DE-102024125133-B4 - Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten mittels eines Reinigungsmodus sowie Verfahren zur additiven Fertigung eines Produktes mittels eines Reinigungsmodus

Abstract

Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten (2), bei der durch lokale Aushärtung eines unter Lichteinstrahlung aushärtenden Resins schichtweise ein Produkt erzeugt wird, mit - einem Resinbehälter (3) zur Aufnahme eines Resins während des Druckvorgangs, - einem in zumindest einer Höhenrichtung verfahrbaren Druckkopf (4), - einer Druckeinheit (5) zur lokalen Beaufschlagung des im Resinbehälter (3) vorrätig gehaltenen Resins mit einem die lokale Aushärtung des Resins bewirkenden Licht zur Erzeugung des Produkts (2), und - einem ersten Reinigungsbehälter (6) zur Aufnahme eines Reinigungsmediums, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, in einem Reinigungsmodus a) zunächst den Druckkopf (4) in den ersten Reinigungsbehälter (6) hinein zu bewegen, b) dort eine Bewegungsabfolge umfassend eine wiederholte vertikale Auf-/Abwärtsbewegung des Druckkopfes (4) auszuführen, durch die eine Strömung in dem dort befindlichen Reinigungsmedium erzeugt wird, und c) nachfolgend den Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus zu bewegen.

Inventors

• Leonard Georg Krebs
• Maximilian Straßer
• Alexander Michael Leander Stieren

Assignees

• micro factory 3DSolutions GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240903

Claims (17)

1. Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten (2), bei der durch lokale Aushärtung eines unter Lichteinstrahlung aushärtenden Resins schichtweise ein Produkt erzeugt wird, mit - einem Resinbehälter (3) zur Aufnahme eines Resins während des Druckvorgangs, - einem in zumindest einer Höhenrichtung verfahrbaren Druckkopf (4), - einer Druckeinheit (5) zur lokalen Beaufschlagung des im Resinbehälter (3) vorrätig gehaltenen Resins mit einem die lokale Aushärtung des Resins bewirkenden Licht zur Erzeugung des Produkts (2), und - einem ersten Reinigungsbehälter (6) zur Aufnahme eines Reinigungsmediums, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, in einem Reinigungsmodus a) zunächst den Druckkopf (4) in den ersten Reinigungsbehälter (6) hinein zu bewegen, b) dort eine Bewegungsabfolge umfassend eine wiederholte vertikale Auf-/Abwärtsbewegung des Druckkopfes (4) auszuführen, durch die eine Strömung in dem dort befindlichen Reinigungsmedium erzeugt wird, und c) nachfolgend den Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus zu bewegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Bewegungsabfolge eine wiederkehrende Bewegung mit einer Periodendauer größer als 0,1s, vorzugsweise kleiner als 60s, weiter vorzugsweise zwischen 0,5s und 60s, weiter vorzugsweise zwischen 0,5s und 2s umfasst.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, nach dem Herausbewegen des Druckkopfs (4) aus dem Reinigungsmedium eine Abtropfphase folgen zu lassen, welche vorzugweise zwischen 10s und 120s dauert und dann die Schritte a) bis c) zu wiederholen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten Reinigungsbehälter (16), wobei die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den Druckkopf (4) zunächst in den ersten Reinigungsbehälter (6) zu bewegen, um dort einen ersten Reinigungsvorgang auszuführen und anschließend in den zweiten Reinigungsbehälter (16) zu bewegen, um dort einen zweiten Reinigungsvorgang auszuführen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der erste und zweite Reinigungsbehälter (6, 16) verschiebbar angeordnet sind und die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, zwischen dem ersten und zweiten Reinigungsvorgang den zweiten Reinigungsbehälter (16) in die Position des ersten Reinigungsbehälters (6) zu verschieben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Trennplatte (8) vorgesehen ist, an welcher erzeugte Produkte anhaften und die mit dem Druckkopf (4) lösbar gekoppelt ist.
7. Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten (2), bei der durch lokale Aushärtung eines unter Lichteinstrahlung aushärtenden Resins schichtweise ein Produkt erzeugt wird, mit - einem Resinbehälter (3) zur Aufnahme eines Resins während des Druckvorgangs, - einem in zumindest einer Höhenrichtung verfahrbaren Druckkopf (4), - einer Druckeinheit (5) zur lokalen Beaufschlagung des im Resinbehälter (3) vorrätig gehaltenen Resins mit einem die lokale Aushärtung des Resins bewirkenden Licht zur Erzeugung des Produkts (2), und - einem Reinigungsbehälter (6) zur Aufnahme eines Reinigungsmediums, mit einer Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, in einem Reinigungsmodus a) zunächst den Druckkopf (4) in den Reinigungsbehälter (6) hinein zu bewegen, b) dort eine Bewegungsabfolge auszuführen, durch die eine Strömung in dem dort befindlichen Reinigungsmedium erzeugt wird, und c) nachfolgend den Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus zu bewegen, gekennzeichnet dadurch, dass eine Trennplatte (8) vorgesehen ist, an welcher das erzeugte Produkt (2) anhaftet, und die mit dem Druckkopf (4) lösbar gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, eine Reinigung von Kontaktflächen zwischen dem Druckkopf (4) und der Trennplatte (8) durchzuführen, indem der Druckkopf (4) von der Trennplatte (8) entkoppelt, und im Reinigungsmedium bewegt wird, wobei die Trennplatte (8) mit dem daran anhaftenden, erzeugten Produkt (2) nach der Reinigung der Kontaktflächen wieder mit dem Druckkopf (4) gekoppelt und aus dem Reinigungsbehälter (6) entfernt wird.
8. Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten (2), bei der durch lokale Aushärtung eines unter Lichteinstrahlung aushärtenden Resins schichtweise ein Produkt erzeugt wird, mit - einem Resinbehälter (3) zur Aufnahme eines Resins während des Druckvorgangs, - einem in zumindest einer Höhenrichtung verfahrbaren Druckkopf (4), - einer Druckeinheit (5) zur lokalen Beaufschlagung des im Resinbehälter (3) vorrätig gehaltenen Resins mit einem die lokale Aushärtung des Resins bewirkenden Licht zur Erzeugung des Produkts (2), und - einem ersten Reinigungsbehälter (6) zur Aufnahme eines Reinigungsmediums, mit einer Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, in einem Reinigungsmodus a) zunächst den Druckkopf (4) in den Reinigungsbehälter (6) hinein zu bewegen, b) dort eine Bewegungsabfolge auszuführen, durch die eine Strömung in dem dort befindlichen Reinigungsmedium erzeugt wird, und c) nachfolgend den Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus zu bewegen, mit einem zweiten Reinigungsbehälter (16), gekennzeichnet dadurch, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den Druckkopf (4) zunächst in den ersten Reinigungsbehälter (6) zu bewegen, um dort einen ersten Reinigungsvorgang auszuführen und anschließend in den zweiten Reinigungsbehälter (16) zu bewegen, um dort einen zweiten Reinigungsvorgang auszuführen, wobei der erste und zweite Reinigungsbehälter (6, 16) verschiebbar angeordnet sind und die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, zwischen dem ersten und zweiten Reinigungsvorgang den zweiten Reinigungsbehälter (16) in die Position des ersten Reinigungsbehälters (6) zu verschieben.
9. Verfahren zur Erzeugung eines Produkts mit den Schritten: - Durchführung eines additiven Verfahrens, bei dem das Produkt durch lokale Aushärtung eines Resins schichtweise aufgebaut wird, - Reinigen des Produkts in einem Reinigungsmodus durch Eintauchen in ein Reinigungsmedium, dadurch gekennzeichnet , dass in dem Reinigungsmodus a) ein Druckkopf (4), mit dem das Produkt (8) gekoppelt ist, in das Reinigungsmedium hinein bewegt wird, b) dort in einer Reinigungsphase eine Bewegungsabfolge umfassend eine wiederholte vertikale Auf-/Abwärtsbewegung des Druckkopfes (4) ausführt, durch die eine Strömung des Reinigungsmediums erzeugt wird, und c) nachfolgend der Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus bewegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Reinigen des Produkts (8) ein Nachhärten des Produkts (8) durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , dass die Bewegungsabfolge eine wiederkehrende Bewegung mit einer Periodendauer größer als 0,1s, vorzugsweise kleiner als 60s, weiter vorzugsweise zwischen 0,5s und 60s, weiter vorzugsweise zwischen 0,5s und 2s umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Herausbewegen des Druckkopfs (4) aus dem Reinigungsmedium eine Abtropfphase folgt, welche vorzugweise zwischen 10s und 120s dauert und dann die Schritte a) bis c) wiederholt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Trennplatte (8) vorgesehen ist an welcher das Produkt (2) anhaftet und die mit dem Druckkopf (4) gekoppelt und von diesem entkoppelt werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass - nach der Reinigungsphase die Trennplatte (8) von dem Druckkopf (4) entkoppelt wird und - nachfolgend eine Reinigung der Kontaktflächen zwischen dem Druckkopf (4) und der Trennplatte (8) durchgeführt wird, indem der Druckkopf (4) in dem Reinigungsmedium bewegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet , dass die Trennplatte (8) nachfolgend wieder mit dem Druckkopf (4) gekoppelt wird.
16. Verfahren zur Erzeugung eines Produkts mit den Schritten: - Durchführung eines additiven Verfahrens, bei dem das Produkt durch lokale Aushärtung eines Resins schichtweise aufgebaut wird, - Reinigen des Produkts in einem Reinigungsmodus durch Eintauchen in ein Reinigungsmedium, wobei in dem Reinigungsmodus a) ein Druckkopf (4), mit dem das Produkt (8) gekoppelt ist, in das Reinigungsmedium hinein bewegt wird, b) dort in einer Reinigungsphase eine Bewegungsabfolge ausführt, durch die eine Strömung des Reinigungsmediums erzeugt wird, und c) nachfolgend der Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus bewegt wird, wobei eine Trennplatte (8) vorgesehen ist, an welcher das Produkt (2) anhaftet und die mit dem Druckkopf (4) gekoppelt und von diesem entkoppelt werden kann wobei im Verfahren die Trennplatte (8) vom Druckkopf (4) entkoppelt wird und eine Reinigung von Kontaktflächen zwischen dem Druckkopf (4) und der Trennplatte (8) durchgeführt wird, indem der Druckkopf (4) in dem Reinigungsmedium bewegt wird, wobei die Trennplatte (8) mit dem daran anhaftenden Produkt (2) nach der Reinigung der Kontaktflächen wieder mit dem Druckkopf (4) gekoppelt und aus dem Reinigungsbehälter (6) entfernt wird.
17. Verfahren zur Erzeugung eines Produkts mit den Schritten: - Durchführung eines additiven Verfahrens, bei dem das Produkt durch lokale Aushärtung eines Resins schichtweise aufgebaut wird, - Reinigen des Produkts in einem Reinigungsmodus durch Eintauchen in ein Reinigungsmedium, welches sich in einem ersten Reinigungsbehälter (6) befindet, wobei in dem Reinigungsmodus a) ein Druckkopf (4), mit dem das Produkt (8) gekoppelt ist, in das Reinigungsmedium hinein bewegt wird, b) dort in einer Reinigungsphase eine Bewegungsabfolge ausführt, durch die eine Strömung des Reinigungsmediums erzeugt wird, und c) nachfolgend der Druckkopf (4) aus dem Reinigungsmedium heraus bewegt wird, wobei die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, den Druckkopf (4) zunächst in den ersten Reinigungsbehälter (6) zu bewegen, um dort einen ersten Reinigungsvorgang auszuführen und anschließend in einen zweiten Reinigungsbehälter (16) zu bewegen, um dort einen zweiten Reinigungsvorgang auszuführen, wobei der erste und zweite Reinigungsbehälter (6, 16) verschiebbar angeordnet sind und die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, zwischen dem ersten und zweiten Reinigungsvorgang den zweiten Reinigungsbehälter (16) in die Position des ersten Reinigungsbehälters (6) zu verschieben.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der additiven Fertigung von Produkten, was oft als 3D-Druck bezeichnet wird. Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht entsprechend eines digitalen Modells aufgebaut werden. Bei einem als Stereolithografie (SLA) bezeichneten Verfahren wird Harz, im Folgenden als Resin bezeichnet, schichtweise belichtet und so in den Bereichen ausgehärtet, die vom Licht erreicht werden. Weiterhin gehört zur Herstellung eines Produkts mit dem SLA-Verfahren, dass nach dem Schichtaufbau eine Reinigung durchgeführt wird und je nach Material eine Nachhärtung. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die nach dem SLA-Verfahren arbeitet, sowie ein solches Verfahren. Die Vorrichtung weist einen Resinbehälter zur Aufnahme des Resins während des Druckvorgangs, einen in zumindest einer Höhenrichtung verfahrbaren Druckkopf, eine Druckeinheit zur lokalen Belichtung des im Resinbehälter vorrätig gehaltenen Resins mit einem die lokale Aushärtung des Resins bewirkenden Licht zur Erzeugung des Produkts und einen Reinigungsbehälter zur Aufnahme eines Reinigungsmediums auf. Der Begriff Resin wird hierbei für ein Harz verwendet, welches unter Lichteinwirkung aushärtet. Für die Qualität der mittels Stereolithografie gefertigten Bauteile ist es wichtig, dass die Bauteile dem digitalen Modell entsprechen, auf dessen Basis der Drucker angesteuert wurde. Deswegen ist es wichtig, dass an den Bauteilen anhaftende, nicht ausgehärtete Resinrückstände entfernt werden. Nur so können hochwertige Oberflächen erreicht und die Toleranzen eingehalten werden. Aktuell verfügbare Systeme zur Reinigung von mittels Stereolithografie gefertigten Bauteilen basieren im Wesentlichen auf zwei Ansätzen. Entweder kommen Systeme zum Einsatz, die durch Rührer eine Strömung im Reinigungsmedium erzeugen und so die Bauteile von anhaftenden Harzresten befreien, oder es wird ein Ultraschallbad verwendet, bei dem durch Ultraschallwellen Kavitationsblasen an den Oberflächen entstehen, welche die Bauteile reinigen. Rührsysteme sind jedoch unzureichend, wenn komplexe Geometrien oder innenliegende Strukturen gereinigt werden müssen. Ultraschallbäder bergen dagegen das Risiko, feine Strukturen und Oberflächen durch die intensive Einwirkung der Kavitationsblasen zu beschädigen. Außerdem können Ultraschallwellen nicht in feine Löcher eindringen. Aus der EP 3 702 052 A1 ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bekannt, bei der eine Reinigung durch ein Reinigungsmedium erfolgt, wobei eine Zirkulation des Reinigungsmediums durch einen mechanischen Rührer erzeugt wird. Aus der US 2020/0078831 A1 ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bekannt, bei der das Objekt bei der Reinigung in einer Reinigungsflüssigkeit rotiert wird. Aus der JP H07- 60 843 A ist eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Objekts bekannt, bei der eine Reinigung in einem Reinigungsmittel durch Ultraschallreinigung durchgeführt wird. Aus der US 2019 / 0 224 918 A1 geht ein Multimaterial-3D-Druck-Verfahren hervor, bei dem eine Reinigung durch eine Bürste erfolgt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Produkten und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, bei denen die Reinigungsleistung verbessert ist. Diese Aufgabe wird jeweils durch eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 7 und 8 gelöst. Darüber hinaus ist in den unabhängigen Verfahrensansprüchen 9, 16 und 17 jeweils ein verbessertes Verfahren zur Reinigung angegeben. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen. Die Vorrichtung ist eingangs genannter Art und weist eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, in einem Reinigungsmodus zunächst den Druckkopf in das Reinigungsmedium hinein zu bewegen, dort eine Bewegungsfolge auszuführen, durch die eine Strömung erzeugt wird, und nachfolgend den Druckkopf aus dem Reinigungsmedium heraus zu bewegen. Bezüglich eines Verfahrens wird die Lösung der Aufgabe durch den unabhängigen Verfahrensanspruch angegeben. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass neben den Außenflächen auch interne Strukturen wie Kanäle vollständig gereinigt werden. Dies ist insbesondere wichtig in Anwendungen, bei denen Präzision und Zuverlässigkeit der Komponenten wichtig sind. Der erfindungsgemäße Reinigungsmodus vermeidet diese Probleme. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst die Bewegungsfolge eine wiederholte vertikale Auf-/Abwärtsbewegung des Druckkopfes. Durch eine wiederholte, beispielsweise pulsierend vertikale Bewegung des Druckkopfes wird das Reinigungsmittel vom Druckkopf und den daran anhaftenden Produkten verdrängt und beginnt turbulent zu strömen. Im Gegensatz zu Rührreiniger-Systemen werden hier die größten Strömungsgeschwindigkeiten an den Oberflächen der Produkte erzeugt. Dadurch entsteht eine intensive Reinigung auch dort, wo sie wirklich gebraucht wird. Eine Besonderheit der Erfindung liegt demzufolge daran, dass sie es ermöglicht,