B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen. Derartige Anlagen werden auch als Anlagen zum generativen Aufbau von Gegenständen bezeichnet und umfassen sogenannte SLM (selective laser melting) oder SLS (selective laser sintering) Vorrichtungen. Die Erfindung ist aber darauf nicht beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf weitere Vorrichtungen, bei denen das zu verfestigende Baumaterial beispielsweise auf die zu aufzubauende Stelle aufgedüst wird und dort z.B. durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und bei Erstarrung verfestigt wird, um generativ das Bauteil zu bilden.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art umfassen in der Regel eine Prozessstation, in der der eigentliche schichtweise generative Bauprozess durchgeführt wird, wozu meist ein Baucontainer Anwendung findet. Es ist auch bereits bekannt, in einem zweiten Gehäuse oder Gehäuseabschnitt eine Handlingstation zur Entpackung hergestellter Objekte aus dem zwischen der wenigstens einen Prozessstation und der wenigstens einen Handlingstation verfahrbaren Baucontainer anzuordnen. Eine derartige Vorrichtung ergibt sich z.B. aus DE 20040547, dort sind in einer zusammenhängenden Gehäuseeinheit sowohl eine Prozessstation als auch eine Entnahmestation vorgesehen, wobei der Baucontainer zwischen den beiden genannten Stationen hin- und her gefahren werden kann.

Diese bekannte Vorrichtung ist insofern nachteilig, als sie als in sich abgeschlossene Einheit nicht erweiterbar ist.

Aus DE 20140087 ergibt sich zudem eine Vorrichtung der genannten Art mit einer Mehrzahl von Handhabungsstationen, die im wesentlichen nebeneinanderliegend angeordnet sind und einzeln oder gemeinsam als Handhabungsmodule gegenüber wenigstens einer Baukammer verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar, aber an diese angekoppelt angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass sie variabler einsetzbar ist, an sich ändernde Anforderungen innerhalb eines Herstellungsbetriebs anpassbar ist und eine hocheffiziente schnelle Fertigung erlaubt. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 16. Die Verfahrensansprüche 17 - 19 charakterisieren die Erfindung verfahrensmäßig.

Nach der Lehre des Patentanspruches 1 sind in einer ersten Alternative sowohl die Prozessstation als auch die wenigstens eine Handlingstation in gesonderten, getrennt oder einzeln aufstellbaren Gehäuseeinheiten angeordnet. Diese Gehäuseeinheiten sind in Wandungsbereichen mit Zuführöffnungen versehen und derart ausgebildet, dass sie aneinandergestellter oder aneinandergereihter oder teilweise getrennter Konstellation wenigstens einen durchgängigen Tunnel oder eine Tunnelkette bilden können, wobei der Tunnel oder die Tunnelkette einen in die Gehäuseeinheiten integrierten Verfahrweg für Baucontainer und weitere verfahrbare Container bildet. In einer weiteren Alternative liegt es im Rahmen der Erfindung, den Tunnel oder die Tunnelkette wenigstens zwei Gehäuseeinheiten durchsetzen zu lassen, die jeweils eine oder mehrere Prozessstationen aufnehmen.

Als Kern der Erfindung wird es damit angesehen, innerhalb der Gehäuseeinheiten, die frei variabel aufstellbar sind, unmittelbar aneinander montiert werden können oder mit Abstand voneinander vorgesehen werden können, einen Tunnelverfahrweg auszubilden, der nicht nur für den Baucontainer, sondern auch für weitere Container nutzbar ist. Dies bedeutet, dass z.B. auf ein und demselben Verfahrweg Container von mehreren Prozessstationen in eine gemeinsame oder mehrere dafür vorgesehene Handlingstationen verfahren werden können. Es ist aber auch möglich, z.B. Überlaufcontainer mit überschüssigem Baumaterial auf diesem Verfahrweg abzutransportieren oder Dosierbehälter mit frischem Baumaterial in eine Prozessstation einzufahren. Alles geschieht innerhalb eines Tunnels.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, nur eine Aneinanderreihung von Prozessstationen vorzusehen und in diesen den Tunnel oder die Tunnelabschnitte anzuordnen und diese tunnelartig zu verbinden und die Vorbereitung der Baucontainer bzw. die Entnahme fertiggestellter Bauteile z. B. von einem Roboter in einem großen inertisierten Raum durchzuführen. Dieser inertisierte Raum dient dann quasi als Handlingstation und ist zweckdienlicher Weise mit dem Tunnel oder den Tunnelabschnitten zu verbinden.

Das Tunnelkonzept, wie es bei der Erfindung angewendet werden soll, hat mehrere Vorteile. Einerseits gibt es zwischen den verfahrbaren Containern und Bedienungspersonen, die sich in der Peripherie einer derartigen Anlage aufhalten müssen, keine Interaktionen und damit auch keine Gefährdungen. Die Tunnelintegration des Verfahrweges in die Vorrichtung selbst, ermöglicht ein sauberes und konfliktfreies Handling der Container innerhalb der gesamten Anlage.

Die Container können verschließbar sein, damit die Schutzgasatmosphäre in ihnen weitgehend aufrecht erhalten werden kann. Es ist aber auch möglich, die Tunnel oder die Tunnelabschnitte selbst mit Schutzgas zu befluten und an den Tunnelein- und -ausgängen Schleusen anzubringen.

Wenn von „weiteren Containern" gesprochen wird, dann sind damit alle Container-artigen und auszutauschenden oder zu wechselnden Behälter umfasst, die in derartigen Anlagen eingesetzt oder gedacht werden können. Insbesondere sind Dosiercontainer zur Zuführung des Baumaterials zu einer Beschichtereinrichtung angesprochen, Überlaufcontainer zur Aufnahme von überschüssigem Baumaterial. Es können aber auch Container oder„Module" verfahren werden, die keine„Füllung" im weiteren Sinne des Wortes aufweisen, sondern Funktionselemente beinhalten, wie beispielsweise Servicemodule, die z.B. einen Schutzglaswechsel automatisch vornehmen können oder Reinigungsmodule oder Fräskopfmodule oder Messkopfmodule, mit denen unterschiedliche Reinigungs-, Bearbeitungs- oder Vermessungsaufgaben innerhalb der unterschiedlichen Stationen durchgeführt werden können. Diese Module können z.B. im oberen Bereich z.B. hängend in dem Tunnel oder der Tunnelkette verfahren werden, wohingegen Baucontainer, Überlaufcontainer und Dosiercontainer vorteilhafterweise auf einem z.B. schienenartigen Verfahrweg im unteren Bereich des Tunnels abgestützt werden können. Grundsätzlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die Container oder Module auf Transportwagen aufzunehmen, die mit einem Selbstfahrantrieb und einer Steuerung, z.B. einer Hallen-GPS- Steuerung versehen sind. Die Container oder Module können aber auch mit einem Selbstfahrantrieb ausgebildet sein, d.h. prozessgesteuert selbst ihren Weg an ihren richtigen Platz finden, es ist aber auch möglich, ein irgendwie geartetes fest in den Tunnel integriertes Vorschubtransportsystem vorzusehen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verfahrweg innerhalb des Tunnels immer weitgehend freigehalten wird. Dann ist nämlich ein freier Container-Modul-Verkehr hoher Geschwindigkeit abwickelbar, dazu kann beispielsweise der Tunnel oder die Tunnelkette mit Seitennischen oder Ausweichstationen versehen werden, in welche die verfahrbaren Container oder Module insbesondere in einer Arbeitsposition oder im Zuge eines Ausweichvorganges zur durchgängigen Freigabe des in der Tunnelöffnung verlaufenden Verfahrweges für weitere Container einfahrbar sind. Z.B. ist in einer Prozessstation eine Seitennische vorgesehen, die einen Baucontainer sowie den Dosier- und den „

- 4 -

Überlaufcontainer in den jeweiligen Arbeitspositionen aufnimmt. Vor oder hinter diesen Nischen ist der eigentliche Tunnelverfahrweg angeordnet, weitere Container können zu weiteren angereihten Prozessstationen oder Handlingstationen durch den freigelassenen Verfahrweg mit relativ hoher Geschwindigkeit geschickt werden.

Der Tunnel oder die Tunnelkette kann an einem Ende verschlossen sein, dies verbessert die Schutzgasbeflutungsmöglichkeiten. Es ist aber auch z.B. möglich, an einem Ende des Tunnels innerhalb einer Schutzgasatmosphäre ein Containermagazin anzuordnen, in welchem Schutzgas vorbeflutete Baucontainer mit bereits eingerichteten Bauplatten Dosiercontainer oder leere Überlaufcontainer bevorratet werden und von dort in den Tunnel bzw. die entsprechenden Arbeitspositionen eingefahren werden. Von der anderen Seite können Dosierbehälter eingefahren werden oder Überlaufbehälter ausgefahren werden und dort entleert werden. Der Tunnel muss nicht notwendigerweise nur einen Ausgang oder Eingang haben, es ist genauso möglich, Seitenaus- und -eingänge an dem Tunnel vorzusehen, um mit kurzen Wegen Container an ihren jeweiligen Arbeitsplatz zu verbringen oder Servicemodule von dort zu starten, um einen Servicevorgang möglichst abzukürzen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Gehäuseelemente getrennt aufzustellen, so dass sich in den Gehäuseelementen eine Tunnelkette bildet oder die Gehäuseelemente zu verbinden, so dass ein durchgängiger Tunnel innerhalb der Gehäuseelemente gebildet wird.

Es ist aber auch möglich, zwischen den einzeln aufgestellten Gehäuseelementen von Prozessstationen oder Handlingstationen oder weiteren Stationen Tunnelverbindungselemente anzubringen, die gerade oder gebogen sein können. Es ist auch möglich, die Tunnelverbindungselemente an die Gehäuseein- und -ausgänge gasdicht anflanschbar zu gestalten und die Tunnelverbindungselemente flexibel oder mit einer Gelenkverbindung zu versehen, so dass die Anlagengehäuseelemente frei wählbar an den Verlauf einer Fabrikationshalle anpassbar sind. Damit können die Tunnelverbindungselemente zur Ausbildung eines nicht geraden Verfahrweges gekrümmt ausgebildet sein oder gekrümmt werden. In den einzelnen Gehäuseabschnitten und/oder Tunnelverbindungselementen sind aneinander ankoppelbare oder ineinander übergehende Containerführungselemente angeordnet, dies können - wie oben bereits angemerkt - Schienen oder Leitelemente oder dergleichen sein, hier sind alle Elemente umfasst, die eine ausreichend exakte Führung von Containern oder Modulen gewährleisten können.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, im Sinne eines „Zweiröhrentunnels" mehrere parallel angeordnete Tunnel vorzusehen oder innerhalb einer Tunnelröhre parallel zueinander verlaufende„Gegenfahrbahnen" vorzusehen. Dies erleichtert Organisation des Transportes und erhöht die Transportgeschwindigkeit und verkürzt damit die Transportzeiten innerhalb des Tunnels.

Es ist auch möglich, einen sich verzweigenden Tunnel vorzusehen, der zu einer Mehrzahl von Prozessstationen führt oder zu einer Mehrzahl von Entpackungs- oder Handlingstationen.

Gleichermaßen ist es denkbar, wenigstens eine Prozessstation und/oder Handlingstation und/oder ein Tunnelverbindungselement als Umkehrstation auszubilden, so dass quasi für den Container- oder Modultransport eine Umkehrschleife gebildet wird.

Im Sinne des Verfahrensanspruches 17 ist es vorgesehen, dafür zu sorgen, dass ein die Mehrzahl von Gehäuseeinheiten von Prozess- und Handlingstationen durchsetzender Verfahrweg durch fahrbare oder geparkte Container nicht blockiert wird, sondern der Verfahrweg weitestgehend freigehalten wird. Der Verfahrweg kann ein Einbahnverfahrweg sein oder auch als Zweiwegverfahrweg ausgebildet sein.

Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen

Fig. 1 eine Anlage gem. der Erfindung mit jeweils getrennt aufgestellter Prozessstation und Handlingstation und einem durch einen Tunnel durch die beiden Anlagenkomponenten verlaufenden Verfahrweg für Container;

Fig. 2 eine Anlage gem. der Erfindung mit unmittelbar aneinandergestellter

Handlingstation und Prozessstation und einem durch diese verlaufenden Tunnel zum Transport von Containern;

Fig. 3 eine Anlage mit einer Handlingstation und beispielsweise drei Prozessstationen zur Bildung einer Produktionslinie mit erfindungsgemäßer Tunnelanordnung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Handlingstation und einer Prozessstation mit durch beide verlaufende Tunnel zum Transport unterschiedlicher Container;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage mit Handlingstation und zwei

Prozessstationen sowie einem Containermagazin; Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5, in der die Bewegung der unterschiedlichen Container dargestellt ist;

Fig. 7 eine Darstellung gemäß Fig. 1 , bei der die Handlingstation

Prozessstation durch ein Tunnelverlängerungselement verbunden sind;

Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf eine Anlage mit Containermagazin, einer

Handlingstation, zwei Prozessstationen und einer Umkehrstation, wobei alle Stationen mit Tunnelverlängerungselementen unterschiedlicher Form verbunden sind;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Anlage, bei der drei Prozessstationen nach dem Tunnelprinzip mit einem Handlingraum verbunden sind.

Die in den Zeichnungsfiguren dargestellte Anlage 1 dient zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung, insbesondere Laserstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen. Eine solche Anlage 1 umfasst wenigstens eine in einem ersten Gehäuse 3 angeordnete Prozessstation 4 zur Durchführung des schichtweisen generativen Bauprozesses in einem Baucontainer 5 und in wenigstens einem zweiten Gehäuse 6 eine Handlingstation 7 zur Entpackung der hergestellten Objekte 2 aus dem Baucontainer 5, der zwischen der Prozessstation 4 und der Handlingstation 7 verfahrbar ist.

Die wenigstens eine Prozessstation 4 und die wenigstens eine Handlingstation 7 sind in gesonderten getrennt oder einzeln aufstellbaren Gehäuseeinheiten (3, 6) angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel in ihren Seitenwandungsbereichen 10 mit Zuführöffnungen 1 1 versehen und ausgebildet, so dass sie ineinandergestellter oder teilweise getrennter Konstellation wenigstens einen durchgängigen Tunnel 12 oder eine Tunnelkette bilden können, wobei der Tunnel 12 oder die Tunnelkette einen in die Gehäuseeinheiten 3, 6 integrierten Verfahrweg 13 für Baucontainer 5 und weitere verfahrbare Container bildet.

Für den Fachmann ist es geläufig, dass in das Gehäuse 3 der Prozessstation 4 eine Vielzahl von für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtungen und Geräte integriert sein müssen, z.B. Strahlungsquellen in Form von wenigstens einem Laser, wenigstens ein Scansystem, eine Prozesskammer, eine Dosierkammer, eine Überlaufkammer und dergleichen. Die Handlingstation 7 umfasst eine Glovebox 15 mit manuellen Eingriffen, damit innerhalb dieser Glovebox 15 der Entpackungsvorgang durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann die Handlingstation 7 ein Siebmodul umfassen, durch welches bereits benutztes Baumaterial von Verklumpungen und Schmelzrückständen befreit werden kann.

In Zeichnungsfigur 2 ist ersichtlich, dass die beiden Gehäuse 3, 6 auch unmittelbar aneinandergestellt werden können. Die in den Seitenwandbereichen 10 angeordneten Zuführöffnungen 1 1 sind derart deckungsgleich angeordnet, so dass der erfindungsgemäße durchgängige Tunnel 12 und Verfahrweg 13 gebildet werden kann.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, kann eine Handlingstation 7 mit einem Gehäuse 6 auch mit einer Mehrzahl von Prozessstationen 4 kombiniert werden, so dass eine Produktionslinie gebildet wird.

In Zeichnungsfigur 4 ist nun dargestellt, wie einzelne Elemente innerhalb der Gehäuse 3, 6 angeordnet werden können und wie der durch diese verlaufende Tunnel 12 mit dem Verfahrweg 13 verlagert. Bedeutungsvoll ist, dass der Tunnel 12 oder die Tunnelkette im Innenbereich der Gehäuseeinheiten 3, 6 mit Seitennischen oder Erweiterungen 16 versehen ist, in welche die verfahrbaren Container 5 insbesondere in einer Arbeitsposition oder im Zuge eines Ausweichvorganges zur durchgängigen Freigabe des in dem Tunnel 12 verlaufenden Verfahrweges 13 für weitere verfahrbare Container 5 einfahrbar sind. Weitere verfahrbare Container 5 können ein Überlaufcontainer 20, ein Dosiercontainer 21 oder weitere Module sein, die in der Zeichnungsfigur nicht näher dargestellt sind, aber als Servicemodul, als Reinigungsmodul und dergleichen ausgebildet sein können.

Bei dem in den Zeichnungsfiguren 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Tunnel 12 und damit auch der Verfahrweg 13 gerade durch die Gehäuseeinheiten 3, 6, es ist aber genauso möglich, einen gekrümmten Tunnelverlauf vorzusehen, wie er beispielsweise durch eine Anschrägung der Seitenwandungsbereiche 10 der Gehäuseeinheiten 3, 6 erzeugt werden kann oder durch Tunnelverbindungselemente 30, die in den Zeichnungsfiguren 7 und 8 schematisch dargestellt sind. Die Tunnelverbindungselemente 30 können entweder als gerade Verbindungskästen ausgebildet sein, durch die der Tunnel 12 verläuft, sie können aber auch mit keilförmigen Einsätzen 31 zur Bildung eines gekrümmten Verlaufes der Tunnelverbindungselemente 30 versehen sein. Genauso ist es möglich, flexible Abschnitte 32 in den Tunnelverbindungselementen 30 vorzusehen. Die Endbereiche 33 der Tunnelverbindungselemente 30 können mit gasdichten flanschartigen Verbindungseinheiten 34 versehen werden, die sich an die Zuführöffnungen 1 1 in den Seitenwandungsbereichen 10 anflanschen lassen.

In Zeichnungsfigur 8 ist noch eine Umkehrstation 40 angedeutet, diese kann ähnlich wie ein Tunnelabschnitt ausgebildet sein und an einem Ende des sich ergebenden Tunnels 12 angebracht werden. Als Umkehrstation wäre eine Vorrichtung denkbar, die wie eine Kehrschleife für die zu transportierenden Container 5 oder Module ausgebildet ist.

Grundsätzlich ist es möglich, den Tunnel 12 auch zweiröhrig auszubilden oder zumindest mit zwei gegenläufigen Verfahrwegen auszustatten, so dass in einer Tunnelröhre ein Gegenverkehr möglich ist.

In Figuren 5 und 6 ist noch ein Containermagazin 50 dargestellt, das an die Tunnelanordnung gegebenenfalls gasdicht angeschlossen ist und in dem unterschiedliche Container und/oder Module zur Absendung in den Tunnel 12bereitgehalten werden können.

In Zeichnungsfigur 9 ist nun noch eine Anlage 1 dargestellt, bei welcher eine Mehrzahl von Prozessstationen 4.1 , 4.2 und 4.3 nach dem Tunnelkonzept der Erfindung aneinandergereiht sind, wobei die Prozessstationen 4.1 , 4.2 und 4.3 in jeweils gesonderten ersten Gehäusen 3 angeordnet sind und durch Tunnelverbindungselemente 30 miteinander verbunden sind.

Auf der linken Seite der Zeichnung ist noch ein größerer gesonderter Raum 50 dargestellt, der als Reinraum ausgebildet sein kann, ggf. ganz oder teilweise inertisierbar sein kann und unter Umständen sogar von einer Bedienungsperson betreten werden kann. Innerhalb dieses Raumes kann ein Roboter 51 vorbereitende oder entpackende Arbeitsschritte an dem Baucontainer 5 vornehmen, der über ein Tunnelverbindungselement in den inertisierten Raum 50 eingefahren werden kann.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, einen derartigen inertisierbaren Raum 50 nur zur Vorbereitung der Baucontainer 5 vorzusehen und innerhalb der Gehäusekette eine Handlingstation 7 in einem weiteren Gehäuse anzuordnen, wo dann lediglich die Bauteile entpackt werden. Außerdem ist es möglich, in dem inertisierten Raum 50 ein Containermagazin 52 vorzusehen, in dem z.B. eine Mehrzahl von vorbereiteten Baucontainern 5 für den Bauprozess in den Prozessstationen 4 vorgesehen werden kann. Selbstverständlich können dort auch weitere für den Bauprozess vorbereitete Container, wie Überlaufcontainer 20 oder Dosiercontainer 21 oder Servicemodule zu ihrem Einsatz in der Anlage bereitgehalten werden. BEZUGSZEICHEN LISTE Anlage

Objekt

erstes Gehäuse

Prozessstation

Baucontainer

weiteres Gehäuse

Handlingstation Seitenwandungsbereich

Zuführöffnung

Tunnel

Verfahrweg Glovebox

Erweiterung Überlaufcontainer

Dosiercontainer Tunnelverbindungselement

Einsatz

flexibler Abschnitt

Endbereich v.30

Verbindungseinheit Umkehrstation Raum

Roboter

Containern