DE102007014968A1 - Device for the production of articles - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen (29) durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff, umfassend eine Trägeranordnung mit einem Träger (28) und einem den Träger (28) umgebenden Bauzylinder (18), die gemeinsam einen Bauraum (24) für den Schichtaufbau bilden, und eine Bestrahlungseinrichtung (20) zur Bestrahlung der jeweils zuletzt auf der Trägeranordnung präparierten Werkstoffpulverschicht in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstands (29) oder ggbesondere Laserstrahlung, die das Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder ggf. zum Versintern bringt, wobei die Bestrahlungseinrichtung eine steuerbare Zieleinrichtung für die Strahlung zur ortsselektiven Bestrahlung des Baufeldes aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bauzylinder (18) bezüglich des Trägers (28) vertikal beweglich ist, um mit zunehmender Schichtanzahl einen Bauraum (24) größerer Höhe bilden zu können.The present invention relates to a device for the production of articles (29) by layering of powdered, in particular metallic and / or ceramic material, comprising a carrier arrangement with a carrier (28) and a construction cylinder (18) surrounding the carrier (28) Together form a space (24) for the layer structure, and an irradiation device (20) for irradiating the last on the carrier assembly prepared material powder layer in a layer associated cross-sectional area of the subject (29) or ggbesondere laser radiation passing through the material powder in this cross-sectional area Heating for fusing or possibly for sintering brings, wherein the irradiation device has a controllable target device for the radiation for the location-selective irradiation of the construction field. According to the invention, it is provided that the structural cylinder (18) is vertically movable with respect to the carrier (28) in order to be able to form an installation space (24) of greater height as the number of layers increases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff, wobei sie eine Trägeranordnung mit einem Träger und einem den Träger umgebenden Bauzylinder umfasst, die gemeinsam einen Bauraum für den Schichtaufbau bilden, und wobei sie ferner eine Bestrahlungseinrichtung zur Bestrahlung der jeweils zuletzt auf der Trägeranordnung präparierten Werkstoffpulverschicht in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstands oder ggf. der betreffenden Gegenstände mit Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, die das Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder ggf. zum Versintern bringt, wobei die Bestrahlungseinrichtung eine steuerbare Zieleinrichtung für die Strahlung zur ortsselektiven Bestrahlung des Baufeldes aufweist.The The present invention relates to an apparatus for manufacturing of objects by layering of powdered, in particular metallic or / and ceramic material, wherein a carrier assembly with a carrier and a construction cylinder surrounding the carrier, which together form a space for the layer structure, and where they Furthermore, an irradiation device for irradiating the respective last on the carrier assembly prepared material powder layer in one of these layer associated cross-sectional area of the relevant Object or, where applicable, the objects concerned with radiation, in particular laser radiation, the material powder in this cross-sectional area brings to fusion or possibly sintering by heating, wherein the irradiation device is a controllable target device for the radiation for the location-selective irradiation of the construction field having.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Gebiet des selektiven Laserschmelzens und geht von einer Technologie aus, wie sie beispielsweise in der WO 2006/024373 A2 oder der DE 10 2005 014 483 A1 beschrieben ist, wobei die Erfindung auch auf dem Gebiet des Lasersinterns anwendbar ist.The invention particularly relates to the field of selective laser melting and is based on a technology, as described for example in the WO 2006/024373 A2 or the DE 10 2005 014 483 A1 The invention is also applicable in the field of laser sintering.

Gemäß der DE 10 2005 014 483 A1 wurde das selektive Laserschmelzen bisher überwiegend zur Herstellung von filigranen oder kompliziert geformten Kleinteilen in der Einzelfertigung eingesezt. Dies liegt daran, dass das Baufeld auf dem Träger für den Schichtenaufbau auf eine relativ kleine Baufeldfläche begrenzt war, einerseits, weil die Bestrahlungseinrichtung lediglich eine eng begrenzte Fläche mit der geforderten Strahlqualität selektiv bestrahlen kann, und andererseits, weil die Herstellung größerer Gegenstände mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens auch die Handhabung entsprechend großer Mengen an Werkstoffpulver erfordern, wodurch die Trägerplattform mit sehr großem Gewicht belastet wird. Die Feinabstufung bei der bekannten vertikalen Bewegung der Trägerplattform zur Einstellung des korrekten Arbeitsabstands zwischen der Schichtenoberfläche und der Bestrahlungseinrichtung wird somit mit zunehmendem Gewicht des Werkstoffpulvers auf der Trägerplattform schwieriger.According to the DE 10 2005 014 483 A1 So far, selective laser melting has mainly been used to produce filigree or intricately shaped small parts in single-part production. This is due to the fact that the construction field on the support for the layer construction was limited to a relatively small construction field surface, on the one hand because the irradiation device can selectively irradiate only a limited area with the required beam quality, and on the other hand because the production of larger objects with the method the selective laser melting also require the handling of correspondingly large amounts of material powder, whereby the carrier platform is loaded with very large weight. The fine gradation in the known vertical movement of the support platform for adjusting the correct working distance between the layer surface and the irradiation device thus becomes more difficult as the weight of the material powder on the support platform increases.

Aufgabe der Erfindung ist, es eine Vorrichtung der genannten Art bereitzustellen, welche die Herstellung größerer Gegenstände oder ggf. einer größeren Anzahl von Gegenständen ermöglicht.task the invention is to provide a device of the type mentioned, which the production of larger items or possibly a larger number of objects allows.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Bauzylinder bezüglich des Trägers vertikal beweglich ist, um mit zunehmender Schichtanzahl einen Bauraum größerer Höhe bilden zu können.to Solution to this problem is proposed according to the invention, that the building cylinder with respect to the carrier vertical is movable, with increasing number of layers a space of greater height to be able to form.

Da der vertikal verstellbare Bauzylinder ein im Wesentlichen konstantes Gewicht aufweist, bleiben auch die vertikal wirkenden Kräfte, die bei einer Vertikalbewegung zu berücksichtigen sind, unabhängig von der Schichtdicke im Wesentlichen gleich. Gegebenenfalls sind bei zunehmender Schichtdicke leicht erhöhte Reibungskräfte zu überwinden, welche zwischen der Innenseite des Bauzylinders und dem Werkstoffpulver wirken. Der Träger, welcher das gesamte Gewicht des Werkstoffpulvers abstützen muss, kann somit zumindest während der Herstellung eines Gegenstandes fest an einem auf dem Boden stehenden Basisrahmen der Vorrichtung abgestützt werden. Da der Träger üblicherweise beheizt werden kann, hat dies den weiteren Vorteil, dass Zuleitungen, insbesondere für die integrierte Heizung, für Temperaturfühler und dergleichen nicht bewegt werden müssen.There the vertically adjustable construction cylinder is a substantially constant Weight, the vertical forces, to be considered in a vertical movement, regardless of the layer thickness substantially the same. Optionally, the layer thickness increases slightly To overcome frictional forces, which between the inside of the building cylinder and the material powder act. The carrier, which is the total weight of the material powder must support at least during the Making an object firmly on a floor standing Base frame of the device are supported. As the carrier usually can be heated, this has the further advantage that supply lines, especially for the integrated heating, for Temperature sensor and the like need not be moved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bestrahlungseinrichtung insbesondere synchron mit dem Bauzylinder vertikal beweglich, so dass der Abstand zwischen der Bestrahlungseinrichtung, insbesondere der Zieleinrichtung, und einer jeweils zu bestrahlenden Werkstoffpulverschicht im Wesentlichen gleicht bleibt. Sofern der Abstand zwischen der Bestrahlungseinheit und der zu bestrahlenden Werkstoffpulverschicht variabel einstellbar ist, kann damit durch leichte Fokaleinstellungsänderung auch die Größe des auf der Werkstoffpulverschicht auftreffenden Punkts des Strahls beeinflusst werden.According to one preferred embodiment, the irradiation device is in particular synchronously with the building cylinder vertically movable, so that the distance between the irradiation device, in particular the target device, and a respective material to be irradiated powder layer substantially remains the same. Unless the distance between the irradiation unit and the material powder layer to be irradiated variably adjustable can be so with slight focus adjustment change as well the size of the incident on the material powder layer Point of the beam to be influenced.

Sofern eine synchrone Bewegung erforderlich ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Bauzylinder und die Bestrahlungseinrichtung durch eine Rahmenkonstruktion miteinander verbunden sind, so dass zwischen ihnen ein fester Vertikalabstand gewährleistet ist, der bei Veränderung der vertikalen Höhe des Bauzylinders durch die gleichzeitige Vertikalverschiebung der Bestrahlungseinrichtung beibehalten wird.Provided a synchronous movement is required, it is particularly advantageous when the building cylinder and the irradiation device by a frame construction are interconnected, so that between them a fixed vertical distance is ensured when changing the vertical height of the construction cylinder by the simultaneous vertical displacement of the Irradiation device is maintained.

Um die Vertikalbewegung des Bauzylinders zu bewirken, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung wenigstens eine Hubvorrichtung umfasst. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass es alternativ zur oben erwähnten Rahmenkonstruktion zwischen Bauzylinder und Bestrahlungseinrichtung denkbar ist, dass der Bauzylinder und die Bestrahlungseinrichtung über jeweils gesonderte Hubvorrichtungen in ihrer vertikalen Höhe einstellbar sind, so dass ggf. auch ein unterschiedlicher Abstand zwischen der Bestrahlungseinrichtung und dem Bauzylinder einstellbar ist.Around to cause the vertical movement of the building cylinder, it is proposed in that the device comprises at least one lifting device. In In this context, it should be noted that it is alternative to the above-mentioned frame construction between building cylinder and irradiation device is conceivable that the building cylinder and the irradiation device via separate lifting devices are adjustable in their vertical height, so that if necessary also a different distance between the irradiation device and the construction cylinder is adjustable.

Die Hubvorrichtung, welche vorzugsweise über eine Steuereinrichtung angesteuert wird, so dass der Bauzylinder entsprechend der gewünschten Dicke einer jeweiligen, aufzutragenden Werkstoffpulverschicht in seiner Höhe verstellbar ist, ist vorzugsweise als hydraulischer oder mechanischer Stellantrieb ausgebildet. Ein solcher Stellantrieb sollte entsprechend der gewünschten Dicke einer jeweiligen, aufzutragenden Werkstoffpulverschicht schrittweise einstellbar sein, insbesondere um wenige Mikrometer pro Schicht, was eine präzise Ansteuerung erforderlich macht. Eine solche Präzision der Ansteuerung wird vorteilhaft dadurch unterstützt, dass mit dem Stellanatrieb nur der Bauzylinder und ggf. die Bestrahlungseinrichtung vertikal verstellt werden muss bzw. müssen, dessen bzw. deren Gewicht konstant ist, so dass die Bemessung des Stellantriebs entsprechend gewählt werden kann.The lifting device, which is preferably controlled by a control device, so that the building cylinder according to the desired Thickness of a respective material powder layer to be applied is adjustable in height, is preferably designed as a hydraulic or mechanical actuator. Such an actuator should be gradually adjustable according to the desired thickness of a respective material powder layer to be applied, in particular by a few micrometers per layer, which requires precise control. Such a precision of the control is advantageously supported by the fact that with the Stellanatrieb only the building cylinder and possibly the irradiation device must be adjusted vertically or must, whose or their weight is constant, so that the design of the actuator can be selected accordingly.

Um eine jeweilige Werkstoffpulverschicht auf der zuletzt bestrahlten Werkstoffpulverschicht auftragen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Präparierung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht auf der zuletzt bestrahlten Werkstoffpulverschicht aufweist, wobei diese Schichtenpräparationseinrichtung einen im Abstand der gewünschten Pulverschichtdicke über der zuletzt bestrahlten Schicht hinweg bewegbaren Glättungsschieber zur Einebnung einer jeweiligen Menge an Werkstoffpulver über der zuletzt bestrahlten Schicht aufweist.Around a respective powder layer on the last irradiated It is proposed to be able to apply that the device has a device for preparation a respective material powder layer on the last irradiated Material powder layer, wherein this layer preparation device one at a distance of the desired powder layer thickness the last irradiated layer away movable smoothing slider for leveling a respective amount of material powder over the last irradiated layer.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Schichtenpräparationseinrichtung insbesondere synchron mit dem Bauzylinder vertikal beweglich ist, wobei im Speziellen daran gedacht wird, dass die Schichtenpräparationseinrichtung in einem vertikal oberen Randbereich des Bauzylinders angeordnet ist und ihr Glättungsschieber relativ zum Bauzylinder in horizontaler Richtung beweglich ist.in this connection it is particularly preferred that the layer preparation device is vertically movable in particular synchronously with the structural cylinder, in particular, it is contemplated that the layer preparation device arranged in a vertically upper edge region of the construction cylinder is and her smoothing slide relative to the building cylinder in horizontal Direction is movable.

Besonders bevorzugt ist es, dass der Glättungsschieber in horizontaler Richtung über den Rand des Bauzylinders hinweg beweglich ist, um überschüssiges Werkstoffpulver aus dem Bauraum in einen Sammelbehälter zu entfernen. Das über den Rand des Bauzylinders hinweg geschobene Werkstoffpulver fällt vorzugsweise in neben dem Bauzylinder entlang verlaufende Schächte, die in den Sammelbehälter münden. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Glättungsschieber innerhalb des Bauzylinders verfahrbar ist, wobei dies selbstverständlich entsprechende Umgestaltungen am Bauzylinder erforderlich macht, um überschüssiges Werkstoffpulver dem Sammelbehälter zuführen zu können.Especially it is preferred that the smoothing slide in horizontal Moving direction over the edge of the building cylinder is to remove excess material powder from the To remove space in a collection container. The above the material cylinder powder pushed past the edge of the construction cylinder falls preferably in shafts running alongside the structural cylinder, which lead into the collection container. Alternatively it is it is also conceivable that the smoothing slider within the Bauzylinders is movable, and this of course requires corresponding modifications to the structural cylinder, excess material powder to the collection container to be able to supply.

Damit der Bauraum von Werkstoffpulver gereinigt werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Werkstoffpulverentfernungseinrichtung aufweist, mit der, insbesondere nach Fertigstellung des Gegenstands, überschüssiges Werkstoffpulver einem bzw. dem Sammelbehälter zuführbar ist. Hierbei kann beispielsweise ein sich am unteren Rand des Bauzylinders anschließender Trichter vorgesehen sein, der es ermöglicht, nach Fertigstellung des Gegenstands den Bauzylinder soweit anzuheben, dass zwischen dem unteren Rand des Bauzylinders und dem Träger ein Spalt entsteht, der einen Übergang zwischen dem Bauraum und dem Trichter bildet, so dass überschüssiges Werkstoffpulver schwerkraftbedingt aus dem Bauraum in den sich darunter anschließenden Trichter fällt. Ferner kann auch eine Vakuumpumpe oder dergleichen vorgesehen werden, welche durch Erzeugung eines Unterdrucks Werkstoffpulver aus dem Bauraum entfernt und dem Sammelbehälter zuführt. Alternativ ist selbstverständlich auch eine Kompressoreinrichtung denkbar zum Ausblasen des Werkstoffpulvers aus dem Bauraum.In order to the space of material powder can be cleaned, it is proposed in that the device is a material powder removal device with which, especially after completion of the article, excess Material powder is fed to one or the collection container. Here, for example, at the bottom of the building cylinder be provided subsequent funnel, which makes it possible after completion of the object to lift the building cylinder so far, that between the lower edge of the building cylinder and the carrier a gap is created, which creates a transition between the installation space and the funnel forms so that excess Material powder by gravity from the space in the below subsequent funnel falls. Further, too a vacuum pump or the like may be provided which by Generation of a vacuum material powder removed from the space and feeds to the collection container. Alternatively, of course also a compressor device conceivable for blowing out the material powder from the installation space.

Um die vollständige Entfernung von Werkstoffpulver weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der Träger drehbar oder/und schwenkbar oder/und rüttelbar gelagert ist. Eine solche Lagerung ermöglicht es, beispielsweise nach Herausnahme des fertigen Gegenstands, den Träger um eine horizontal verlaufende Zentralachse zu schwenken, so dass überschüssiges Werkstoffpulver entlang der geneigten Oberfläche des Trägers in Richtung des Sammelbehälters rieselt. Eine ähnliche Wirkung kann durch eine Vibration des Trägers erreicht werden, bei welcher sich ggf. an der Trägeroberfläche anhaftende Pulverrückstände von dieser lösen und in den Sammelbehälter entfernt werden können.Around the complete removal of material powder on To simplify, it is proposed that the carrier be rotatable or / and pivotable and / or vibratory bar is stored. A Such storage makes it possible, for example, after removing the finished object, the carrier around a horizontally extending Pan to pivot, leaving excess Material powder along the inclined surface of the carrier trickles in the direction of the collection container. A similar Effect can be achieved by vibration of the wearer be, in which possibly adhering to the support surface Dissolve powder residues from this and can be removed in the collection container.

Um Oxidationseinflüsse am Werkstoffpulver zu verhindern, ist es ferner bevorzugt, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, das einen den Bauzylinder enthaltenden Prozessraum für die schichtweise Herstellung eines oder mehrerer Gegenstände begrenzt, und eine Einrichtung zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere Argon-Schutzgasatmosphäre, in dem Prozessraum aufweist.Around Oxidation is to prevent the material powder is it further preferred that the device comprises a housing, the one containing the structural cylinder process space for limits the layered production of one or more objects, and a device for producing and maintaining a Inert gas atmosphere, in particular argon protective gas atmosphere, in the process space.

Um einen fertigen Gegenstand aus dem Bauraum zu entnehmen, kann einerseits nach Entfernung des überschüssigen Werkstoffpulvers der Bauzylinder vertikal nach unten verfahren werden, so dass ein Zugriff auf das fertiggestellte, auf dem Träger liegende Werkstück möglich ist. Andererseits ist es aber auch denkbar, im Bauzylinder wenigstens eine verschließbare Öffnung vorzusehen, die zur Entnahme des fertigen Gegenstands bei ausgefahrenem Bauzylinder geöffnet werden kann. Ferner ist eine solche verschließbare Öffnung auch vorteilhaft, um nach einer groben Entfernung des Hauptteils von Werkstoffpulver durch die Entfernungseinrichtung eine manuelle Reinigung des Werkstücks oder/und des Bauraums mit Pinseln, Bürsten oder dgl. vornehmen zu können. Selbstverständlich sollte in diesem Falle das Gehäuse der Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass manuelle Arbeiten im Bauraum bzw. Prozessraum unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden können, ggf. unter Verwendung einer Schleusenkammer oder dgl., wie dies aus der WO 2006/024373 bekannt ist.In order to remove a finished object from the installation space, on the one hand, after removal of the excess material powder, the construction cylinder can be moved vertically downwards, so that access to the finished workpiece lying on the support is possible. On the other hand, it is also conceivable to provide in the construction cylinder at least one closable opening which can be opened for removal of the finished article when the construction cylinder is extended. Furthermore, such a closable opening is also advantageous in order, after a coarse removal of the main part of material powder by the removal device, to be able to carry out manual cleaning of the workpiece and / or installation space with brushes, brushes or the like. Of course, in this case, the housing of the device should be designed such that manual work in the space or Process chamber can be performed under a protective gas atmosphere, possibly using a lock chamber or the like., As is known from WO 2006/024373 is known.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, die vertikale Verstellung des Bauzylinders mit einer Vertikalverstellbarkeit des Trägers zu kombinieren, so dass eine Vorrichtung entsteht, bei der wahlweise und je nach zu fertigendem Gegenstand der Träger vertikal nach unten oder der Bauzylinder vertikal nach oben bewegt wird, um eine nächste Werkstoffpulverschicht zu präparieren. Gegebenenfalls könnte eine solche vertikale Beweglichkeit des Trägers und des Bauzylinders durch die gleiche Hubvorrichtung erfolgen, wobei es ggf. vorteilhaft ist, bei vertikaler Verstellbarkeit des Bauzylinders eine zusätzliche, von der Hubvorrichtung unabhängige Abstützung für den Träger vorzusehen, um bei Herstellung eines größeren Gegenstands oder von mehreren Gegenständen das auf den Träger wirkende große Gewicht optimal abstützen zu können und, um der Gefahr einer unerwünschten Vertikalbewegung des Trägers vorzubeugen.Of course It is also conceivable, the vertical adjustment of the building cylinder to combine with a vertical adjustability of the carrier so that a device is created, in the optional and depending on to be manufactured object, the carrier vertically downwards or the building cylinder is moved vertically up to a next Prepare material powder layer. If necessary, could a such vertical mobility of the carrier and the construction cylinder done by the same lifting device, where it may be advantageous is, with vertical adjustability of the cylinder an additional, from the lifting device independent support for the Provide support to produce a larger Object or of several objects that on the Supports carrier-acting large weight optimally to be able to and at the risk of an unwanted Prevent vertical movement of the wearer.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und nicht einschränkend anhand von zwei Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beschrieben.The The invention will be exemplified below and not by way of limitation with reference to two embodiments with reference to the attached figures are described.

1 ist eine schematische Perspektivdarstellung von schräg oben einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingefahrenem Bauzylinder zu Beginn der Herstellung eines Gegenstands. 1 is a schematic perspective view obliquely from above of a first embodiment of the device according to the invention with retracted structural cylinder at the beginning of the manufacture of an article.

2 ist eine schematische Perspektivdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 mit ausgefahrenem Bauzylinder. 2 is a schematic perspective view of the device according to 1 with extended construction cylinder.

3 ist eine schematische Teilschnittansicht der Vorrichtung der 1 entsprechend der Linie III-III. 3 is a schematic partial sectional view of the device of 1 according to the line III-III.

4 ist eine schematische Teilschnittansicht gemäß der Linie IV-IV der 2. 4 is a schematic partial sectional view along the line IV-IV of 2 ,

5 ist eine zur 4 ähnliche, schematische Teilschnittdarstellung, wobei zusätzlich eine Hubvorrichtungsanordnung für den Bauzylinder dargestellt ist. 5 is one to 4 similar, schematic partial sectional view, wherein additionally a Hubvorrichtungsanordnung for the building cylinder is shown.

6 ist eine zur 4 ähnliche, schematische Teilschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform. 6 is one to 4 similar, schematic partial sectional view of a second embodiment.

Eine Vorrichtung 10 zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem Werkstoff weist gemäß 1 ein Grundgestell 12, einen Sammelbehälter 14, eine Basisplatte 16, einen Bauzylinder 18, und eine Bestrahlungseinrichtung 20 auf, die von einem nicht dargestellten Außengehäuse umgeben sind. Der Bauzylinder 18 und die Bestrahlungseinrichtung 20 sind über zwei Träger 22, welche einen Abstandsrahmen bilden, miteinander verbunden. Ferner sind das Grundgestell 12 und die Basisplatte über eine nur in 4 angedeutete Konstruktion 13 miteinander verbunden.A device 10 for the production of articles by laminar buildup of powdery material has according to 1 a basic frame 12 , a collection container 14 , a base plate 16 , a construction cylinder 18 , and an irradiation device 20 on, which are surrounded by an outer housing, not shown. The construction cylinder 18 and the irradiation device 20 are about two carriers 22 , which form a spacer frame, connected together. Furthermore, the base frame 12 and the base plate over a just in 4 indicated construction 13 connected with each other.

Wie aus der 2 ersichtlich wird, sind der Bauzylinder 18, die Träger 22 und die Bestrahlungseinrichtung 20 relativ zur Basisplatte 16 vertikal nach oben verschoben, was beispielsweise einem Zustand entspricht nach Fertigstellung des herzustellenden Gegenstands. Der fertige Gegenstand und das übrige nicht verschmolzene Werkstoffpulver befinden sich dabei im Bauraum 24, welcher durch die Wände 26 des Bauzylinders 18 und einen Träger 28 (3) gebildet wird, wobei der fertige Gegenstand auf dem Träger 28 aufliegt.Like from the 2 becomes apparent are the building cylinder 18 , the carriers 22 and the irradiation device 20 relative to the base plate 16 shifted vertically upward, which corresponds for example to a state after completion of the article to be produced. The finished object and the remaining unmelted material powder are in the installation space 24 passing through the walls 26 of the construction cylinder 18 and a carrier 28 ( 3 ) is formed, wherein the finished object on the support 28 rests.

Wie aus den oberhalb einer Bruchlinie B dargestellten Teilschnitten der 3 bis 6 ersichtlich, ist der Bauzylinder 18 zu Beginn einer Herstellung eines Gegenstands in einer untersten Position (3), wobei sich seine vertikalen Wände 26 in den Bereich des Sammelbehälters 14 hinein erstrecken. Zwei der Wände 26 des Bauzylinders 18 weisen eine diesen Wänden entlang verlaufende Öffnung 30 auf, durch die beim Präparieren einer neuen Werkstoffpulverschicht vermittels eines Gleitschiebers 23 überschüssiges Werkstoffpulver aus dem Bauraum 24 entfernt und dem tiefer liegenden Sammelbehälter 14 zugeführt werden kann.As from the above section of a break B shown sections of the 3 to 6 can be seen, is the construction cylinder 18 at the beginning of a manufacture of an item in a lowermost position ( 3 ), with its vertical walls 26 in the area of the collection container 14 extend into it. Two of the walls 26 of the construction cylinder 18 have an opening extending along these walls 30 by, when preparing a new material powder layer by means of a sliding gate 23 excess material powder from the installation space 24 removed and the lower storage container 14 can be supplied.

Die Bestrahlungseinrichtung 20 weist in der vorliegenden Ausführungsform vier f-Theta-Linsen 32 auf. Dies ermöglicht insbesondere die quasi zeitgleiche Bearbeitung von vier Bauflächen, beispielsweise zur Herstellung von vier Gegenständen oder zur Bearbeitung eines mehrere Bauflächen beanspruchenden Gegenstands. Hinsichtlich der weiteren technischen Merkmale zur Bestrahlungseinrichtung 20 wird auf die bereits oben erwähnten Druckschriften verwiesen.The irradiation device 20 has four f-theta lenses in the present embodiment 32 on. This allows, in particular, the quasi-simultaneous processing of four construction areas, for example for the production of four objects or for the treatment of an object subjecting several construction areas. With regard to the further technical features of the irradiation device 20 Reference is made to the above-mentioned publications.

Bei der Herstellung eines Gegenstands durch schichtweises Aufbauen von pulverförmigem Werkstoff wird bei der vorliegenden Ausführungsform beginnend von einem Zustand gemäß 3 der Bauzylinder 18 mittels einer in 5 schematisch dargestellten Hubvorrichtung 34 um den Betrag der Dicke einer ersten Werkstoffpulverschicht um wenige Mikrometer vertikal nach oben bewegt. Die Hubvorrichtung 34 ist schematisch als Spindeltrieb dargestellt, der durch einen am Basisgestell 12 befestigten Motor 36 in Drehung versetzt werden kann. Die Spindelstangen 35 wirken auf horizontale Vorsprünge 37 des Bauzylinders 18, so dass sie diesen vertikal anheben und absenken können. Bevorzugt sind vier Antriebe vorgesehen, welche synchron angesteuert werden durch eine nicht näher dargestellte Steuereinheit der Vorrichtung. Damit die Spindelstangen 34 ausgefahren werden können, weist die Basisplatte 16 zwei, bezogen auf die Bildebene der 3–5 links und rechts des Bauzylinders angeordnete Längsschlitze 38 auf, durch welche die Spindelstangen 35 hindurchgeführt sind.In the manufacture of an article by laminating powdery material, in the present embodiment, starting from a state according to FIG 3 the construction cylinder 18 by means of an in 5 schematically illustrated lifting device 34 moved by the amount of thickness of a first layer of material powder vertically by a few microns. The lifting device 34 is shown schematically as a spindle drive, by one on the base frame 12 attached engine 36 can be set in rotation. The spindle rods 35 act on horizontal tabs 37 of the construction cylinder 18 so they turn this on vertically lift and lower. Preferably, four drives are provided, which are controlled synchronously by a control unit, not shown, of the device. So that the spindle rods 34 can be extended, the base plate has 16 two, based on the image plane of 3 - 5 arranged on the left and right of the building cylinder longitudinal slots 38 on, through which the spindle rods 35 passed through.

Nach Auftragen einer ersten Werkstoffpulverschicht durch den Glättungsschieber 23, welcher beispielsweise auch ein kombinierter Pulverspender/Glättungsschieber sein kann, erfolgt eine erste Verschmelzung von Pulver vermittels der Bestrahlungseinrichtung 20. Anschließend wird der Bauzylinder 18 erneut um die Dicke einer nächsten aufzutragenden Werkstoffpulverschicht vertikal nach oben bewegt, so dass mit dem Pulverspender/Glättungsschieber 23 eine weitere Werkstoffpulverschicht präpariert werden kann. Der Glättungsschieber 23 wird dabei horizontal entlang dem oberen Rand des Bauzylinders 18 bewegt, wobei er über dessen Innenwände 26 hinaus bewegbar ist, so dass durch den Glättungsschieber überschüssiges Werkstoffpulver in die Schächte 30 entfernt werden kann. Dieses schichtweise Aufbringen von Werkstoffpulver und anschließende Verschmelzen bei gleichzeitiger vertikaler Anhebung des Bauzylinders 18 und somit Vergrößerung des Bauraums 24 bis zu einer maxmimal notwendigen Höhe, wird fortgesetzt, bis das gewünschte Werkstück bzw. die gewünschten Werkstücke fertiggestellt ist bzw. sind.After applying a first layer of powdered material through the smoothing slider 23 , which may for example also be a combined powder dispenser / smoothing slide, there is a first fusion of powder by means of the irradiation device 20 , Subsequently, the construction cylinder 18 again vertically moved upward by the thickness of a next material powder layer to be applied, so that with the powder dispenser / smoothing slide 23 another material powder layer can be prepared. The smoothing slider 23 is doing horizontally along the upper edge of the construction cylinder 18 moves, passing over its interior walls 26 is also movable, so that by the smoothing slide excess material powder in the shafts 30 can be removed. This layer-wise application of material powder and subsequent fusion with simultaneous vertical lifting of the construction cylinder 18 and thus enlargement of the installation space 24 up to a maximum height required, is continued until the desired workpiece or workpieces is completed or are.

Die Vorrichtung befindet sich dann in einem Zustand gemäß 5, wobei der herzustellende Gegenstand 29 auf der Oberfläche des Trägers 28 aufliegt und um ihn herum im Bauraum 24 nicht verschmolzenes Werkstoffpulver 31 vorhanden ist. Um den Gegenstand 29 aus der Vorrichtung entnehmen zu können, muss das übrige, nicht verschmolzene Werkstoffpulver 31 wieder aus dem Bauraum 24 entfernt werden.The device is then in a state according to 5 , wherein the article to be manufactured 29 on the surface of the carrier 28 rests and around him in the installation space 24 unfused material powder 31 is available. To the object 29 to be able to remove from the device, the rest, not fused material powder 31 again from the installation space 24 be removed.

Hierzu kommt eine in 4 dargestellte Entfernungseinrichtung zum Einsatz, welche eine Manschette oder einen Trichter 40 aufweist, der im unteren Bereich des Bauzylinders 18 vertikal über diesen geschoben werden kann. Der Trichter 40 ist dabei mittels Federn 41 auf der Basisplatte abgestützt, so dass er sich beim Hochfahren des Bauzylinders automatisch nach oben bewegt, wenn die Vorsprünge 37 ihn nicht mehr nach unten drücken, wie dies in der Ausgangsstellung der 3 der Fall ist. Die Trichterwandungen 42 und die Außenseiten der Bauzylinderwände 26 überlappen sich somit in einem gewissen vertikalen Bereich, so dass es möglich ist, den Bauzylinder so weit relativ zum Trichter 40 vertikal nach oben zu verschieben, bis zwischen den Bauzylinderwänden 26 und dem Träger 28 ein Spalt 44 gebildet wird, durch den Werkstoffpulver in den Trichter 40 und anschließend den Sammelbehälter 14 rieseln bzw. mittels einer entsprechenden Vakuumvorrichtung gesaugt werden kann.This comes in a 4 shown removal device used which a cuff or a funnel 40 has, in the lower part of the building cylinder 18 can be pushed vertically over this. The funnel 40 is by means of springs 41 supported on the base plate so that it automatically moves up when the boom up when the projections 37 do not push it down any more, as in the starting position of the 3 the case is. The funnel walls 42 and the outsides of the structural cylinder walls 26 thus overlap in a certain vertical range, so that it is possible, the construction cylinder so far relative to the hopper 40 move vertically upwards, between the structural cylinder walls 26 and the carrier 28 A gap 44 is formed, through the material powder in the hopper 40 and then the collection container 14 trickle or can be sucked by means of a corresponding vacuum device.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in der 6 dargestellt ist, sind Außenwände 27 des Bauzylinders 18 nach unten hin verlängert, so dass sie eine Abdichtung des Bauraums nach außen hin ermöglichen, auch wenn die Innenwände 26 so weit angehoben sind, dass der Spalt 44 zwischen ihnen und dem Träger 28 gebildet wird. Das überschüssige Werkstoffpulver 31 kann somit durch den Spalt 44 und entlang den verlängerten Außenwänden 27 nach unten in den Sammelbehälter 14 geführt werden. Bei dieser zweiten Ausführungsform kann auf die federnd gelagerte Manschette 40 der ersten Ausführungsform verzichtet werden, was eine vereinfachte Konstruktion zur Folge hat. Die Außenwände 27 können auf allen vier Seiten des Bauzylinders 18 verlängert ausgebildet sein, so dass sich ein auf allen Seiten doppelwandiger Bauzylinder 18 ergibt. Eine solche Konstruktion ermöglicht es, dass das Werkstoffpulver auf allen vier Seiten des Trägers 28 durch den umlaufenden Spalt 44 nach unten hin wegfallen kann. Alternativ ist es auch denkbar, nur die beiden Außenwände 27 verlängert auszubilden, welche mit der Innenwand 26 die beiden Schächte 30 bilden. Die bezogen auf die Zeichenebene zu den Schächten 30 vorne und hinten verlaufenden Innenwände 26 müssten dann ebenfalls nach unten verlängert werden, so dass sie auch noch am Träger 28 anliegen, wenn der Spalt 44 bezogen auf die Figurenebene links und rechts geöffnet ist.According to a second embodiment of the present invention, which in the 6 is shown are outer walls 27 of the construction cylinder 18 extended downwards so that they allow a sealing of the space to the outside, even if the inner walls 26 are raised so far that the gap 44 between them and the carrier 28 is formed. The excess material powder 31 can thus through the gap 44 and along the extended outer walls 27 down into the collection container 14 be guided. In this second embodiment may be on the spring-mounted sleeve 40 omitted in the first embodiment, resulting in a simplified construction result. The outer walls 27 can work on all four sides of the construction cylinder 18 be formed extended, so that a double-walled construction cylinder on all sides 18 results. Such a construction allows the material powder on all four sides of the carrier 28 through the circumferential gap 44 can fall away down. Alternatively, it is also conceivable only the two outer walls 27 extended to form, which with the inner wall 26 the two shafts 30 form. The referring to the drawing plane to the shafts 30 front and rear inner walls 26 would then also be extended down, so they also on the carrier 28 abut when the gap 44 based on the figure level left and right is open.

Der Träger 28, auf dem das Gesamtgewicht des im Bauraum befindlichen Werkstoffpulvers lastet, ist über eine entsprechende Konstruktion, beispielsweise durch Träger 13 oder dgl. am Basisgestell 12 abgestützt, so dass er zumindest während der Herstellung des Gegenstands ortsfest ist. Es ist allerdings denkbar, dass der Träger 28 in einem gewissen Maße beweglich, insbesondere drehbar, schwenkbar oder rüttelbar ist, um die Entfernung von restlichem Werkstoffpulver zu unterstützen.The carrier 28 , on which the total weight of the material powder located in the space loads, is about a corresponding construction, for example by carriers 13 or the like. On the base frame 12 supported, so that it is stationary at least during the manufacture of the article. However, it is conceivable that the carrier 28 is movable to a certain extent, in particular rotatable, pivotable or vibratory, to assist in the removal of residual material powder.

Der Bauzylinder 18 kann ggf. in einer seiner Wände 26, die bevorzugt keinen Schacht 30 aufweist, eine verschließbare Öffnung aufweisen, durch die ein Zugang zum Bauraum 24 bei ausgefahrenem Bauzylinder 18 möglich ist. Allerdings kann eine solche Öffnung auch in einer doppelwandigen Bauzylinderausführung vorgesehen werden. Durch die Öffnung kann nach Beendigung des Bauprozesses z. B. der fertiggestellte Gegenstand entnommen werden. Der Sammelbehälter weist an seinem unteren Ende eine Förderschnecke 43 auf, welche das gesammelte Werkstoffpulver einem Transportbehälter oder ggf. einer Recyclingeinrichtung zuführt.The construction cylinder 18 May possibly be in one of its walls 26 who prefers no shaft 30 having a closable opening through which access to the space 24 when the construction cylinder is extended 18 is possible. However, such an opening can also be provided in a double-walled construction cylinder design. Through the opening, after completion of the construction process z. B. the finished object are removed. The collecting container has at its lower end a screw conveyor 43 on, which supplies the collected material powder to a transport container or possibly a recycling device.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, dass das Aufbringen von Werkstoffpulverschichten und das Verschmelzen in einem hier nicht dargestellten Prozessraum stattfindet, der unter Schutzgasatmosphäre, insbesondere Argon-Schutzgasatmosphäre, steht, wie dies aus den bereits oben erwähnten Druckschriften bekannt ist. Selbstverständlich können auch bei der hier vorgestellten Vorrichtung entsprechende Schleuseneinrichtungen vorgesehen sein, um einen Übergang zwischen dem Prozessraum unter Schutzgasatmosphäre und der Außenwelt zu ermöglichen.After all It should also be noted that the application of powder layers and the fusion takes place in a process space, not shown here, under a protective gas atmosphere, in particular argon protective gas atmosphere, stands, as from the above-mentioned documents is known. Of course, also at the device presented here corresponding lock devices be provided to make a transition between the process room under protective gas atmosphere and the outside world too enable.

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Claims (13)

Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen (29) durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff, umfassend: eine Trägeranordnung mit einem Träger (28) und einem den Träger (28) umgebenden Bauzylinder (18), die gemeinsam einen Bauraum (24) für den Schichtaufbau bilden, und eine Bestrahlungseinrichtung (20) zur Bestrahlung der jeweils zuletzt auf der Trägeranordnung präparierten Werkstoffpulverschicht in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstands (29) oder ggf. der betreffenden Gegenstände mit Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, die das Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder ggf. zum Versintern bringt, wobei die Bestrahlungseinrichtung (20) eine steuerbare Zieleinrichtung für die Strahlung zur ortsselektiven Bestrahlung des Baufeldes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauzylinder (18) bezüglich des Trägers (28) vertikal beweglich ist, um mit zunehmender Schichtanzahl einen Bauraum (24) größerer Höhe bilden zu können.Device for producing objects ( 29 ) by layering of powdered, in particular metallic or / and ceramic material, comprising: a carrier arrangement with a carrier ( 28 ) and one the carrier ( 28 ) surrounding building cylinder ( 18 ), which together have a space ( 24 ) form the layer structure, and an irradiation device ( 20 ) for irradiating the respective last-on the carrier arrangement prepared material powder layer in one of these layer associated cross-sectional area of the subject ( 29 ) or possibly the objects in question with radiation, in particular laser radiation, which causes the material powder in this cross-sectional region to melt or possibly sinter for heating, the irradiation device ( 20 ) has a controllable target device for the radiation for the location-selective irradiation of the construction field, characterized in that the construction cylinder ( 18 ) with regard to the carrier ( 28 ) is vertically movable to a space with increasing number of layers ( 24 ) to be able to form greater height. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (20) insbesondere synchron mit dem Bauzylinder (18) vertikal beweglich ist, derart, dass der Abstand zwischen der Bestrahlungseinrichtung (20), insbesondere der Zieleinrichtung, und einer jeweils zu bestrahlenden Werkstoffpulverschicht im wesentlichen gleicht bleibt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the irradiation device ( 20 ) in particular synchronously with the building cylinder ( 18 ) is vertically movable, such that the distance between the irradiation device ( 20 ), in particular the target device, and a respectively to be irradiated material powder layer remains substantially the same. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauzylinder (18) und die Bestrahlungseinrichtung (20) durch eine Rahmenkonstruktion (22) miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 2, characterized in that the construction cylinder ( 18 ) and the irradiation device ( 20 ) by a frame construction ( 22 ) are interconnected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Hubvorrichtung (34, 35, 36) umfasst, welche die vertikale Bewegung des Bauzylinders (18) bewirkt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one lifting device ( 34 . 35 . 36 ), which detects the vertical movement of the building cylinder ( 18 ) causes. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit aufweist, welche die Hubvorrichtung (34, 35, 36) derart ansteuert, dass der Bauzylinder (18) entsprechend der gewünschten Dicke einer jeweiligen, aufzutragenden Werkstoffpulverschicht in seiner Höhe verstellbar ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that it comprises a control unit, which the lifting device ( 34 . 35 . 36 ) such that the building cylinder ( 18 ) is adjustable in height according to the desired thickness of a respective material powder layer to be applied. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubvorrichtung als hydraulischer oder/und mechanischer Stellantrieb (34, 35, 36) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the lifting device as a hydraulic and / or mechanical actuator ( 34 . 35 . 36 ) is trained. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (23) zur Präparierung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht auf der zuletzt bestrahlten Werkstoffpulverschicht aufweist, wobei diese Schichtenpräparationseinrichtung einen im Abstand der gewünschten Pulverschichtdicke über der zuletzt bestrahlten Schicht hinwegbewegbaren Glättungsschieber zur Einebnung einer jeweiligen Menge an Werkstoffpulver über der zuletzt bestrahlten Schicht aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a device ( 23 ) for preparing a respective material powder layer on the last irradiated material powder layer, wherein this layer preparation device has a distance of the desired powder layer thickness on the last irradiated layer away movable smoothing slider for leveling a respective amount of powder material over the last irradiated layer. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenpräparationseinrichtung (23) insbesondere synchron mit dem Bauzylinder (18) vertikal beweglich ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the layer preparation device ( 23 ) in particular synchronously with the building cylinder ( 18 ) is vertically movable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenpräparationseinrichtung (23) in einem vertikal oberen Randbereich des Bauzylinders (18) angeordnet ist und ihr Glättungsschieber relativ zum Bauzylinder in horizontaler Richtung beweglich ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the layer preparation device ( 23 ) in a vertically upper edge region of the construction cylinder ( 18 ) is arranged and their smoothing slide is movable relative to the building cylinder in the horizontal direction. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Glättungsschieber in horizontaler Richtung über den Rand des Bauzylinders (18) hinweg beweglich ist, um überschüssiges Werkstoffpulver aus dem Bauraum in einen Sammelbehälter (14) zu entfernen.Apparatus according to claim 9, characterized in that the smoothing slide in the horizontal direction over the edge of the building cylinder ( 18 ) is movable away to excess material powder from the space in a collection container ( 14 ) to remove. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Werkstoffpulverentfernungseinrichtung (40) aufweist, mit der, insbesondere nach Fertigstellung des Gegenstands, überschüssiges Werkstoffpulver einem bzw. dem Sammelbehälter (14) zuführbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a material powder removal device ( 40 ), with, in particular after completion of the article, excess material powder one or the collecting container ( 14 ) can be fed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) drehbar oder/und schwenkbar oder/und rüttelbar gelagert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 28 ) is mounted rotatably and / or pivotable and / or vibratory. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse, das einen den Bauzylinder (18) enthaltenden Prozessraum für die schichtweise Herstellung eines oder mehrerer Gegenstände begrenzt, und eine Einrichtung zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere Argon-Schutzgasatmosphäre, in dem Prozessraum aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a housing, which is a building cylinder ( 18 ) is limited for the layered production of one or more objects, and has a device for producing and maintaining a protective gas atmosphere, in particular argon protective gas atmosphere, in the process space.
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