DE202012103653U1

DE202012103653U1 - Schieberlippe, insbesondere zum Einsatz in Strahlschmelzanlagen

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Publication number: DE202012103653U1
Application number: DE202012103653U
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Lse-Lightweight Structures Engineering De GmbH
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2022-09-25

Abstract

Schieberlippe, insbesondere zum Einsatz in Strahlschmelzanlagen, wobei die Schieberlippe (1) zum gleichmäßigen Auftrag feiner Pulverschichten für generative Strahlschmelzprozesse dient und die Schieberlippe (1) zumindest in Richtung zur Beschichtungsebene (3) aus einem elastischen Werkstoff besteht und mindestens eine Kavität (11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schieberlippe, insbesondere zum Einsatz in Strahlschmelzanlagen, wobei die Schieberlippe zum gleichmäßigen Auftrag feiner Pulverschichten für generative Strahlschmelzprozesse dient und bevorzugt bei der Herstellung von Gegenständen mittels Stereolithographie Anwendung findet.
Aus der Druckschrift DE 0065 656 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Spritzbehandlung, insbesondere Spritzlackierung von Gegenständen bekannt, die eine Niederschlagsfläche für das an den Gegenständen aufgebrachte Spritzmedium sowie mindestens einen Abstreifer zum Entfernen des Niederschlags von der Niederschlagsfläche und eine Auffangwanne zum Sammeln des abgestreiften Niederschlages aufweist. Dabei ist der Abstreifer über die stationäre Niederschlagsfläche hinweg bewegbar angeordnet. Der Abstreifer weist mindestens eine sich über die ganze Breite der Niederschlagsfläche erstreckende massive flexible Schieberlippe auf, so dass die ganze Niederschlagsfläche bei einer Abwärtsbewegung des Abstreifers gereinigt wird.
In der Druckschrift EP 0 565 664 B1 wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Objekts mittels Stereografie, mit einem Behälter zur Aufnahme eines Bades aus flüssigem oder pulverförmigem, durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung verfestigbarem Material, einem Träger zum Positionieren des Objekts relativ zur Oberfläche des Bades und einer Vorrichtung zum Verfestigen einer Schicht des Materials an der Oberfläche mittels elektromagnetischer Strahlung und einem entlang der Oberfläche des Bades verschiebbaren Abstreifer beschrieben, wobei der Abstreifer flexibel auslenkbar ausgebildet ist, einen streifenförmigen schmalen Rechteckquerschnitt aufweist und an einer Schiene befestigt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers durch selektives Laserschmelzen, bei dem aus pulverförmigem, metallischem Werkstoff nach CAD-Daten eines Modells ein Formkörper aufgebaut wird, bei dem mit einer Auftrageinheit eine Pulverschicht aufgetragen wird und bei dem die aufgetragene Pulverschicht durch einen fokussierten Laserstrahl mit einer darunter liegenden Schicht fixiert wird, ist aus der Druckschrift EP 1 234 625 A1 bekannt. Dabei wird die Pulverschicht mit der Auftrageinheit selektiv auf diejenigen Bereiche der Oberfläche des Formkörpers aufgetragen wird, welche unterhalb und/oder an eine Ebene angrenzen, die durch die vorbestimmte Schichtdicke für die nächstfolgende zu verarbeitende Pulverschicht bestimmt wird. Die Pulverschicht wird durch zumindest einmaliges Positionieren über dem Formkörper oder durch zumindest einmaliges Überfahren des Formkörpers mit einer Nivelliereinrichtung auf eine Sollschichtdicke einnivelliert, wobei über die Sollschichtdicke des aufgetragenen Pulvers hinausragende Überhöhungen der zuletzt mit dem Laserstrahl aufgeschmolzenen Schicht durch die Nivelliereinrichtung freigelegt werden. Die Nivelliereinrichtung weist zumindest eine Reihe von Einzelelementen auf, die beim Überfahren von Überhöhungen auslenkbar sind. Dadurch soll erzielt werden, dass die Überhöhungen oder Unebenheiten beim Überfahren des Formkörpers zwischen den Einzelelementen hindurchtreten können. Die Einzelelemente sind sehr schmal oder dünn ausgebildet und weisen einen äußerst geringen Widerstand auf, so dass Beschädigungen an filigranen Strukturen ausbleiben.
Bei der erstgenannten Lösung, die eine zwar elastische, jedoch kompakte Schieberlippe aufweist besteht die Gefahr der Bauteilschädigung, bei dem anderen Stand der Technik besteht die Gefahr eines hohen Verschleißes aufgrund der sehr elastischen Ausbildung der Schieberlippe.
Diese bestehenden Defizite im Einsatz als Nivellierungskomponenten zum Auftrag feiner Pulverschichten für generative Strahlschmelzprozesse sind im Allgemeinen auf deren geometrische Gestaltung sowie dem verwendeten Werkstoff zurückzuführen. So kommen beim bisherigen Stand der Technik üblicherweise trapezförmige Querschnittformen zum Einsatz, welche mit elastischen Materialien – wie etwa Silikonen – oder Materialien hoher Härte – wie etwa Keramiken – zu Nivellierungsstrukturen kombiniert werden. Ein weiterer Nachteil der konventionellen Ausführung besteht darin, dass hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten üblicherweise einen inhomogenen Schichtauftrag zur Folge haben, woraus Fehlstellen resultieren können.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schieberlippe zu entwickeln, die verschleißfest ist und Bauteilbeschädigungen vermeidet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die bestehenden Defizite werden erfindungsgemäß durch eine spezielle geometrische Querschnittform in Verbindung mit einer elastischen und verschleißresistenten Materialauswahl gelöst.
Die geometrische Gestaltung des Komponentenquerschnitts stützt sich auf die Ausbildung mindestens einer Kavität zur Beschichtungsebene. Der sich während des Beschichtungsvorgangs darin ansammelnde pulverförmige Werkstoff bildet dabei einen Zwischenspeicher, um den gleichmäßigen Auftrag einer feinen Pulverschicht auch bei einer geometrischen Unstetigkeit einer darunter liegenden verfestigten Bauteilschicht zu gewährleisten. Die konventionelle Ausführung ohne Kavität(en) hat bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten üblicherweise einen inhomogenen Schichtauftrag zur Folge, woraus Fehlstellen resultieren können. In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen derartige Kavitäten eine Querschnittfläche von 3–12 mm². Zudem weist die erfindungsgemäße Schieberlippe mindestens einen Radius zur Beschichtungsebene auf, welcher zur Homogenisierung des Pulverauftrags beiträgt. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt dieser 0,6–3 mm. Die erfindungsgemäße Ausführung der Schieberlippe besteht zudem aus einem Elastomer auf Naturkautschuk-Basis. In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht dieses aus 65%–70% Naturkautschuk, 17%–23% Füllstoff, 5%–10% technischer Verarbeitungshilfsmittel sowie 3%–8% eines schwefelbasierten Vulkanisationssystems. Diese Kautschukmischung wird mittels eines Vulkanisierungsprozesses unter Zuhilfenahme eines Formpress- oder Extrusionswerkzeuges zur Nivellierungskomponente (Schieberlippe) konsolidiert.
Die erfindungsgemäße Schieberlippe weist geeignete Formschlusselemente auf, um die Verbindung zu einem Führungssystem herstellen zu können. Aufgrund der Beschaffenheit des elastischen Werkstoffs lässt sich die Schieberlippe ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen mit dem Führungssystem verbinden. Zusätzlich sichert der hohe Reibkoeffizient zwischen Schieberlippe und Führungssystem die Position der erfindungsgemäßen Schieberlippe während des generativen Strahlschmelzprozesses. Weiterhin zeichnet sich die neuartige Schieberlippe durch einen hohen Verschleißwiderstand aus.
Die Schieberlippe ist mit einer Führung bzw. einem Führungssystem verbunden oder mit diesem einteilig ausgebildet und wird mit der Führung an der Strahlschmelzanlage befestigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den Querschnitt einer Schieberlippe mit einer Kavität,
2 den Querschnitt einer Schieberlippe mit zwei Kavitäten,
3 den Querschnitt einer Schieberlippe mit einer Kavität, wobei die in Vorschubbewegung nachgeordnete Schieberlippe einen elastischen nach oben schwenkbaren Bereich aufweist,
4 Schieberlippe gem. 1 während des Nivelierungsvorganges.
Gemäß 1 weist die Schieberlippe 1 in Richtung zu der zu beschichteten Oberfläche/Beschichtungsebene 3 zwei Erhebungen 12 auf, zwischen denen eine Kavität 13 ausgebildet ist. Die Kavität weist einen Radius 11.1 auf der der Beschichtungsebene entgegengerichtet ist. Die Erhebungen 12 weisen in Richtung zur Beschichtungsebene jeweils einen Radius 12.1 auf. In der Ausführung gemäß 1 schließt sich in Richtung zur Kavität 1 an den Radius 12.1 jeweils noch eine Fläche 12.2 an, die im Wesentlichen parallel zur Beschichtungsebene 3 liegt. An ihren Außenkanten 12.3 weisen die Erhebungen 12 in Bezug zur Beschichtungsebene 3 eine Neigung mit einem Winkel α auf.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Schieberlippe 1 geeignete Formschlusselemente auf, um die Verbindung zu einem Führungssystem 2 herstellen zu können. Das Führungssystem 2 weist dazu eine T-Nut 2.1 auf, und die Schieberlippe 1 ist dazu korrespondierend mit beidseitigen nach außen weisenden Vorsprüngen 12.4 versehen, die in die T-Nut eingreifen. Aufgrund der Beschaffenheit des elastischen Werkstoffs lässt sich die Schieberlippe 1 ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen mit dem Führungssystem 2 verbinden, indem sie in die T-Nut 2.1 des Führungssystems 2 eingeschoben wird. Zusätzlich sichert der hohe Reibkoeffizient zwischen Schieberlippe 1 und Führungssystem 2 die Position der erfindungsgemäßen Schieberlippe 1 während des generativen Strahlschmelzprozesses.
In 2 wird der Querschnitt einer Schieberlippe 1 mit zwei Kavitäten 11 und drei Erhebungen 12 in Richtung zur Beschichtungsebene 3 gezeigt, die analog zu 1 an einem Führungssystem 2 formschlüssig lösbar befestigt ist. Die äußeren Erhebungen 12 weisen wie in 1 jeweils einen Radius 12.1 und eine Fläche 12.2 auf und die mittlere Erhebung nur einen Radius 12.1.
Der Aufbau der Schieberlippe 1 in 1 und 2 ist im Wesentlichen symmetrisch zur vertikalen Achse A ausgebildet, wodurch auf deren Ausrichtung beim Einschieben in die Nut 2.1 nicht geachtet werden muss.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Kavitäten 11 unterschiedlich auszubilden, z.B. unterschiedlich breit und/oder tief(nicht dargestellt). Analog können die Erhebungen 12 ebenfalls unterschiedlich gestaltet sein.
3 zeigt den Querschnitt einer Schieberlippe mit einer Kavität 11, wobei die in Vorschubbewegung (durch den fetten Pfeil angedeutet) nachgeordnete Erhebung 12’ einen sich nach unten stark verjüngenden und dadurch elastisch nach oben schwenkbaren Bereich 12.5 aufweist.
Eine Schieberlippe 1 gemäß 1 während des Nivelierungsvorganges der auf eine Beschichtungsebene 3 aufgetragenen Werkstoff W ist in 4 dargestellt. Daraus ist erkennbar, dass der sich während des Beschichtungsvorgangs in der Kavität 11 der Schieberlippe 1 ansammelnde pulverförmige Werkstoff W einen Zwischenspeicher bildet, um den gleichmäßigen Auftrag einer feinen Pulverschicht 4 auch bei einer geometrischen Unstetigkeit z.B. einer darunter liegenden verfestigten Bauteilschicht 6 bei der mittels des fetten Pfeiles angedeuteten Vorschubrichtung zu gewährleisten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die derartigen Kavitäten 11 eine Querschnittfläche von 3–12 mm². Zudem weist die erfindungsgemäße Schieberlippe 1 mindestens einen Radius 12.1 zur Beschichtungsebene 3 auf, welcher zur Homogenisierung des Pulverauftrags beiträgt. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt dieser 0,6–3 mm.
Gemäß nicht dargestellter Ausführungsbeispiele kann die Schieberlippe mit dem Führungssystem auch in Mehrkomponentenspritzgießtechnik hergestellt sein (z.B. im 2-K Spritzgießverfahren), wobei dann das Führungssystem insbesondere aus einem hochsteifen Kunststoff – wie etwa glasfasergefülltem Polyamid (PA-GF) – besteht und die Schieberlippe aus einem elastischem Werkstoff.
Weiterhin kann die Verbindung der Teilkomponenten in Form von Schieberlippe und Führungssystem stoff-, form- oder kraftschlüssig oder durch eine Kombination dieser Verbindungsverfahren erfolgen.
Die Querschnittform der erfindungsgemäßen Schieberlippe kann auch in axialer Richtung (Längsrichtung) transformierbar/veränderbar sein (z.B. Verjüngung, Aufweitung, Variation der Kavitätsform), wobei die Ausbildung mindestens einer Kavität erhalten bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Schieberlippe
2: Führungssystem
2.1: T-Nut
3: Beschichtungsebene
4: Pulverschicht
6: Bauteilschicht
11: Kavität
11.1: Radius der Kavität
12: Erhebung
12’: nachgeordnete Erhebung
12.1: Radius der Erhebung
12.2: Fläche
12.3: Außenkanten
12.4: Vorsprünge
12.5: Schwenkbarer Bereich
α: Winkel
A: Achse
W: Werkstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 0065656 A1 [0002]
EP 0565664 B1 [0003]
EP 1234625 A1 [0004]

Claims

Schieberlippe, insbesondere zum Einsatz in Strahlschmelzanlagen, wobei die Schieberlippe (1) zum gleichmäßigen Auftrag feiner Pulverschichten für generative Strahlschmelzprozesse dient und die Schieberlippe (1) zumindest in Richtung zur Beschichtungsebene (3) aus einem elastischen Werkstoff besteht und mindestens eine Kavität (11) aufweist.
Schieberlippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (11) zwischen in Richtung zur Beschichtungsebene (3) weisenden Erhebungen (12) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Erhebungen (12) eine konvexe Krümmung in Richtung zur Beschichtungsebene (3) aufweist.
Schieberlippe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Erhebung (12) einen Radius (12.1) in Richtung zur Beschichtungsebene (3) aufweist.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (11) einen Radius (11.1) in Richtung zur Beschichtungsebene (3) aufweist, dessen Krümmungsrichtung der Krümmungsrichtung des Radius (12.1) entgegengesetzt ist.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und die Kavität in Längsrichtung der Schieberlippe verlaufen.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberlippe (1) aus einem Elastomer, insbesondere Naturkautschuk besteht.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberlippe (1) mit einem Führungssystem (2) in Wirkverbindung steht.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberlippe (2) formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder mit einer Kombination der vorgenannten Verbindungsarten mit dem Führungssystem (2) gekoppelt ist.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberlippe (2) einteilig mit dem Führungssystem (1) in Mehrkomponentenspritzgießtechnik hergestellt ist.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (2) der Schieberlippe (1) aus einem hochsteifen Kunststoff oder Metall besteht.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (2) der Schieberlippe (1) aus glasfasergefülltem Polyamid (GF-PA) – besteht und die Schieberlippe (1) aus elastischem Werkstoff.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittform der Schieberlippe (2) in axialer Richtung (Längsrichtung) verändert.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schieberlippe (2) in Längsrichtung in ihrer Breite und/oder Höhe verändert, wobei die Ausbildung mindestens einer Kavität (11) über deren gesamte Länge erhalten bleibt.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (11) einen Zwischenspeicher bildet für Werkstoff (W) aus dem Beschichtungsmaterial, welcher während des Beschichtungsvorgangs durch die Schieberlippe (1) aus der Pulverschicht (4) aufgenommen wurde.
Schieberlippe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (11) eine Querschnittfläche von 3–12 mm² aufweist.