DE202017007255U1

DE202017007255U1 - Verbesserungen für die additive Herstellung

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Publication number: DE202017007255U1
Application number: DE202017007255.6U
Authority: DE
Original assignee: Additive Manufacturing Technologies Ltd
Current assignee: Additive Manufacturing Technologies Ltd
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2020-05-25
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: US20190375158A1; WO2018127683A1; GB201700346D0; GB2582225A; US12162220B2; GB2582222A; GB201721485D0; CN110382211A; GB202004405D0; GB2560073B; DK3565712T3; GB2560073A; ES2961482T3; PL3565712T3; GB2582222B; EP3565712B1; GB2582225B; US20230091181A1; EP3565712A1; DE202017007250U1

Abstract

Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils, umfassend:
einen Behälter zum Halten eines flüssigen Lösungsmittels;
eine Bearbeitungskammer in steuerbarer Fluidkommunikation mit dem Behälter;
eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, durch das Lösungsmittel ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten;
ein Lösungsmittelabgabesystem, das stromaufwärts von der Bearbeitungskammer angeordnet ist, zum Einführen des Lösungsmittels in die Bearbeitungskammer;
ein erstes Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um das Lösungsmittel zu verdampfen, bevor es in die Bearbeitungskammer eintritt; und
eine Vakuumpumpe, die betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist und dafür ausgelegt ist, um einen negativen Druck an ein Inneres der Bearbeitungskammer anzulegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft additive Herstellungsverfahren. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung die Nachbearbeitung von Polymerteilen, die in einem energiebasierten additiven Herstellungsverfahren, wie Laser- oder Infrarot-Sintern, oder einem extrusionsbasierten Verfahren, wie Fused Deposition Modelling (FDM), erzeugt wurden.
Die additive Herstellung (AM) ist ein Verfahren zur Verbindung von Materialien, um Objekte aus 3D Modelldaten herzustellen, typischerweise Schicht-auf-Schicht, im Gegensatz zu subtraktiven Herstellungstechniken, wie Schleifen oder Schneiden. AM-Verfahren werden im Allgemeinen gemäß den verwendeten Maschinen und Technologien klassifiziert, z.B. Laser oder Extrusion, und dem Zustand des verwendeten Rohmaterials, d.h. flüssigkeitsbasiert, pulverbasiert oder feststoffbasiert. Die verschiedenen Bearbeitungsbedingungen, die im AM-Verfahren angetroffen werden, erzeugen verschiedene mechanische Eigenschaften und Oberfläche-Finishs, insbesondere verglichen mit traditionellen Herstellungstechniken. Zum Beispiel wird das Oberflächen-Finish beim Spritzguss durch die Gussform bestimmt, während sich die Außenfläche von AM-Teilen rau anfühlt und visuell stumpf ist infolge des Schicht-auf-Schicht-Verfahrens. Ein solches Oberflächen-Finish ist häufig unerwünscht, insbesondere wenn der Teil für eine ästhetische Anwendung bestimmt ist. Ferner kann die Oberflächenrauigkeit die mechanische Leistung des AM-Teils nachteilig beeinflussen, wie die Reißfestigkeit, Zug- und/oder Biegefestigkeit, den Elastizitätsmodul des Materials und die Bruchdehnung. Zusätzlich kann ein raues Oberflächen-Finish schwer zu reinigen sein, leicht Flecken aufweisen oder kann unerwünschte Schäden an benachbarten Teilen im Gebrauch verursachen.
Als solche werden AM-Teile häufig nach der Herstellung nachbearbeitet, in einem Versuch, die häufig unerwünschte raue Außenfläche zu glätten und manchmal auch Trägerstrukturen zu entfernen, die im Herstellungsverfahren verwendet werden. Die beiden Hauptkategorien der Nachbearbeitung sind die primäre und sekundäre Nachbearbeitung. Die primäre Nachbearbeitung umfasst typischerweise die vorgegebenen Schritte, die an allen AM-Teilen vorgenommen werden müssen, um sie für den Gebrauch in irgendeiner Anwendung geeignet zu machen. Diese Schritte variieren je nach Technologie, umfassen jedoch im Allgemeinen eine Reinigung und Entfernung der Trägerstruktur. Die sekundäre Nachbearbeitung umfasst ein optionales Finishing des Teils, um die Ästhetik und/oder Funktion des Teils zu verbessern. Am häufigsten umfasst die sekundäre Nachbearbeitung ein Sanden, Füllen, Priming und Bemalen. Typischerweise werden AM-Teile mechanisch getrommelt, gesandet oder beschichtet, um das Oberflächenaussehen und die Haptik zu verbessern. Diese primären und sekundären Nachbearbeitungsschritte sind jedoch manuell, was signifikante Kosten und Zeit zu dem Herstellungsverfahren angesichts der signifikanten manuellen Arbeit hinzufügt, die erforderlich ist, und was somit potentiell die Vorteile der AM in einigen Anwendungen beeinträchtigt. Eine solche manuelle Nachbearbeitung kann auch eine nicht quantifizierbare Abmessungsvariation in die Geometrie des Endteils einbringen, und es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, für einen Endbearbeiter eines Teils, genau denselben Betrag und Grad eines Finishings für jeden Teil zu erhalten, d.h. ein wiederholbares und reproduzierbares Oberflächen-Finish. Für komplizierte Teile mit heiklen Merkmalen wird häufig ein Duplikatteil hergestellt nur für den Fall, dass das Original während der Nachbearbeitungsstufe beschädigt oder zerbrochen wird, was unzweckmäßig weiter Kosten, Energie und Materialien erhöht. Feine Detailarbeiten an dem AM-Teil können als Ergebnis manueller Nachbearbeitungstechniken unwiederbringlich verloren gehen. Ferner sind die manuellen Nachbearbeitungstechniken „Sichtweiten“-Verfahren und sind nicht für das Glätten verborgener/komplizierter Merkmale geeignet, wie zum Beispiel Innenflächen von Gitterstrukturen.
An sich ist die Wahrnehmung, dass AM-Techniken einen digitalen Arbeitsfluss bieten, der einfach, schnell und automatisiert ist, nur richtig bis zu dem Moment, in dem die AM-Teile aus der AM-Maschine entnommen werden. Sobald die AM-Teile in die Nachbearbeitungsphase eintreten, wird das automatisierte Verfahren per Knopfdruck ein manueller Vorgang, der unerwünscht die Zeit, Kosten, Materialien, Energie und Qualität beeinflusst.
Die Verwendung eines Lösungsmitteldampfs ist bekannt, wie Aceton, zur Verbesserung des Oberflächen-Finishs von AM-Teilen, die hauptsächlich aus Materialien vom ABS-Typ hergestellt werden. Eine solche Behandlung beruht auf einem geeigneten Lösungsmittel, um etwas von der rauen Außenfläche des AM-Teils zu lösen, um die Oberflächenglattheit, den Glanz und potentiell die mechanischen Eigenschaften des Teils selbst zu verstärken. Diese bekannten Lösungsmittelbehandlungen sind jedoch auch manuell und arbeitsintensiv und haben somit dieselben Nachteile wie die im Vorstehenden beschriebenen mechanischen Techniken. Ferner sind bekannte Lösungsmittelbehandlungen zur Verbesserung des Oberflächen-Finishs von Nylon 12 nicht geeignet, welches das häufigste Polymer ist, das zum Lasersintern verwendet wird, und welches ein Teil der Polyamidgruppe von Materialien ist, die besonders beständig gegenüber Chemikalien sind, wie Aceton. Zusätzlich wurde in einigen Fällen gefunden, dass es zu einer Gewichtszunahme des AM-Teils nach der Verwendung einer Lösungsmittelnachbearbeitungsbehandlung kommt, um das Oberflächen-Finish zu verbessern. Diese unerwünschte Gewichtszunahme kann bis zu 8 % betragen, und es wurde gefunden, dass sie ein Ergebnis der Wasserabsorption (insbesondere bei Nylon™ Materialien) in den Oberflächenschichten des AM-Teils ist.
Es ist eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils bereitzustellen, um das Oberflächen-Finish davon zu verbessern, ohne die Integrität, das Aussehen oder die Leistung des Teils zu beeinträchtigen.
Es ist eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils bereitzustellen, um das Oberflächen-Finish davon zu verbessern, das effizient und konsistent hinsichtlich der Qualität, Zeit, Kosten und Materialien ist.
Es ist eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils bereitzustellen, um das Oberflächen-Finish davon zu verbessern, indem der AM-Teil einem Lösungsmittel in einer gesteuerten Weise ausgesetzt wird, um ein gewünschtes Oberflächen-Finish ohne unerwünschte Gewichtszunahme zu erzielen.
Es ist eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Verfahren zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils in einer „intelligenten“ Weise bereitzustellen, wodurch ein maschinelles Lernen von mehreren Vorrichtungen verwendet wird, um die Bearbeitungsparameter und - effizienz des Finishing-Prozesses für den Teil zu verbessern.
Es ist eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines automatisierten Verfahrens zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils bereitzustellen, um das Oberflächen-Finish davon in einer gesteuerten und automatisierten Weise zu verbessern, die effizient und umweltfreundlich ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils bereitgestellt, umfassend:

einen Behälter zum Halten eines flüssigen Lösungsmittels;
eine Bearbeitungskammer in steuerbarer Fluidkommunikation mit dem Behälter; und
eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, durch das Lösungsmittel ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten.

Gegebenenfalls umfasst der mindestens eine Parameter ein Material des Teils, eine gewünschte Oberflächenrauigkeit des Teils und/oder eine geometrische Eigenschaft des Teils, einschließlich Oberflächenbereich, Volumen, Abmessung und/oder Teilkomplexität.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner eine Vakuumpumpe, die von der Steuereinheit betreibbar steuerbar ist und dafür ausgelegt ist, um einen negativen Druck an ein Inneres der Bearbeitungskammer anzulegen.
Gegebenenfalls ist die Steuereinheit dafür ausgelegt, um selektiv die Vakuumpumpe für eine vorherbestimmte Zeit zu betreiben, um einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen.
Gegebenenfalls beträgt der negative Druck ungefähr 10 bis 400 mbar.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner ein Lösungsmittelabgabeventil, das betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel selektiv in die Bearbeitungskammer durch den darin angelegten negativen Druck gezogen wird.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner ein Lösungsmittelabgabesystem, das stromaufwärts von der Bearbeitungskammer angeordnet ist und betreibbar von der Steuereinheit zum selektiven Aufnehmen von Lösungsmittel aus dem Behälter und Einführen einer vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer steuerbar ist.
Gegebenenfalls umfasst das Lösungsmittelabgabesystem eine Pumpe und ein Dosierventil für die gesteuerte Abgabe der vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer.
Gegebenenfalls umfasst das Lösungsmittelabgabesystem ferner ein Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um steuerbar die vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel auf eine vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur zu erhitzen.
Gegebenenfalls bewirkt die vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur, dass das Lösungsmittel verdampft.
Gegebenenfalls wird das Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer über ein Lösungsmittelverteilungssystem eingeführt.
Gegebenenfalls umfasst das Lösungsmittelverteilungssystem mindestens eine Düse für die gesteuerte Verteilung von Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner einen Heizer zum gesteuerten Erhitzen eines Inneren der Bearbeitungskammer auf eine vorherbestimmte Kammertemperatur.
Gegebenenfalls umfasst der Heizer ein Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um steuerbar mindestens eine Innenfläche der Bearbeitungskammer zu erhitzen.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner einen Kühler zur gesteuerten Kühlung eines AM-Teils, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist.
Gegebenenfalls ist die Steuereinheit dafür ausgelegt, um selektiv die Vakuumpumpe für eine weitere vorherbestimmte Zeit zu betreiben, um erneut einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen, nachdem eine vorherbestimmte Bearbeitungszeit verstrichen ist.
Gegebenenfalls beträgt die Bearbeitungszeit zwischen ungefähr 5 Sekunden bis ungefähr 120 Minuten auf der Basis des mindestens einen Parameters.
Gegebenenfalls ist die Vakuumpumpe ferner dafür ausgelegt, um selektiv die Bearbeitungskammer zur Atmosphäre zu entlüften, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde, um Lösungsmitteldampf aus der Bearbeitungskammer und aus dem darin angeordneten Teil zu extrahieren.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem, um verwendetes Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer rückzugewinnen.
Gegebenenfalls umfasst das Lösungsmittelrückgewinnungssystem einen Kondensator, um Lösungsmittel von Luft zu trennen.
Gegebenenfalls ist das Lösungsmittelrückgewinnungssystem fluidisch mit dem Behälter und/oder dem Lösungsmittelabgabesystem derart verbunden, dass rückgewonnenes verwendetes Lösungsmittel dorthin zurückgeführt werden kann.
Gegebenenfalls umfasst der Behälter ein erstes Abteil für frisches Lösungsmittel und ein weiteres Abteil für rückgewonnenes Lösungsmittel.
Gegebenenfalls umfasst die Vorrichtung ferner eine Benutzerschnittstelle für einen Benutzer, um das Material des Teils, der zu bearbeiten ist, und die gewünschte Oberflächenrauigkeit einzugeben, wobei die Steuereinheit ferner dafür ausgelegt ist, um ein Bearbeitungsprogramm auf der Basis mindestens des Materials und der gewünschten Oberflächenrauigkeit auszuführen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils bereitgestellt, umfassend:

Anordnen eines additiv hergestellten Polymerteils in einer Bearbeitungskammer; und
ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, steuerbares Nachbearbeiten des Teils durch ein Lösungsmittel, das steuerbar in die Bearbeitungskammer eingeführt wird.

Gegebenenfalls umfasst der mindestens eine Parameter ein Material des Teils, eine gewünschte Oberflächenrauigkeit des Teils und/oder eine geometrische Eigenschaft des Teils, einschließlich Oberflächenbereich, Volumen, Abmessung und/oder Komplexität.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: selektives Abgeben einer vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Anlegen eines negativen Drucks an das Innere der Bearbeitungskammer für eine vorherbestimmte Zeit.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Verwenden des negativen Drucks, um selektiv die vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer abzugeben.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Erhitzen der vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel auf eine vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur, um zu bewirken, dass das Lösungsmittel verdampft, bevor es in die Bearbeitungskammer eintritt.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: selektives Erhitzen eines Inneren der Bearbeitungskammer auf eine vorherbestimmte Kammertemperatur.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Erhitzen mindestens einer Innenfläche der Bearbeitungskammer.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Erzeugen eines Energiepotentials zwischen einem AM-Teil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, und dem Lösungsmittel.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: selektives Kühlen eines AM-Teils, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, um das Energiepotential zu erzeugen und zu bewirken, dass Lösungsmitteldampf auf dem AM-Teil kondensiert.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: erneutes Anlegen eines negativen Drucks in der Bearbeitungskammer für eine vorherbestimmte Zeit, nachdem eine vorherbestimmte Bearbeitungszeit verstrichen ist.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: selektives Entlüften der Bearbeitungskammer zur Atmosphäre, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde, um Lösungsmitteldampf aus der Bearbeitungskammer und aus dem darin angeordneten Teil zu extrahieren.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Rückgewinnen von verwendetem Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Zurückführen von rückgewonnenem verwendeten Lösungsmittel zu dem Behälter.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Eingeben oder Auswählen des mindestens einen Parameters, der mit dem Teil assoziiert ist, über eine Benutzersch n ittstelle.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren ferner: Ausführen eines Bearbeitungsprogramms durch eine Steuereinheit auf der Basis des mindestens einen Parameters.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches, wenn es von einem Computer ausgeführt wird, das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausführt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung eines Lösungsmittels bereitgestellt, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten.
Gegebenenfalls wird das Lösungsmittel ausgewählt aus einer Gruppe umfassend 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol (HFIP), Dimethylformamid, Schwefelsäure, m-Cresol, Ameisensäure, Trifluoressigsäure und Benzylalkohol.
Gegebenenfalls umfasst die Verwendung ferner: selektives Erzeugen eines Energiepotentials zwischen einem AM-Teil und dem Lösungsmittel.
Gegebenenfalls umfasst die Verwendung ferner: selektives Steuern einer Lösungsmitteltemperatur und einer AM-Teil-Temperatur, wobei die Lösungsmitteltemperatur größer ist als die AM-Teil-Temperatur.
Gegebenenfalls umfasst die Verwendung ferner: Erhitzen des Lösungsmittels auf eine vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur und Kühlen des AM-Teils, um einen gewünschten Temperaturgradienten dazwischen zu erzeugen, um zu bewirken, dass Lösungsmitteldampf auf dem AM-Teil für eine vorherbestimmte Bearbeitungszeit kondensiert.
Figurenliste
Nun werden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1a eine schematische Darstellung einer Nachbearbeitungsvorrichtung für einen AM-Teil gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
1b bis 1e schematische Darstellungen verschiedener Teile der Vorrichtung von 1a veranschaulichen;
2 die Nachbearbeitungsschritte eines Verfahrens unter Verwendung der Vorrichtung von 1a veranschaulicht;
3 die Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit und der Expositionszeit gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 eine Liste von Sensoren der Vorrichtung von 1a veranschaulicht;
5 eine Liste von Parametern veranschaulicht, die von der Vorrichtung von 1a steuerbar sind;
6 eine Liste von Eingaben veranschaulicht, die von der Vorrichtung von 1a überwacht werden;
7 eine weitere schematische Darstellung einer Nachbearbeitungsvorrichtung für einen AM-Teil gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 die Nachbearbeitungsschritte eines Verfahrens unter Verwendung der Vorrichtung von 7 veranschaulicht;
9 eine Liste von Sensoren der Vorrichtung von 7 veranschaulicht;
10 eine Liste von Parametern veranschaulicht, die von der Vorrichtung von 7 steuerbar sind;
11 thermodynamische Bearbeitungsbedingungen für verschiedene AM-Polymere, die zu glätten sind, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 eine Bearbeitungszeit und Energiepotentialpegel für verschiedene Oberflächen-Finishes gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
13 Bearbeitungsdaten für Polyamid 12 veranschaulicht;
14 Bearbeitungsdaten für thermoplastisches Polyurethan veranschaulicht;
15 einen Druck-Temperatur-Graphen des HFIP Lösungsmittels zum Einstellen von Bearbeitungsparametern verwendet, um die Oberflächen des AM-Polymerteils zu glätten;
16a und 16b das Verfahren zum Erzeugen verschiedener Grade einer Oberflächenglattheit durch Steuern des Energiepotentials zwischen dem Lösungsmittel und dem AM-Teil gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
17 die Steuerung eines Lösungsmittelzustands während des Glättungsprozesses veranschaulicht;
18a und 18b die Effekte einer raschen Kondensation von Lösungsmittel auf einem AM-Teil gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
19a und 19b die Entfernung von verbleibendem Lösungsmittel von einem AM-Teil gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
20a und 20b Wassereintauchtestergebnisse für TPU- und Polyamid 12-Teile veranschaulichen, die gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bearbeitet wurden;
21 thermogravimetrische Testergebnisse eines bearbeiteten Polymers gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; 22 einen Chromatographen veranschaulicht, der die Effizienz der HFIP Lösungsmittelrückgewinnung aus einem bearbeiteten Polymer gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt; und
23 Bedingungen der Entfernung von verbleibendem HFIP gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Wie in 1a gezeigt, umfasst die Vorrichtung 100 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine entfernbare Lösungsmittelkartusche 102, ein Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 zum Halten eines Lösungsmittels, ein Lösungsmittelverteilungssystem 106, eine Bearbeitungskammer 108, eine Vakuumpumpe 110 und ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem 112. Die Vorrichtung umfasst auch eine Steuerkammer 114, die mit dem Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 verbunden ist, und eine Luftheizpumpe 116, um erhitzte Luft in die Bearbeitungskammer 108 zu entlüften. Die Bearbeitungskammer 108 enthält auch ein Teilträgersystem 109, wie ein Gestell oder dgl.
Ein erstes Steuerventil V₁ ist zwischen der Lösungsmittelkartusche 102 und dem Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 angeordnet. Ein zweites Steuerventil V₂ ist zwischen dem Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 und dem Lösungsmittelverteilungssystem 106 angeordnet. Ein drittes Steuerventil V₃ ist zwischen dem Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 und der Steuerkammer 114 angeordnet. Ein viertes Steuerventil V₄ ist stromabwärts von der Kammer, geeignet an der Vakuumpumpe 110, angeordnet, um es der Vorrichtung, insbesondere der Bearbeitungskammer 108, zu gestatten, selektiv zur Atmosphäre entlüftet zu werden. Ein fünftes Steuerventil V₅ ist zwischen dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 112 und dem Lösungsmitteldosier- und - heizsystem 104/ der Lösungsmittelkartusche 102 angeordnet. Das Ventil V₅ ist ein Ablenkventil, das selektiv den Fluss des rückgewonnenen Lösungsmittels zum Lösungsmitteldosier- und -heizsystem 104 oder der Kartusche 102 steuert, wie im Nachstehenden weiter beschrieben.
Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 118 mit einer Benutzerschnittstelle, z.B. einer Berührungsbildschirmanzeige, um es einer Bedienungsperson zu gestatten, vorherbestimmte Parameter einzugeben, die mit dem nachzubearbeitenden AM-Teil assoziiert sind, wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Eine Bedienungsperson kann mit der Steuereinheit entweder an der Vorrichtung oder entfernt über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung unter Verwendung einer Anwendung interagieren, die auf einer Rechnervorrichtung gespeichert ist, wie einem Tablet oder Mobiltelefon. Die Steuereinheit 118 ist elektrisch mit den steuerbaren Komponenten durch ein Computersystem, wie Raspberry Pi™ oder ein anderes Open oder Closed Source System, mit den Systemen und Sensoren der Vorrichtung 100 verbunden, um es der Steuereinheit zu gestatten, automatisch und selektiv die Vorrichtung zu steuern, während auch Rückkopplungssignale während eines Nachbearbeitungsvorgangs empfangen werden, wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Die Steuereinheit ist auch dafür ausgelegt, um Vorrichtungsumgebungs-Betriebsbedingungen aufzuzeichnen, nämlich die Umgebungstemperatur AT1 und Feuchtigkeit AH1, während die Vorrichtung in Verwendung steht. Die Vorrichtung ist geeignet mit einem Notstoppknopf ES1 verbunden, um die Maschine sofort zu stoppen, sollte dies erforderlich sein. Ein Sensor AP1 ist auch vorhanden, um die Vorrichtung 100 in dem Fall zu stoppen, dass irgendwelche Wartungszugriffspaneele während des Betriebs entfernt werden. Die Steuereinheit 118 steht auch in Lese/Schreib-Kommunikation mit einem Datenspeichermedium, wie einer Cloud-basierten Datenbank 120, um zu gestatten, dass auf Betriebsparameter, Programme und Daten zugegriffen wird und/oder diese gespeichert werden.
Nur für Zwecke der Veranschaulichung ist der Fluss des Lösungsmittels in einem flüssigen Zustand während des Nachbearbeitungsvorgangs durch eine gestrichelte Linie gezeigt und mit SP_L bezeichnet. Der Fluss des Lösungsmittels in einem dampfförmigen Zustand ist durch eine relativ dicke durchgehende Linie gezeigt und mit SP_V bezeichnet. Der Wasserfluss ist mit WP bezeichnet, und der Luftfluss ist mit A bezeichnet. Die Steuerverbindungen sind mit einer relativ dünnen Linie gezeigt und mit C bezeichnet.
2 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens S200 zur Nachbearbeitung eines AM-Teils unter Verwendung der Vorrichtung 100 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in Schritt S202 veranschaulicht, wird eine „vorverpackte“ und versiegelte Kartusche 102, die ein geeignetes Lösungsmittel enthält, ausgewählt und entfernbar mit der Vorrichtung 100 über eine geeignete Verbindung 102c, wie einen Schnellverriegelungsmechanismus oder dgl., gekoppelt. Wie in 1b gezeigt, umfasst die Lösungsmittelkartusche 102 zwei Abteile: eines für frisches Lösungsmittel und das andere für verwendetes Lösungsmittel. Ein Sensor SL₁ fühlt den Pegel des frischen Lösungsmittels ab, und ein Sensor SL₃ fühlt den Pegel des verwendeten Lösungsmittels ab. Das Abteil für das frische Lösungsmittel hat mindestens einen Auslass, und das Abteil für das verwendete Lösungsmittel hat mindestens einen Einlass, um verwendetes Lösungsmittel zur Kartusche zurückzuführen, wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Die Kartusche 102 umfasst einen Closed Source Elektronikchip 102a, der mit der Steuereinheit 118 kommuniziert, um zu gestatten, dass Sensorsignale betreibbar an diese gesendet werden. Die Kartusche 102 umfasst auch einen Schnellverriegelungs-Kopplungshandhabungsmechanismus 102b, um die Kartusche handzuhaben, wenn sie mit der Vorrichtung verbunden wird und von dieser entfernt wird. Der Handhabungsmechanismus 102b kann mit dem Verbindungsmechanismus 102c derart verbunden sein, dass der Handhabungsmechanismus 102b einen Schnellverbindungs/verriegelungs-Kopplungsmechanismus 102c betätigt, um die Kartusche schnell und einfach mit der Vorrichtung zu koppen/von dieser zu entfernen. Ein Sensor QR₁ (nicht gezeigt) kann bereitgestellt sein, um gegenüber der Steuereinheit 118 zu bestätigen, dass die Kartusche geeignet angeordnet ist und mit der Vorrichtung verbunden ist.
Geeignete Lösungsmittel umfassen protonische polare Lösungsmittel und nicht protonische polare Lösungsmittel, wie, jedoch nicht beschränkt auf 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol (HFIP), Dimethylformamid, Schwefelsäure, m-Cresol, Ameisensäure, Trifluoressigsäure und Benzylalkohol. Geeignet kann ein Lösungsmittel verwendet werden, das starke Wasserstoffbindungseigenschaften aufweist. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Lösungsmittel, Substanzen zu bearbeiten, die als Wasserstoffbindungsakzeptoren dienen, wie Nylons™ (Polyamide).
In Schritt S204 wird mindestens ein AM-Polymerteil in die Bearbeitungskammer 108 über eine Zugangstür davon, wie einen abdichtbaren Deckel, der auf einer oberen Fläche der Vorrichtung für einen leichten Zugang angeordnet ist, und auf eine optionale Trägerstruktur 109, wie ein Gestell, das in der Kammer angeordnet ist, platziert. Die Trägerstruktur 109 ist dafür ausgelegt, um sicherzustellen, dass der Teil vollständig dem Lösungsmittel ausgesetzt ist, das in die Kammer eingeführt wird. Die Zugangstür/der Deckel wird geschlossen, und die Kammer 108 wird abgedichtet. Die Kammer 108 wird abgedichtet, sobald ein Prozesskammer-Türsensor Do/Dc anzeigt, dass die Tür geschlossen ist.
Geeignet wird über die Benutzerschnittstelle der Steuereinheit 118, oder automatisch ansprechend darauf, dass die Kammer abgedichtet wird und/oder ein Teil darin angeordnet wird, eine Systemprüfung von der Steuereinheit 118 vorgenommen, um sicherzustellen, dass sich die Vorrichtung 100 in einem „neutralen“ Zustand befindet und bereit ist, um AM-Teile zu bearbeiten. Die neutrale Zustandsprüfung stellt sicher, dass sich alle Steuerventile in den korrekten Positionen befinden, die Lösungsmittelkartusche eine ausreichende Menge an frischem Lösungsmittel enthält und korrekt mit der Vorrichtung gekoppelt wurde, und die Prozesskammertür/der Deckel sicher geschlossen ist.
In S206 gibt ein Benutzer eine digitale CAD Datei in die Steuereinheit 118 für den zu bearbeitenden AM-Teil entweder über die Internet/Ethernet/drahtlose Verbindung von einem Programm/einer Anwendung oder von einer Datenbank vorgespeicherter CAD Datendateien ein. Die CAD Datei enthält Details der zu bearbeitenden Teile in der Orientierung und Position, in der sie auf der Trägerstruktur 109 in der Bearbeitungskammer 108 angeordnet sind. Dies stellt eine Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sicher und gestattet auch eine genaue Berechnung von Bearbeitungsparametern, indem der Oberflächenbereich und die „Komplexität“ der Teile bekannt sind.
In S208 wählt der Benutzer über die Benutzerschnittstelle der Steuereinheit 118 das Material des AM-Teils und das gewünschte Oberflächen-Finish aus, z.B. die Rauigkeit, die ihrerseits das erforderliche Bearbeitungsprogramm bestimmen, das auszuwählen ist und von der Steuereinheit laufen zu lassen ist. Das Teilmaterial kann aus einer nicht erschöpfenden Liste von Materialien ausgewählt werden, umfassend Nylon 12 (PA220 Duraform™ PA), Nylon 11 (Duraform™ EX Natural, Duraform™ EX Black), thermoplastisches Urethan (TPU), TPE-210 elastomere Materialien, ABS oder dgl. Die Berührungsbildschirmanzeige kann eine Anzahl auswählbarer Materialien für den Benutzer auflisten, um ansprechend auf den nachzubearbeitenden AM-Teil ausgewählt zu werden. Die Oberflächenrauigkeit kann aus einem Bereich von ungefähr 1,5 µm bis zur „wie gedruckten“ Oberflächenrauigkeit (d.h. keine Glättung) in Inkrementen von ungefähr 1 µm ausgewählt werden. Alternativ dazu kann ein Oberflächen-Finish auf der Basis von Finish-Beschreibungen, z.B. matt oder glänzend, und/oder visuellen Beispielen ausgewählt werden, die auf der Anzeige der Benutzerschnittstelle oder mobilen Rechnervorrichtung angezeigt werden.
In Schritt S210 wird das Bearbeitungsprogramm von der Steuereinheit 118 ansprechend auf das ausgewählte Teilmaterial und die gewünschte Oberflächenrauigkeit ausgewählt und wird dann ausgeführt.
Wie in 1c gezeigt, umfasst das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 eine Lösungsmitteldosierkammer 104a und einen Lösungsmittelpegelsensor SL₂, um einen Pegel des Lösungsmittels darin abzufühlen, eine Lösungsmitteldosierpumpe 104b und einen Drucksensor Sp₁, um einen Druck des Lösungsmittels abzufühlen, das durch diese gepumpt wird, ein weiteres Steuerventil V_1A und ein Lösungsmittelheizelement 104c, wie eine Heizspule, und einen Temperatursensor S_t1, um eine Temperatur des Lösungsmittels in dem Erhitzungssystem 104 abzufühlen.
In Schritt S212 wird das erste Steuerventil V₁ von der Steuereinheit 118 geöffnet, und eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel, um die Kammer 104a des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 104 mindestens teilweise zu füllen, geeignet ungefähr 1000 ml, wird von der Kartusche 102 zu dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 unter Verwendung der Lösungsmitteldosierpumpe 104b bei einer gesteuerten Lösungsmittelpumpen-Dosiergeschwindigkeit SDs transferiert.
In Schritt S214 wird das erste Steuerventil V₁ geschlossen. Eine vorherbestimmte Dosis von flüssigem Lösungsmittel wird von der Dosierkammer 104a zu der Lösungsmittelheizspule 104c über das Ventil V1A durch die Lösungsmitteldosierpumpe 104b transferiert. Die „Dosis“ von flüssigem Lösungsmittel wird durch die Lösungsmittelheizspule 104c auf eine vorherbestimmte Temperatur S_t1 von geeigneten Heizmitteln erhitzt, z.B. ein elektrisches Heizelement, das in oder um die Lösungsmittelheizspule 104c angeordnet ist. Die Lösungsmittelmenge wird als Funktion des Typs des Lösungsmittels, das verwendet wird, des Volumens der Bearbeitungskammer 108, des Oberflächenbereichs des/der Teils/Teile, der Bearbeitungstemperatur (eine Funktion des Lösungsmittelsiedepunkts) und des Bearbeitungsdrucks (Vakuum) berechnet. Die Dosiermenge von der Lösungsmitteldosierkammer durch die Heizspule beträgt ungefähr 25 bis 200 ml. Die Beziehung bestimmt die korrekte Menge an Lösungsmittel, um die erforderliche gleichmäßige Schichtdicke quer über alle zu bearbeitenden Teile zu erzielen. Alternativ dazu kann die Kartusche 102 selbst durch getrennte oder integrierte Heizmittel erhitzt werden, wie ein elektrisches Heizelement, das in der Kartusche angeordnet ist, um die Temperatur des Lösungsmittels darin auf die vorherbestimmte Temperatur S_t1 zu erhitzen. In einer solchen Ausführungsform kann das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 nicht erforderlich sein, und das Lösungsmittel kann in die Bearbeitungskammer 108 direkt aus der Kartusche anstatt über das Dosier/erhitzungssystem 104 eingeführt werden. Das Lösungsmittel wird erhitzt, um zu ermöglichen, dass ein Bereich von Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Siedepunkten effizient verarbeitet wird. Die Lösungsmitteltemperatur S_t1 kann zwischen Raumtemperatur und 100 °C betragen, in Abhängigkeit von dem Typ des Lösungsmittels, das für den AM-Teil zu verwenden ist, der bearbeitet wird. Einige Lösungsmittel können kein Erhitzen erfordern. Das Vorerhitzen des Lösungsmittels, um es in eine Dampfphase zu transformieren, bevor es in die Bearbeitungskammer 108 eingeführt wird, ermöglicht es, dass ein niedrigeres Druckdifferential (Vakuum) auf das Lösungsmittel ausgeübt wird, und dadurch weniger Energie, um das Lösungsmittel von einem flüssigen Zustand in einen Dampfzustand zu transformieren und den Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer 108 zu ziehen. Zusätzlich kann die Fähigkeit, das Lösungsmittel zu erhitzen, den thermodynamischen Prozess der Lösungsmittelverdampfung beschleunigen.
In Schritt S216 wird dann ein negativer Druck innerhalb der Bearbeitungskammer 108 von der Vakuumpumpe 110 für eine Vakuumzeit V_1T angelegt, um einen reduzierten Kammerdruck VP₁ von ungefähr etwa 10 bis 200 mbar, und geeignet ungefähr 70 mbar, zu erzeugen. Geeignet kann ein absolutes Vakuum in der Bearbeitungskammer 108 erzeugt werden. Der kritische Druck, wie von dem Sensor ACP1 in der Bearbeitungskammer 108 gemessen, wird als der Punkt definiert, unter dem das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft, d.h. am kritischen Punkt, wo sich das Lösungsmittel in der Dampfphase befindet, bevor es in die Gasphase eintritt, wenn der Druck/die Temperatur erhöht wurde.
In Schritt S218 werden das zweite und dritte Steuerventil V₂ und V₃ geöffnet, und die Druckdifferenz zwischen dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 und der Bearbeitungskammer 108 und der Steuerkammer 114 zieht das Lösungsmittel in beide Kammern 108, 114. Angesichts des Druckdifferentials zwischen dem Lösungsmitteldampf und dem Atmosphärendruck und dem ausgewählten Vakuumdruck VP₁, der an die Kammern 108, 114 angelegt wird, wird die „Dosis“ des Lösungsmittels sofort in die Bearbeitungskammer 108 und die Steuerkammer 114 gezogen und füllt sofort die Kammern 108, 114. Der/die AM-Teil/e, der/die in der Bearbeitungskammer 108 angeordnet ist/sind, und ein Testcoupon/eine Probe, der/die in der Steuerkammer 114 angeordnet ist, ist vollständig von dem Lösungsmitteldampf umgeben. Die Dosiermenge wird von dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 gesteuert und ist als die Menge an Lösungsmittel definiert, die erforderlich ist, um die Dampfphase vollständig zu sättigen. Dies wird von dem Dampf-Flüssigkeit-Äquilibrium des spezifischen Lösungsmittels in Bezug auf die Temperatur und den Druck der Dampf- und Flüssigphase geregelt. Wie in 1d gezeigt, umfasst das Lösungsmittelverteilungssystem 106 drei Verteilungskanäle 106a jeweils mit einer Vielzahl von Öffnungen im gleichen Abstand, um ein gleichmäßiges und rasches Einführen der Lösungsmitteldampfphase in die Vakuumprozesskammer 108 sicherzustellen.
Als Alternative oder zusätzlich dazu, dass ein negativer Druck an die Bearbeitungskammer 108 angelegt wird, kann ein positiver Druck an das Lösungsmittel angelegt werden, um dasselbe in die Kammern 108, 114 aus dem Lösungsmittelbehälter 104 zu drücken.
In Schritt 220 werden das zweite und dritte Steuerventil V₂ und V₃ geschlossen.
In Schritt 222 wird das vierte Steuerventil V₄ geöffnet, und Umgebungsluft, die von einem geeigneten Heizer H1 (nicht gezeigt) der Heizpumpe 116 auf eine vorherbestimmte Temperatur aT erhitzt wird, wird in die Bearbeitungskammer 108 gezogen oder gepumpt. Mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in der Bearbeitungskammer 108 kondensiert der Lösungsmitteldampf sofort auf den/die AM-Teil/e, um einen gleichmäßigen Rückstand und einen glatten Film an Lösungsmittel im flüssigen Zustand an den Außenflächen des Teils zu bilden. Alternativ dazu kann das zweite Steuerventil V₂ geöffnet werden, um die Bearbeitungskammer 108 für das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 und dadurch für zusätzliches Lösungsmittel freizugeben, um die gewünschte Kondensationsrate zu steuern.
Der kondensierte flüssige Lösungsmittelfilm wird auf dem/den AM-Teil/en für eine vorherbestimmte Expositionszeit PET₁ des Teils gehalten, die von ungefähr 5 Sekunden für Nylon 12 Teile bis ungefähr 10 Minuten für Teile vom TPU-Typ reichen kann. Wie in 3 veranschaulicht, bestimmt die vorherbestimmte Expositionszeit PET₁ des Teils die Endoberflächenrauigkeit des/der Teils/Teile und kann auf ungefähr 1,5 µm gesteuert werden.
Wenn die vorherbestimmte Expositionszeit PET₁ für den Teil/die Teile, der/die bearbeitet wird/werden, erreicht wurde, legt die Vakuumpumpe 110 (in Schritt S224) einen negativen Druck VP₂ von ungefähr etwa 10 bis 200 mbar an die Bearbeitungskammer 108 für eine vorherbestimmte Zeit VT₂ an. Das erneute Anlegen eines negativen Drucks an die Bearbeitungskammer 108 erhöht den Dampfdruck, um das kondensierte Lösungsmittel von einem flüssigen Zustand in einen Dampfzustand zurückzuführen.
In Schritt S226 wird das vierte Steuerventil V₄ geöffnet, und die Bearbeitungskammer 108 wird zur Atmosphäre durch die Vakuumpumpe 110 entlüftet, und der Lösungsmitteldampf wird von der Oberfläche des/der bearbeiteten AM-Teils/Teile und aus der Bearbeitungskammer 108 selbst vollständig entfernt. Ein Kohlefilter ist an dem externen Atmosphärenverteiler und der Heizpumpe vorhanden, um sicherzustellen, dass kein Lösungsmitteldampf in die Atmosphäre freigesetzt wird. Kein verbleibender Dampf bleibt auf der Oberfläche des/der Teils/Teile zurück, keine verbleibende Spur wird zurückgelassen, und die Nachbearbeitung des Teils/der Teile wird ihrerseits sofort gestoppt. Dies stellt nicht nur sicher, dass der Prozess vollständig gesteuert wird, sondern auch einige Anwendungen, wie für medizinische oder dentale Vorrichtungen, erfordern, dass die Teile vollständig sauber und sicher in der Verwendung sind, und auch um eine besonders genaue Oberflächenrauigkeit zu haben, die nicht erzielbar wäre, wenn irgendeine weitere Bearbeitung des Teils als Ergebnis irgendeines auf den Flächen des Teils zurückbleibenden Lösungsmittelrückstands auftritt.
Ein Lösungsmittelsensor SS₁ ist in der Bearbeitungskammer 108 angeordnet, um das Vorliegen von Lösungsmitteldampf darin abzufühlen und ein Signal an die Steuereinheit 118 zu senden, das anzeigt, ob Lösungsmittel in der Kammer 108 vorhanden ist oder nicht. In Schritt S228 wird der Extraktions/Trocknungsschritt wiederholt, bis kein Lösungsmittel (flüchtige organische Verbindungen - VOCs) innerhalb der Kammer 108 von dem darin angeordneten Lösungsmittelsensor SS₁ detektiert wird.
Der Lösungsmitteldampf, der aus der Bearbeitungskammer 108 extrahiert wird, kann durch eine Lösungsmittelrückgewinnungseinheit 112 geführt werden, die aus einem Peltier-Modul-Wärmepumpensystem oder dgl. besteht. Der Lösungsmitteldampf wird quer über das Peltier-Wärmepumpensystem in dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 112 bei einer vorherbestimmten Temperatur CT1 kondensiert, und die kondensierte Flüssigkeit (Lösungsmittel und Wasser, da die erhitzte Umgebungsluft in die Bearbeitungskammer in Schritt S222 eingeführt wird) wird in einer Flüssigkeitsfalle am Boden des Lösungsmittelrückgewinnungssystems 112 gesammelt. Die Flüssigkeit (die sowohl das Lösungsmittel als auch Wasser enthält) wird dann durch eine Heizspule bei einer Temperatur HCT1 über der Siedetemperatur des Lösungsmittels, jedoch unter der Siedetemperatur des Wassers, d.h. 100 °C, destilliert. Dies verdampft das Lösungsmittel, während das Wasser in der Flüssigphase gehalten wird. Das erneut verdampfte Lösungsmittel wird dann durch die Peltier-Wärmepumpe zurückgeführt, um von einem Dampf in eine Flüssigkeit zu kondensieren. Das Wasser wird in dem Abwasserbehälter 122 rückgewonnen. Alternativ dazu kann ein Molekularsieb verwendet werden, um das Wasser aus dem System zu entfernen. Das rückgewonnene Lösungsmittel wird dann zu dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 104 über das fünfte Steuerventil V₅ zurückgeführt. Die Vorrichtung 100 bildet daher eine geschlossene Schleife. Das Lösungsmittel wird für ungefähr hundert Vorgänge verwendet, oder bis ein maximaler bearbeiteter Oberflächenbereich erreicht wurde, was auch immer früher eintritt, bevor es rückgewonnen wird und zu dem Abteil für verwendetes Lösungsmittel der Kartusche 102 über das Ablenkventil V₅ zur sicheren Entsorgung gesendet wird. Bevor die Kartusche 102 das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und ersetzt werden muss, wird der elektronische Chip 102a, der dafür ausgelegt ist, um zu überwachen, wie oft Lösungsmittel durch den Kartuschenverbrauchssensor Nc zurückgeführt wird, automatisch mit der Steuereinheit 118 kommunizieren, so dass eine neue Kartusche automatisch oder manuell zur Lieferung bestellt wird. Die verbrauchte Kartusche wird entfernt, und eine neue Kartusche, die „frisches“ Lösungsmittel enthält, wird für den nächsten Vorgang eingesetzt. Das Wasserprodukt aus der Destillation wird zu einem Abwasserbehälter 122 zur sicheren Sammlung und Entsorgung durch die Bedienungsperson geleitet. Der Abwasserbehälter 122 umfasst einen Wasserpegelsensor WL1 (nicht gezeigt), um anzuzeigen, wenn der Behälter entleert oder ersetzt werden muss.
In Schritt S230, ansprechend auf das Signal SS₁, das anzeigt, dass kein Lösungsmitteldampf in der Bearbeitungskammer 108 zurückbleibt, stoppt die Steuereinheit 118 die Vakuumpumpe 110 und schließt das vierte Ventil V₄. Das Bearbeitungsprogramm endet, und die Bedienungsperson wird durch eine hörbare und/oder visuelle Anzeige benachrichtigt.
In Schritt S232 wird die Zugangstür der Vorrichtung 100 geöffnet, um den/die nachbearbeiteten AM-Polymerteil/e aus der Bearbeitungskammer 108 zu entnehmen. Der Prozess wird wiederholt, wie gewünscht.
Wie in 1e gezeigt, ist ein Testcoupon 114b, z.B. eine Hundeknochenprobe, die durch denselben AM-Prozess und aus demselben Material wie der/die bearbeitete/n AM-Teil/e hergestellt ist, in der Steuerkammer 114 angeordnet, die keinem Vakuum ausgesetzt ist und somit einer potentiellen Wasseraufnahme aus der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist. Während der Nachbearbeitung wird der Testcoupon dem Lösungsmitteldampf für dieselbe Lösungsmittelexpositionszeit PET1 ausgesetzt wie der bearbeitete AM-Teil, und das Gewicht des Testcoupons wird kontinuierlich durch geeignete Mittel überwacht, wie eine Lastzelle 114c. Es kommt zu einer Gewichtszunahme mit einer Verbesserung der Oberflächenrauigkeit. Diese Beziehung wurde quantifiziert, und es ist bekannt, dass die Massenzunahme, die bis zu 8 % betragen kann, auf die Wasserabsorption in den Oberflächenschichten und die nicht die Aufnahme von Lösungsmittel zurückzuführen ist. Das ursprüngliche Gewicht des Teils, das aus den CAD Daten (im Vakuum und ohne Wasseraufnahme) berechnet wird, wird mit einem Testcoupon außerhalb der Vakuumkammer (nicht unter Vakuum und einer Wasseraufnahme ausgesetzt) verglichen. Die Testproben erfordern dasselbe Verhältnis von Oberflächenbereich zu Volumen wie der Teil, der geglättet wird, um eine genaue Rückmeldung bereitzustellen.
Die Beziehung zwischen der Probengewichtszunahme als Funktion der Lösungsmittelexpositionszeit PET1 wird verwendet, um die tatsächliche erzielte Oberflächenrauigkeit zu berechnen. Um die Beziehung zwischen der Steuerkammer 114 und der Bearbeitungskammer 108 sicherzustellen, werden die Bedingungen kalibriert, die Korrelation dazwischen wird durch experimentelles Feedback und Ergebnisse von iterativen Tests für eine bekannte Probenmenge und ein Oberfläche-Finish pro Materialtyp generiert. Alternativ dazu könnte ein kontaktloses optisches Verfahren, wie eine Lasermessung und/oder ein Weißlichtinterferometer oder ein Laserscanning-Konfokalmikroskop, an dem Probenteil in der Steuerkammer 114 verwendet werden, um Änderungen der Oberflächenrauigkeit in Echtzeit zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, kontinuierlich zu beurteilen, ob der/die AM-Teil/e in der Bearbeitungskammer 108 geglättet wird/werden, und sicherzustellen, dass die Teile auf die korrekte Oberflächenrauigkeit bearbeitet wurden. Wenn die gewünschte Oberflächenrauigkeit nicht erreicht wurde, können unter Verwendung der Rückkopplung von den Lastzelldaten (oder der direkten kontaktlosen Oberflächenrauigkeitsmessung) in der Steuerkammer 114 die Bearbeitungsparameter in Echtzeit eingestellt werden, und der/die AM-Teil/e in der Bearbeitungskammer 108 wird/werden automatisch erneut bearbeitet, bis die gewünschte Oberflächenrauigkeit erreicht ist.
Das Öffnen des Ventils V3a (wie in 1e gezeigt) am Ende des Prozesses ermöglicht, dass die Steuerkammer 114 dem Vakuum in der Bearbeitungskammer 108 ausgesetzt wird, wodurch jeglicher Lösungsmitteldampf sicher abgeführt wird, und jegliches Lösungsmittel, das auf der Oberfläche der darin angeordneten Probe vorhanden ist, entfernt wird.
Als solche steuert die automatische Messung einer Gewichtszunahme des Testcoupons unter Verwendung einer Lastzelle, während der AM-Teil nachbearbeitet wird, genau die Menge (Volumen und Zeit) der Lösungsmittelexposition für den AM-Teil, der bearbeitet wird, und den Grad der Teilglättung seinerseits, der erforderlich ist, um das gewünschte Oberflächen-Finish zu erzielen. Ferner wird die Beziehung zwischen der Gewichtszunahme des Testcoupons und dem Oberflächen-Finish des AM-Teils als Teil der generierten Datensätze erzeugt, und die Steuereinheit 118 ist dafür ausgelegt, um diese Rückkopplung zu verwenden und mit der Zeit zu lernen, welche Parameter erforderlich sind, um ein gewünschtes Oberflächen-Finish ansprechend auf das Material, die Geometrie, den Oberflächenbereich und/oder den Lösungsmitteltyp zu erhalten. Dies ermöglicht auch eine Echtzeit-Verifikation von Ergebnissen und eine Bearbeitung in der Form einer geschlossenen Rückkopplungsschleife.
Für jeden Vorgang überwacht und loggt die Steuereinheit 118 alle der Betriebsvariablen, wie in den Tabellen von 4 bis 6 aufgelistet, und lädt sie in eine Lese/Schreib-Datenbank hoch, die auf einem Web-basierten Server 120 oder dgl. gespeichert ist.
Nun wird ein weiteres Beispiel gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 7 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 400 zur Nachbearbeitung eines AM-Teils einen entfernbaren Behälter 402, ein Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404, ein Lösungsmittelverteilungssystem 406, eine Bearbeitungskammer 408 für den AM-Teil, eine Vakuumpumpe 410 und ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412.
Das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 umfasst eine peristaltische Pumpe 405 und ein Ventil 407, um selektiv eine vorherbestimmte Menge/Dosis an Lösungsmittel aus dem Behälter 402 in die Bearbeitungskammer 408 über das Lösungsmittelverteilungssystem 406 abzugeben. Das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 umfasst ferner einen Lösungsmittelflussmesser 409 und ein Heizelement 411 in der Form einer Heizplatte oder -spule. Ein Thermoelement 413 ist als Heizelement 411 bereitgestellt, um eine Temperatur ST1 davon zu überwachen.
Das Lösungsmittelverteilungssystem 406 stellt sicher, dass Lösungsmitteldampf gleichmäßig quer über die Kammer 408 verteilt wird. Es besteht aus mindestens einem Verteilungskanal mit einer Öffnung, die, vorzugsweise zentral, innerhalb der Bearbeitungskammer 408 angeordnet ist. Geeignet ist eine Öffnung pro ungefähr 30 Liter effektiven Prozesskammervolumen bereitgestellt. Für eine Prozesskammer mit einem Volumen von mehr als ungefähr 30 Liter sind mehr Öffnungen zweckmäßig, um sicherzustellen, dass die Prozessbedingungen für Polymerkomponenten, die an verschiedenen Orten innerhalb der Kammer angeordnet sind, gleich sind. Zum Beispiel würde eine Prozesskammer 408 mit einem effektiven Volumen von ungefähr 90 Litern mindestens drei Öffnungen erfordern, die Lösungsmitteldampf quer über die Kammer verteilen.
Innerhalb des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 404 zwischen der peristaltischen Pumpe 405 und dem Ventil 407 kann ein weiteres Ventil 471 bereitgestellt sein, um eine flüssige Lösungsmittelprobe aus der Maschine 400 zu Testzwecken zu extrahieren.
Die Bearbeitungskammer 408 umfasst einen entfernbaren Deckel 415 und ein Teilträgersystem 417, um den einen oder die mehreren AM-Teile, die nachzubearbeiten sind, zu tragen, wie ein Gestell, Haken, einen Rahmen oder dgl. Die Innenwände der Bearbeitungskammer 408 sind geeignet durch ein geeignete/s Heizelement/e erhitzbar, und ein Thermoelement 451 ist bereitgestellt, um eine Temperatur CT1 davon zu überwachen. Der Deckel 415 ist auch geeignet durch ein geeignete/s Heizelement/e erhitzbar, und ein Thermoelement 421 ist bereitgestellt, um eine Temperatur davon zu überwachen. Ein Drucksensor 423 ist bereitgestellt, um einen Druck innerhalb der Bearbeitungskammer 408 zu überwachen, und ein Temperatursensor, z.B. ein weiteres Thermoelement 419 ist bereitgestellt, um eine Temperatur darin zu überwachen. Ein Schalter/Sensor 425 ist auch bereitgestellt, um einen Zustand des Deckels relativ zu der Bearbeitungskammer abzufühlen, d.h. offen oder geschlossen. Weitere Thermoelemente 453, 455 oder dgl. sind innerhalb und außerhalb der Vorrichtung bereitgestellt, um interne und externe Umgebungstemperaturen zu überwachen, und ein Feuchtigkeitssensor 457 überwacht die Umgebungsfeuchtigkeit.
Ein Paar von Steuerventilen 427a, 427b ist zwischen der Bearbeitungskammer 408 und einem Stapel von Aktivkohlefiltern 416 bereitgestellt, um es der Vorrichtung, insbesondere der Bearbeitungskammer 408, zu gestatten, selektiv zur Atmosphäre entlüftet zu werden. Eines der Ventile dient dazu, eine relativ kleine Entlüftung zur Atmosphäre zu gestatten, während das andere Ventil dazu dient, eine relativ große, z.B. vollständige, Entlüftung zur Atmosphäre zu gestatten.
Ein zweites Ventil 429 ist zwischen der Bearbeitungskammer 408 und der Vakuumpumpe 410 angeordnet, um selektiv Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer 408 rückzugewinnen. Pumpenthermoelemente 459, 461, 463 sind auch bereitgestellt, um eine Temperatur des Pumpenkörpers und am Einlass und Auslass davon zu überwachen. Ein Kondensatorventil 431 ist zwischen der Vakuumpumpe 410 und dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 bereitgestellt, um die Vakuumpumpe für Wartungszwecke zu isolieren. Kondensatorthermoelemente 465, 467 sind am Einlass und Auslass des Lösungsmittelrückgewinnungssystems 412 bereitgestellt, und innerhalb des Kondensators, und ein Drucksensor 469 ist auch bereitgestellt, um einen Druck innerhalb des Kondensators zu überwachen.
Eine zweite peristaltische Pumpe 433 ist zwischen dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 und dem Lösungsmittelbehälter 402 bereitgestellt, um rückgewonnenes Lösungsmittel aus dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 zu dem Behälter 402 zurückzuführen. Ein weiteres Steuerventil 435 ist zwischen der zweiten peristaltischen Pumpe 433 und dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 bereitgestellt, und ein Flussmesser 437 für verwendetes Lösungsmittel ist stromabwärts von der Pumpe 433 bereitgestellt. Ein weiteres Ventil 473 ist zwischen dem Kondensator 412 und dem Behälter 402 bereitgestellt, um eine Probe des rückgewonnenen Lösungsmittels für Testzwecke zu extrahieren.
Ein Kondensatorluftventil 439 ist zwischen dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 und dem Stapel von Filtern 416 bereitgestellt. Ferner ist ein Kühlluftventil 441 zwischen dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 416 und der Bearbeitungskammer 408 bereitgestellt.
Gegebenenfalls kann ein weiteres Steuerventil (nicht gezeigt) zwischen dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 und der Bearbeitungskammer 408 angeordnet sein. In diesem Fall würde das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 als Hochdruckgefäß dienen, das in der Lage ist, Lösungsmittel in der Flüssig- oder Dampfphase auf eine bestimmte Temperatur vorzuerhitzen, bevor es in die Bearbeitungskammer freigegeben wird.
Die Vorrichtung 400 umfasst ferner eine Steuereinheit 418 mit einer Benutzerschnittstelle, z.B. einer Berührungsbildschirmanzeige, um es einer Bedienungsperson zu gestatten, vorherbestimmte Parameter einzugeben, die mit dem nachzubearbeitenden AM-Teil assoziiert sind, wie im Nachstehenden weiter beschrieben wird. Eine Bedienungsperson kann mit der Steuereinheit entweder an der Vorrichtung oder entfernt über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung unter Verwendung einer Anwendung interagieren, die auf einer Rechnervorrichtung 463, wie einem Tablet oder Mobiltelefon, gespeichert ist. Die Steuereinheit 418 ist elektrisch mit den steuerbaren Komponenten der Vorrichtung 400 durch ein Computersystem, wie Raspberry Pi™ oder ein anderes Open oder Closed Source System, mit den Systemen und Sensoren der Vorrichtung 400 verbunden, um es der Steuereinheit zu gestatten, automatisch und selektiv die Vorrichtung zu steuern, während auch Rückkopplungssignale während eines Nachbearbeitungsvorgangs empfangen werden, wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Die Steuereinheit ist auch dafür ausgelegt, um Umgebungsbetriebsbedingungen der Vorrichtung aufzuzeichnen, nämlich die Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit, während die Vorrichtung in Verwendung steht. Die Vorrichtung ist geeignet mit einem Notstoppschalter/knopf verbunden (Signal EM1 - siehe Tabelle von 10), um die Maschine sofort zu stoppen, sollte dies erforderlich sein. Ein Sensor (Signal AP1) kann auch vorhanden sein, um die Vorrichtung 400 in dem Fall zu stoppen, dass irgendwelche Wartungszugriffspaneele während des Betriebs entfernt werden. Die Steuereinheit 418 kann auch in Lese/Schreib-Kommunikation mit einem Datenspeichermedium stehen, wie einer Cloud-basierten Datenbank, um zu gestatten, dass auf Betriebsparameter, Programme und Daten zugegriffen wird und/oder diese gespeichert werden.
Nur für Zwecke der Veranschaulichung ist der Fluss des Lösungsmittels in einem flüssigen Zustand während des Nachbearbeitungsvorgangs durch eine gestrichelte Linie in 7 gezeigt, und der Fluss von Lösungsmittels (oder Luft) in einem dampfförmigen Zustand ist durch eine relativ dicke durchgehende Linie in 7 gezeigt.
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zur Nachbearbeitung eines AM-Teils unter Verwendung der Vorrichtung 400, wie in 7 veranschaulicht, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in Schritt S402 veranschaulicht, wird ein „vorverpackter“ und abgedichteter Behälter 402, der ein geeignetes Lösungsmittel enthält, ausgewählt und entfernbar mit der Vorrichtung 400 über eine geeignete Verbindung, wie einen Schnellverriegelungsmechanismus oder dgl., gekoppelt. Wie in 7 gezeigt, umfasst der Lösungsmittelbehälter 402 zwei Abteile 420, 422; einen für frisches Lösungsmittel und einen weiteren für verwendetes/rückgewonnenes Lösungsmittel. Ein Pegelsensor 443 fühlt den Pegel des frischen Lösungsmittels in dem Abteil für frisches Lösungsmittel ab, und ein Pegelsensor 445 fühlt den Pegel des verwendeten Lösungsmittels in dem Abteil für verwendetes Lösungsmittel ab. Das Abteil 420 für frisches Lösungsmittel hat mindestens einen Auslass, und das Abteil für verwendetes Lösungsmittel hat mindestens einen Einlass zum Zurückführen von verwendetem Lösungsmittel zu der Kartusche, wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Die Kartusche 402 umfasst einen Closed Source Elektronikchip, der mit der Steuereinheit 418 kommuniziert, um zu gestatten, dass Sensorsignale betreibbar an diese gesendet werden. Die Kartusche 402 umfasst auch einen Schnellverriegelungs-Kopplungshandhabungsmechanismus, um die Kartusche handzuhaben, wenn sie mit der Vorrichtung verbunden wird und von dieser entfernt wird. Der Handhabungsmechanismus kann mit dem Verbindungsmechanismus derart gekoppelt sein, dass der Handhabungsmechanismus einen Schnellverbindungs/verriegelungs-Kopplungsmechanismus betätigt, um die Kartusche schnell und einfach mit der Vorrichtung zu koppeln/von dieser zu entfernen. Ein Sensor kann bereitgestellt sein, um gegenüber der Steuereinheit 118 zu bestätigen, dass die Kartusche geeignet angeordnet ist und mit der Vorrichtung verbunden ist.
Geeignete Lösungsmittel umfassen protonische polare Lösungsmittel und nicht protonische polare Lösungsmittel, wie, jedoch nicht beschränkt auf 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol (HFIP), Dimethylformamid, Schwefelsäure, m-Cresol, Ameisensäure, Trifluoressigsäure und Benzylalkohol. Geeignet kann ein Lösungsmittel verwendet werden, das starke Wasserstoffbindungseigenschaften aufweist. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Lösungsmittel, Substanzen zu bearbeiten, die als Wasserstoffbindungsakzeptoren dienen, wie Nylons™ (Polyamide).
In Schritt S404 wird mindestens ein AM-Polymerteil in die Bearbeitungskammer 408 über den Zugangsdeckel 415 und auf die Teilhakenstruktur 417 platziert, die in der Kammer angeordnet ist. Die Trägerstruktur 417 ist dafür ausgelegt, um sicherzustellen, dass der Teil vollständig dem Lösungsmittel ausgesetzt ist, das in die Kammer eingeführt wird. Der Zugangsdeckel 415 wird geschlossen, und die Kammer 408 wird abgedichtet. Ein Bearbeitungskammer-Türsensor 425 zeigt an, dass der Deckel geschlossen ist und die Bearbeitungskammer abgedichtet ist. Ein entsprechendes Signal L1 (siehe Tabelle von 10) von dem Deckelsensor 425, das anzeigt, dass der Deckel geschlossen ist, wird von der Steuereinheit 418 detektiert.
Geeignet wird über die Benutzerschnittstelle der Steuereinheit 418, oder automatisch ansprechend darauf, dass die Kammer 408 abgedichtet wird und/oder ein Teil darin angeordnet wird, eine Systemprüfung von der Steuereinheit 418 vorgenommen, um sicherzustellen, dass sich die Vorrichtung 400 in einem „neutralen“ Zustand befindet und bereit ist, um AM-Teile zu bearbeiten. Die neutrale Zustandsprüfung stellt sicher, dass sich alle Steuerventile in den korrekten Positionen befinden, die Lösungsmittelkartusche eine ausreichende Menge an frischem Lösungsmittel enthält und korrekt mit der Vorrichtung gekoppelt wurde, und die Prozesskammertür/der Deckel sicher geschlossen ist.
In S406 gibt ein Benutzer Informationen in Bezug auf den nachzubearbeitenden AM-Teil in die Steuereinheit 418 ein. Die Information umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf das Material, den Oberflächenbereich, das Volumen die Geometrie, die Komplexität und/oder die Orientierung/Position innerhalb der Bearbeitungskammer. Das Teilmaterial kann aus einer nicht erschöpfenden Liste von Materialien ausgewählt werden, umfassend Nylon 12 (PA220 Duraform™ PA), Nylon 11 (Duraform™ EX Natural, Duraform™ EX Black), thermoplastisches Urethan (TPU), TPE-210 elastomere Materialien, Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS), Acrylonitril-Styrol-Acrylat (ASA) oder dgl. Andere Polymere, die unter Verwendung einer Vorrichtung und eines Verfahrens gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden können, umfassen Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketon (PEEK), Ethylenpropylenkautschuk (EPDM), Nitrilkautschuk (NBR), thermoplastische Elastomere (TPE), ULTEM™ 9085, ULTEM™ 1010 oder dgl. Das Auswählen des Teilmaterials aus einer vorgespeicherten Liste von Materialien stellt eine Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit des Prozesses sicher.
In S408 wählt der Benutzer über die Benutzerschnittstelle der Steuereinheit 418 das gewünschte Oberflächen-Finish aus, z.B. die Glattheit/Rauigkeit, das, gemeinsam mit den Eingabeparametern von Schritt S406, das erforderliche Bearbeitungsprogramm bestimmt, das auszuwählen ist und von der Steuereinheit laufen zu lassen ist (siehe Tabelle von 11). Die Oberflächenrauigkeit kann aus einem Bereich von ungefähr 1,0 µm bis zur „wie gedruckten“ Oberflächenrauigkeit (d.h. keine Glättung) ausgewählt werden. Alternativ dazu kann ein Oberflächen-Finish auf der Basis von Finish-Beschreibungen, z.B. matt oder glänzend, und/oder visuellen Beispielen ausgewählt werden, die auf der Anzeige der Benutzerschnittstelle oder mobilen Rechnervorrichtung angezeigt werden.
In Schritt S410 wird das Bearbeitungsprogramm von der Steuereinheit 418 ansprechend auf das ausgewählte Teilmaterial und die gewünschte Oberflächenrauigkeit ausgewählt und wird dann ausgeführt. Die Bearbeitungsprogramme werden gemäß den erforderlichen Energieniveaus definiert, die auszugleichen sind, um bestimmte Materialien zu bearbeiten (siehe Tabelle von 11 und Graphen von 13 und 14), wie im Nachstehenden weiter beschrieben. Die auszugleichende Energie ist von dem Lösungsmittel, dem Material, der gewünschten Glattheit und ihrerseits von den erforderlichen Temperaturdifferenzen zwischen dem Material und dem Lösungsmittel abhängig. Je höher die Temperaturdifferenz, desto höher die auszugleichende Energie. Zum Beispiel sollte für Polyamid 12 die minimale Energiemenge, die auszugleichen ist, sein: E_q = k × (T_H- T_M) / T_H = k × (21 - 15) / 21 = 0.3k, während für thermoplastisches Polyurethan (TPU) mindestens: E_q = k × (T_H - T_M) / T_H = k × [39 - (-20)] / 39 = 1.5k, wobei k der Koeffizient ist, der den Wärmetransfer von unterschiedlichen Polymeren repräsentiert, T_H die Temperatur des HFIP Dampfs ist, und T_M die Temperatur des zu bearbeitenden Polymers ist. Die höheren Werte werden zu einem anderen Grad der Oberflächenbearbeitung führen, der, wenn er mit der Bearbeitungszeit kombiniert wird, variierende Niveaus eines Oberflächen-Finishs erzeugen kann (siehe 12. Die Eq Niveaus wurden relativ in der Tabelle von 12 als „niedrig“ und „hoch“ für jedes Material beschrieben, d.h. Eq, die für TPU „niedrig“ ist, wäre „hoch“ für Polyamid 12, während Eq, die für Polyamid 12 „niedrig“ ist, für die Bearbeitung von TPU nicht geeignet wäre). Die Werte von T_M wurden von der Anmelderin abgeleitet und sind in 11 angegeben. Die Werte von T_H sind von den Prozessbedingungen abhängig, die von der Anmelderin abgeleitet wurden, wie in 11 tabellarisch angegeben, und werden von dem Druck-Temperatur-Graphen des spezifischen Lösungsmittels entsprechend abgeleitet (z.B. 15 für das HFIP Lösungsmittel).
In Schritt S412 wird die Vakuumpumpe 410 verwendet, um den Druck innerhalb der Bearbeitungskammer 408 zu reduzieren, und die Kammerwandheizer 403 heizen die Innenwände der Kammer auf eine vordefinierte Temperatur vor. Der Druck und die Temperatur der Bearbeitungskammer 408 basieren auf dem zu bearbeitenden AM-Polymerteil (siehe Tabelle von 11). 13 und 14 zeigen jeweils die Lösungsmittel-spezifischen thermodynamischen Beziehungen für Polyamid 12 und thermoplastisches Polyurethan.
In Schritt S414 wird das Lösungsmitteldosierventil 407 des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 404 von der Steuereinheit 418 geöffnet, und eine vorherbestimmte Menge/Dosis an Lösungsmittel (siehe Tabelle von 11) wird von dem Behälter 402 zu dem Heizelement 411 innerhalb des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 404 unter Verwendung der Lösungsmitteldosierpumpe 405 bei einer gesteuerten Lösungsmittelpumpen-Dosiergeschwindigkeit SDs (siehe Tabelle von 10) transferiert. Die Lösungsmittelmenge wird als Funktion des Typs des verwendeten Lösungsmittels, des Volumens der Bearbeitungskammer 108, des Oberflächenbereichs des/der Teils/Teile und des Materials der Teile berechnet (siehe Tabelle von 11). Wenn die Bearbeitungskammer 408 zum Beispiel mit Polyamid 12-Komponenten mit einem gesamten Oberflächenbereich von 1000 cm² gefüllt ist, wird dann die Menge an erforderlichem HFIP Lösungsmittel 0,08 ml/cm² × 1000 cm² = 80 ml betragen (siehe Tabelle von 11 für den Mengenmultiplikator für das HFIP Lösungsmittel, der in Abhängigkeit von dem Typ des verwendeten Lösungsmittel variieren wird).
In Schritt S416 wird das Lösungsmittel innerhalb des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 404 dann auf eine vorherbestimmte Temperatur St1 erhitzt (mit Energie versorgt) (siehe Tabelle von 10). Die Menge an Energie (Wärme), die an das Lösungsmittel geliefert wird, ist von den thermodynamischen Bedingungen des Prozesses abhängig, die ihrerseits von dem Typ des zu bearbeitenden Polymers vorgegeben werden (siehe Tabellen von 10 und 11). Wie in 13, 14, 15 und 17 erläutert, muss das Lösungsmittel einem bestimmten thermodynamischen Weg folgen und auf dem Polymer unter spezifischen Bedingungen für die Bearbeitung der Oberfläche des Polymers kondensieren. Die Lösungsmitteltemperatur St1 in dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 kann zwischen Raumtemperatur und 100 °C in Abhängigkeit von dem Typ des Lösungsmittels liegen, das für den bearbeiteten AM-Teil zu verwenden ist (siehe 9, die den thermodynamischen Graphen für das HFIP Lösungsmittel zeigt). Einige Lösungsmittel können kein Erhitzen erfordern. Als Ergebnis wird das Lösungsmittel in den Dampfzustand versetzt und wird in die Bearbeitungskammer 408 über das Lösungsmittelverteilungssystem 406 abgegeben.
Das Lösungsmittelverteilungssystem 406 umfasst mindestens einen Verteilungskanal mit mindestens einer Öffnung, die vorzugsweise zentral in der Kammer angeordnet ist, um ein gleichmäßiges und rasches Einführen des Lösungsmitteldampfs in diese sicherzustellen. Wie im Vorstehenden beschrieben ist die Anzahl von Öffnungen, die quer über die Kammer angeordnet sind, von der Größe der Kammer abhängig, wobei größere Kammern mehr Öffnungen erfordern, um sicherzustellen, dass der Lösungsmitteldampf alle Polymerteile gleichmäßig bedeckt, die darin angeordnet sind. Von der Anmelderin wurde bestimmt, dass eine zentral angeordnete Öffnung ausreichend ist, um Lösungsmitteldampf gleichmäßig quer über eine Bearbeitungskammer mit einem Volumen von ungefähr 30 Litern zu verteilen.
Alternativ dazu kann die Kartusche 402 selbst durch ein getrenntes oder integriertes Heizmittel erhitzt werden, wie in elektrisches Heizelement, das in der Kartusche angeordnet ist, um die Temperatur des Lösungsmittels darin auf die vorherbestimmte Temperatur St1 zu erhöhen. In einer solchen Ausführungsform kann das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 nicht erforderlich sein, und das Lösungsmittel kann in die Bearbeitungskammer 408 direkt aus der Kartusche über das Lösungsmittelverteilungssystem 406 eingeführt werden.
Eine weitere Alternative kann eine Vorrichtung vom Druckexpansionstyp sein, wobei das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 durch die Ventile sowohl gegen den Behälter 402 als auch die Bearbeitungskammer 408 isoliert wird. In diesem Fall wird das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 ein Hochdruckgefäß, wo das Lösungsmittel erhitzt wird, bis es den Dampfzustand erreicht, dann wird der Dampf supererhitzt und wird weiter mit Energie versorgt, die ihrerseits den Druck innerhalb des Lösungsmitteldosier/erhitzungssystems 404 erhöht. Ein Ventil, welches das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 und die Bearbeitungskammer 408 trennt, wird dann geöffnet, und die Druckdifferenz zwischen dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 mit supererhitztem Dampf und der Bearbeitungskammer 408 treibt den Dampf in die Bearbeitungskammer 408.
Als Ergebnis gestattet die Vorrichtung, dass die Kombination des vorerhitzten Lösungsmitteldampfs und des höheren oder niedrigeren Drucks in der Bearbeitungskammer 108 erzielt wird. Die Temperatur des AM-Polymermaterials kann auch selektiv durch Vorkühlen unter Verwendung von Kühlluft oder dgl. gesteuert werden, die in die Bearbeitungskammer 408 zum Beispiel von dem Kondensator/Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 und über das dazwischen angeordneten Steuerventil 441 abgegeben wird. Dies gestattet seinerseits, dass verschiedene Energiepegeldifferenzen (d.h. Temperaturgradienten) zwischen dem Lösungsmitteldampf und dem AM-Polymerteil für verschiedene AM-Polymerteile erzielt werden, wie in 16a & 16b gezeigt. Diese Figuren veranschaulichen den Prozess, um verschiedene Grade der Oberflächenglattheit durch Steuern der zu äquilibrierenden Energie E_q zu erzeugen, wenn a) E_q eingestellt wird, um relativ hoch zu sein, indem die Temperatur des Lösungsmitteldampfs T_H erhöht wird, und die Temperatur des zu bearbeitenden AM-Polymerteils T_M reduziert wird; und b) wenn E_q eingestellt wird, um relativ niedrig zu sein. In dem Fall, wenn E_q relativ hoch ist, wird mehr Lösungsmittel rasch an der Oberfläche des Teils kondensieren, was zu mehr Lösen an der Materialfläche und daher einer glatteren Oberfläche führt. Im Vergleich, wenn E_q relativ niedrig ist, wird weniger Lösungsmittel an der Materialoberfläche kondensieren, was zu weniger Lösen und einer weniger glatten Oberfläche führen wird.
Nachdem der Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer 408 eingeführt wird, werden der/die AM-Teil/e, die darin angeordnet sind, vom Lösungsmitteldampf vollständig umgeben. Die Dosiermenge wird von dem Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 gesteuert und wird gemäß den Bearbeitungsanforderungen des bestimmten AM-Polymerteils bestimmt, und/oder als die Menge an Lösungsmittel, die erforderlich ist, um die Dampfphase vollständig zu sättigen. Im letzteren Fall wird dies von dem Dampf-Flüssigkeit-Äquilibrium (z.B. siehe 15 für den HFIP Dampf-Flüssigkeit-Graphen) des spezifischen Lösungsmittels in Bezug auf die Temperatur und den Druck der Dampf- und Flüssigphase geregelt.
In Schritt 418 beginnt das Lösungsmittel, an dem AM-Polymerteil zu kondensieren, der in der Bearbeitungskammer 408 angeordnet ist. Die Kondensation wird aufgrund des Drucks und/oder der Temperaturbedingungen und der erhaltenen Dampfübersättigung ausgelöst, die von der Dampf-Flüssigkeit-Äquilibriumlinie für das bestimmte Lösungsmittel geregelt wird (siehe 15). Dies wird durch verschiedenen Verfahren manipuliert: Senken der Temperatur innerhalb der Bearbeitungskammer 408 unter Verwendung des Kammerheizers 403; Erhöhen des Drucks durch Einführen von mehr Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer 408 über das Lösungsmitteldosier/erhitzungssystem 404 oder Öffnen der Entlüftungsventile an die Luft 427a,b (siehe 13, 14 und 17). 17 veranschaulicht die Bearbeitungseffekte der Steuerung des Drucks und der Temperatur des Lösungsmittels in der Bearbeitungskammer 408 und auf den/die AM-Teile.
Zum Beispiel kondensiert HFIP Lösungsmittel im Dampfzustand an dem Polymerteil rasch genug, um eine Grenzschicht oben auf der Oberfläche zu bilden. 18a veranschaulicht die Absorption der kondensierten Lösungsmitteltröpfchen in die poröse Polymermatrix, die durch den Kapillardruck der Poren verursacht wird, was unerwünscht unter Standardbedingungen durch herkömmliche Verfahren auftritt; und 18b veranschaulicht kondensierte Lösungsmitteltröpfchen, die rasch auf der Oberfläche des porösen Polymers schneller auftreten, als die Absorption stattfinden kann, was zweckmäßig gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt wird.
In diesem Stadium werden die Körner in der oberen Schicht des Polymerteils gelöst und umverteilt, um eine glatte Oberfläche zu bilden (siehe 16a & 16b). Die Menge an kondensiertem Lösungsmittel pro Zeiteinheit ist von dem Energiepegel E_q abhängig, der zwischen dem Polymer und dem Lösungsmitteldampf zu äquilibrieren ist. Mehr kondensiertes Lösungsmittel pro Zeiteinheit wird zu einem stärkeren Lösen der Außenschicht des Polymerteils führen, daher zu einer glatteren Oberfläche; und im Gegensatz dazu wird eine geringe Menge einer Lösungsmittelkondensation an der Oberfläche weniger von der Oberfläche lösen, was seinerseits ein weniger glattes Oberflächen-Finish bedeutet. Thermodynamische Bedingungen in der Bearbeitungskammer 408 für die zu äquilibrierende optimale Energie E_q wurden von der Anmelderin abgeleitet und variieren für verschiedene Polymere (siehe Tabellen von 11 und 12 und die Graphen von 13 und 14).
Die Kondensation kann auch durch den Zusatz inerter Gase unter Verwendung zusätzlicher Speicherkammern für jene Gase ausgelöst werden, um den Druck zu erhöhen, oder den Zusatz von Kühlluft, um die Temperatur zu reduzieren. Um eine Kondensation an den Innenwänden der Bearbeitungskammer 408 zu vermeiden, wird die Temperatur dieser Wände gesteuert, um knapp über der Kondensationsline des Lösungsmittels zu sein (siehe 15 und 17). Als Ergebnis tritt die Kondensation von Lösungsmitteldampf zweckmäßig nur an dem/den AM-Polymerteil/en auf.
Der kondensierte flüssige Lösungsmittelfilm wird auf dem/den AM-Teil/en für eine vorherbestimmte Teilexpositionszeit PET₁ gehalten, die von ungefähr 5 Sekunden für Nylon 12 Teile bis ungefähr 10 Minuten für Teile vom TPU-Typ reichen kann (siehe Tabelle von 12). Die vorherbestimmte Teilexpositionszeit PET₁ und der Pegel der zu äquilibrierenden Energie E_q bestimmen die Endoberflächenrauigkeit des/der Teils/Teile, und sie kann auf ungefähr 1,0 µm gesteuert werden (siehe Tabelle von 12 und 16a,b).
Der Rest der Bearbeitungskammer 408 wird über dem Kondensationspunkt des Lösungsmittels gehalten, um sicherzustellen, dass das Lösungsmittel nur auf dem Teil kondensiert. Zum Beispiel repräsentieren 13 und 14 jeweils den Prozess für Polyamid 12 (Nylon 12) und TPU-Materialien hinsichtlich der Druck-TemperaturBedingungen innerhalb der Bearbeitungskammer.
In Schritt 420, sobald die vorherbestimmte Teilexpositionszeit PET₁ für den/die Teil/e, die bearbeitet werden, erreicht wurde, ist der Teilglättungsprozess vollständig.
Die Zeit, die erforderlich ist, um verschiedene Grade eines Oberflächen-Finishs gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist in der Tabelle von 12 ersichtlich. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit und der Expositionszeit gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die Vakuumpumpe 410 legt dann einen negativen Druck VP1 von ungefähr 10 bis 200 mbar an die Bearbeitungskammer 408 für die vorherbestimmte Zeit VT1 an. Das erneute Anlegen eines negativen Drucks an die Bearbeitungskammer 408 erhöht den Dampfdruck, um das kondensierte Lösungsmittel von einem flüssigen Zustand in einen Dampfzustand überzuführen. Dies wird durchgeführt, um den bearbeiteten Teil zu trocknen und jegliches überschüssige Lösungsmittel rückzugewinnen (siehe 19a,b).
In Schritt S422 wird das Ventil 429 zwischen der Vakuumpumpe 410 und dem Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 geöffnet, und der Lösungsmitteldampf wird aus der Bearbeitungskammer 408 durch das Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 vollständig entfernt, wo das Lösungsmittel in einer flüssigen Form gesammelt wird und zu dem Lösungsmittelabteil 422 des Behälters 402 durch die peristaltische Pumpe 433 transferiert wird. Das Lösungsmittelrückgewinnungssystem 412 kann einen Kondensator mit mindestens einer Säule oder dgl. umfassen.
Die Vorrichtung 400 bildet daher eine geschlossene Schleife. Das Lösungsmittel wird verwendet, bis ein maximaler bearbeiteter Oberflächenbereich erreicht wurde, bevor es rückgewonnen wird und zu dem Abteil 422 für verwendetes/rückgewonnenes Lösungsmittel des Behälters 402 zur sicheren Entsorgung geschickt wird. Bevor der Behälter 402 das Ende seiner Lebensdauer erreicht und ersetzt werden muss, wird ein elektronischer Chip, der dafür ausgelegt ist, um zu überwachen, wie oft Lösungsmittel durch den Behälter zurückgeführt wird, automatisch mit der Steuereinheit 418 kommunizieren, so dass ein neuer Behälter automatisch oder manuell zur Lieferung bestellt wird. Der verwendete Behälter wird entfernt und ein neuer Behälter, der „frisches“ Lösungsmittel enthält, wird für den nächsten Vorgang eingesetzt.
Der/die Kohlefilter 416 ist/sind an dem externen Atmosphärenverteiler vorhanden, um sicherzustellen, dass kein Lösungsmitteldampf in die Atmosphäre freigegeben wird. Kein verbleibender Dampf bleibt auf der Oberfläche des/der Teils/Teile zurück, keine verbleibende Spur wird zurückgelassen, und die Nachbearbeitung des/der Teils/Teile ihrerseits wird sofort gestoppt. Dies stellt nicht nur sicher, dass das Verfahren vollständig gesteuert wird, sondern einige Anwendungen, wie für medizinische und dentale Vorrichtungen, erfordern auch, dass die Teile vollständig rein und sicher zu verwenden sind, und auch dass eine besonders genaue Oberflächenrauigkeit zur Verfügung steht, die nicht erzielt werden könnte, wenn irgendeine weitere Bearbeitung des Teils als Ergebnis irgendeines zurückbleibenden Lösungsmittelrests auf den Oberflächen des Teils auftritt.
Ein Lösungsmittelsensor (nicht gezeigt) kann in der Bearbeitungskammer 408 angeordnet sein, um die Anwesenheit von Lösungsmitteldampf darin abzufühlen und ein Signal an die Steuereinheit 418 zu senden, das anzeigt, ob Lösungsmittel in der Kammer 408 vorhanden ist oder nicht. In Schritt S424 wird der Extraktions/ Trocknungsschritt wiederholt, bis kein Lösungsmittel (flüchtige organische Verbindungen - VCOs) innerhalb der Bearbeitungskammer 408 von dem darin angeordneten Lösungsmittelsensor SS₁ detektiert wird.
In Schritt S426, ansprechend auf das Signal SS₁, das anzeigt, dass kein Lösungsmitteldampf in der Bearbeitungskammer 408 zurückbleibt, stoppt die Steuereinheit 418 die Vakuumpumpe 410 und schließt das Ventil 429 zwischen der Bearbeitungskammer 408 und der Vakuumpumpe 410. Das Bearbeitungsprogramm endet, und die Bedienungsperson wird durch eine hörbare und/oder visuelle Anzeige benachrichtigt.
In Schritt S428 kann die Zugangstür/der Deckel 415 der Vorrichtung 400 geöffnet werden, um den/die nachbearbeiteten AM-Polymerteil/e aus der Bearbeitungskammer 408 zu entnehmen. Der Prozess wird dann wiederholt, wie gewünscht.
Für jeden Vorgang überwacht und loggt die Steuereinheit 418 alle der Betriebsvariablen, wie in den Tabellen von 9 und 10 angezeigt, und lädt sie in eine Lese/Schreib-Datenbank hoch, die auf einem Web-basierten Server oder dgl. gespeichert ist.
Im Gebrauch wird ein Satz vorherbestimmter Algorithmen, welche die verschiedenen Beziehungen zwischen den Betriebsparametern definieren, ausgewählt und verwendet, um die Nachbearbeitung eines AM-Teils auf der Basis seines Materials, Volumens, Oberflächenbereichs, seiner Geometrie und des gewünschten Finishs zu steuern, wie im Vorstehenden ausgeführt.
Nun wird ein Beispiel gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Informationen über den/die AM-Teil/e, die nachzubearbeiten sind, werden in die Steuereinheit 118, 418 geladen, wo die folgenden Parameter erfasst werden:

Volumen jedes Teils - V_p Oberflächenbereich jedes Teils - A_P Max. Höhe, Breite und Länge jedes Teils - um das „Begrenzungsfeld“-Volumen zu berechnen - V_b - L,W,H

Aus diesen Parametern werden die folgenden Werte berechnet: $T e i l v o l u m e n v e r h ä l t n i s (C_{P R}) = 1 - \frac{V_{p}}{V_{b}}$
Volumen von Teil = V_p
Volumen von Begrenzungsfeld = V_b $B e r e i c h v e r h ä l t n i s (C_{A R}) = 1 - \frac{A_{s}}{A_{P}}$
$I m a g i n ä r e K u g e l o b e r f l ä c h e = A_{S} = (4 π) \frac{1}{3} {(3 V p)}_{3}^{2}$
$D i c k e n v e r h ä l t n i s = C_{T R} = 1 - \frac{T_{m i n}}{T_{m a x}}$
T_min - Minimale Dicke des Teils
T_max - Maximale Dicke des Teils
Der Komplexitätsfaktor C_F wird somit wie folgt berechnet: $C_{F} = C_{T R} + C_{A R} + 0,1 C_{P R}$
Die erforderliche Oberflächenrauigkeit wird in die Steuereinheit gemeinsam mit dem Teilmaterialtyp eingegeben. Die Steuereinheit berechnet die erforderliche Teilexpositionszeit PET1 gemäß der Beziehung zwischen der Oberflächenrauigkeit und der Zeit, die in 3 gezeigt ist.
Zum Beispiel folgt für Nylon 12 diese Beziehung der Beziehung $T = e^{(\frac{S R - 0,4371}{- 1,965})} .$
Um eine spezifische Oberflächenrauigkeit von 5 Mikron zu erzielen, wird die Prozess-PET1 daher wie folgt berechnet: $T = e^{(\frac{5 - 0,4371}{- 1,965})} = 3,7 S e k u n d e n$
Diese wird dann mit dem Komplexitätsfaktor C_F multipliziert, um die PET1 zu ergeben. Für die Bearbeitung mäßig komplexer Teile würde dies einen C_F von ungefähr 2,1 ergeben, der eine gesamte Bearbeitungszeit von 7,8 Sekunden ergeben würde.
Insgesamt kann der Prozess durch den entsprechenden Energiepegel E_q beschrieben werden, dessen Werte von der Anmelderin abgeleitet wurden und in 12 angegeben werden.
In Abhängigkeit von dem AM-Polymermaterialtyp kann die maximale Energie E_q, die zwischen der HFIP TH und der Polymermaterial T_M zu äquilibrieren ist, von der Gleichung E_q = k x (T_H - T_M) / T_H abgeleitet werden, wobei k der Koeffizient ist, der den Wärmetransfer verschiedener Polymere repräsentiert, TH die Temperatur des HFIP Dampfs ist, und T_M die Temperatur des zu bearbeitenden Polymers ist. Eine relativ hohe E_q führt zu einer raschen Kondensation des Lösungsmitteldampfs auf dem AM-Polymerteil und einem glänzenden Oberflächen-Finish, während eine relativ niedrige E_q zu einer langsameren Kondensationsgeschwindigkeit und einem matten Oberflächen-Finish führt (siehe 16a,b). Die vorherbestimmten Algorithmen werden von der Steuereinheit verwendet, um automatisch die Schlüsselvariablen des automatisierten Verfahrens zu steuern, um das von dem Benutzer gewünschte Oberflächen-Finish zu erzielen.
Es wurde gezeigt, dass Vorrichtungen gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit einer Bearbeitungskammer 408, die ungefähr 400 mm hoch, ungefähr 400 mm tief und ungefähr 600 mm breit ist, eine Batch-Verarbeitung eines AM-Polymerteils mit Abmessungen von ungefähr etwa 31 x 31 x 53 mm in ungefähr 20 Sekunden und somit eine Bearbeitung von ungefähr 50 Teilen in ungefähr 12 Minuten ermöglichen kann, was mehr als 100-mal schneller ist als die herkömmlichen, manuellen Verfahren zur Nachbearbeitung eines AM-Polymerteils.
Als weiteres Beispiel umfasst das Nachbearbeitungsverfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das selektive Freisetzen einer vorherbestimmten Menge von 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol- (HFIP) Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer unter Verwendung eines positiven oder negativen Drucks. Die erforderliche Menge an HFIP Lösungsmittel ist von dem Typ und der Anzahl zu bearbeitender AM-Polymerteile abhängig. Das Verfahren umfasst das Versehen des Lösungsmittels mit einer vorherbestimmten Menge an Energie und sein Erhitzen auf eine spezifische Temperatur, die bewirkt, dass das Lösungsmittel verdampft, bevor es in die Bearbeitungskammer eintritt. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind dafür ausgelegt, um ein Energie- (Wärme-) Potential zwischen dem AM-Polymerteil und dem HFIP Lösungsmittel zu erzeugen: das Lösungsmittel wird mit einer bestimmten Energiemenge versehen und wird verdampft, während der AM-Polymerteil auf eine bestimmte Temperatur vorgekühlt werden kann, so dass eine Energiedifferenz (Entropie) zwischen dem Lösungsmitteldampf und dem AM-Polymerteil besteht. Flüssiges HFIP wird in Dampf umgewandelt und wird dann rasch auf der Oberfläche des Polymermaterial kondensiert. Aufgrund der Energiedifferenz zwischen dem Lösungsmitteldampf und dem AM-Polymerteil ist das Polymermaterial nicht schnell genug, um die Lösungsmittelkondensattröpfchen innerhalb seiner Matrix zu absorbieren, stattdessen akkumulieren Lösungsmittelkondensattröpfchen auf der oberen Schicht des Polymers. In dieser Stufe werden die Polymerkörner in der oberen Schicht gelöst und umverteilt, um eine glatte Grenzschicht zu bilden. Als Ergebnis koaleszieren die Materialteilchen und die obere Schicht wird abgedichtet, was eine Lösungsmittelintrusion/absorption tiefer in die Polymermatrix verhindert. Thermodynamische Energiebedingungen, damit genügend Kondensat auf der Teiloberfläche erzeugt wird, variieren für verschiedene AM-Polymere. Dieser Effekt der Teilchenoberflächenabdichtung kann seinerseits weitere Anwendung in wasserdichten Anwendungen finden. Die Kondensationsgeschwindigkeit wird geeignet relativ zur Kondensation unter Standardbedingungen erhöht, um sicherzustellen, dass die Polymeroberfläche bearbeitet wird. Der Grund dafür ist die poröse Struktur der Polymeroberfläche, die zur allmählichen Absorption der Kondensattröpfchen führt, d.h. ein Schwamm-Wasser-Absorptionsverhalten. Dies ist insbesondere der Fall für die Elastomere, wie thermoplastisches Urethan (TPU). Aufgrund dieser Absorptionsphänomene anstelle der Akkumulation auf der Oberfläche des Polymers würde Lösungsmittel normalerweise innerhalb der Polymermatrix absorbiert werden. Durch die Erhöhung der Kondensationsgeschwindigkeit ist das poröse Polymer jedoch nicht in der Lage, Kondensationströpfchen rasch genug zu absorbieren, als Folge akkumulieren die Kondensationströpfchen an der Oberfläche des Polymers, anstatt absorbiert zu werden, was seinerseits die Oberfläche des AM-Polymerteils löst und glättet. In dem geschlossenen System (Bearbeitungskammer) muss die Verfügbarkeit von zu äquilibrierender Energie während des Prozesses erhöht werden, d.h. die Entropie des Systems wird reduziert. Dies erhöht seinerseits die Kondensationsgeschwindigkeit. Die maximale Energie E_q, die zwischen der HFIP T_H und der Polymermaterial T_M zu äquilibrieren ist, kann von der Gleichung E_q = k x (T_H - T_M) / T_H abgeleitet werden, wobei k der Koeffizient ist, der den Wärmetransfer verschiedener Polymere repräsentiert, T_H die Temperatur des HFIP Dampfs ist, und T_M die Temperatur des zu bearbeitenden Polymers ist. Um den erforderlichen Äquilibrierungsenergiepegel in dem System zu erzielen, wird die Temperatur des HFIP unter Verwendung eines eingebauten Heizsystems erhöht, während die Polymermaterialien unter Verwendung entweder eines eingebauten oder externen Schockfrostsystems gekühlt werden können. Der Druck innerhalb der Kammer wird auch manipuliert, um das Erzielen der erforderlichen Differenz der zu äquilibrierenden Energie zu unterstützen. Es gibt einen Schwellenpegel für die Energieäquilibrierung für verschiedene Polymere, die zu bearbeiten sind. Zum Beispiel sollte für das Polyamid 12 die minimale Menge an auszugleichender Energie mindestens sein: E_q = k × (T_H- T_M)/T_H = k × ([(-1) x 21] - 25) / 21 = 0.2k, für das thermoplastische Polyurethan hingegen mindestens: E_q = k × (T_H - T_M) / T_H = k × [39 - (-20)] / 39 = 1.5k. T_M Werte wurden von der Anmelderin abgeleitet und sind in 11 gezeigt. T_H Werte sind von den Prozessbedingungen abhängig, die von der Anmelderin abgeleitet wurden, wie in 11 tabellarisch aufgelistet, und werden dementsprechend aus dem Druck-Temperatur-Graphen des spezifischen Lösungsmittels abgeleitet (z.B. 15 für das HFIP Lösungsmittel). Die Bearbeitungskammerwände werden geeignet über den HFIP Kondensationsbedingungen gehalten, um sicherzustellen, dass die Kondensation vorzugsweise auf den Polymerteilen anstatt der Kammer selbst geschieht. Sobald die Bearbeitung beendet ist, wird das HFIP Lösungsmittel zurück in die Dampfphase umgewandelt, um es von dem Polymer zu entfernen. Ein Vakuum wird angelegt, um zu helfen, verbleibendes Lösungsmittel von dem bearbeiteten Polymer zu entfernen. Die Menge an HFIP, die in die Matrix des Polymermaterials gelangt, wird durch den raschen Kondensationsprozess minimiert. Als Ergebnis koaleszieren die Polymerkörner in der oberen Fläche und wirken als abdichtende Grenzschicht. Während der letzten Bearbeitungsstufe wird die Entlüftung eingeschaltet, und die Kammertemperatur und der Druck werden eingestellt, um sicherzustellen, dass jegliches verbleibendes Lösungsmittel innerhalb der Polymermatrix rückgewonnen wird (siehe 22 und 23). 22 veranschaulicht thermogravimetrische Ergebnisse des bearbeiteten Polymermaterials, welche die Anwesenheit von verbleibendem HFIP und die Temperatur anzeigen, bei der es rückgewonnen werden kann. 23 veranschaulicht einen Chromatographen, der die Effizienz der Rückgewinnung des HFIP von dem bearbeiteten Polymer zeigt. Die durchgehende graue Linie repräsentiert die Menge an übrigem HFIP in dem bearbeiteten Polymer, die keinem Lösungsmittelentfernungsvorgang unterzogen wurde, während die durchgehende schwarze Linie die Menge an übrigem HFIP in der bearbeiten Polymerprobe anzeigt, die einem Lösungsmittelentfernungsvorgang unterzogen wurde. Die gestrichelte schwarze Linie ist zur Referenz angegeben und zeigt die Menge an übrigem HFIP in einer nicht bearbeiteten Polymerprobe. Dies stellt sicher, dass es zu keiner unerwünschten Gewichtszunahme oder zurückbleibenden Chemikalien in dem AM-Polymerteil kommt. Thermogravimetrische Analysen und Chromatographieversuche wurden durchgeführt, um die effektivste Kombination von Bearbeitungskammertemperatur-Vakuumparameter zu finden, die verbleibendes Lösungsmittel rückgewinnt (siehe Tabelle von 24).
Daher wird die Verwendung eines Kondensats von 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol (HFIP) bereitgestellt, um die Oberfläche additiv hergestellter (AM) Polymere durch die Manipulation des thermodynamischen Systems und der Energiepegel des HFIP und des Polymers zu bearbeiten. Die Vorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist dafür ausgelegt, um das thermodynamische System zu manipulieren und vorteilhafte Energiebedingungen für die zu glättenden AM-Polymere zu erzeugen. Die Vorrichtung und das Bearbeitungsverfahren sind dafür ausgelegt, um die Oberfläche einiger Polymerteile zu behandeln, die durch additive Herstellungsverfahren hergestellt wurden (z.B. 3D Druck). Die Oberfläche der behandelten Polymere wird glatter, verglichen mit unbehandelten Oberflächen, und insbesondere kann der Glattheitsgrad mit einem Satz vordefinierter Parameter gesteuert werden, wie hier beschrieben. HFIP Kondensat behandelt die Oberfläche des Polymermaterials in einem raschen Verfahren, das durch Maximieren der zu äquilibrierenden Energie (Entropie) zwischen HFIP und dem Polymer erzielt wird, d.h. Erhitzen des HFIP, während das Polymermaterial gekühlt wird. Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine neue Verwendung von HFIP durch Behandeln der Oberfläche der Polymere vorgesehen, insbesondere von TPU, durch HFIP Kondensation auf dem Polymer durch die Steuerung einer verfügbaren Äquilibrierungsenergie zwischen HFIP und dem Polymermaterial.
Die Vorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist dafür ausgelegt, um ein beliebiges Polymer zu bearbeiten, das durch ein 3D Druck/additives Herstellungsverfahren hergestellt wird. Zum Beispiel kann die Vorrichtung Teile bearbeiten, die aus mehreren Polymergruppen erzeugt werden, wie Nylon 12 (PA220 Duraform™ PA), Nylon 11 (Duraform™ EX Natural, Duraform™ EX Black), thermoplastischem Polyurethan (TPU) und TPE-210 elastomeren Materialien oder dgl. Zusätzlich kann die Vorrichtung andere Polymermaterialien bearbeiten, wie ABS. Ein AM-Teil, der durch Fused Deposition Modelling (FDM), Lasersintern (LS) und Hochgeschwindigkeitssintern (HSS) und Multi-Jet Fusion hergestellt wird, kann unter Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Finish erhalten.
Das Bearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zweckmäßig die Oberfläche poröser Materialien abdichten, wie von TPU und Polyamid 12, was vorteilhaft sein könnte, wenn der AM-Teil in wasserdichten Anwendungen zu verwenden ist, oder wo die Wasserdichtheit des Materials besonders wichtig ist (siehe 20a & 20b). Dieser Effekt der Abdichtung der Teilchenoberfläche kann seinerseits weitere Anwendung in wasserdichten Anwendungen finden. Das Bearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch zweckmäßig die Zugfestigkeit des/der AM-Teils/Teile verbessern.
Die Steuerung des Trocknungsschritts des Bearbeitungsverfahrens gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermeidet zweckmäßig die fortgesetzte Bearbeitung eines AM-Teils, die ansonsten aufgrund der Anwesenheit von nicht verdampftem Lösungsmittel auf der Oberfläche des Teils stattfinden würde.
Die Verwendung vorverpackter und austauschbarer Lösungsmittelbehälter/kartuschen eliminiert die Notwendigkeit, Lösungsmittel zum Beispiel in einem Abzugsschrank handzuhaben. Ein geschlossenes Schleifensystem, wie im Vorstehenden beschrieben, ermöglicht die Rückgewinnung von verwendeten Lösungsmitteln, um zu gestatten, dass der gesamte Lösungsmittelverbrauch aus der Kartusche minimiert wird, wodurch die Betriebskosten und der Umwelteinfluss hinsichtlich der Lösungsmittelerzeugung und -entsorgung usw. reduziert werden.
Obwohl die Vorrichtung und das Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier mit Bezugnahme auf eine „statische“ Bearbeitungskammer beschrieben wurden, könnte die Erfindung als Teil eines „dynamischen“ Fördertypsystems, das AM-Teile durch eine 3D Druckvorrichtung bewegt, und automatisierten Inspektions/Überwachungssystems implementiert werden.
Die Anwendungen für die Vorrichtung und das Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind weitreichend und können für die Bearbeitung eines beliebigen Am-Teils geeignet sein, der ein gewünschtes Finish für ästhetische und/oder funktionelle Zwecke erfordert, wie Schuhe, Auto-Innenraum/ Verkleidungskomponenten und dentale/medizinische Vorrichtungen oder dgl.

Claims

Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils, umfassend: einen Behälter zum Halten eines flüssigen Lösungsmittels; eine Bearbeitungskammer in steuerbarer Fluidkommunikation mit dem Behälter; eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, durch das Lösungsmittel ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten; ein Lösungsmittelabgabesystem, das stromaufwärts von der Bearbeitungskammer angeordnet ist, zum Einführen des Lösungsmittels in die Bearbeitungskammer; ein erstes Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um das Lösungsmittel zu verdampfen, bevor es in die Bearbeitungskammer eintritt; und eine Vakuumpumpe, die betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist und dafür ausgelegt ist, um einen negativen Druck an ein Inneres der Bearbeitungskammer anzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittelabgabesystem betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um selektiv Lösungsmittel aus dem Behälter aufzunehmen und eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer einzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Heizelement dafür ausgelegt ist, um steuerbar die vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel auf eine vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur zu erhitzen, und wobei die vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur bewirkt, dass das Lösungsmittel verdampft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittelabgabesystem das erste Heizelement umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der negative Druck ungefähr 10 bis 400 mbar beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend ein Lösungsmittelabgabeventil, das betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass ein Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer durch den darin angelegten negativen Druck gezogen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend ein Lösungsmittelabgabeventil, das betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel selektiv in die Bearbeitungskammer durch den darin angelegten negativen Druck gezogen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lösungsmittelabgabesystem eine Pumpe und ein Dosierventil für eine gesteuerte Abgabe einer vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer über ein Lösungsmittelverteilungssystem eingeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Lösungsmittelverteilungssystem mindestens eine Düse für die gesteuerte Verteilung von Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Heizer zum gesteuerten Erhitzen eines Inneren der Bearbeitungskammer auf eine vorherbestimmte Kammertemperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Heizer ein zweites Heizelement umfasst, das dafür ausgelegt ist, um steuerbar mindestens eine Innenfläche der Bearbeitungskammer zu erhitzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Kühler zur gesteuerten Kühlung eines AM-Teils, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, um die Vakuumpumpe zu betreiben, um erneut einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, um selektiv die Vakuumpumpe für eine weitere vorherbestimmte Zeit zu betreiben, um erneut einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen, nachdem eine vorherbestimmte Bearbeitungszeit verstrichen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vakuumpumpe ferner dafür ausgelegt ist, um die Bearbeitungskammer zur Atmosphäre zu entlüften, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Vakuumpumpe ferner dafür ausgelegt ist, um selektiv die Bearbeitungskammer zur Atmosphäre zu entlüften, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde, um Lösungsmitteldampf aus der Bearbeitungskammer und aus dem Teil, der darin angeordnet ist, zu extrahieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem umfasst, um verwendetes Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer rückzugewinnen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Lösungsmittelrückgewinnungssystem einen Kondensator umfasst, um Lösungsmittel von Luft zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Lösungsmittelrückgewinnungssystem fluidisch mit dem Behälter und/oder dem Lösungsmittelabgabesystem derart verbunden ist, dass rückgewonnenes verwendetes Lösungsmittel dorthin zurückgeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Behälter ein erstes Abteil für frisches Lösungsmittel und ein weiteres Abteil für rückgewonnenes Lösungsmittel umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Benutzerschnittstelle für einen Benutzer, um das Material des Teils, der zu bearbeiten ist, und die gewünschte Oberflächenrauigkeit einzugeben, wobei die Steuereinheit ferner dafür ausgelegt ist, um ein Bearbeitungsprogramm auf der Basis mindestens des Materials und der gewünschten Oberflächenrauigkeit auszuführen.
Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils, umfassend: einen Behälter zum Halten eines flüssigen Lösungsmittels; eine Bearbeitungskammer in steuerbarer Fluidkommunikation mit dem Behälter; eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, durch das Lösungsmittel ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten; ein Lösungsmittelabgabesystem, das stromaufwärts von der Bearbeitungskammer angeordnet ist, zum Einführen eines Lösungsmittels in die Bearbeitungskammer; ein Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um das Lösungsmittel zu verdampfen, bevor es in die Bearbeitungskammer eintritt; eine Vakuumpumpe, die betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist und dafür ausgelegt ist, um einen negativen Druck an ein Inneres der Bearbeitungskammer anzulegen; und ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem, um verwendetes Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer rückzugewinnen, wobei das Lösungsmittelrückgewinnungssystem fluidisch mit dem Behälter und/oder dem Lösungsmittelabgabesystem derart verbunden ist, dass rückgewonnenes verwendetes Lösungsmittel dorthin zurückgeführt werden kann.
Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines additiv hergestellten Polymerteils, umfassend: einen Behälter zum Halten eines flüssigen Lösungsmittels; eine Bearbeitungskammer in steuerbarer Fluidkommunikation mit dem Behälter; eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um steuerbar einen additiv hergestellten Polymerteil, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist, durch das Lösungsmittel ansprechend auf mindestens einen Parameter, der mit dem Teil assoziiert ist, nachzubearbeiten; ein Lösungsmittelabgabesystem, das stromaufwärts von der Bearbeitungskammer angeordnet ist, zum Einführen des Lösungsmittels in die Bearbeitungskammer; ein erstes Heizelement, das dafür ausgelegt ist, um steuerbar eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel auf eine vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur zu erhitzen; und eine Vakuumpumpe, die betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist und dafür ausgelegt ist, um einen negativen Druck an ein Inneres der Bearbeitungskammer anzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die vorherbestimmte Lösungsmitteltemperatur bewirkt, dass das Lösungsmittel verdampft.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Lösungsmittelabgabesystem das erste Heizelement umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 24, 25 oder 26, wobei das Lösungsmittelabgabesystem betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um selektiv Lösungsmittel aus dem Behälter aufzunehmen und eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer abzugeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei der negative Druck ungefähr 10 bis 400 m bar beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, ferner umfassend ein Lösungsmittelabgabeventil, das betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass ein Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer durch den darin angelegten negativen Druck gezogen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, ferner umfassend ein Lösungsmittelabgabeventil, das betreibbar von der Steuereinheit steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass eine vorherbestimmte Menge an Lösungsmittel selektiv in die Bearbeitungskammer durch den darin angelegten negativen Druck gezogen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei das Lösungsmittelabgabesystem eine Pumpe und ein Dosierventil für eine gesteuerte Abgabe einer vorherbestimmten Menge an Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei das Lösungsmittel in die Bearbeitungskammer über ein Lösungsmittelverteilungssystem eingeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das Lösungsmittelverteilungssystem mindestens eine Düse für die gesteuerte Verteilung von Lösungsmitteldampf in die Bearbeitungskammer umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, ferner umfassend einen Heizer zum gesteuerten Erhitzen eines Inneren der Bearbeitungskammer auf eine vorherbestimmte Kammertemperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei der Heizer ein zweites Heizelement umfasst, das dafür ausgelegt ist, um steuerbar mindestens eine Innenfläche der Bearbeitungskammer zu erhitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 35, ferner umfassend einen Kühler zur gesteuerten Kühlung eines AM-Teils, der in der Bearbeitungskammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 36, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, um die Vakuumpumpe zu betreiben, um erneut einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 36, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, um selektiv die Vakuumpumpe für eine weitere vorherbestimmte Zeit zu betreiben, um erneut einen negativen Druck in der Bearbeitungskammer anzulegen, nachdem eine vorherbestimmte Bearbeitungszeit verstrichen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 38, wobei die Vakuumpumpe ferner dafür ausgelegt ist, um die Bearbeitungskammer zur Atmosphäre zu entlüften, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 38, wobei die Vakuumpumpe ferner dafür ausgelegt ist, um selektiv die Bearbeitungskammer zur Atmosphäre zu entlüften, wenn der negative Druck erneut angelegt wurde, um Lösungsmitteldampf aus der Bearbeitungskammer und aus dem Teil, der darin angeordnet ist, zu extrahieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 40, wobei die Vorrichtung ferner ein Lösungsmittelrückgewinnungssystem umfasst, um verwendetes Lösungsmittel aus der Bearbeitungskammer rückzugewinnen.
Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das Lösungsmittelrückgewinnungssystem einen Kondensator umfasst, um Lösungsmittel von Luft zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 41 oder 42, wobei das Lösungsmittelrückgewinnungssystem fluidisch mit dem Behälter und/oder dem Lösungsmittelabgabesystem derart verbunden ist, dass rückgewonnenes verwendetes Lösungsmittel dorthin zurückgeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei der Behälter ein erstes Abteil für frisches Lösungsmittel und ein weiteres Abteil für rückgewonnenes Lösungsmittel umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 44, ferner umfassend eine Benutzerschnittstelle für einen Benutzer, um das Material des Teils, der zu bearbeiten ist, und die gewünschte Oberflächenrauigkeit einzugeben, wobei die Steuereinheit ferner dafür ausgelegt ist, um ein Bearbeitungsprogramm auf der Basis mindestens des Materials und der gewünschten Oberflächenrauigkeit auszuführen.