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Title:
SUBSTRATE PLATE FOR AN INTERCHANGEABLE CONTAINER, INTERCHANGEABLE CONTAINER AND METHOD AND APPARATUS FOR UNPACKING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT PRODUCED ON A SUBSTRATE PLATE OR IN THE INTERCHANGEABLE CONTAINER BY SELECTIVE SOLIDIFYING OF A BUILDING MATERIAL IN POWDER FORM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/089933
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a substrate plate for an interchangeable container, to an interchangeable container and to a method and an apparatus for unpacking a three-dimensional object produced on a substrate plate or in the interchangeable container by selective solidifying of a building material in powder form, wherein at least one actuator (22) which is excitable with vibrations by means of a generator (29) can be frictionally or interlockingly connected to the substrate plate (16) or to the transfer element (31) fastened to the substrate plate (16).

Inventors:
GIEK DANIEL (DE)
LAIB WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/078139
Publication Date:
May 05, 2022
Filing Date:
October 12, 2021
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER & SYSTEMTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
B22F10/28; B08B7/02; B22F10/68; B22F12/00; B22F12/30; B29C64/153; B29C64/245; B29C64/259; B29C64/35; B29C64/379; B33Y10/00; B33Y30/00; B33Y40/00; B33Y40/20; B22F3/24
Domestic Patent References:
WO2018188867A12018-10-18
WO2015071184A12015-05-21
WO2017198335A12017-11-23
Foreign References:
RU2733520C12020-10-02
DE102016222959A12018-05-24
DE102017108080A12018-10-18
DE102013223407A12015-05-21
DE102012106141A12014-01-09
Attorney, Agent or Firm:
TRUMPF PATENTABTEILUNG (DE)
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Claims:
Ansprüche Substratplatte für einen Wechselbehälter (11), der in eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbringen und selektiven Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes (14) einsetzbar ist, mit einer Oberfläche (17), auf der das dreidimensionale Objekt (14) aufgebaut wird, mit einer der Oberfläche (17) gegenüberliegenden Anschlussschnittstelle (19), an welcher ein Überragungselement (31) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein durch einen Generator (29) mit Schwingungen anregbarer Aktuator (22) an der Substratplatte (16) oder an dem an der Substratplatte (16) befestigten Übertragungselement (31) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist. Substratplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (22) mechanisch fest an der Substratplatte (16) oder dem Übertragungselement (31) anordenbar ist. Substratplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (22) einen Schallleiter (23) aufweist und der Schallleiter (23) durch Verschrauben, Verklemmen oder Verspannen mit der Substratplatte (16) oder dem Übertragungselement (31) verbunden ist. Substratplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (29) und der zumindest eine Aktuator (22) mit einem Hochfrequenzkabel (28) miteinander verbunden sind. 5. Substratplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (22) mit einer Ultraschallanregung, insbesondere in einem Hochfrequenzbereich von 30 bis 40 kHz, anregbar ist.

6. Wechselbehälter für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbringen und selektiven Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes (14), mit einem Bauzylinder (15), mit einer in dem Bauzylinder (15) auf- und ab bewegbaren Substratplatte (16), auf der das dreidimensionale Objekt (14) aufgebaut wird, oder mit einer in dem Bauzylinder (15) vorgesehenen Substratplatte (16), die mit einem Übertragungselement (31) verbunden ist und welches zur Außenseite (21) des Bauzylinders (15) weist, wobei das Übertragungselement (31) und die Substratplatte (16) gemeinsam in dem Bauzylinder (15) auf und ab bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Substratplatte (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in dem Wechselbehälter (11) anordenbar ist.

7. Verfahren zum Entpacken einer Substratplatte (16), auf deren Oberfläche (17) ein durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts (14) aufgebaut ist, von dem das Objekt (14) umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterials, dadurch gekennzeichnet, 16 dass eine Wendevorrichtung (43) mit einer Substratplatte (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bestückt wird,

- dass die Wendevorrichtung (43) aus einer aufrechten Arbeitsposition (47) in eine Entleerungsposition (48) zum Entpacken des dreidimensionalen Objektes (14) durch Gewichtskraft des Aufbaumaterials gedreht wird, und

- dass die Substratplatte (16) oder das mit der Substratplatte (16) verbundene Übertragungselement (31), mit zumindest einem Aktuator (22) kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden, und

- dass der zumindest eine Aktuator (22) zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch den Generator (29) zu Schwingungen angeregt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratplatte (16) oder das mit der Substratplatte (16) gekoppelte Übertragungselement (31) durch den zumindest einen Aktuator (22) mit einer Schwingung im Hochfrequenzbereich, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 40 kHz, angeregt wird. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratplatte (16) nach dem Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch die Wendeeinrichtung (43) in eine aufrechte Arbeitsposition (47) zur Entnahme aus der Wendevorrichtung (43) zurückgeführt wird. Verfahren zum Entpacken eines in einem Wechselbehälter (11) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts (14) von dem das Objekt (14) umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterial, 17 bei dem eine Wendevorrichtung (43) mit dem Wechselbehälter (11) bestückt wird, bei dem die Wendevorrichtung (43) aus einer aufrechten Arbeitsposition (47) in eine Entleerungsposition (48) zum Entpacken des dreidimensionalen Objektes (14) durch Gewichtskraft des Aufbaumaterials gedreht wird, dadurch gekennzeichnet,

- dass eine in einem Bauzylinder (15) des Wechselbehälters (11) auf- und abbewegbare Substratplatte (16) oder ein mit der Substratplatte (16) verbundenes Übertragungselement (31), welche beide in dem Bauzylinder (15) auf- und abbewegbar sind, mit zumindest einem Aktuator (22) kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden, und

- dass der zumindest eine Aktuator (22) zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch den Generator (29) zu Schwingungen angeregt wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratplatte (16) oder das mit der Substratplatte (16) gekoppelte Übertragungselement (31) durch den zumindest einen Aktuator (22) mit einer Schwingung im Hochfrequenzbereich, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 40 kHz, angeregt wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator (22) nach dem Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch die Wendeeinrichtung (43) in eine aufrechte Arbeitsposition (47) zur Entnahme des Wechselbehälters (11) aus der Wendevorrichtung (43) zurückgeführt wird. Vorrichtung zum Entpacken einer Substratplatte (16), auf deren Oberfläche (17) ein durch schichtweises Aufbringen und selektives 18

Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestelltes dreidimensionales Objekt (14) aufgebaut ist, von dem das Objekt (14) umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterial, dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Wendevorrichtung (43) mit einer Substratplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bestückbar ist, und

- dass die Substratplatte (16) aus einer aufrechten Arbeitsposition (47) in eine Entleerungsposition (48) zum Entpacken des unverfestigten Aufbaumaterials durch Gewichtskraft überführbar ist.

- dass die Substratplatte (16) oder ein mit der Substratplatte

(16) verbundenes Übertragungselement (31) mit zumindest einem Aktuator (22) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist, und

- dass der zumindest eine Aktuator (22) zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch den Generator (29) mit Schwingungen ansteuerbar ist.

14. Vorrichtung zum Entpacken eines in einem Wechselbehälter (11) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes (14) von dem das Objekt (14) umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterial, mit einer Wendevorrichtung (43), welche den Wechselbehälter (11) aus einer aufrechten Arbeitsposition (47) in eine Entleerungsposition (48) zum Entpacken des unverfestigten Aufbaumaterials durch Gewichtskraft dreht, dadurch gekennzeichnet, 19

- dass eine in dem Bauzylinder (15) des Wechselbehälters (11) auf und ab bewegbare Substratplatte (16) oder ein mit der Substratplatte (16) verbundenes Übertragungselement (31), welche beide in dem Bauzylinder (15) auf und ab bewegbar sind, mit zumindest einem Aktuator (22) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist, unddass der zumindest eine Aktuator (22) zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes (14) durch den Generator (29) mit Schwingungen ansteuerbar ist.

Description:
Substratplatte für einen Wechselbehälter, Wechselbehälter sowie Verfahren und Vorrichtung zum Entpacken eines auf einer Substratplatte oder in dem Wechselbehälter durch selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes

Die Erfindung betrifft eine Substratplatte und einen Wechselbehälter für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbringen und selektiven Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entpacken einer Substratplatte sowie eines in einem Wechselbehälter durch schichtweises Aufbringen durch selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes. Aus der DE 10 2017 108 080 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entpacken eines durch schichtweises Aufträgen hergestellten Objekts bekannt. In einer Wendevorrichtung wird ein Wechselbehälter in einer aufrechten Position positioniert. Darauffolgend wird der Wechselbehälter durch die Wendevorrichtung in eine Entleerungsposition zum Abführen des unverfestigten Aufbaumaterials gedreht. Dabei erfolgt ein Entpacken des dreidimensionalen Objektes, indem das Aufbaumaterial durch die Gewichtskraft aus dem Wechselbehälter abgeführt wird. Darauffolgend wird die Wendevorrichtung wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt, so dass der Wechselbehälter in einer aufrechten Position ist, um diesen auf der Vorrichtung zum Entpacken zu entnehmen.

Aus der DE 10 2013 223 407 Al ist des Weiteren eine Vorrichtung zum Entpacken eines in einem Wechselbehälter durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen aus einem pulverförmigen Aufbaumaterial hergestellten dreidimensionalen Objektes bekannt. Der Wechselbehälter wird in eine Drehvorrichtung eingeschoben. Darauffolgend wird die Drehvorrichtung in eine Entleerungsposition gedreht, so dass die Öffnung des Wechselbehälters nach unten weist. Zum Ablösen des Pulvers von dem Objekt wird von außen auf den Wechselbehälter eine Vibration aufgebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Substratplatte und einen Wechselbehälter für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbringen und selektiven Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entpacken eines auf einer Substratplatte sowie in einem Wechselbehälter durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts vorzuschlagen, wodurch ein erhöhter Reinigungsgrad erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Substratplatte gelöst, bei welchem ein durch einen Generator mit Schwingungen anregbarer Aktuator kraft- und/oder formschlüssig an einer Substratplatte oder an einem mit der Substratplatte in Verbindung stehenden Übertragungselement verbunden ist. Diese kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Aktuator und der Substratplatte oder dem Übertragungselement ermöglicht, dass die durch den Aktuator angeregten Schwingungen unmittelbar und direkt in die Substratplatte oder das Übertragungselement eingekoppelt werden. Dadurch ist ein ungedämpftes Übertragen der durch den Aktuator erzeugten Schwingungen auf die Substratplatte oder das Übertragungselement möglich, wodurch eine verbesserte Entpulverung des noch anhaftenden Aufbaumaterials an einer rauen Oberfläche des dreidimensionalen Objekts oder in Zwischenräumen zwischen Abschnitten des dreidimensionalen Objekts gegeben ist. Dadurch ist ein Abblasen des dreidimensionalen Objektes über Düsen oder das Einbringen einer Wirbelschicht nicht erforderlich. Zudem kann durch das Entpulvern eine Kontamination der Umgebung bei der weiteren Handhabung des dreidimensionalen Objektes mit nicht verfestigtem Aufbaumaterial reduziert sein.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Aktuator mechanisch fest mit der Substratplatte oder dem Übertragungselement verbunden ist. Dabei ist diese mechanische Verbindung derart ausgebildet, dass ein direktes Einbringen der Schwingungen in die Substratplatte oder in das Übertragungselement ermöglicht ist. Bevorzugt ist eine spielfreie Befestigung eines Schallleiters des Aktuators zur Substratplatte oder zum Übertragungselement vorgesehen.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Aktuator, insbesondere ein Schallleiter des Aktuators, durch Verschrauben, Verklemmen oder Verspannen mit der Substratplatte oder dem Übertragungselement verbunden ist. Beispielsweise kann in der Substratplatte oder dem Übertragungselement eine Gewindebohrung vorgesehen sein, in welche der Schallleiter des Aktuators, der bevorzugt als Stift oder Stößel ausgebildet ist, einschraubbar ist. Auch kann eine Verspannung mittels einer Klemmpratze oder ein Verklemmen über Keilflächen möglich sein. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Generator und der Aktuator mit einem Hochfrequenzkabel miteinander verbunden sind. Dadurch können die durch den Generator erzeugten hochfrequenten Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen, in den Aktuator übertragen werden, der diese hochfrequenten Schwingungen in einen Schallleiter des Aktuators einkoppelt, der mit der Substratplatte oder dem Übertragungselement mechanisch verbunden ist.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Aktuator mit einer Hochfrequenz in einem Bereich von 30 bis 40 kHz anregbar ist. Diese hochfrequente Anregung ermöglicht eine besonders gute Entpulverung des dreidimensionalen Objekts.

Die Aufgabe wird des Weiteren durch einen Wechselbehälter für eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbringen und selektiven Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes gelöst, welcher einen Bauzylinder umfasst, in welchen eine Substratplatte, auf der das dreidimensionale Objekt aufgebaut ist, auf- und abbewegbar ist oder in welchem die Substratplatte, die mit einem Übertragungselement verbunden ist, welches zur Außenseite des Bauzylinders weist, gemeinsam in dem Bauzylinder auf- und abbewegbar ist, wobei zumindest ein durch einen Generator mit Schwingungen anregbarer Aktuator an der Substratplatte oder an dem an der Substratplatte befestigten Übertragungselement kraft- und/oder formschlüssig verbindbar, insbesondere verbunden ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Entpacken eines auf einer Substratplatte durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes von dem das Objekt umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterial gelöst, bei dem eine Substratplatte nach einem der vorherigen Ausführungsformen in eine Wendeeinrichtung eingesetzt wird und aus einer aufrechten Arbeitsposition in eine Entleerungsposition zum Entpacken des dreidimensionalen Objektes durch die Gewichtskraft des Aufbaumaterials gedreht wird und bei dem nach dem Entpacken des dreidimensionalen Objektes der zumindest eine Aktuator durch den Generator zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes zu Schwingungen angeregt wird und dass nach dem Entpulvern des dreidimensionalen Objektes die Substratplatte in eine aufrechte Arbeitsposition zur Entnahme aus dem Wechselbehälter zurückgeführt wird. Dadurch ist ermöglicht, dass in einem Arbeitsgang aufeinanderfolgend zunächst ein Entpacken des unverfestigten Aufbaumaterials durch die Gewichtskraft und darauffolgend ein Entpulvern des noch anhaftenden Aufbaumaterials an dem dreidimensionalen Objekt ermöglicht ist. Aufgrund der rauen Oberfläche und/oder Hinterschneidungen und/oder Spalten des dreidimensionalen Objektes, welches durch schichtweises Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials entsteht, kann ein erhöhter Reinigungsgrad erzielt werden. Dies weist den Vorteil auf, dass eine Verringerung der Kontaminierung durch das noch anhaftende Aufbaumaterial an dem dreidimensionalen Objekt ermöglicht ist. Zudem kann eine Nacharbeitung, wie beispielsweise eine Wärmbehandlung, verbessert werden, da eine zusätzliche Abreinigung von Hand zuvor entfallen kann.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Substratplatte oder das mit der Substratplatte vorzugsweise lösbar verbundene Übertragungselement mit einer Schwingung von 30 bis 40 kHz angeregt wird. Diese hochfrequente Schwingung führt zu einem besonders guten Entpulvern des dreidimensionalen Bauteils. Aufgrund der direkten Einkopplung der Schwingungen in die Substratplatte oder das mit der Substratplatte verbundene Übertragungselement wird zum einen die angeregte Schwingung direkt eingetragen und andererseits wird durch die zumindest eine an der Substratplatte oder an dem Übertragungselement angeordnete Dichtung zum Bauzylinder des Wechselbehälters eine Übertragung der Schwingungen gedämpft oder eliminiert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zumindest eine Aktuator nach dem Einbringen der Substratplatte in die Wendeeinrichtung und dem Überführen der Substratplatte in die Entleerungsposition mit der Substratplatte oder dem mit der Substratplatte verbundenen Übertragungselement kraft- und/ oder formschlüssig verbunden wird. Dadurch können sich bereits im Gebrauch befindliche Substratplatten für eine zusätzliche Entpulverung des dreidimensionalen Objektes eingesetzt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Entpacken eines in einem Wechselbehälter durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes von dem das Objekt umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterial gelöst, bei dem eine Wendevorrichtung mit dem Wechselbehälter bestückt wird, bei dem die Wendevorrichtung aus einer aufrechten Arbeitsposition in eine Entleerungsposition zum Entpacken des dreidimensionalen Objektes durch Gewichtskraft des Aufbaumaterials gedreht wird, wobei eine in einem Bauzylinder des Wechselbehälters auf- und abbewegbare Substratplatte oder ein mit der Substratplatte verbundenes Übertragungselement, welche beide in dem Bauzylinder auf- und abbewegbar sind, mit zumindest einem Aktuator kraft- und/oder formschlüssig verbunden wird, wobei der zumindest eine Aktuator zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes durch den Generator zu Schwingungen angeregt wird.

Die weiteren vorbeschriebenen Verfahrensschritte zur Endpulverung der Substratplatte gelten analog für die in dem Wechselbehälter eingesetzte Substratplatte bzw. die in den Wechselbehälter eingesetzte Substratplatte und des damit verbundenen Übertragungselementes.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Entpacken eines auf einer Substratplatte durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objektes gelöst, welche eine Wendevorrichtung aufweist, die die Substratplatte in einer aufrechten Position aufnimmt und in eine Entleerungsposition zum Abführen des unverfestigten Aufbaumaterials durch dessen Gewichtskraft überführt, wobei die Substratplatte von der Wendevorrichtung aufge- nommen ist und der zumindest eine Aktuator vor oder nach dem Positionieren der Substratplatte in der Wendevorrichtung, insbesondere nach dem Überführen des Wechselbehälters in die Entleerungsposition der Wendevorrichtung, kraft- und/oder formschlüssig mit der Substratplatte oder einem an der Substratplatte vorgesehenen Übertragungselement verbunden ist und nach dem Entpacken des dreidimensionalen Objektes, also nach dem Abführen des unverfestigten Aufbaumaterials durch Gewichtskraft, zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes durch den Generator mit Schwingungen ansteuerbar ist. Durch die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des zumindest einen Aktuators mit der Substratplatte oder an dem mit der Substratplatte verbundenen Übertragungselement ist ermöglicht, dass zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes nur eine geringe Masse anzuregen ist. Die Substratplatte wirkt als Überträger der direkt eingekoppelten Schwingungen auf das dreidimensionale Objekt, welches direkt auf der Substratplatte aufgebaut ist. Analoges gilt für die direkte Einkopplung der Schwingungen in das Übertragungselement, welches beispielsweise mechanisch, insbesondere durch Schraubverbindungen, mit der Substratplatte verbunden ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Entpacken eines in einem Wechselbehälter durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellt dreidimensionalen Objekts von dem das Objekt umgebenden, unverfestigten Aufbaumaterials gelöst, bei dem ein in eine Wendeeinrichtung eingesetzter Wechselbehälter aus einer aufrechten Arbeitsposition in eine Entleerungsposition zum Entpacken des unverfestigten Aufbaumaterials durch Gewichtskraft drehbar ist und bei dem eine in dem Bauzylinder des Wechselbehälters auf- und abbewegbare Substratplatte oder ein mit der Substratplatte verbundenes Übertragungselement, welches zusammen mit der Substratplatte in dem Bauzylinder auf- und abbewegbar ist, mit zumindest einem Aktuator kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist und wobei der zumindest eine Aktuator zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes durch den Generator mit Schwingungen ansteuerbar ist. Durch die form- und kraft- schlüssige Verbindung des zumindest einen Aktuators an der Substratplatte oder dem Übertragungselement, welches an der Substratplatte befestigt ist, kann eine direkte Einkopplung der Schwingungen über den Aktuator erfolgen, um ein zusätzliches Ablösen von dem an dem dreidimensionalen Objekt anhaftenden Aufbaumaterials zu erzielen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Wechselbehälters mit einem an einer Substratplatte verbundenen Aktuator,

Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Wechselbehälters mit einem an einem Übertragungselement direkt verbundenen Aktuator,

Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Entpacken eines Wechselbehälters in einer ersten Arbeitsposition, und

Figur 4 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 3 in einer weiteren Arbeitsposition.

In Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Wechselbehälters 11 dargestellt. Dieser Wechselbehälter 11 wird in einer nicht näher dargestellten Lasersintervorrichtung oder Laserschmelzvorrichtung eingesetzt, um durch schichtweises Aufbringen von pulverförmigem Aufbaumaterial in dem Wechselbehälter 11 und durch selektives Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials ein dreidimensionales Objekt 14 herzustellen, welches nur beispielhaft dargestellt ist. Eine solche Lasersintervorrichtung umfasst eine Belichtungseinrichtung mit einer Laserquelle, die der eine Laserstrahl erzeugt, wobei der Laserstrahl über eine Umlenkvorrichtung umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung und vorzugsweise über ein Einkoppelfenster in eine Prozesskammer auf das zu verfestigende Aufbaumaterial zugeführt wird. Dabei wird der Laserstrahl auf eine Arbeitsebene der obersten Schicht des Aufbaumaterials im Wechselbehälter 11 fokussiert. Durch linienförmiges Verfahren des Laserstrahls kann ein schichtweises Verfestigen des Aufbaumaterials und die Herstellung des dreidimensionales Objektes 14 erfolgen. Bei dem Aufbaumaterial kann es sich um ein metallisches Pulver oder dergleichen handeln. Nach dem Herstellen des dreidimensionalen Objektes 14 wird der Wechselbehälter 11 mit dem dreidimensionalen Objekt aus der Lasersintervorrichtung entnommen.

Ein solcher Wechselbehälter 11 umfasst einen Bauzylinder 15, der einen Arbeitsraum umgibt. Innerhalb dem Bauzylinder 15 ist eine Substratplatte 16 vorgesehen, welche entlang des Bauzylinders 15 durch einen nicht näher dargestellten Hubantrieb auf und ab bewegbar ist. Dieser Hubantrieb greift an einer Unterseite der Substratplatte 16 an. Auf einer in den Bauzylinder 15 weisenden Oberfläche 17 wird das dreidimensionale Objekt 14 aufgebaut. Die Substratplatte 16 weist an einem Außenumfang zumindest eine Dichtung 18 auf. Hierbei kann es sich um eine hitzebeständige und/oder eine Dichtung für ein Prozessgas handeln.

An einer der Oberfläche 17 der Substratplatte 16 gegenüberliegenden Außenseite 21 der Substratplatte 16 ist zumindest ein Aktuator 22 mit der Substratplatte 16 verbunden. Dieser Aktuator 22 ist kraft- und/oder formschlüssig mit der Substratplatte 16 verbunden. Der Aktuator 22 umfasst einen Schallleiter 23, der zur kraft- und/oder formschlüssigen Anbindung an der Substratplatte 16 ausgebildet ist. Bevorzugt ist eine mechanische Verbindung zwischen dem Aktuator 22, insbesondere Schallleiter 23, und der Substratplatte 16 vorgesehen. Beispielsweise kann am stirnseitigen Ende des Schallleiters 23 ein Gewinde 24 vorgesehen sein, welches in eine Gewindebohrung 26 in der Substratplatte 16 eingreift und darin befestigt ist. Dadurch können in dem Aktuator 22 erzeugte und auf den Schallleiter 23 übertragene Schwingungen unmittelbar in die Substratplatte 16 einkoppelbar sein. Diese Substratplatte 16 ist aus einem metallischen Material ausgebildet und vorzugsweise einteilig. Die Substratplatte 16 wirkt als ein Schwingungsübertragungselement, so dass die in die Substratplatte 16 eingebrachten Schwingungen unmittelbar durch den Körperschall auf das dreidimensionale Objekt 14 übertragen werden.

Der zumindest eine Aktuator 22 ist über ein Hochfrequenzkabel 28 mit einem Generator 29 verbunden. Bei diesem Generator 29 handelt es sich um einen Ultraschallgenerator, der Ultraschallschwingungen erzeugt. Insbesondere werden durch den Generator 29 Ultraschallschwingungen in einem Bereich von 30 bis 40 kHz erzeugt. Diese Ultraschallschwingungen werden über das HF-Kabel 28 übertragen und durch den Aktuator 22 in mechanische Schwingungen konvertiert, welche durch den Schallleiter 23 direkt in die Substratplatte 16 übertragen bzw. eingekoppelt werden.

Die Substratplatte 16 weist deren Längsachse zugeordnet eine Koppelstelle 27 auf, an welcher ein nicht näher dargestellter Hubzylinder eine Lasersintermaschine, vorzugsweise ausgerichtet, angreift, um die Substratplatte 16 während der Herstellung des dreidimensionalen Objektes 14 in die entsprechende Position innerhalb des Bauzylinders 15 zu verfahren. Der zumindest eine Aktuator 22 ist bevorzugt außermittig an der Substratplatte 16 kraft- und/oder formschlüssig vorgesehen. Der zumindest eine Aktuator 22 ist benachbart zur Koppelstelle vorgesehen. Diese außermittige Einkopplung der Schwingungen kann auch eine hohe Reinigungswirkung zum Entpulvern des dreidimensionalen Objektes 14 ermöglichen.

In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform des Wechselbehälters 11 zu Figur 1 dargestellt. Bei diesem Wechselbehälter 11 ist vorgesehen, dass an einer Außenseite 21 der Substratplatte 16 zumindest ein Übertragungselement 31 vorgesehen ist. Dieses Übertragungselement 31 ist durch, vorzugsweise lösbare, Befestigungsmittel 32 fest mit der Substratplatte 16 verbunden. Die Verbindung oder Kopplung des Übertragungselementes 31 zur Substratplatte 16 ist dergestalt, dass das Übertragungselement 31 und die Substratplatte 16 als ein gemeinsames Schwingungsübertragungselement wirken. Einzelne Flächenabschnitte des Übertragungselementes 31 liegen direkt an der Außenseite 21 der Substratplatte 16 an. An einer Außenseite 33 des Übertragungselements 31 ist der zumindest eine Aktuator 22 vorgesehen. Dieser Aktuator 22 entspricht dem in Figur 1 beschriebenen Aktuator 22 und ist nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen in Figur 1 in analoger Weise an dem Übertragungselement 31 angeordnet.

An einem Außenumfang des Übertragungselementes 31 ist bevorzugt eine weitere Dichtung 35 vorgesehen. Durch die Dichtung 18 der Substratplatte 16 und der Dichtung 35 an dem Übertragungselement 31 ist eine Schwingungsentkopplung zum Bauzylinder 15 gegeben.

Das Übertragungselement 31 weist an dessen Außenseite 33 eine nicht näher dargestellte Koppelstelle auf, an welcher ein Hubzylinder, beispielsweise eine Lasersintervorrichtung, angreift, um die Substratplatte 16 während der Herstellung des dreidimensionalen Objektes 14 in die entsprechende Position innerhalb des Bauzylinders 15 zu verfahren.

Zum Entpacken und Entpulvern der Substratplatte 16 oder der Substratplatte 16 mit dem daran befestigten Übertragungselement 31, die in einem Bauzylinder 15 positioniert bleiben, können diese gesichert zum Bauzylinder 15 gehalten werden. Vorzugsweise kann eine Halte- oder Sicherungseinrichtung an dem Bauzylinder 15 und der Substratplatte 16 bzw. dem Übertragungselement 31 angreifen. Die Halte- oder Sicherungseinrichtung kann die Substratplatte 16 bzw. das Übertragungselement 31 zum unteren Rand des Wechselbehälters 11 ausgerichtet halten und sichern.

Die vorstehenden Ausführungen gelten ebenso für eine Substratplatte

16, welche separat oder getrennt zu dem Bauzylinder 15 vorgesehen ist. Gleiches gilt für das fest mit der Substratplatte 16 verbundene Übertragungselement 31 gemäß Figur 2, welches getrennt oder separat zum Bauzylinder 15 vorgesehen ist.

In Figur 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 41 zum Entpacken eines in dem Wechselbehälter 11 hergestellten dreidimensionalen Objekts 14 vorgesehen. Diese Vorrichtung 41 umfasst ein Grundgestell 42, an welchem eine Wendevorrichtung 43, die vorzugsweise um eine horizontale Achse 44 drehbar ist, vorgesehen ist. Diese Wendevorrichtung 43 kann manuell über ein Handrad 46 oder über einen nicht näher dargestellten Antrieb aus einer ersten Arbeitsposition 47 gemäß Figur 3 in eine zweite in Figur 4 dargestellte Entleerungsposition 48 übergeführt werden. Die Wendevorrichtung 43 umfasst eine Aufnahme 51, in welcher der Wechselbehälter 11 einsetzbar ist.

Unterhalb des Wechselbehälters 11 ist eine Hubeinrichtung 53 mit einem Hubzylinder dargestellt. Diese Hubeinrichtung 53 ist über eine Linearführung 54 am Grundgestell 42 verfahrbar vorgesehen und kann entlang einer Bodenplatte 55 des Grundgestells 42 verfahren werden, so dass diese Hubeinrichtung 53 außerhalb eines Schwenkbereiches der Wendevorrichtung 43 ist.

Nach dem Einsetzen des mit Aufbaumaterial und dem dreidimensionalen Objekt 14 gefüllten Wechselbehälters 11 wird auf die Öffnung des Wechselbehälters 11 ein Deckel 57 mit einer Absaugöffnung 58 positioniert, an der ein Absaugschlauch befestigbar ist, um das unverfestigte pulverförmige Aufbaumaterial abzusaugen.

Zum Entpacken des dreidimensionalen Objektes 14 wird die Wendevorrichtung 43 aus der ersten Arbeitsposition 47 in die Entleerungsposition 48 gemäß Figur 4 übergeführt. Das unverfestigte Aufbaumaterial löst sich aufgrund der Schwerkraft von dem dreidimensionalen Objekt 14 und sammelt sich in dem Deckel 57 und wird über die Absaugöffnung 58 abgeführt. Nach dem Entpacken des dreidimensionalen Objektes 14 wird der zumindest eine Aktuator 22 mit der Substratplatte 16 bzw. dem Übertragungselement 31 form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Insbesondere ist eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, vorgesehen. Darauffolgend wird der Generator 29 betätigt, durch welchen Ultraschallschwingungen erzeugt und durch den Schallleiter 23 des Aktuators 22 direkt in die Substratplatte 16 oder das Übertragungselement 31 eingekoppelt werden. Dadurch kann ein Entpulvern des dreidimensionalen Objektes 14 erfolgen, das heißt, das nach dem Entpacken noch anhaftende unverfestigte Aufbaumaterial an dem dreidimensionalen Objekt 14 abgelöst wird.

Nach dem Entpulvern des dreidimensionalen Objektes 14 kann der Aktuator 22 von der Substratplatte 16 oder dem Übertragungselement 31 entfernt und der Wechselbehälter 11 in die erste Arbeitsposition 47 zurückgeführt werden. Nach der Entnahme des Deckels 57 kann mittels der Hubantriebseinrichtung 53 das dreidimensionale Objekt 14 gegenüber dem Bauzylinder 15 hervorstehend zur Entnahme positioniert werden.

Das vorbeschriebene Entpacken und Entpulvern des dreidimensionalen Objektes 14 gilt analog für eine direkt in die Wendeeinrichtung eingesetzte Substratplatte oder eine Substratplatte 16, welche fest mit dem Übertragungselement 31 verbunden ist.