Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR REMOVING FILLING MATERIAL FROM A CAVITY PRESENT IN A COMPONENT AND APPARATUS FOR PERFORMING SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/046373
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for removing filling material from a cavity present in a component (13) through a connection opening (24). For this purpose, the component, which for example was produced by means of selective laser melting in a system (12), can be removed and can be drained by means of a programmed motion curve (27) starting from an initial position I by a robot (15). According to the invention, the necessary motion (27) is simulated by means of a computer program (PRG) in order to ensure that support material is removed as completely as possible within a short time. The simulation result is supplied to a controller (CRL) of the robot (15). The invention further relates to a production system (11), in which the removal method is integrated, and a computer program (PRG) suitable for computation.

Inventors:
KIENER, Christoph (Marbachstraße 3, München, 81369, DE)
Application Number:
EP2017/071776
Publication Date:
March 15, 2018
Filing Date:
August 30, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B22F3/105; B28B1/00; B29C64/153
Foreign References:
DE3010964A11980-11-06
US20100291401A12010-11-18
JP2003225948A2003-08-12
US20160074940A12016-03-17
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Austragen von Füllmaterial (32) aus einem in einem Bauteil (13) vorhanden Hohlraum, wobei der Hohlraum ei- ne Verbindungsöffnung (24) zur Umgebung des Bauteils (13) aufweist, aufweisend folgende Verfahrensschritte:

• Halten des Bauteils (13) in einer beweglichen Halterung (16) ,

• Bewegen des Bauteils (13) bei gleichzeitigem Austrag des Füllmaterials (32) durch die Verbindungsöffnung (24), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass ein Prozessor (P) die Geometriedaten des Bauteils (13) verarbeitet, wobei ein auf dem Prozessor (P) ablaufendes Com- puterprogramm

· die Geometrie des Hohlraums und der Verbindungsöffnung

(24) in dem Bauteil (13) berücksichtigt,

• unter Berücksichtigung der Schwerkraft eine notwendige Positionierung des Bauteils (13) und einen anschließenden notwendigen Bewegungsablauf für das Bewegen des Bau- teils (13) im Raum berechnet, damit das Füllmaterial

(32) durch den Hohlraum zur Verbindungsöffnung (24) und durch die Verbindungsöffnung (24) aus dem Bauteil (13) ausgetragen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass

• durch das Computerprogramm das Austragen des Füllmaterials (32) simuliert wird, wobei bei der Simulation die Fließeigenschaften des Füllmaterials (32) berücksichtigt werden,

• wiederholt Simulationen mit verschiedenen Positionierungen und/oder verschiedenen Bewegungsabläufen durchgeführt werden,

· die Positionierung und der Bewegungsablauf ausgewählt wird, bei der und bei dem das meiste Füllmaterial (32) oder alles Füllmaterial (32) in der kürzesten Zeit aus dem Bauteil (13) ausgetragen wird.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass vor und/oder nach dem Bewegen des Bauteils (13) ein Ab- saugen von Füllmaterial durch die Verbindungsöffnung (24) hindurch erfolgt.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass sich die Halterung (16) an einem Roboter (15) befindet und der Bewegungsablauf durch den Roboter (15) vollzogen wird .

5. Verfahren nach Anspruch 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass der Roboter (15) Bewegungen um mindestens drei Achsen ermöglicht .

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Bauteil (13) durch einen Schwingungsgenerator (30) in mechanische Schwingungen versetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Schwingungen im Ultraschallbereich liegen.

8. Verfahren ach einem der voranstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Füllmaterial (32) aus einem Pulver besteht und das

Fließverhalten des Pulvers durch das Computerprogramm aus den Parametern Partikelgröße und/oder Partikelform und/oder Partikelmaterial und/oder Partikeldichte berechnet wird. 9. Computerprogramm

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass mit diesem • die Geometrie eines Hohlraums in einem Bauteil (13) und einer Verbindungsöffnung (24) zwischen dem Hohlraum und der Umgebung des Bauteils (13), wobei der Hohlraum mit einem Füllmaterial (32) gefüllt ist, als Eingangsgrößen über eine Eingangsschnittstelle (26) übergebbar sind,

• unter Berücksichtigung der Schwerkraft eine notwendige Positionierung des Bauteils (13) und ein anschließender notwendiger Bewegungsablauf des Bauteils (13) im Raum berechenbar ist, damit das Füllmaterial (32) durch den Hohlraum zur Verbindungsöffnung (24) und durch die Verbindungsöffnung (24) aus dem Bauteil (13) ausgetragen wird,

• die Positionierung und der Bewegungsablauf des Bauteils als Ausgangsgrößen über eine Ausgangsschnittstelle (28) ausgebbar sind.

10. Computerprogramm nach Anspruch 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass mit diesem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführbar ist.

11. Fertigungseinheit

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass diese aufweist:

• eine bewegliche Halterung (16) zum Halten eines Bauteils (13)

• einen Prozessor (P) , auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 installiert ist,

• einen Aktor, insbesondere einen Roboter (15), zur Bewegung der beweglichen Halterung,

• eine Steuerung zum Bewegen des Aktors, wobei die Positi¬ onierung und der Bewegungsablauf als Eingangsgrößen über eine Schnittstelle (29) übergebbar sind. 12. Fertigungseinheit nach Anspruch 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass dies zusätzlich aufweist: eine Anlage (12) zum additiven Fertigen des Bauteils (13)

eine Materialschnittstelle (14) zur Aufnahme des Bau teils (13) durch die Halterung (16) .

Description:
Beschreibung

VERFAHREN ZUM AUSTRAGEN VON FÜLLMATERIAL AUS EINEM IN EINEM BAUTEIL VORHANDENEN HOHLRAUM UND APPARAT ZUR DURCHFÜHRUNG DIESES VERFAHRENS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austragen von Füllmaterial aus einem in einem Bauteil vorhandenen Hohlraum, wobei der Hohlraum eine Verbindungsöffnung zur Umgebung des Bauteils aufweist. Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchlaufen: Halten des Bauteils in einer beweglichen Halterung und Bewegen des Bauteils bei gleichzeitigem Austrag des Füllmaterials durch die Verbindungsöffnung. Außerdem betrifft die Erfindung Mittel, welche geeignet ist, das eingangs ange ¬ gebene Verfahren zu durchzuführen.

Das eingangs angegebene Verfahren ist beispielsweise in der US 2016/0074940 AI beschrieben. Gemäß diesem Dokument besteht das Problem, dass Bauteile, die mittels eines additiven Ver ¬ fahrens, wie z. B. Laserschmelzen, in einem Pulverbett herge ¬ stellt worden sind, anschließend von den nicht verschmolzenen Partikeln des Pulverbetts befreit werden müssen. Besondere Probleme macht dies in Hohlräumen, die in dem Bauteil herge ¬ stellt wurden. Um das Pulver aus diesen Hohlräumen entfernen zu können, weist das Bauteil Verbindungsöffnungen zwischen dem Hohlraum und der Umgebung des Bauteils auf, durch die das Pulver ausgetragen werden kann. Dazu kann das Bauteil bewegt, beispielsweise gedreht oder geschwenkt, werden, um das Pulver in der Kavität nach und nach zur Verbindungsöffnung zu transportieren. Bei komplizierten Hohlraumgeometrien bzw. bei großen Hohlräumen ist dieses Verfahren zeitaufwändig und es be ¬ steht überdies die Gefahr, dass das Pulver aus dem Hohlraum nicht vollständig ausgetragen werden kann.

Ein ähnliches Problem besteht bei der additiven Herstellung von Bauteilen in Flüssigkeiten, wie dies beispielsweise bei der Stereolithographie der Fall ist. Das Bauteil wird durch lokale Verfestigung eines flüssigen Materials (beispielsweise einer Harzverbindung) hergestellt, wobei in hergestellten Hohlräumen das flüssige Rohmaterial verbleibt. Dieses ist ebenso wie das Pulver als Füllmaterial in den Hohlräumen auf ¬ zufassen. Dies kann durch Verbindungsöffnungen im Bauteil herausfließen, wobei das Bauteil abhängig von der Geometrie des Hohlraums ebenfalls geschwenkt oder gedreht werden muss.

Zuletzt muss das eingangs angegebene Verfahren auch angewen ¬ det werden, wenn Hohlräume von gegossenen oder gespritzten Bauteilen von dem Kernmaterial befreit werden müssen, welches zur Ausbildung von Hohlräumen in die Gussform eingelegt wurde. Das Kernmaterial stellt insofern auch ein Füllmaterial dar, welches sich im Hohlraum eines Bauteils befinden kann. Dieses kann je nach Materialbeschaffenheit ausgeschmolzen, aufgelöst oder mechanisch zerstört werden, wobei das Füllma ¬ terial auf diesem Wege fließfähig wird und durch die Verbindungsöffnung aus dem Bauteil herausfließen kann.

Als additive Fertigungsverfahren sind neben den flüssigkeits- basierten außerdem die pulverbettbasierten Fertigungsverfahren zu nennen, weil Bauteile, die im Pulverbett mit einem Hohlraum hergestellt werden, automatisch mit dem Material des Pulverbetts als Füllmaterial gefüllt sind. Im Einzelnen sind Verfahren anwendbar, bei denen das Material, aus dem ein Bau- teil hergestellt werden soll, dem Bauteil während der Entste ¬ hung hinzugefügt wird. Dabei entsteht das Bauteil bereits in seiner endgültigen Gestalt oder zumindest annähernd in dieser Gestalt. Das Baumaterial kann beispielsweise pulverförmig oder flüssig sein, wobei durch das additive Fertigungsverfah- ren das Material zur Herstellung des Bauteils chemisch oder physikalisch verfestigt wird.

Um das Bauteil herstellen zu können, werden das Bauteil be ¬ schreibende Daten (CAD-Modell) für das gewählte additive Fer- tigungsverfahren aufbereitet. Die Daten werden zur Erstellung von Anweisungen für die Fertigungsanlage in an das Ferti ¬ gungsverfahren angepasste Daten des Bauteils umgewandelt, da ¬ mit in der Fertigungsanlage die geeigneten Prozessschritte zur sukzessiven Herstellung des Bauteils ablaufen können. Die Daten werden dafür so aufbereitet, dass die geometrischen Daten für die jeweils herzustellenden Lagen (Slices) des Bauteils zur Verfügung stehen, was auch als Slicen bezeichnet wird.

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive Lasersintern (auch SLS für Selective Laser Sintering) , das Selektive Laserschmelzen (auch SLM für Selective Laser

Melting) und das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für

Electron Beam Melting) genannt werden. Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstoffen in Form von Pulvern, mit denen Konstruktionsbauteile hergestellt werden können.

Beim SLM, SLS und EBM werden die Bauteile lagenweise in einem Pulverbett hergestellt. Diese Verfahren werden daher auch als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren bezeichnet. Es wird jeweils eine Lage des Pulvers in dem Pulverbett er- zeugt, die durch die Energiequelle (Laser oder Elektronen ¬ strahl) anschließend in denjenigen Bereichen lokal aufgeschmolzen oder gesintert wird, in denen das Bauteil entste ¬ hen soll. So wird das Bauteil sukzessive lagenweise erzeugt und kann nach Fertigstellung dem Pulverbett entnommen werden.

Es besteht der Wunsch, Füllmaterial aus Hohlräumen von Bau ¬ teilen möglichst vollständig und in möglichst kurzer Zeit entfernen zu können. Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein Verfahren zum Austragen von Füllmaterial aus einem Bauteil anzugeben, mit dem der Austrag von Füllmaterial mög ¬ lichst vollständig und in möglichst kurzer Zeit erledigt wer ¬ den kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, Mittel zur Umsetzung dieses Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das eingangs angegebene Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Prozessor die Geo ¬ metriedaten des Bauteils verarbeitet, wobei ein auf dem Pro ¬ zessor ablaufendes Computerprogramm die Geometrie des Hohl- raums und der Verbindungsöffnung in dem Bauteil berücksichtigt. Anschließend rechnet das Computerprogramm unter Berücksichtigung der Schwerkraft eine notwendige Positionierung des Bauteils und einen anschließenden notwendigen Bewegungsablauf für das Bewegen des Bauteils im Raum, damit das Füllmaterial durch den Hohlraum zur Verbindungsöffnung und durch die Verbindungsöffnung aus dem Bauteil ausgetragen wird. Mit Hilfe dieses berechneten Bewegungsablaufs wird das Bauteil an ¬ schließend bei gleichzeitigem Austrag des Füllmaterials durch die Verbindungsöffnung bewegt, wobei vorteilhaft ein optima ¬ ler, d. h. möglichst vollständiger Austrag an Füllmaterial bei einem optimierten, d. h. möglichst kurzen Zeitbedarf erfolgt. Das Bauteil kann vor dem Bewegen von der Bauplattform, auf dem es hergestellt wurde, getrennt werden oder zusammen mit der Bauplatte bewegt werden.

Das Computerprogramm kann die Geometriedaten des hergestellten Bauteils beispielsweise aus einem CAD-Datensatz übernehmen, der im Rahmen einer Konstruktion des Bauteils und der Vorbereitung der Erstellung der Daten für das additive Herstellen bereits erzeugt wurde. Auch der Datensatz zur Herstellung des additiven Bauteils eignet sich grundsätzlich, um für eine Berechnung der Positionierung oder Position (diese Begriffe werden synonym verwendet) des Bauteils und des an- schließenden Bewegungsablaufs herangezogen zu werden. Unter der Positionierung des Bauteils versteht man die Position, die das Bauteil einnimmt, bevor der errechnete Bewegungsab ¬ lauf startet. Durch den Bewegungsablauf verlässt das Bauteil zwangsläufig die Positionierung, wobei in dem Bewegungsablauf eventuell weitere Zwischenpositionen oder Zwischenpositionie ¬ rungen (beide Begriffe werden synonym verwendet) angelaufen werden, in denen das Bauteil für einen definierten Zeitraum verharrt, um dem Füllstoff Zeit für ein Fließen zu geben. Diese Zwischenpositionierungen sollen allerdings als Teil des Bewegungsablaufs verstanden werden.

Insbesondere bei Kleinserien wird der Mehraufwand, der durch die Berechnung des Bewegungsablaufs und der Positionierung des Bauteils durch das Computerprogramm entsteht, durch die Zeitersparnis aufgewogen, die beim anschließenden Entfernen des Füllmaterials aus der Kavität gespart wird. Auch bei Ein ¬ zelanfertigungen lohnt sich der Aufwand der Berechnung, weil die Überprüfung, ob ein Hohlraum vollständig vom Füllmaterial befreit wurde, sehr zeitraubend ist und ggf. mehrere Itera ¬ tionen des Austragsverfahrens erforderlich sind, um einen vollständigen Austrag zu erreichen. Dies lässt sich durch eine Vorabberechnung der Positionierung und des Bewegungsab- laufs mittels des Computerprogramms vermeiden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch das Computerprogramm das Austragen des Füllmaterials simuliert wird, wobei bei der Simulation die Fließeigenschaften des Füllmaterials berücksichtigt werden. Dabei werden wiederholt Simulationen mit verschiedenen Positionierungen und/oder verschiedenen Bewegungsabläufen durchgeführt, wobei am Ende diejenige Positionierung und derjenige Bewegungsablauf ausgewählt wird, bei der und bei dem das meiste Füllmaterial oder alles Füllmaterial in der kürzesten Zeit aus den Bauteilen ausgetragen wird. Das Optimierungsziel hängt von den Gegebenheiten des Einzelfalls ab. Ist die Geo ¬ metrie des Hohlraums so geartet, dass nicht alles Füllmateri ¬ al aus dem Bauteil entfernt werden kann, ist das Optimie- rungsziel vorrangig, einen möglichst großen Anteil zu entfer ¬ nen. Lässt sich grundsätzlich alles Füllmaterial aus dem Hohlraum entfernen, so ist das Optimierungsziel vorrangig, diesen Prozess in möglichst kurzer Zeit durchzuführen, so dass der Bewegungsablauf hinsichtlich seiner Effizienz opti- miert wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass vor und/oder nach dem Bewegen des Bauteils ein Absaugen von Füllmaterial durch die Verbindungsöffnung hindurch erfolgt. Hierfür wird eine geeignete Absaugvorrichtung mit einem Saugrüssel vorgesehen. Ein Absaugen vor dem Bewegen des Bauteils kann zumindest im Bereich nahe der Verbindungsöffnung bereits zu einem Austrag von Füllmaterial führen. Gleichzeitig wird das Füllmaterial, wenn es sich um ein Pulver handelt, gelockert, wodurch der Austrag durch Be ¬ wegen anschließend erleichtert wird. Wenn der Austrag durch Bewegen fast vollständig erfolgt ist, so dass nur noch gerin- ge Reste an Pulver in dem Hohlraum verblieben sind, kann ein anschließendes Absaugen vorteilhaft dazu genutzt werden, die ¬ se Reste noch zu entfernen. Insbesondere, wenn der Hohlraum zwei Verbindungsöffnungen aufweist, ist diese Methode beson ¬ ders wirkungsvoll, da die durch die eine Verbindungsöffnung mit den Partikeln abgesaugte Luft ersetzt werden kann, indem Luft durch die andere Verbindungsöffnung nachströmt.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Halterung an einem Roboter befindet und der Bewegungsablauf durch den Roboter vollzogen wird. Der Roboter weist zu diesem Zweck einen Roboterarm auf, wobei dieser vorteilhaft Bewegungen um mindestens drei Achsen ermög ¬ licht. Je mehr Achsen der Roboterarm zur Verfügung stellt, desto komplexer können die Bewegungen sein, die mittels des Computerprogramms errechnet werden und durch den Roboter noch umsetzbar sind. Der Roboter ist vorteilhaft in der Lage, die Bewegungen exakt umzusetzen und so das berechnete Ergebnis fehlerarm nachzubilden. Bei der Berechnung des Bewegungsablaufs muss das Computerprogramm die Freiheitsgerade des Bewe ¬ gungssystems, z. B. des Roboters, berücksichtigen, damit das Bewegungssystem den berechneten Bewegungsablauf umsetzen kann .

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass das Bau- teil durch einen Schwingungsgenerator in mechanische Schwingungen versetzt wird. Insbesondere können diese Schwingungen im Ultraschallbereich liegen. Hierzu wird ein geeigneter Schwingungsaktor eingesetzt, der beispielsweise an der Halte ¬ rung für das Bauteil befestigt ist. Die Schwingungen werden dann vorteilhaft auf das Bauteil übertragen und verbessern die Fließfähigkeit des Füllmaterials. Hierdurch kann sowohl die ausgetragene Menge an Füllmaterial erhöht sowie die dafür erforderliche Austragszeit verringert werden. Wenn das Füllmaterial aus einem Pulver besteht, so ist es ge ¬ mäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass das Fließverhalten des Pulvers durch das Compu- terprogramm aus den Parametern Partikelgröße und/oder

Partikelform und/oder Partikelmaterial und/oder

Partikeldichte berechnet wird. Dies sind Parameter, die mit der Herstellung des Bauteils direkt zusammenhängen und teilweise durch Angaben der Pulverhersteller ergänzt werden kön- nen. Die Partikelgröße und die Partikelform ist für das

Fließverhalten des Pulvers insofern relevant, dass größere Partikel schwerer fließen als kleinere Partikel und eher run ¬ de Partikel besser fließen als eher kantige Partikel. Das Partikelmaterial kann von Bedeutung sein, weil die Pulverpar- tikel abhängig vom Partikelmaterial unterschiedlich gut anei ¬ nander haften. Die Partikeldichte, die bei der Herstellung des Pulverbetts erzeugt wird, ist von Bedeutung, weil die Fließfähigkeit des Pulvers mit höherer Partikeldichte ab ¬ nimmt. Daher ist die bereits erwähnte Einbringung von Schwin- gungen evtl. erforderlich, um das Fließverhalten des Pulvers überhaupt erst auszulösen.

Auch bei flüssigen Füllmaterialien ist das Fließverhalten von Bedeutung, lässt sich jedoch aus den für die Flüssigkeit gel- tenden Parametern (Viskosität, Oberflächenspannung, Benet- zungsverhalten an den Wänden des Hohlraums) direkt ableiten. Ein eventueller Kapillareffekt der Flüssigkeit hangt auch von der Geometrie des Hohlraums ab. Das zurückgewonnene Pulver oder die zurückgewonnene Flüssig ¬ keit kann dem additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung eines weiteren Bauteils wieder zugeführt werden. Es ist nicht kontaminiert, so dass die Bauteilqualität des nachfolgend hergestellten Bauteils nicht unter der Rückführung leidet. Weiterhin bedeutet eine Rückführung des Baumaterials auch, dass dieses nicht in die Umwelt gelangt und daher die gesund ¬ heitliche Belastung von Mitarbeitern in einem entsprechenden Fertigungsbetrieb gering ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch größere Bauteile, die zu schwer für eine Bewegung per Hand sind, mittels eines Roboters aus der Fertigungsanlage herausgenommen und zum Aus- tragen des Pulvers aus dem Hohlraum bewegt werden können.

Hierzu muss lediglich die Kapazität bzw. die Leistung des Ro ¬ boters in geeigneter Weise angepasst werden.

Weiterhin wird die eingangs angegebene Aufgabe durch ein Com- puterprogramm gelöst, wobei mit diesem die Geometrie des

Hohlraums in einem Bauteil und einer Verbindungsöffnung zwischen dem Hohlraum und der Umgebung des Bauteils als Eingangsgrößen über eine Eingangsschnittstelle übergebbar sind. Dabei ist der Hohlraum mit einem Stützmaterial gefüllt, so dass unter Berücksichtigung der Schwerkraft eine notwendige Positionierung des Bauteils und ein anschließender notwendiger Bewegungsablauf des Bauteils im Raum berechenbar ist, da ¬ mit das Stützmaterial durch den Hohlraum zur Verbindungsöff ¬ nung und durch die Verbindungsöffnung aus dem Bauteil ausge- tragen wird. Die Positionierung und der Bewegungsablauf des Bauteils werden dann als Ausgangsgrößen über eine Ausgangsschnittstelle ausgegeben.

Dieses Computerprogramm ist geeignet, um in einem vorstehend bereits beschriebenen Verfahren zum Austragen des Materials aus einem Bauteil zur Anwendung zu kommen. Wie bereits erwähnt, kann die Geometrie, die über die Eingangsschnittstelle in das Computerprogramm eingegeben wird, Datensätzen eines CAD-Systems entnommen werden. Die Ausgangsschnittstelle des Computerprogramms ist dann beispielsweise mit einer Steuerung für einen Roboter verbunden, der das zu entleerende Bauteil zunächst in einer berechneten Position fixiert und anschlie ¬ ßend eine Bewegung nach dem berechneten Bewegungsablauf durchführt. Dabei durchläuft das Bauteil eine bestimmte Raum- kurve (Traj ektorie) , die aus Schwenkbewegungen und Taumelbe ¬ wegungen zusammengesetzt sein kann. Auch ist es möglich, dass das Bauteil in bestimmten Zwischenpositionierungen für einen gewissen Zeitraum verharrt, um dem Füllmaterial Zeit zu ge- ben, einen bestimmten Abschnitt des Hohlraums in Richtung zur Verbindungsöffnung zu durchlaufen.

Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Fertigungseinheit ge- löst, die folgende Komponenten aufweist: Eine bewegliche Hal ¬ terung zum Halten des Bauteils, einen Prozessor, auf dem ein Computerprogramm der beschriebenen Art installiert ist, einen Aktor, insbesondere einen Roboter, zur Bewegung der beweglichen Halterung und eine Steuerung zum Bewegen des Aktors, wo- bei die Positionierung und der Bewegungsablauf als Eingangs ¬ größen über eine Schnittstelle übergebbar sind. Die Ferti ¬ gungseinheit ist damit erfindungsgemäß darauf vorbereitet, die Daten des erfindungsgemäßen Computerprogramms zu übernehmen und somit das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die vorstehend bereits erläuterten Vorteile werden daher durch die Fertigungseinheit ebenfalls erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fertigungseinheit weist diese Anlage zusätzlich eine Anlage zum additiven Fer- tigen des Bauteils und eine Materialschnittstelle zur Aufnah ¬ me des Bauteils durch die Halterung auf. Bei der Material ¬ schnittstelle kann es sich beispielsweise um eine Schleuse oder eine Klappe handeln, die geöffnet werden kann, damit die Halterung das Bauteil von der in der Anlage vorhandenen Bau- plattform abnehmen oder mitsamt der Bauplattform übernehmen kann. Der Austrag des Füllmaterials kann dann direkt im Fer ¬ tigungssystem erfolgen und der Anlage zum additiven Fertigen wieder zugeführt werden. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei ¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage, anhand derer ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist, als schematische Seitenansicht, teilweise aufge ¬ schnitten, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem mehrere Schritte des Positionie ¬ rens und Bewegens eines Bauteils schematisch darge ¬ stellt sind und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Computerprogramms als Ablaufdiagramm.

Eine Fertigungseinheit 11 weist eine Anlage 12 zum additiven Herstellen eines Bauteils 13 auf, wobei es sich hierbei um eine Anlage zum selektiven Laserschmelzen handelt. Diese Anlage weist eine Materialschnittstelle 14 in Form einer Klappe auf, durch die das Bauteil von einem Roboter 15 mit vier durch Doppelpfeile angedeuteten Achsen in einer Halterung 16 aufgenommen werden kann. Außerdem weist die Fertigungseinheit 11 mehrere Absaugeinrichtungen 17a, 17b auf.

Der Aufbau der Anlage 12 zum selektiven Laserschmelzen ist an sich bekannt und in Figur 1 nur schematisch dargestellt. Ein Laser 18 erzeugt einen Laserstrahl 19, der über eine Umlenk- optik 20 durch ein Prozessfenster 21 auf ein Pulverbett 22 gerichtet wird, so dass lagenweise auf einer Bauplattform 23 das Bauteil 13 entsteht. Nach erfolgter Herstellung des Bau ¬ teils 13 kann dieses zunächst mittels der Absaugeinrichtung 17a von dem Pulverbett befreit werden. Über eine Verbindungs- Öffnung 24 kann außerdem bereits etwas Pulver aus einem Hohlraum 25 (dargestellt in Figur 2) des Bauteils abgesaugt wer ¬ den .

Anschließend wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 das Bauteil 13 von der Bauplattform 23 gelöst und anschlie ¬ ßend von dem Roboter 15 mit der Halterung 16 aus der Anlage

12 genommen. Alternativ (nicht dargestellt) kann das Bauteil

13 auch zusammen mit der Bauplattform 23 aus der Anlage 12 genommen werden und die Trennung des Bauteils 13 von der Bauplattform 23 erst nach erfolgter Entleerung des Hohlraums 25 erfolgen . Zur Herstellung des Bauteils 13 werden die CAD-Daten eines Rechners CAD an eine Steuerung S übertragen, wobei diese Steuerung den CAD-Datensatz in eine für die Anlage 12 verarbeitbare Form überträgt (sogenanntes Slicen) . Dabei werden die Daten so aufbereitet, dass eine Beschreibung der Geomet- rie des Bauteils 13 in Form der herzustellenden Lagen im Pulverbett vorliegen. Dieser Prozess ist an sich bekannt und soll an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.

Erfindungsgemäß werden die CAD-Daten allerdings auch verwen ¬ det, um über eine Eingangsschnittstelle 26 im erfindungsgemä ¬ ßen Programm PRG verarbeitet zu werden. Dieses ist in einem Prozessor P implementiert und dient dazu, aus den geometri ¬ schen Daten einen sinnvollen Bewegungsablauf 27 und eine Position I zu ermitteln, von der ausgehend der Bewegungsablauf 27 startet. Dieser Bewegungsablauf wird über eine Ausgangs ¬ schnittstelle 28 zu einer Schnittstelle 29 einer Steuerung CRL übertragen, die wiederum den Roboter 15 ansteuert. Die Steuerung CRL steuert den Roboter 15 so an, dass dieser sowohl die Position I ansteuern kann als auch von dieser Positionierung I ausgehend die Raumkurve des Bewegungsablaufes 27 beschreiben kann. Nach Durchlaufen des Bewegungsablaufs 27 wird die Absaugeinrichtung 17b verwendet, um evtl. noch vorhandene Pulverreste aus dem Hohlraum 25 abzusaugen. Die Ab ¬ saugeinrichtung 17b kann ebenfalls durch die Steuerung CRL kontrolliert werden.

Außerdem kann die Steuerung CRL einen Schwingungsgenerator 30 ansteuern, an dem die Halterung 16 befestigt ist. Wie auch in Figur 2 dargestellt, kann über den Schwingungsgenerator 30 das Bauteil 13 in Schwingungen 31 (vgl. Figur 2), vorzugswei ¬ se im Ultraschallbereich, versetzt werden, um den Austrag des Füllmaterials 31 zu unterstützen. Der Figur 2 kann der Verfahrensablauf zum Austrag des Füllma ¬ terials 32 entnommen werden. Dargestellt ist das Bauteil 13 in der berechneten Positionierung I, mit der der Bewegungsablauf beginnt. Der Hohlraum 25 ist ein langgestreckter Kanal, wobei ein Verharren in der Positionierung I bei gleichzeitigem Eintrag der Schwingungen 31 dazu führt, dass das Füllma ¬ terial 32 bis zu einem ersten Abschnitt 33 durch Unterstüt ¬ zung der Schwerkraft g aus der Verbindungsöffnung 24 ausgetragen wird. Danach wird durch eine Vierteldrehung (angedeu- tet in Figur 2) das Bauteil in eine Zwischenpositionierung II gebracht, so dass das Material bis zu einem Abschnitt 34 in den davorliegenden bogenförmigen Abschnitt 99 des Hohlraums 25 hinabrieselt. Dort bleibt es allerdings liegen, so dass das Bauteil 13 in eine Zwischenpositionierung III zurückge- dreht werden muss, die der Positionierung I entspricht. Nun wird das Füllmaterial 25 aus dem bogenförmigen Abschnitt 99 durch die Verbindungsöffnung 24 ausgetragen. Gleichzeitig kann das Füllmaterial aus dem letzten sackförmigen Abschnitt hinunter rieseln. Eine Wiederholung der letzten beiden Bewe- gungen in eine Zwischenpositionierung IV (entspricht II) und zurück in eine Zwischenpositionierung V (entspricht I und III) führt dazu, dass auch der letzte Rest des Füllmaterials 25 ausgetragen wird. Dieses Beispiel ist mit einer verhältnismäßig einfachen Geo ¬ metrie des Hohlraums ausgestattet, insbesondere weil diese sich zweidimensional in der Zeichnung darstellen lässt. Die Computersimulation mittels des erfindungsgemäßen Computerprogramms lässt jedoch die Optimierung wesentlich komplexerer Hohlstrukturen zu, welche sich dreidimensional im Raum erstrecken .

Ein möglicher Ablauf der Berechnung mittels des Computerpro ¬ gramms PRG ist in Figur 3 dargestellt. Als Eingang an der Eingangsschnittstelle 26 dienen die CAD-Daten, wobei aus der Lage einer Verbindungsöffnung des zu berechnenden Bauteils die Positionierung POS ermittelt wird. Ausgehend von dieser Positionierung wird nun ein Bewegungsablauf MOV ermittelt und mit der Positionierung POS sowie dem Bewegungsablauf MOV (evtl. auch gewählten Zwischenpositionierungen, in denen die Bewegung angehalten wird) wird in einem Simulationsmodul SIM der Austrag von Füllmaterial simuliert. Hierbei kommen Mate ¬ rialdaten des Füllmaterials MAT zur Anwendung, die in das Simulationsmodul eingespeist werden. Software zur Simulation der Fließvorgänge können in das Computerprogramm implementiert werden, da sie als solche bereits programmiert wurden und beispielsweise käuflich erworben werden können. Ein Beispiel für eine solche Simulationssoftware ist das kommerziel ¬ le Softwareprodukt STAR-CCM+® des Herstellers CD-adapco, bei dem verschiedene Fluide ohne Abgrenzung gerechnet werden kön ¬ nen (zum Beispiel Luft und fluidisiertes Pulver bei pulver- bettbasieren Verfahren; Luft und flüssiges Monomer bei Stereolithographie) .

Anschließend wird abgefragt, ob das Bauteil vollständig ent ¬ leert ist (EMP) . Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein ande ¬ rer Bewegungsablauf MOV (Alternativ auch eine andere Positio ¬ nierung POS) generiert und einer weiteren Simulation zugeführt. Tendenziell werden die Bewegungsabläufe bei unbefrie ¬ digendem Entleerungsergebnis immer länger werden. Daher besteht eine weitere Abfrage, ob das Ergebnis noch in einer vertretbaren Zeit erreicht wird. In der Abfrage OPT wird dies entschieden, wobei im negativen Fall vorzugsweise das Verfahren in einer anderen Positionierung POS (alternativ mit einem neuen Bewegungsablauf MOV) noch einmal simuliert wird. Zu ¬ letzt wird das günstigste Bewegungsregime, bestehend aus ei ¬ ner Positionierung POS n und einem anschließenden Bewegungsablauf MOV n ausgewählt. Das optimale Ergebnis wird dann über die Ausgangsschnittstelle 28 an die Steuerung CRL weitergege ¬ ben .

Die einzusparenden Kosten durch eine komplette Entleerung lassen sich modellhaft an einer Kostenrechnung belegen. Ein leer 3,4 kg wiegendes Bauteil mit Hohlstrukturen, in das 1,7 kg Pulver passen, wird in einem Pulverbett hergestellt, wel ¬ ches 140 kg Pulver fasst. Bei einem angenommenen Preis für das Pulver von ca. 140 €/kg bedeutet dies Verlustkosten von ca. 240 €. Bei der Herstellung von einem Bauteil pro Tag lie ¬ gen diese Pulververluste bei 70.000 €/Jahr. Für eine Serien ¬ fertigung kann der Roboter ca. 40 Bauteile pro Tag ausleeren. Dabei geht man von Bewegungszeiten von ca. 20 Minuten inklusive Rüstzeiten aus. Bei einer durchschnittlichen zusätzlichen Pulverrückführung von nur 0,5 kg Pulver pro Bauteil bedeutet dies einen Gewinn pro Tag von 2800 €/Roboter und somit bis zu 800.000 €/Jahr, wenn außer den oben genannten Bautei- len auch noch andere Bauteile entleert werden, um den Roboter sowie den oder die Rechner mit dem Prozessor P auszulasten.