakt zerstört werden. Es lässt sich somit die Prozesssicherheit und die Geschwindigkeit steigern.
Wesentlich ist auch, dass der Transport der Schicht des Ausgangsmaterials über das Bewegen des Fördergurtes und Auslassen der Schicht über den Bauraum, bei paralleler Überfahrt und entgegengesetzter Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit zum Fördergurt erfolgt. Die Bewegungsrichtungen sind umgekehrt, die Geschwindigkeit ist dabei gleich. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da dadurch die Relativgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials auf dem Förderband null entspricht und somit mit v = 0 vom Förderband auf den Bauraum fällt.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtereinheit ausgelegt ist, wenigstens eine Druckeinheit zu umfassen, wobei zusätzlich ein Druckschritt vorgesehen wird. Somit können mittels nur einer Baueinheit unterschiedliche Verfahrensschritte durchgeführt werden, sodass ein effizientes Verfahren ermöglicht wird.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine zweite Öffnung, welche in dem wenigstens einem Vorratsbehälter gegenüber der ersten Öffnung angeordnet ist, mittels einem zweiten verstellbaren Verschließelement eingestellt wird, die Beschichtereinheit in eine zweite Bewegungsrichtung über einen Bauraum des zu fertigenden Bauteils bewegt wird, Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter aus der zweiten Öffnung ausgelassen wird, wobei gleichzeitig wenigstens eine zweite Transportvorrichtung, welche unterhalb des Vorratsbehälters auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Transportvorrichtung vorgesehen ist, gestartet wird, wobei die zweite Transportvorrichtung ausgelegt ist, das ausgelassene Ausgangsmaterial an der zweiten Öffnung aufzunehmen und zu einem zweiten Bereich, welcher von der zweiten Öffnung beabstandet ist, zu transportieren, sodass am Ende der zweiten Transportvorrichtung das Ausgangsmaterial berührungslos in dem Bauraum beschichtet wird. Auf diese Weise kann von beiden Seiten links und rechts ein durchgängiges Drucken und Beschichten stattfinden. Somit kann eine Zeitersparnis und somit ein besonders effizientes Verfahren erreicht werden. Es kann somit von beiden Seiten aus beschichtet werden. Die Druckeinheit befindet sich beispielsweise in der Mitte und links und rechts davon jeweils eine Transportvorrichtung. Wenn die Druckeinheit nach links verfährt und druckt, läuft die rechte Seite der Beschichtereinheit und trägt eine Schicht auf, die linke Seite der Beschichtereinheit in Form der Transportvorrichtung bleibt stehen, bis die Druckeinheit einen Richtungswechsel absolviert und nach rechts druckt. Somit wird durchgehend beschichtet und gedruckt. Die Beschichtereinheit ist somit im Grunde genommen zweiteilig und könnte auch als eine Einheit von zwei Beschichtereinheiten aufgefasst werden. Anstatt eines Beschichtvorgangs ist somit ein kontinuierliches Beschichten und Drucken möglich. Dadurch wird ein berührungsloses, gleichmäßiges, kontinuierliches Beschichten ohne Wartezeit ermöglicht. Beispielsweise wird der 3D-Druck im Bereich Pulverdrucken somit deutlich schneller und sicherer. Dadurch, dass ohne ein direktes Verschließelement wie bei konventionellen Anlagen gefahren wird, kann das zu generierende Bauteil nicht durch eine direkte Berührung beziehungsweise durch einen direkten Kontakt zerstört werden. Es lässt sich somit die Prozesssicherheit und die Geschwindigkeit steigern.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in Abhängigkeit der jeweiligen Bewegungsrichtung nur eine Transportvorrichtung aktiviert wird und dass gleichzeitig zum jeweiligen Beschichten mittels der aktivierten Transportvorrichtung die wenigstens eine Druckeinrichtung aktiviert wird oder aktivierbar ist, sodass gleichzeitig ein Druckschritt und davon beabstandet ein Beschichtungsschritt durchgeführt werden kann, welcher in Bewegungsrichtung hinter dem Druckschritt durchgeführt wird. Auf diese Weise ist ein besonders effizientes Verfahren möglich.
Es ist zudem in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Geschwindigkeit der jeweiligen Transportvorrichtung in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit einer jeweiligen Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit eingestellt wird. Somit kann ein gleichmäßiges Beschichten besonders gut realisiert werden und somit ein besonders effizientes Verfahren bereitgestellt werden.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine jeweilige Öffnung, welche sich an einer Seite von einer inaktiven Transportvorrichtung befindet, mit einem Dichtungselement verschlossen wird. Somit wird ein nicht gewolltes Auslassen des Ausgangsmaterials wirkungsvoll verhindert.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen Verschließelemente in Form von Rakeln vorgesehen werden und dass die jeweiligen Transportvorrichtungen Förderbandsysteme sind. Schichthöhe und Rauigkeit können somit zuverlässig durch die Rakeln sichergestellt werden, sodass ein besonders effizientes Verfahren bereitgestellt wird. Die Rakeln können beispielsweise die Form eines geraden Bleches aufweisen.
Es ist zudem in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial ausgewählt ist aus: Kunststoffpulver, Metallpulver oder Sand, wobei je nach Ausgangsmaterial optional ein passendes Druckmedium gewählt wird und wobei überschüssiges Ausgangsmaterial im Bauraum mittels einer Auffangvorrichtung aufgefangen wird, wobei die Auffangvorrichtung wenigstens ein Lochsieb, wenigstens ein Abstreichelement und wenigstens ein Auffangbehälter umfasst, wobei aufgrund einer relativ zu dem wenigstens einen Lochsieb vollzogenen Bewegung des wenigstens einem Abstreichelements überschüssiges Ausgangsmaterial durch das wenigstens eine Lochsieb in den wenigstens einen Auffangbehälter aufgefangen wird. Das Verfahren lässt sich also flexibel bei verschiedensten Konzepten des 3D-Drucks einsetzen. Mittels der Auffangvorrichtung kann überschüssiges Ausgangsmaterial aufgefangen werden und anschließend weiterverwendet werden. Dadurch lässt sich ebenfalls die Effizienz des Verfahrens steigern. Aufgrund des berührungslosen Beschichtens ist eine einheitliche Verwendung einer solchen Auffangvorrichtung besonders gut möglich.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Beschichtereinheit für das Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 bereitgestellt wird. Die Beschichtereinheit umfasst wenigstens einen Vorratsbehälter zum Vorhalten eines Ausgangsmaterials mit wenigstens einer Öffnung und wenigstens einem verstellbaren Verschließelement, wobei die Öffnung und das Verschließelement ausgelegt sind, das Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter auszulassen, und wenigstens eine Transportvorrichtung, welche unterhalb des wenigstens einen Vorratsbehälters angeordnet ist und ausgelegt ist, ausgelassenes Ausgangsmaterial von der wenigstens einen ersten Öffnung aufzunehmen und zu einem von der ersten Öffnung beabstandeten ersten Bereich zu transportieren, sodass in dem ersten Bereich ein Beschichtungsschritt mittels der ersten Transportvorrichtung ausführbar ist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich auch mit dieser Beschichtereinheit realisieren.
Des Weiteren ist in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Beschichtereinheit des Weiteren wenigstens eine zweite Transportvorrichtung umfasst, welche unterhalb des wenigstens einen Vorratsbehälters angeordnet ist und ausgelegt ist, ausgelassenes Ausgangsmaterial von wenigstens einer zweiten Öffnung aufzunehmen und zu einem von der zweiten Öffnung beabstandeten zweiten Bereich zu transportieren, sodass in dem zweiten Bereich ein Beschichtungsschritt mittels der zweiten Transportvorrichtung ausführbar ist, wobei in Abhängigkeit einer ersten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit oder einer zweiten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit, welche gegenläufig zu der ersten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit ist, die wenigstens eine der ersten Transportvorrichtungen oder eine der wenigstens zweiten Transportvorrichtungen aktivierbar ist.
Die zuvor genannten Vorteile lassen sich auch mit dieser Beschichtereinheit realisieren.
Es ist zudem in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Beschichtereinheit zusätzlich eine Druckeinheit umfasst, welche ausgelegt ist, während eines jeweiligen Beschichtungsschritt mittels der jeweiligen Transportvorrichtung einen Druckschritt auszuführen. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich auch mit dieser Beschichtereinheit realisieren.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Beschichtereinheit des Weiteren zusätzlich eine Mikrowelleneinheit umfasst. Diese Mikrowelleneinheit kann somit derart integriert werden, sodass während des Prozesses ein optionaler Trocknungsschritt vollzogen werden kann, sodass das Verfahren noch effizienter wird.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Beschichtereinheit mit einer Transportvorrichtung;
2 eine Seitenansicht eines Details einer Beschichtereinheit;
3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Beschichtereinheit mit zwei Transportvorrichtungen;
4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Beschichtereinheit mit zwei Transportvorrichtungen;
5 eine weitere schematische Seitenansicht der Beschichtereinheit mit zwei Transportvorrichtungen aus 4 in einer gegenläufigen Bewegungsrichtung; und
6 eine Draufsicht auf eine Auffangvorrichtung.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beschichtereinheit 10 mit einer Transportvorrichtung 12. Die Transportvorrichtung 12 ist unterhalb eines Vorratsbehälters 14 angeordnet. Im Falle das der Vorratsbehälter 14 mit Sand gefüllt ist, kann so der Vorratsbehälter 14 auch als Sandbehälter bezeichnet werden. Der Vorratsbehälter 14 weist in dem gezeigten Beispiel eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf und ist oberhalb der Transportvorrichtung 12 angeordnet, wobei eine Längsbreite 16 des Vorratsbehälters 14 gleich einer Breite 18 der Transportvorrichtung 12 ist. Der Vorratsbehälter 14 ist vertikal ausgerichtet, sodass eine Höhe 20 länger als seine Längsbreite 16 ist. Die perspektivische Ansicht bezogen auf den Vorratsbehälter 14 ist angeschnitten dargestellt, sodass in der Figur teilweise das Innere des Vorratsbehälters 14 zu erkennen ist. In dem Vorratsbehälter 14 ist das Ausgangsmaterial 22, welches beispielsweise Sand sein könnte, zu erkennen. Gemäß dem Schwerkraftprinzip fällt das Ausgangsmaterial 22 in dem Vorratsbehälter 14 bezogen auf die Bildebene vertikal nach unten, sodass es bei einer Öffnung 24 des Vorratsbehälters 14 ausgelassen werden kann. Diese Öffnung 24 befindet sich bezogen auf die Bildebene links unten von dem Vorratsbehälter 14 und ist somit oberhalb der Transportvorrichtung 12 angeordnet. Auf diese Weise kann das Ausgangsmaterial 22 also den Vorratsbehälter 14 verlassen und auf die Transportvorrichtung 12 ausgelassen werden. An der Öffnung 24 ist ein verstellbares Verschließelement 26 zu erkennen. Dieses Verschließelement 26 kann beispielsweise eine Rakel sein. Das Verschließelement 26 ist dabei über die gesamte Längsbreite 16 des Vorratsbehälters 14 angeordnet und weist also ebenfalls die gleiche Breite 18 wie die Transportvorrichtung 12 auf. Eine Höhe des Verschließelements 26 beziehungsweise der Rakeln kann so eingestellt werden, dass somit eine Ausgangsgröße der Öffnung 24 beeinflusst werden kann. Es ist also möglich, über das höhenverstellbare Verschließelement 26 zu bestimmen, welche Menge des Ausgangsmaterials 22 aus dem Vorratsbehälter 14 auf die Transportvorrichtung 12 ausgelassen wird. Zudem kann das Verschließelement 26 beeinflussen, wie das Ausgangsmaterial 22 beziehungsweise in welcher Form das Ausgangsmaterial 22 den Vorratsbehälter 14 verlässt. Das Verschließelement 26 kann somit während des Auslassvorgangs das Ausgangsmaterial 22 in einer vorbestimmten Art und Weise überstreichen, sodass das Ausgangsmaterial 22 mit einer vordefinierten Schichtdicke den Vorratsbehälter 14 verlässt. Die Rakel ist also nicht wie bei anderen 3D-Druckerverfahren auf einem Baubett direkt angeordnet, sondern indirekt. Somit werden an dieser Stelle keine Kräfte auf einen zu fertigenden Gegenstand übertragen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung 24 ist zudem ein Dichtungselement 28 zu erkennen, welches sich bezogen auf die Bildebene unten rechts von dem Vorratsbehälter 14 befindet und über die gesamte Längsbreite 16 des Vorratsbehälters 14 angeordnet ist. Das Dichtungselement 28 kann zum Beispiel als ein Filz oder eine Gummilippe ausgeformt sein. Die Transportvorrichtung 12 ist in dieser Figur ein Förderband. Aus der Öffnung 24 verlässt also Ausgangsmaterial 22 den Vorratsbehälter und wird auf das Förderband platziert. Das Förderband weist eine umlaufende Auflagefläche 30 auf, welche über zwei jeweils am linken und rechten Rand des Förderbands innenliegenden Walzen 32 angetrieben werden kann. Das Ausgangsmaterial 22 wird also in vordefinierter Weise auf dieser Auflagefläche platziert, sodass es von der Öffnung 24 wegbewegt werden kann. Der Antrieb ist dabei nicht gezeigt und ist an dieser Stelle nicht nennenswert beschränkt. Zum Beispiel könnte dieser ein Elektroantrieb sein. Bezogen auf die Bildebene bewegt sich die Auflagefläche 30 von rechts nach links. Die Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise 1 m/s betragen. Ein kleiner Blockpfeil deutet diese Bewegung des Förderbands an. Die Beschichteranordnung 10 bewegt sich dabei nach rechts, was mit einem großen Blockpfeil rechts von dem Vorratsbehälter 14 angedeutet wird. Die Vorschubgeschwindigkeit der Beschichteranordnung 10 kann beispielsweise 1 m/s betragen. Am linken Ende des Förderbands fällt Ausgangsmaterial 22 herunter, sodass eine darunterliegende Bauebene 34 mit einem dort sich befindlichen Bauteil 36, welches gefertigt werden soll, gleichmäßig beschichtet werden kann. Das Beschichten verläuft dabei berührungslos.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Details einer Beschichtereinheit 10. Genauer wird ein Verschließelement 26 an der Öffnung 24 des Vorratsbehälters 14 in einer Seitenansicht gezeigt. Dieses Verschließelement 26 kann ein Rakel sein, wobei es vertikal ausgerichtet ist. Ein doppelseitiger Pfeil deutet die Höhenverstellbarkeit an. Unterhalb der Rakel beziehungsweise des Verschließelements 26 ist die Öffnung 24 von dem Verschließelement 26 zu erkennen. Die Höhenverstellbarkeit des Verschließelements 26 definiert also die Ausgangsgröße der Öffnung 24, aus welcher Ausgangsmaterial 22 den Vorratsbehälter verlassen kann, um auf eine Transportvorrichtung 12, welche beispielsweise ein Förderband sein kann, zu gelangen. Ein Pfeil unterhalb der Transportvorrichtung 12 deutet eine Bewegungsrichtung der Transportvorrichtung 12 an, sodass die gleichmäßig aufliegende Schicht des Ausgangsmaterials 22, welche sich auf der Transportvorrichtung 12 befindet, von der Öffnung 24 wegtransportiert wird. In dem Vorratsbehälter 14 kann gemäß dem Schwerkraftprinzip Ausgangsmaterial 22 nachfallen, so lange, bis der Vorratsbehälter 14 leer ist und über eine nicht näher gezeigte Auffüllöffnung neu beladen werden kann.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Beschichtereinheit 10 mit zwei Transportvorrichtungen 12, 12', welcher sich über einer Bauebene 34 befindet. Die Beschichtereinheit 10 weist einen Vorratsbehälter 14 auf, welcher mit einem Ausgangsmaterial 22 befüllt ist. Der Vorratsbehälter 14 ist angeschnitten dargestellt, sodass das Ausgangsmaterial 22 im Inneren zu erkennen ist. Der Vorratsbehälter 14 weist an seinem oberen Ende zwei Befüllungsmarkierungen 37 auf, welche beispielsweise oben ein Befüllungsmaximum und unten ein Befüllungsminimum anzeigen. Die dabei gezeigten Orte dieser zwei Befüllungsmarkierungen 37 auf dem Vorratsbehälter 14 sind nur als beispielhaft zu verstehen und könnten in einer anderen Variante auch anders verortet werden. Die zwei Transportvorrichtungen 12, 12' sind jeweils, bezogen auf die Bildebene, links und rechts unterhalb des Vorratsbehälters 14 angeordnet und sind jeweils als Förderband mit entsprechenden Auflageflächen 30 und Walzen 32 dargestellt. Das Prinzip ist dabei im Wesentlichen identisch mit dem in 1 dargestellten und zuvor bereits beschriebenen Prinzip. In 3 sind zwar jeweilige Öffnungen 24 und Verschließelemente 26 nicht gezeigt, sind aber sinngemäß vorhanden, um dem genannten Prinzip gemäß ein Auslassen des Ausgangsmaterials 22 aus dem Vorratsbehälter 14 zu ermöglichen. Die linke Transportvorrichtung 12 bewegt aufgetragenes Ausgangsmaterial 22 nach links, sodass dieses Ausgangsmaterial 22 am linken Rand der Transportvorrichtung 12 gleichmäßig und berührungslos auf die darunter sich befindende Bauebene 34 aufgetragen beziehungsweise beschichtet werden kann. Die rechte Transportvorrichtung 12' bewegt aufgetragenes Ausgangsmaterial 22 nach rechts, sodass dieses Ausgangsmaterial 22 am rechten Rand der Transportvorrichtung 12' gleichmäßig und berührungslos auf die darunter sich befindende Bauebene 34 aufgetragen beziehungsweise beschichtet werden kann. Zwischen den beiden Transportvorrichtungen 12, 12' ist in einer Ausbuchtung 38 des Vorratsbehälters 14 eine Druckeinheit 40 zu erkennen. Diese Druckeinheit 40 ist schematisch im Wesentlichen als ein rechteckiger Körper dargestellt und kann vertikal nach unten die darunterliegende Bauebene 34 bedrucken, was in der Figur schematisch angedeutet ist. Die Druckeinheit 40 ist mit einer Rakel 42 abgebildet, welche auf beiden Seiten der Druckeinheit 40 vertikal nach unten in Richtung der Bauebene 34 zeigt. Diese zusätzliche Rakel 42 ist nur optional und kann in einer nicht dargestellten Variante auch weggelassen werden. Direkt oberhalb der Druckeinheit 40 weist der Vorratsbehälter 14 in seinem Inneren ein spitz nach oben verlaufendes Begrenzungselement 44 auf. Über das Begrenzungselement 44 kann das Ausgangsmaterial 22 im Inneren des Vorratsbehälters 14 jeweils zu nicht gezeigten Öffnungen von dem Vorratsbehälter 14 gelangen. Mit anderen Worten ist die Ausbuchtung 38 in dem Vorratsbehälter 14 derart ausgestaltet, dass das Begrenzungselement 44, welches im Wesentlichen eine dreieckige Form aufweist, die Druckeinheit 40 aufnehmen kann.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Beschichtereinheit 10 mit zwei Transportvorrichtungen 12, 12'. Das Prinzip ist im Wesentlichen identisch mit den zuvor bereits gezeigten und beschriebenen Prinzipien. In dieser Figur bewegt sich die Beschichtereinheit 10 von links nach rechts, wobei diese Bewegungsrichtung durch einen großen Blockpfeil rechts von einem Vorratsbehälter 14 angedeutet ist. Die Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise 1 m/s betragen. Die Transportvorrichtung 12', welche sich rechts in Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit 10 befindet, ist inaktiv und weist somit eine Vorschubgeschwindigkeit von 0 auf. Eine an dieser Transportvorrichtung 12' angeordnete Öffnung 24' lässt kein Ausgangsmaterial 22 auf diese Transportvorrichtung 12 aus. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die dortige Transportvorrichtung 12 aktiviert und es gelangt über eine dortige geöffnete Öffnung 24 Ausgangsmaterial 22 auf diese Transportvorrichtung 12. Die Vorschubgeschwindigkeit dieser Transportvorrichtung 12 kann beispielsweise 1 m/s betragen. Ein Verschließelement ist jeweils zwar nicht näher dargestellt, ist aber dem Prinzip nach sinngemäß jeweils mit vorgesehen. Am Ende der aktivierten Transportvorrichtung 12 verlässt das Ausgangsmaterial 22 die Transportvorrichtung 12, sodass eine Beschichtung mit Ausgangsmaterial 22 von einer sich unterhalb der Beschichtereinheit 10 befindlichen Bauebene 34 mit einem dort zu fertigenden Bauteil 36 berührungslos vollzogen werden kann. Mittig zwischen den beiden Transportvorrichtungen 12, 12' ist eine Druckeinheit 40 zu erkennen. Wenn die Beschichtereinheit 10 von links nach rechts über die Bauebene 34 bewegt wird, ist es somit möglich, einen Druckschritt mittels der Druckeinheit 40 zu realisieren und während des gleichen Bewegungsablaufs einen sich an den Druckschritt anschließenden Beschichtungsschritt zu vollführen. Die Beschichtereinheit 10 und die Druckeinheit 40 bilden dabei eine zusammengeschlossene Einheit. So eine Einheit kann auch als Drucker-/Beschichtereinheit benannt werden. Ein Begrenzungselement 44 weist in dieser Variante eine im Wesentlichen abgeflachte Oberseite auf.
5 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht der Beschichtereinheit 10 mit zwei Transportvorrichtungen 12, 12' aus 4 in einer gegenläufigen Bewegungsrichtung. Das Prinzip verbleibt gleich. In dieser Figur bewegt sich die Beschichtereinheit 10 von rechts nach links, wobei diese Bewegungsrichtung durch einen großen Blockpfeil links von einem Vorratsbehälter 14 angedeutet ist. Die Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise 1 m/s betragen. Die Transportvorrichtung 12, welche sich links in Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit 10 befindet, ist inaktiv und weist somit eine Vorschubgeschwindigkeit von 0 auf. Eine an dieser Transportvorrichtung 12 angeordnete Öffnung 24 lässt kein Ausgangsmaterial 22 auf diese Transportvorrichtung 12 aus. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die dortige Transportvorrichtung 12' aktiviert und es gelangt über eine dortige geöffnete Öffnung 24' Ausgangsmaterial 22 auf diese Transportvorrichtung 12. Die Vorschubgeschwindigkeit dieser Transportvorrichtung 12' kann beispielsweise 1 m/s betragen. Ein Verschließelement 26` ist jeweils zwar nicht näher dargestellt, ist aber dem Prinzip nach sinngemäß jeweils mit vorgesehen. Am Ende der aktivierten Transportvorrichtung 12 verlässt das Ausgangsmaterial 22 die Transportvorrichtung 12', sodass eine Beschichtung mit Ausgangsmaterial 22 von einer sich unterhalb der Beschichtereinheit 10 befindlichen Bauebene 34 mit einem dort zu fertigenden Bauteil 36 berührungslos vollzogen werden kann. Mittig zwischen den beiden Transportvorrichtungen 12, 12' ist eine Druckeinheit 40 zu erkennen. Wenn die Beschichtereinheit 10 von rechts nach links über die Bauebene 34 bewegt wird, ist es somit möglich, einen Druckschritt mittels der Druckeinheit 40 zu realisieren und während des gleichen Bewegungsablaufs einen sich an den Druckschritt anschließenden Beschichtungsschritt zu vollführen. Die Beschichtereinheit 10 und die Druckeinheit 40 bilden dabei eine zusammengeschlossene Einheit. So eine Einheit kann auch als Drucker-/Beschichtereinheit benannt werden. Ein Begrenzungselement 44 weist in dieser Variante eine im Wesentlichen abgeflachte Oberseite auf.
6 zeigt eine Draufsicht auf eine Auffangvorrichtung 46. Eine Beschichtereinheit 10 wird dabei von, bezogen auf die Bildebene, rechts nach links über diese Auffangvorrichtung 46 bewegt. Diese Beschichtereinheit 10 kann auch eine nicht näher gezeigte Druckeinheit 40 aufweisen und als Drucker-/Beschichtereinheit bezeichnet werden. Die Auffangvorrichtung 46 ist in einer Bauebene 34 angeordnet und wird aus einzelnen Auffangbehältern 48 gebildet. Ein Auffangbehälter 48 kann auch als Box bezeichnet werden. Die einzelnen Auffangbehälter 48 können dabei beispielsweise nebeneinander lose angeordnet sein oder mittels einem nicht weiter gezeigten Kopplungsmechanismus miteinander zu einem Zusammenschluss gekoppelt sein. In einer nicht näher dargestellten Variante könnte auch nur ein sehr großer Auffangbehälter 48 vorgesehen sein. Ein Zusammenschluss einzelner Auffangbehälter 48 kann als XXL-Box bezeichnet werden. Die zu der Auffangvorrichtung 46 zugehörigen Lochsieb 50 und Abstreichelement 52 sind in dieser Figur nicht gezeigt und werden im Detail in 7 dargestellt.
7 zeigt ein Detail von einer Auffangvorrichtung 46. Genauer zeigt 7 ein Lochsieb 50 und ein Abstreichelement 52 in Form eines Bleches, welche über den Auffangbehältern 48 angeordnet werden können. Das Abstreichelement 52 beziehungsweise dieses Blech überdeckt teilweise das Lochsieb 50. Auf diesem Abstreichelement 52 kann ein zu fertigendes Bauteil 36 und überschüssiges Ausgangsmaterial 22 angeordnet werden, was in der Figur nicht näher dargestellt ist. Wenn das Abstreichelement 52 verschoben wird, verbleibt das zu fertigende Bauteil 36 auf dem Lochsieb 50 und das überschüssige Ausgangsmaterial 22 kann durch die Löcher des Lochsiebs 50 in die darunter sich befindenden Auffangbehälter 48 gelangen beziehungsweise ablaufen. Das Bauteil 36 verbleibt im Bauraum 34 und kann anschließend entnommen werden.
Bezugszeichenliste

10: Beschichtereinheit
12: erste Transportvorrichtung
12': zweite Transportvorrichtung
14: Vorratsbehälter
16: Längsbreite
18: Breite
20: Höhe
22: Ausgangsmaterial
24: erste Öffnung
24': zweite Öffnung
26: erstes Verschließelement
26': zweites Verschließelement
28: Dichtungselement
30: Auflagefläche
32: Walze
34: Bauebene
36: Bauteil
37: Befüllungsmarkierung
38: Ausbuchtung
40: Druckeinheit
42: Rakel
44: Begrenzungselement
46: Auffangvorrichtung
48: Auffangbehälter
50: Lochsieb
52: Abstreichelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014112447 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen von einem Ausgangsmaterial (22) in wenigstens einem Vorratsbehälter (14) von einer Beschichtereinheit (10), Einstellen einer ersten Öffnung (24) in dem Vorratsbehälter (14) mittels einem ersten verstellbaren Verschließelement (26), Bewegen der Beschichtereinheit (10) in eine erste Bewegungsrichtung über den Bauraum des zu fertigenden Bauteils (36) und Auslassen des Ausgangsmaterials (22) aus dem Vorratsbehälter (14), dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig wenigstens eine erste Transportvorrichtung (12), welche unterhalb des Vorratsbehälters (14) vorgesehen ist, gestartet wird, wobei die erste Transportvorrichtung (12) ausgelegt ist, das ausgelassene Ausgangsmaterial (22) an der ersten Öffnung (24) aufzunehmen und zu einem ersten Bereich, welcher von der ersten Öffnung (24) beabstandet ist, zu transportieren, sodass am Ende der ersten Transportvorrichtung (12) das Ausgangsmaterial (22) berührungslos in den Bauraum beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtereinheit (10) ausgelegt ist, wenigstens eine Druckeinheit (40) zu umfassen, wobei zusätzlich ein Druckschritt vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine zweite Öffnung (24`), welche in dem wenigstens einem Vorratsbehälter (14) gegenüber der ersten Öffnung (24) angeordnet ist, mittels einem zweiten verstellbaren Verschließelement (26`) eingestellt wird, die Beschichtereinheit (10) in eine zweite Bewegungsrichtung über einen Bauraum des zu fertigenden Bauteils (36) bewegt wird, Ausgangsmaterial (22) aus dem Vorratsbehälter (14) aus der zweiten Öffnung (24') ausgelassen wird, wobei gleichzeitig wenigstens eine zweite Transportvorrichtung (12'), welche unterhalb des Vorratsbehälters (14) auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Transportvorrichtung (12) vorgesehen ist, gestartet wird, wobei die zweite Transportvorrichtung (12') ausgelegt ist, das ausgelassene Ausgangsmaterial (22) an der zweiten Öffnung (24') aufzunehmen und zu einem zweiten Bereich, welcher von der zweiten Öffnung (24') beabstandet ist, zu transportieren, sodass am Ende der zweiten Transportvorrichtung (12') das Ausgangsmaterial (22) berührungslos in den Bauraum beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der jeweiligen Bewegungsrichtung nur eine Transportvorrichtung (12, 12') aktiviert wird und das gleichzeitig zum jeweiligen Beschichten mittels der aktivierten Transportvorrichtung (12, 12') die wenigstens eine Druckeinheit (40) aktiviert wird oder aktivierbar ist, sodass gleichzeitig ein Druckschritt und davon beabstandet ein Beschichtungsschritt durchgeführt werden kann, welcher in Bewegungsrichtung hinter dem Druckschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Geschwindigkeit der jeweiligen Transportvorrichtung (12, 12') in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit einer jeweiligen Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit (10) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine jeweilige Öffnung (24, 24'), welche sich an einer Seite von einer inaktiven Transportvorrichtung (12, 12') befindet, mit einem Dichtungselement (28) verschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die jeweiligen Verschließelemente (26) in Form von Rakeln (42) vorgesehen werden und dass die jeweiligen Transportvorrichtungen (12, 12') Förderbandsysteme sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial (22) ausgewählt ist aus: Kunststoffpulver, Metallpulver oder Sand, wobei je nach Ausgangsmaterial (22) optional ein passendes Druckmedium gewählt wird und wobei überschüssiges Ausgangsmaterial (22) im Bauraum mittels einer Auffangvorrichtung (46) aufgefangen wird, wobei die Auffangvorrichtung (46) wenigstens ein Lochsieb (50), wenigstens ein Abstreichelement (52) und wenigstens einen Auffangbehälter (48) umfasst, wobei aufgrund einer relativ zu dem wenigstens einen Lochsieb (50) vollzogenen Bewegung des wenigstens einen Abstreichelements (52) überschüssiges Ausgangsmaterial (22) durch das wenigstens eine Lochsieb (50) in dem wenigstens einen Auffangbehälter (48) aufgefangen wird.
Beschichtereinheit (10) für das Beschichten eines Bauraums in einem 3D-Druckprozess gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, umfassend wenigstens einen Vorratsbehälter (14) zum Vorhalten eines Ausgangsmaterials (22) mit wenigstens einer Öffnung (24, 24`) und wenigstens einem verstellbaren Verschließelement (26, 26'), wobei die Öffnung (24, 24') und das Verschließelement (26, 26`) ausgelegt sind, das Ausgangsmaterial (22) aus dem Vorratsbehälter (14) auszulassen, wenigstens eine Transportvorrichtung (12, 12'), welche unterhalb des wenigstens einen Vorratsbehälters (14) angeordnet ist und ausgelegt ist, ausgelassenes Ausgangsmaterial (22) von der wenigstens einen ersten Öffnung (24) aufzunehmen und zu einem von der ersten Öffnung (24) beabstandeten ersten Bereich zu transportieren, sodass in dem ersten Bereich ein Beschichtungsschritt mittels der ersten Transportvorrichtung (12) ausführbar ist.
Beschichtereinheit (10) nach Anspruch 9, umfassend wenigstens eine zweite Transportvorrichtung (12'), welche unterhalb des wenigstens einen Vorratsbehälters (14) angeordnet ist und ausgelegt ist, ausgelassenes Ausgangsmaterial (22) von wenigstens einer zweiten Öffnung (24') aufzunehmen und zu einem von der zweiten Öffnung (24) beabstandeten zweiten Bereich zu transportieren, sodass in dem zweiten Bereich ein Beschichtungsschritt mittels der zweiten Transportvorrichtung (12') ausführbar ist, wobei in Abhängigkeit einer ersten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit (10) oder einer zweiten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit (10), welche gegenläufig zu der ersten Bewegungsrichtung der Beschichtereinheit (10) ist, die wenigstens eine der ersten Transportvorrichtungen (12) oder eine der wenigstens zweiten Transportvorrichtungen (12') aktivierbar ist.
Beschichtereinheit (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Beschichtereinheit (10) zusätzlich eine Druckeinheit (40) umfasst, welche ausgelegt ist, während eines jeweiligen Beschichtungsschritts mittels der jeweiligen Transportvorrichtung (12, 12') einen Druckschritt auszuführen.
Beschichtereinheit (10) nach den Ansprüchen 9 bis 11, wobei die Beschichtereinheit (10) zusätzlich eine Mikrowelleneinheit umfasst.