Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker, in welcher mindestens ein Mittel zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial und ein Mittel zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker, bei welchem zur Erzeugung einer Schicht ein partikelförmiges Baumaterial aufgetragen, geglättet und verdichtet wird.

Bekannt ist es, zur Herstellung einzelner oder serienmäßiger Bauteile, Werk stücke oder Formen einen sogenannten 3D-Druck bzw. ein sogenanntes 3D- Druckverfahren einzusetzen. Bei derartigen Druckverfahren werden dreidimen sionale Bauteile oder Werkstücke schichtweise aufgebaut hergestellt.

Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Vorgaben für die zu druckenden Bauteile oder Werkstücke können beispielsweise von sogenannten rechnerunterstützten Konstruktionssystemen (CAD engl computer-aided design) bereitgestellt werden.

Beim Druck der 3D-Strukturen bzw. 3D-Bauteilen finden physikalische oder chemische Härtungsprozesse oder ein Schmelzprozess in einem partikelförmigen Baumaterial, welches auch als Formstoff bezeichnet wird, statt. Als Werkstoffe für derartige 3D-Druckverfahren werden Baumaterialien bzw. Formstoffe wie Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle eingesetzt.

Bei der Umsetzung von 3D-Druckverfahren sind verschiedene Fertigungsverfahrensabläufe bekannt. Mehrere dieser Verfahrensabläufe umfassen jedoch die nachfolgend beispielhaft dargestellten Verfahrensschritte:

• Teil- oder vollflächiges Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial, auch als Partikelmaterial oder pulverförmiges Aufbaumaterial bezeichnet, auf ein sogenanntes Baufeld, um eine Schicht aus nichtverfestigtem Partikelmate rial zu bilden;

• Selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen, beispielsweise durch ein selektives Verdichten, Aufdrucken oder Aufbringen von Behandlungsmittel, wie beispielsweise einem Bindemittel oder Einsatz von Laser;

• Wiederholung der vorhergehenden Verfahrensschritte in einer weiteren Schichtebene zum schichtweisen Aufbau des Bauteils oder Werkstücks. Hierfür ist es vorgesehen, das Bauteil oder Werkstück, welches auf dem Baufeld schichtweise aufgebaut bzw. aufgedruckt wird, mit dem Baufeld jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke abzusenken oder die 3D- Druckvorrichtung jeweils um eine Schichtebene oder Schichtdicke gegenüber dem Baufeld anzuheben, bevor eine neue Schicht teil- oder vollflächig aufgetragen wird;

• Nachfolgendes Entfernen von losem, nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial, welches das gefertigte Bauteil oder Werkstück umgibt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung einer 3D-Struktur bzw. zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial auf ein Baufeld zur Erzeugung einer 3D-Struktur bekannt.

Aus der DE 10117875 C1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Aufträgen von Fluiden sowie deren Verwendung bekannt.

Das Verfahren zum Aufträgen von Fluiden bezieht sich insbesondere auf Partikelmaterial, welches auf einen zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird, wo bei vor einer Klinge, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, das Fluid auf den zu beschichtenden Bereich aufgetragen wird und danach die Klinge über dem aufgetragenen Fluid verfahren wird. Die Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie eine Verwendung der Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine möglichst ebene Verteilung von fluidem Material auf einem zu beschichtenden Bereich erreicht werden kann.

Zur Lösung ist es vorgesehen, dass die Klinge eine Schwingung nach Art einer Drehbewegung ausführt. Durch die schwingende Drehbewegung der Klinge wird das auf den zu beschichtenden Bereich aufgebrachte Fluid fluidisiert. Hierdurch kann nicht nur stark zur Agglomerierung neigendes Partikelmaterial möglichst eben und glatt aufgetragen werden, sondern es ist darüber hinaus möglich, auch die Verdichtung des Fluids durch die Schwingung zu beeinflussen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Aufträgen des Fluids auf den zu beschichtenden Bereich im Überschuss erfolgt, so wird durch die ständige Bewegung der Klinge, die nach Art einer Drehbewegung oszilliert, das überschüssige Fluid, in Vorwärtsbewegungsrichtung der Klinge gesehen, vor der Klinge in einer aus Fluid bzw. Partikelmaterial durch die Vorwärtsbewegung der Klinge gebildeten Walze homogenisiert. Dadurch können etwaige Hohlräume zwischen einzelnen Partikelklumpen gefüllt werden und größere Klumpen Partikelmaterial werden durch die Walzenbewegung aufgebrochen.

Aus der DE 10 2016 211 952 A1 sind eine Beschichtungseinheit, ein Beschichtungsverfahren, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts bekannt.

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, eine alternative bzw. verbesserte Beschichtungseinheit bzw. Herstellungsvorrichtung bzw. ein alternatives bzw. verbessertes Beschichtungs- bzw. Herstellungsverfahren für ein dreidimensionales Objekt durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials bereitzustellen, bei denen insbesondere die Beschichtungsrichtung einfach verändert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist es vorgesehen, dass die Beschichtungseinheit zumindest zwei in einer ersten Richtung voneinander beabstandete und sich in eine zweite Richtung quer, vorzugsweise senkrecht zu der ersten Richtung, erstre ckende Beschichtungswalzen enthält und ein in der ersten Richtung zwischen den beiden Beschichtungswalzen angeordnetes und sich in der zweiten Richtung erstreckendes Verdichtungs- und/oder Glättungselement.

Die Beschichtungseinheit ist dazu eingerichtet, je nach Bewegung der Beschichtungseinheit in die erste Richtung oder in ihre Gegenrichtung Aufbaumaterial mit der in der jeweiligen Bewegungsrichtung vorlaufenden Beschichtungswalze zu einer gleichmäßigen Schicht auszuziehen und die von der vorlaufenden Beschich tungswalze ausgezogene Schicht mit dem Verdichtungs- und/oder Glättungsele ment zu verdichten und/oder zu glätten. Mit einer solchen Beschichtungseinheit können beispielsweise Aufbringen und Verdichten und/oder Glätten einer Materi alschicht voneinander getrennt jeweils durch eigene Elemente bewirkt werden, wobei die Beschichtungseinheit aber dennoch in einander entgegengesetzten Beschichtungsrichtungen verwendet werden kann.

Vorzugsweise ist das Verdichtungs- und/oder Glättungselement in der ersten Richtung im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Beschichtungswalzen angeordnet.

Die DE 102006023484 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts aus einem pulverför migen Aufbaumaterial. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren des se lektiven Lasersinterns und eine Lasersintervorrichtung.

Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere ein Lasersinterverfahren und eine Lasersintervorrichtung, bereitzustellen, mit dem bzw. mit der die Auffrischrate verringert werden kann und mit dem bzw. mit der die Kosten des Verfahrens reduziert werden können.

Hierzu ist es vorgesehen, dass der Beschichter eine Klinge mit einer in Beschichtungsrichtung ansteigenden Auftragsfläche aufweist, wobei die Auftragsfläche an der dem Träger zugewandten Unterseite der Klinge vorgesehen ist und unter einem Winkel von größer als 0,2° und kleiner als etwa 5°, vorzugsweise zwischen etwa 0,5° und etwa 3°, weiter vorzugsweise zwischen etwa 0,7° und etwa 2,8° in Bewegungsrichtung des Beschichters ansteigt. Mittels dieser Klinge werden nach einem Materialauftrag eine Glättung und eine Verdichtung gleichzeitig erreicht. Der bekannte Stand der Technik sieht es vor, dass das Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials, dass Abstreifen bzw. Glätten und das Verdichten des Baumaterials mittels einer Einrichtung bzw. Anordnung vorgenommen werden. Hier bei handelt es sich zumindest um ein Mittel zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials sowie ein Mittel zum Abstreifen bzw. Glätten und Verdichten des Baumaterials, welches meist als ein Element wie eine Klinge ausgeführt wird, welche räumlich bzw. baulich vereint eine Einrichtung bzw. Anordnung bilden. Nach dem Stand der Technik ist es außerdem vorgesehen, dass der Bauraum für derartige Einrichtungen bzw. Anordnungen geringgehalten wird.

Ein Nachteil einer Anordnung nach dem Stand der Technik mit einer sogenannten Schwingklinge, welche die Prozessschritte Aufträgen, Glätten und Verdichten des partikelförmigen Baumaterials gemeinsam löst, besteht darin, dass eine Steigerung der Quantität des Materialauftrags eine höhere Schwingfrequenz der Schwingklinge erfordert. Bei dieser höheren Schwingfrequenz kann mehr partikel förmiges Baumaterial ausgebracht werden und eine Verdichtung des mehr aus gebrachten partikelförmigen Baumaterials erreicht werden.

Einer Steigerung der Schwingfrequenz der Schwingklinge sind aber physikalische Grenzen gesetzt. Diese Limitierung betrifft die Prozessschritte Aufträgen, Glätten und Verdichten gleichermaßen.

Durch die höhere Schwingfrequenz der Schwingklinge und einen hohen Vorschub gleitet bzw. rutscht mehr partikelförmiges Baumaterial unter der Schwingklinge hindurch und beschädigt das darunterliegende bereits erzeugte Druckbild bzw. die bereits teilweise erzeugte 3D-Struktur.

Außerdem kann der Materialüberschuss, welcher einen sogenannten Berg vor der Schwingklinge ausbildet und durch einen Überschuss an aufgetragenem partikelförmigem Baumaterial entsteht, durch die direkte Abhängigkeit zwischen Auftrag, Glätten und Verdichtung nicht minimal gehalten werden, ohne eine der Nebenfunktionen der Schwingklinge zu beeinflussen.

Ebenso ist es nicht möglich, die Schwingklinge nur für eine ihrer Aufgaben einzeln zu verwenden. Auf der Grundlage dieses Standes der Technik besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Anordnung und einem verbesserten Verfahren zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D- Drucker anzugeben, womit eine Steigerung der Quantität des Materialauftrags mit einer gleichbleibenden Qualität und eine Reduzierung der auf das Baufeld wir kenden Kräfte beim Aufträgen, Glätten und Verdichten des partikelförmigen Baumaterials erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentan spruch 8 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht vor, dass in der Anordnung zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker, welche nachfolgend auch vereinfacht als Beschichter bzw. Beschichteranordnung bezeichnet wird, eine räumliche Trennung des Mittels zum Aufgetragen des partikelförmigen Baumaterials von dem Mittel zum Abstreifen bzw. Glätten und Verdichten des Baumaterials vorgenommen wird. Außerdem wird auch eine technische bzw. funktionale Trennung zwischen dem Mittel zum Aufgetragen des partikelförmigen Baumaterials von dem Mittel zum Abstreifen bzw. von einem Mittel zum Glätten und Ver dichten des Baumaterials vorgenommen.

Somit ist es vorgesehen, in der über dem Baufeld verfahrbaren Beschichteranordnung sowohl mindestens ein Mittel zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials und mindestens ein Mittel zum Abstreifen bzw. Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials anzuordnen. Wird die Beschichteranordnung über das Baufeld bewegt, bewegen sich ebenfalls die in der Beschichteranordnung angeordneten Mittel mit der Beschichteranordnung mit. Sind die Mittel in einem bestimmten Abstand zueinander in der Beschichteranordnung angeordnet, kann es vorgesehen sein, dass dieser bestimmte Abstand der Mittel zueinander bei der Bewegung der Beschichteranordnung über dem Baufeld beibehalten wird. In einer Ausführung können die Mittel bei einem Herstellungsschritt der Beschichteranord nung im bestimmten Abstand zueinander fest mit der Beschichteranordnung verbunden werden.

Durch die räumliche Trennung der Mittel wird eine gegenseitige Beeinflussung der Mittel ausgeschlossen. Die technische Trennung ermöglicht es, dass jedes Mittel separat und unabhängig von einem anderen Mitteln gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Als partikelförmiges Baumaterial wird allgemein eine Ansammlung einzelner Teilchen eines Stoffs oder eines Stoffgemischs verstanden, wobei jedes Teilchen eine dreidimensionale Erstreckung aufweist. Da diese Teilchen überwiegend als runde, ovale oder auch längliche Teilchen aufgefasst werden können, ist es möglich, einen durchschnittlichen Durchmesser für ein derartiges Teilchen anzugeben, welcher meist im Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,4 mm liegt. Ein derartiges parti kelförmiges Baumaterial weist fluide Eigenschaften auf.

Vorgesehen ist es, dass das partikelförmige Baumaterial beispielsweise über eine Rolle, alternativ über eine abgerundete Kante, auf ein Baufeld aufgetragen wird. Auf diesem Baufeld liegt das partikelförmige Baumaterial aus und wird von einem räumlich getrennt von der Rolle bzw. Kante angeordnetem Mittel, welches zumin dest eine Klinge aufweist, nachfolgend geglättet.

In einer Ausführung ist es vorgesehen, dass durch die Klinge ein Glätten und ein Verdichten des partikelförmigen Baumaterials vorgenommen wird.

In einer alternativen Ausführung ist es vorgesehen, dass das Verdichten des par tikelförmigen Baumaterials mittels eines eigenständigen und von der Klinge unabhängigen und von der Rolle bzw. abgerundeten Kante unabhängigen weiteren Mittels zum Verdichten vorgenommen wird.

Beim Glätten des partikelförmigen Baumaterials entsteht durch den Überschuss an aufgetragenem partikelförmigem Baumaterial, welcher ein gleichmäßig aufgefülltes Baufeld sicherstellen soll, ein sogenannter „Berg“ bzw. Materialüberschuss. Die Höhe dieses Berges ist hierbei von der Menge des beispielsweise über die Rolle aufgetragenen Materials abhängig und kann somit beispielsweise über eine Drehzahl der Rolle eingestellt werden.

Vorteilhaft ist es hierbei, dass der Materialüberschuss bzw. Berg möglichst klein gehalten werden, da derart die auf das darunterliegende bereits erzeugte Druckbild bzw. die bereits teilweise erzeugte 3D-Struktur wirkenden Kräfte beim Glätten des Baumaterials kleiner werden.

Umso gleichmäßiger das Aufträgen des Baumaterials über die gesamte Auslassbreite der Rolle erfolgt, umso kleiner kann der Berg vor der Klinge gefahren werden.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass in der Beschichteranordnung eine erste Baugruppe mit einem Mittel zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials auf ein Baufeld und in einer zweiten Baugruppe, welche räumlich und technisch zu der ersten Baugruppe beabstandet angeordnet ist, ein Mittel zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials angeordnet wird. Somit ist in einer Beschichteranordnung sowohl die erste Baugruppe als auch die zweite Baugruppe angeordnet, wobei sich die Baugruppen durch ihre Kopplung an die Beschichteranordnung mit der Beschichteranordnung über das Baufeld mitbewegen. Derart wird sowohl eine räumlich getrennte Anordnung der verschiedenen Mittel als auch eine Möglichkeit zur Veränderung der Abstände zwischen den verschiedenen Mitteln innerhalb der Beschichteranordnung geschaffen.

Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Abstände zwischen den verschiedenen Mitteln in der Beschichteranordnung konstruktiv vorgegeben werden. Alternativ kann ein Mittel zum Verändern der Abstände im laufenden Betrieb des 3D- Druckers vorgesehen werden, womit beispielsweise eine Anpassung der Abstände an verschiedene partikelförmige Baumaterialien oder zu erreichende Druckqualitäten erreicht werden kann.

Ein besonderer Vorteil der technischen und dadurch räumlichen Trennung der Mittel innerhalb der Beschichteranordnung liegt darin, dass sich die Arbeitsschritte des Auftragens des partikelförmigen Baumaterials, des Glättens des partikelförmigen sowie des Verdichtens des partikelförmigen Baumaterials nicht gegenseitig beeinflussen, obwohl diese Arbeitsschrite in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung über dem Baufeld durchgeführt werden. Eine derartige Beein flussung findet im Stand der Technik wie bei einem Verfahren mit einer Schwing klinge statt, da diese gleichzeitig aufträgt, glätet und verdichtet. Die Prozesspa rameter der jeweiligen Arbeitsschrite Aufträgen, Verdichten und Gläten können erfindungsgemäß aufeinander abgestimmt und unabhängig voneinander geregelt werden. Weiterhin können sie auch in einer Regelschleife zusammengeführt zu werden.

Vorgesehen ist es, dass in der Beschichteranordnung ein Mitel zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials und mehrere Mitel zum Gläten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials angeordnet werden. Durch eine Aufteilung des Glättungsvorgangs auf mehrere Teilbaugruppen, wie beispielsweise mehrere Klingen, können die auf eine unter der aktuell zu erzeugenden Schicht liegende bereits erzeugte 3D-Struktur wirkenden Kräfte verringert werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität der erzeugten 3D-Struktur aus.

Vorgesehen ist es, dass in einer Beschichteranordnung ein erstes Mitel zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial sowie ein erstes Mittel zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials und ein zweites Mittel zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial sowie ein zweites Mittel zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials angeordnet werden.

Durch eine mehrfache Anordnung derartiger Mitel in der aufgezählten Reihenfolge wird es möglich, verschiedene partikelförmige Baumaterialien auf das Baufeld in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung über dem Baufeld aufzu tragen. Außerdem wird es möglich, dass eine Schicht aus zwei verschiedenen Teilschichten bestehend aufgetragen wird, wobei die Teilschichten aus dem gleichen partikelförmigen Baumaterial oder verschiedenen partikelförmigen Baumate rialien bestehen können.

Weiterhin vorgesehen ist es, dass das Mitel zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials auf das Baufeld eine Rolle mit einem entsprechenden zugehörigen Vorratsbehälter sowie Mitteln zum Dosieren des Baumaterials ist. Ebenso vorgesehen ist es, dass das Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials eine Klinge bzw. ein Rakel ist.

Durch die räumlich getrennte Anordnung des Mittels zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials vom Mittel zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials innerhalb einer Beschichteranordnung erfolgen die zugehörigen Verfahrensschritte Aufträgen und Glätten zeitlich nacheinander bei einer Bewegung der Beschichteranordnung über dem Baufeld. Somit vergeht nach dem Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials eine gewisse Zeit, in der das partikelförmige Baumaterial ruht, bevor es geglättet wird. Diese Ruhezeit wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität bei der Erzeugung einer Schicht wie auch vorteilhaft auf die Qualität des erzeugten 3D-Drucks aus.

Vorgesehen ist weiterhin, dass bei der Erzeugung der Schicht mindestens eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung über dem Baufeld aufgetragen wird, welche in einer Summierung ihrer Teilschichtdicken die Dicke der Schicht aufweisen. Eine Begrenzung auf nur zwei Teilschichten in der Schicht ist nicht vorgesehen.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Merkmalen ist ein Verdichten des aufgetragenen und geglätteten partikelförmigen Materials vorgesehen. Dieser Verfahrensschritt kann durch das Mittel zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials mit realisiert oder durch ein separates Mittel zum Verdichten umgesetzt werden.

Nach einem erfindungsgemäßen Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials schließt sich ein Verfahrensschritt an, in welchem ein selektives Verfestigen der aufgebrachten Schicht aus nichtverfestigtem partikelförmigem Baumaterial in vorbestimmten Teilbereichen erfolgt. Dieser Verfahrensschritt ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung und wird daher hier nicht detailliert erläutert.

Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wie ein Verfestigen durch Aufdrucken oder Aufbringen von Behandlungsmittel, wie beispielsweise einem Bindemittel, oder der Einsatz eines Lasers sind möglich.

Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzug- ten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2: eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Mitteln zum Aufträgen und zwei räumlich ge trennten Mitteln zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial,

Fig. 3: eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Mittel zum Aufträgen und mehreren räumlich getrennten Mitteln zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial,

Fig. 4: eine weitere Darstellung der Anordnung aus Figur 3,

Fig. 5: eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise mehrerer Mittel zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial und

Fig. 6: zwei erfindungsgemäß räumlich getrennte Anordnungen mit je einem Mit tel zum Aufträgen und einem Mittel zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial über einem Baufeld.

Die Figur 1 zeigt eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 mit einem Mittel 2 zum Aufträgen und einem räumlich getrennten Mittel 3 zum Glätten eines in Figur 1 nicht gezeigten partikelförmigen Baumaterials 10 in einer ersten Ausführungsform in einer Blickrichtung von schräg unten auf die Anordnung 1. Das Mittel 2 kann beispielsweise als eine Walze und das Mittel 3 beispielsweise als eine Klinge oderein Rakel ausgeführt sein. Die Anordnung 1 weist außerdem ein Mittel 15 zum Verdichten des aufgetrage nen und geglätteten Baumaterials 10 auf. Das Mittel 15 kann beispielsweise ebenfalls als eine Klinge ausgeführt sein. Auf eine Darstellung des Mittels 15 zum Verdichten des aufgetragenen und geglätteten Baumaterials 10 wird in den nachfolgenden Figuren verzichtet.

Die Anordnung 1 bzw. die Beschichteranordnung 1 weist ein Mittel 2 zum Aufträ gen eines partikelförmigen Baumaterials 10 und ein Mittel 3 zum Glätten des par tikelförmigen Baumaterials 10 auf, wobei das Mittel 2 in einer Baugruppe 4a und das Mittel 3 in einer räumlich beabstandet von der Baugruppe 4a angeordneten Baugruppe 4b angeordnet ist. Das Mittel 15 zum Verdichten des aufgetragenen und geglätteten Baumaterials 10 ist in einer räumlich beabstandet von den Baugruppen 4a und 4b angeordneten Baugruppe 4c angeordnet.

Die Baugruppen 4a, 4b und 4c weisen Bestandteile wie Halteelemente, Antriebe, Sensoren, Aktoren und andere mehr auf, welche für die ordnungsgemäße Funktionsweise der entsprechenden Baugruppe 4a, 4b und 4c notwendig sind. So ist in der Baugruppe 4a beispielsweise auch ein Vorratsbehälter für das partikelförmige Baumaterial 10 vorgesehen sowie eine Walze bzw. Rolle, über welche das parti kelförmige Baumaterial 10 auf ein Baufeld 5, welches in Figur 1 sowie in den nachfolgenden Figuren jeweils nur schematisch mittels einer von einer Strich- Strich-Linie umrandeten Fläche dargestellt ist, aufgetragen wird. Weitere Bestandteile der Baugruppen sollen hier nicht weiter erläutert werden, da diese beliebig austauschbar und für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich sind.

Der Abstand 6a zwischen dem Mittel 2 und dem Mittel 3 sowie der Abstand 6b zwischen dem Mittel 3 und dem Mittel 15 in der Figur 1 sind jeweils unabhängig voneinander einstellbar.

Der Pfeil 16 veranschaulicht die Richtung, in welche die Anordnung 1 beim Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 10 über das Baufeld 5 verfahren wird.

Die Figur 2 zeigt eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäß räumlich getrennten Anordnung 1 zum Erzeugen einer Schicht 11 eines partikelförmigen Baumaterials 10 in einem 3D-Drucker in einer weiteren Ausführungsform in einer Blickrichtung von schräg unten auf die Anordnung 1.

Die Anordnung 1 bzw. die Beschichteranordnung 1 weist ein erstes Mittel 2a zum Aufträgen des in Figur 2 nicht gezeigten partikelförmigen Baumaterials 10 und ein erstes Mittel 3a zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 10 auf. Das erste Mittel 2a ist in einer Baugruppe 4a angeordnet. Das erstes Mittel 3a ist in einer räumlich beabstandet von der Baugruppe 4a angeordneten Baugruppe 4b angeordnet. Vorgesehen ist es, dass die Mittel 2a und 3a im gleichen Abstand zur Oberfläche des Baufelds 5 angeordnet sind und sich mit der Beschichteranordnung 1 in einer gedachten Ebene über dem Baufeid 5 bewegen lassen . Die Baugruppe 4a weist mindestens ein Mittel 2a zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 10 auf.

Die Baugruppe 4b weist mindestens ein Mittel 3a zum Glätten des zuvor aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials 10 auf.

Die Beschichteranordnung 1 ist über einem Baufeld 5 angeordnet, über welchem die Beschichteranordnung 1 in den mittels den zwei Pfeilen 16 gezeigten Richtungen verfahren werden kann. Hierfür notwendige Mittel zum Bewegen und Führen der Beschichteranordnung 1 sind in der Figur 2 nicht dargestellt. Nach dem Beispiel der Figur 2 kann die Beschichteranordnung 1 zwar nach rechts und nach links verfahren werden, in der dargestellten Ausführung ist das Erzeugen einer Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 aber nur in einer Bewegungsrichtung nach links vorgesehen, da in Bewegungsrichtung gesehen das Mittel 2a vor dem Mittel 3a angeordnet werden muss. Eine Beschränkung auf das Beispiel der Figur 2 ist nicht vorgesehen.

In einer Ausführung, in welcher die Baugruppen 4c und 4d in ihrer Anordnung innerhalb der Beschichterteilanordnung 1b getauscht werden, ist es möglich, die Beschichteranordnung 1 in beiden Richtungen zum Erzeugen je einer Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 zu nutzen.

So wird in einer Bewegungsrichtung nach links die Beschichterteilanordnung 1a und in einer Bewegungsrichtung nach rechts die Beschichterteilanordnung 1b zum Erzeugen einer Schicht 11 genutzt.

Auch in der Ausführung der Figur 2 können die Mittel 2a und 3a in einem einstellbaren Abstand 6a zueinander in der Beschichteranordnung 1 angeordnet werden. Dieser Abstand 6a liegt, betrachtet von der Mittelachse eines Mittels zur Mittelachse des benachbarten Mittels, in einem Bereich zwischen 10 mm und 150 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 40 mm und 100 mm. Dieser Abstand 6a ist durch die technische Ausführung bedingt (Aufträgerart, Glättungsart, Verdichtungsart) und wird so klein wie möglich ausgeführt, um den dadurch zusätzlichen Verfahrweg so gering wie möglich zu halten. Für den Abstand 6b zwischen dem Mittel 3 und dem nur in Figur 1 gezeigten Mittel 15 können die gleichen Maßbereiche wie für den Abstand 6a gelten. In einer besonderen Ausführung ist es vorgesehen, dass der Abstand 6a zwischen dem Mittel 2a und dem Mittel 3a im laufenden Betrieb des 3D-Druckers verstellt werden kann. Derart kann beispielsweise eine Anpassung an verschiedene Druckgeschwindigkeiten sowie Druckqualitäten erreicht werden und auf besondere physikalische Prozessparameter, wie beispielsweise das Fluidverhalten des partikelförmigen Baumaterials 10 oder die Ruhezeit des mit partikelförmigem Baumaterial 10 bedruckten Raumes, eingegangen werden.

Weiterhin ist es in der Figur 2 beispielhaft vorgesehen, dass auch eine Baugrup pe 4c mit einem Mittel 2b, welches ebenfalls als eine Walze ausgeführt ist, und eine Baugruppe 4d mit einem Mittel 3b, welches ebenfalls als eine Klinge ausgeführt ist, angeordnet wird.

In dieser Ausführung ist auch der Abstand 6a zwischen dem Mittel 2b und dem Mittel 3b einstellbar. Darüber hinaus kann auch der in der Figur 2 nicht einge zeichnete Abstand zwischen der ersten Beschichterteilanordnung 1a und der zweiten Beschichterteilanordnung 1b frei wählbar eingestellt werden. Der Abstand zwischen den Beschichterteilanordnungen 1a und 1b bestimmt somit den Abstand zwischen den Mitteln 3a und 2b.

Eine derartige Beschichteranordnung 1, bestehend aus einer ersten Beschichter teilanordnung 1a und einer zweiten Beschichterteilanordnung 1b, ermöglicht eine Erzeugung einer aus zwei Teilschichten bestehenden Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10, welches in der Figur 2 nicht dargestellt ist. Eine Beschränkung der Erfindung auf nur eine erste Beschichterteilanordnung 1a in Ver bindung mit einer zweiten Beschichterteilanordnung 1b besteht nicht. Werden beispielsweise drei Beschichterteilanordnungen 1a, 1b und 1c in einer Beschichteranordnung 1 angeordnet, kann eine Erzeugung einer aus drei Teilschichten bestehenden Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 erfolgen.

In der Figur 3 ist eine perspektivische und beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 bzw. die Beschichteranordnung 1 von unten mit einem Mittel 2a zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial 10 und mehreren räumlich getrennt zum Mittel 2a angeordneten Mitteln 3a, 3b und 3c zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 10 dargestellt. In der Figur 4 ist zum besseren Verständnis eine weitere Darstellung der Anordnung aus Figur 3 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung kann sich somit auf beide Figuren 3 und 4 beziehen.

Hierbei ist das Mittel 2a in der ersten Baugruppe 4a angeordnet. Das Mittel 3a ist in der Baugruppe 4b, das Mittel 3b ist in der Baugruppe 4d und das Mittel 3c in der Baugruppe 4e angeordnet. Wie bereits zur Figur 2 ausgeführt, weist jede Baugruppe 4a, 4b, 4d und 4e weiter Bestandteile wie Halteelemente, Antriebe, Sensoren, Aktoren und andere mehr auf, welche hier nicht näher erläutert werden.

Das Mittel 2a in der ersten Baugruppe 4a ist beispielsweise als eine Walze ausgeführt, über welche das partikelförmige Baumaterial 10 auf das Baufeld 5 gleichmäßig aufgebracht wird, während sich die Beschichteranordnung 1 gleichmäßig über das Baufeld 5 in der mittels des linken Pfeils 16 dargestellten Richtung nach links bewegt. Derartige Mittel 2a mit einer Walze zum Aufträgen des Baumaterials 10 sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Bei dieser Bewegung über das Baufeld 5 ist es vorgesehen, dass die Baugrup pen 4a, 4b, 4d und 4e mit der Beschichteranordnung 1 gleichmäßig und gemeinsam in der gleichen Richtung und in einer gedachten Ebene über das Baufeld 5 verfahren werden, wobei sich die Abstände zwischen den Mitteln 2a, 3a, 3b und 3c und deren Abstände zur Oberfläche des Baufelds 5 während des Verfahrens der Beschichteranordnung 1 über dem Baufeld 5 nicht verändern.

Bei einer Bewegung der Beschichteranordnung 1 nach links wird mittels dem in der Baugruppe 4b angeordneten Mittel 3a, welches im Beispiel der Figur 3 und 4 als eine Klinge ausgeführt ist, ein erster Glättungsschritt 7 des auf das Baufeld 5 aufgebrachten partikelförmigen Baumaterials 10 ausgeführt. Im gleichen Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1, aber zeitlich nachfolgend, wird mittels der in der Baugruppe 4d angeordneten Klinge 3b ein zweiter Glättungsschritt 8 und mittels der in der Baugruppe 4e angeordneten Klinge 3c ein dritter Glättungsschritt 9 ausgeführt.

Eine Darstellung der in drei Glättungsschritten 7, 8 und 9 aufgeteilten Glättung des partikelförmigen Baumaterials 10 in einem Bewegungsvorgang der Beschich- teranordnung 1 über dem Baufeld 5 ist in der Figur 5 in einer Prinzipdarstellung gezeigt.

Über einem Baufeld 5 ist das partikelförmige Baumaterial 10 dargestellt, welches von einem nicht dargestellten Mittel 2 zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 10 aufgetragen worden ist. Die drei Mittel 3a, 3b und 3c zum Glätten des partikelförmigen Baumaterials 10 werden zeitgleich und gleichmäßig in der mit dem Pfeil 16 dargestellten Bewegungsrichtung über das Baufeld 5 bewegt.

Hierbei wir mit dem Mittel 3a ein erster Glättungsschritt 7, mit dem Mittel 3b ein zweiter Glättungsschritt 8 und mit dem Mittel 3c ein dritter Glättungsschritt 7 ausgeführt, welche in ihrer Summe das aufgetragene und geglättete partikelförmige Baumaterials 10, also eine erfindungsgemäß aufgebrachte in der Figur 5 nicht weiter dargestellte Schicht 11 , bereitstellen.

Hierbei ist es vorgesehen, dass die Mittel 3a, 3b und 3c in einem Winkel 12 zur Senkrechten über dem Baufeld 5 ausgerichtet angeordnet werden. Ein derartiger Winkel 12 bewirkt, dass die Mittel 3a, 3b und 3c nicht nur das Baumaterial 10 glätten, sondern dass auch eine Verdichtung des Baumaterials 10 erfolgt. Dieser Winkel 12 kann in einem Bereich zwischen -80° und +80°, insbesondere in einem Bereich zwischen -20° und +20°, liegen.

Vorgesehen ist es auch, dass der Winkel 12 für alle drei Mittel 3a, 3b und 3c gleich groß eingestellt wird. Alternativ ist es möglich, dass für jedes Mittel 3a, 3b und 3c ein anderer Winkel eingestellt werden kann.

Hierbei ist es vorgesehen, mit einer Form der Kante der Klinge bzw. des Rakels auf die Verdichtung, das Fließverhalten und die Positionierung des partikelförmigen Baumaterials Einfluss zu nehmen.

In der Figur 6 sind zwei erfindungsgemäß räumlich getrennte Beschichterteilanordnungen 1a und 1b mit je einem Mittel 2 zum Aufträgen und einem Mittel 3 zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial 10, in einer Blickrichtung von schräg unten, über einem Baufeld 5 dargestellt.

Die Beschichterteilanordnung 1a weist eine erste Baugruppe 4a auf, in welcher mindestens ein Mittel 2a zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial 10 an- geordnet ist. Die Beschichterteilanordnung 1a weist auch eine zweite Baugruppe 4b auf, in welcher mindestens ein Mittel 3a zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials 10 angeordnet ist. Im Beispiel der Figur 6 ist das Mittel 2a eine Walze und das Mittel 3a eine Klinge.

Unmittelbar neben der ersten Beschichterteilanordnung 1a weist die Beschichteranordnung 1 eine weitere Beschichterteilanordnung 1b auf. Die Beschichterteilanordnung 1b weist eine Baugruppe 4c auf, in welcher mindestens ein Mittel 2b zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial 10 angeordnet ist. Die Beschichterteilanordnung 1b weist auch eine weitere Baugruppe 4d auf, in welcher mindestens ein Mittel 3b zum Glätten des aufgetragenen partikelförmigen Baumaterials 10 angeordnet ist. Im Beispiel der Figur 6 ist das Mittel 2b eine Walze und das Mittel 3b eine Klinge.

Die Beschichteranordnung 1 ist über dem Baufeld 5 in den mit den Pfeilen 16 dargestellten Richtungen bewegbar. Die Beschichteranordnung 1 ist darüber hin aus, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auch in Ihrem Abstand zum Baufeld 5 bewegbar. Derart kann der Abstand zum Baufeld 5 vergrößert oder verringert werden.

Wie üblich, bewegt sich die Beschichteranordnung 1 bei einem kontinuierlichen Aufbau von Schichten 11 kontinuierlich vom Baufeld 5 weg nach oben, wobei die se Bewegung entsprechend gesteuert werden kann. So ist es möglich, die Be schichteranordnung 1 um den gesamten Betrag der Höhe einer erzeugten Schicht 11 vom Baufeld 5 wegzufahren. Ebenso ist es möglich, die Beschichteranordnung 1 nur um einen Teilbetrag der gesamten Höhe einer erzeugten Schicht 11 vom Baufeld 5 wegzubewegen.

In dem in der Figur 6 dargestellten Baufeld 5 wurden bereits drei Schichten 11a,

11 b und 11 c erzeugt. Dargestellt ist die Beschichteranordnung 1 in einer in der Figur 6 nach links gerichteten Bewegung. Bei dieser Bewegung wird eine erste Teilschicht 13 mittels der ersten Beschichterteilanordnung 1a erzeugt. Diese Erzeugung der ersten Teilschicht 13 erfolgt derart, dass durch das Mittel 2a einer Walze partikelförmiges Baumaterial 10 auf die zuvor erzeugte Schicht 11c aufgetragen und mittels des Mittels 3a einer Klinge geglättet wird. Im gleichen Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1 wird mittels der zweiten Beschichterteilanordnung 1b eine zweite Teilschicht 14 erzeugt. Diese Erzeugung der zweiten Teilschicht 14 erfolgt derart, dass durch das Mittel 2b partikelförmiges Baumaterial 10 auf die zuvor erzeugte erste Teilschicht 13 aufgetragen und mit dem Mittel 3b geglättet wird.

Durch die in der Figur 6 dargestellten Beschichteranordnung 1 ist es möglich, in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1 über dem Baufeld 5, in der Figur 6 beispielhaft von rechts nach links, mittels der Beschichterteilanordnung 1a oder der Beschichterteilanordnung 1b eine vollständige Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 zu erzeugen.

In einer ersten Alternative kann die Erzeugung einer vollständigen Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 derart erfolgen, dass in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1 über dem Baufeld 5 durch die erste Beschichterteilanordnung 1a eine erste Teilschicht 13 und durch die zweite Beschichterteilanordnung 1b eine zweite Teilschicht 14 erzeugt wird. Hierbei setzt sich die vollständige Schicht 11 zu gleichen oder unterschiedlichen Anteilen aus der ersten Teilschicht 13 und der zweiten Teilschicht 14 zusammen.

In einer anderen Alternative kann die Erzeugung einer vollständige Schicht 11 des partikelförmigen Baumaterials 10 derart erfolgen, dass in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1 über dem Baufeld 5 zeitlich zuerst die gesamte Dicke der Schicht 11 mittels der ersten Beschichterteilanordnung 1a erzeugt wird, wobei ein erstes partikelförmiges Baumaterial 10a verwendet wird und dass nachfolgend mittels der zweiten Beschichterteilanordnung 1b eine vollständige Dicke der Schicht 11 erzeugt wird, wobei ein zweites partikelförmiges Baumaterial 10b verwendet wird. Dieser Vorgang ist in der Figur 6 in der bereits erzeugten Schicht 11a dargestellt. Dieser Vorgang kann sich beliebig oft mit wechselndem partikelförmigen Baumaterial 10a und 10b wiederholen. Für den Fall, dass die Beschichteranordnung 1 beispielsweise drei Beschichterteilanordnungen 1a, 1b und 1c aufweist, ist es möglich, die Erzeugung der Schicht 11 mittels drei verschiedener partikelförmiger Baumaterialien 10a, 10b und 10 c zu gestalten. So ermöglicht die erfindungsgemäße Beschichteranordnung 1 eine Erzeugung der Schicht 11 sowohl mittels verschiedener partikelförmiger Baumaterialien 10 als auch eine Erzeugung der Schicht 11 mittel mehrerer Teilschichten 13, 14 in einem Bewegungsvorgang der Beschichteranordnung 1 über dem Baufeld 5, wobei eine Einschränkung auf nur zwei Teilschichten nicht vorgesehen ist.

Ein Teil der sich mit der Beschichteranordnung 1 ergebenden Möglichkeiten bei der Erzeugung der Schicht 11 ist in der Figur 6 in den Schichten11a, 1b und 11c dargestellt.

In jeder der dargestellten Ausführungsformen der Erfindung kann es vorgesehen werden, dass neben dem Mittel 2 zum Aufträgen des partikelförmigen Baumaterials 10 auf ein Baufeld 5 und dem Mittel 3 zum Glätten des aufgetragenen partikel förmigen Baumaterials 10 ein weiteres Mittel zum Verdichten 15 des partikelför migen Baumaterials 10 angeordnet ist.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1, 1a, 1b . 1n Anordnung zum Erzeugen einer Schicht eines partikelförmigen Baumaterials in einem 3D-Drucker / Beschichteranordnung / Beschichterteilanordnung

2, 2a, 2b, ... , 2n Mittel zum Aufträgen von partikelförmigem Baumaterial / Walze

3, 3a, 3b, ..., 3n Mittel zum Glätten von partikelförmigem Baumaterial /

Klinge

4, 4a, 4b . 4n Baugruppe

5 Baufeld

6a, 6b Abstand

7 erster Glättungsschritt

8 zweiter Glättungsschritt 9 dritter Glättungsschritt

10, 10a, 10b .10n partikelförmiges Baumaterial

11 , 11a, 11b, ... ,11 n Schicht aus partikelförmigem Baumaterial 12 Winkel

13 erste Teilschicht

14 zweite Teilschicht

15 Mittel zum Verdichten von partikelförmigem Baumaterial

16 Pfeil