DE102010029078A1 - Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer - Google Patents
Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010029078A1 DE102010029078A1 DE102010029078A DE102010029078A DE102010029078A1 DE 102010029078 A1 DE102010029078 A1 DE 102010029078A1 DE 102010029078 A DE102010029078 A DE 102010029078A DE 102010029078 A DE102010029078 A DE 102010029078A DE 102010029078 A1 DE102010029078 A1 DE 102010029078A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- material powder
- layer
- powder
- layer thickness
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
- B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder keramischem Werkstoff, bei dem auf einem Träger aufeinander folgende Werkstoffpulverschichten einzeln präpariert werden und jede Schicht durch Umschmelzen oder ggf. Sintern des Werkstoffpulvers an vorbestimmten Stellen nach Maßgabe von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Gegenstandes durch Eintrag von Strahlungsenergie ortsselektiv verfestigt wird, wobei die Präparation einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht die Schritte des Aufbringens von Werkstoffpulver auf den Träger und des Einebnens des Werkstoffpulvers zur Erzeugung einer Pulverschicht mit einer bestimmten Sollschichtdicke umfasst, wobei für die Präparation der Werkstoffpulverschichten Werkstoffpulver verwendet wird, welches Pulverpartikel mit einer Korngröße enthält, die kleiner als die Sollschichtdicke ist.The invention relates to a method for producing an article by layering of powdered, in particular metallic or ceramic material in which successive layers of material powder are prepared individually on a support and each layer by remelting or optionally sintering the material powder at predetermined locations in accordance with Geometriebeschreibungsdaten the preparation of a material powder layer comprises the steps of applying material powder to the carrier and flattening the material powder to produce a powder layer with a certain nominal thickness, wherein for the preparation of the material powder layers material powder is used containing powder particles having a grain size smaller than the target layer thickness.
Zum Stand der Technik derartiger Verfahren und von Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Verfahren kann z. B. auf die
Unter den Begriffen selektives Laserschmelzen, selektives Pulverschmelzen, selektives Lasersintern u. dgl. sind in jüngerer Zeit leistungsfähige Methoden zur Herstellung von Gegenständen auch komplizierter Geometrien bekannt geworden, wobei diese häufig unter dem Begriff ”Rapid Prototyping” oder ”Rapid Tooling” oder ”Rapid Manufacturing” zusammengefassten Methoden im Wesentlichen auf folgendem Prinzip basieren:
Der herzustellende Gegenstand wird nach Maßgabe von CAD-Daten bzw. von davon abgeleiteten geometrischen Beschreibungsdaten schichtweise aus einem feinkörnigen, pulverigen Rohmaterial aufgebaut, indem das Rohmaterial entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Gegenstandes durch ortsselektives Bestrahlen verfestigt bzw. verschmolzen wird. Das Bestrahlen erfolgt normalerweise mittels Laserstrahlung, wobei die Steuerung einer den Laserstrahl ablenkenden Strahlablenkeinrichtung mittels einer Steuereinrichtung auf der Basis geometrischer Beschreibungsdaten des herzustellenden Gegenstandes erfolgt. Die Steuerinformationen werden üblicherweise von einem Mikrocomputer nach Maßgabe eines entsprechenden Programms aus CAD-Daten abgeleitet und bereitgestellt.By the terms selective laser melting, selective powder melting, selective laser sintering, and the like. Like. Recently, powerful methods for the production of objects, even of complicated geometries have become known, these often combined under the term "rapid prototyping" or "rapid tooling" or "rapid manufacturing" methods based essentially on the following principle:
The article to be produced is built up in layers from a fine-grained, powdery raw material in accordance with CAD data or geometric description data derived therefrom by solidifying or fusing the raw material according to a cross-sectional pattern of the article associated with the respective layer by means of locally selective irradiation. The irradiation is normally carried out by means of laser radiation, the control of a beam deflection device deflecting the laser beam being effected by means of a control device on the basis of geometric description data of the object to be produced. The control information is usually derived and provided by a microcomputer according to a corresponding program from CAD data.
Der Laserstrahl zeichnet auf der zuletzt präparierten Rohmaterial-Pulverschicht das dieser Schicht zugeordnete Querschnittsmuster des Gegenstandes, um das Rohmaterial dem Querschnittsmuster entsprechend selektiv zu verschmelzen. Nach einem solchen Bestrahlungsschritt erfolgt dann üblicherweise die Präparation der nächsten Werkstoffpulverschicht auf der zuletzt durch Bestrahlen selektiv und bereichsweise verschmolzenen Schicht. Nach Ausbildung einer an ihrer Oberfläche hinreichend glatten Werkstoffpulverschicht erfolgt dann wieder ein Bestrahlungsschritt in der vorstehend erläuterten Weise. Der Gegenstand entsteht somit Schicht für Schicht, wobei die aufeinander folgend hergestellten Querschnittsschichten des Gegenstandes so miteinander verschmolzen sind, dass sie aneinander haften. Als Pulvermaterialien kommen diverse Metalle in Frage, darunter z. B. Stahl, Titan, Gold, Tantal, Kobalt/Chrom, Aluminium, Kupfer, Silber, Messing. Auch Mehrkomponentenmaterialien oder Mischpulver aus unterschiedlichen Materialien können Verwendung finden. Darüber hinaus kann auch keramisches Werkstoffpulver beim selektiven Laserschmelzen eingesetzt werden. Mit der Methode des selektiven Laserschmelzens sind nahezu alle erdenklichen Formen von Gegenständen herstellbar, wodurch sie für die Herstellung von kompliziert geformten Maschinenelementen, Prothesen, Schmuckstücken und Komponenten mit feinen Wandstrukturen prädestiniert ist. Der schichtweise Aufbau eines Gegenstandes erfolgt üblicherweise in Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum innerhalb eines Prozessraumes. In dem Prozessraum ist der Träger vorgesehen, auf dem der Gegenstand schichtweise aufgebaut wird. Eine Schichtenpräparationgseinrichtung dient dazu, eine jeweils neue Werkstoffpulverschicht auf der zuletzt durch Bestrahlen bereichsweise umgeschmolzenen und verfestigten Pulverschicht auf dem Träger zu präparieren. Eine solche Schichtenpräparationseinrichtung umfasst üblicherweise eine Pulverzufuhrvorrichtung und ein Abstreifwerkzeug, welches mit seinem unteren, horizontal verlaufenden Rand in einer horizontalen Ebene über dem Träger bewegt wird, um darauf abgelegtes Werkstoffpulver zu einer Schicht mit einer jeweiligen Sollschichtdicke einzuebnen. Zur Erzeugung einer jeweils neuen Werkstoffpulverschicht wird der vertikale Abstand zwischen dem Träger und dem unteren Rand des Abstreifwerkzeugs jeweils um das Maß der Sollschichtdicke vergrößert. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass der Träger jeweils um dieses Sollschichtdickenmaß relativ zu einer konstanten horizontalen Ebene abgesenkt wird, wobei der untere Rand des Abstreifwerkzeugs beim Einebnen des Pulvers auf dieser horizontalen Ebene über den Träger bewegt wird.The laser beam records on the last-prepared raw material powder layer the cross-sectional pattern of the article associated with that layer to selectively fuse the raw material to the cross-sectional pattern. After such an irradiation step, the preparation of the next material powder layer then usually takes place on the layer which has been finally fused selectively by irradiation and partially. After the formation of a sufficiently smooth powder layer on its surface, an irradiation step is then carried out in the manner explained above. The article thus arises layer by layer, wherein the cross-sectional layers of the article produced in succession are fused together so that they adhere to one another. As powder materials are various metals in question, including z. As steel, titanium, gold, tantalum, cobalt / chromium, aluminum, copper, silver, brass. Also multi-component materials or mixed powder of different materials can be used. In addition, ceramic material powder can be used in selective laser melting. With the method of selective laser melting almost all imaginable forms of objects can be produced, whereby it is predestined for the production of intricately shaped machine elements, prostheses, pieces of jewelry and components with fine wall structures. The layered structure of an object is usually carried out in a protective gas atmosphere or in a vacuum within a process space. In the process space, the carrier is provided, on which the object is built up in layers. A layer preparation device serves to prepare a respective new layer of powdery material on the powder layer which has been recently remelted and solidified by irradiation in portions on the support. Such a layer preparation device usually comprises a powder feed device and a stripping tool, which is moved with its lower, horizontally extending edge in a horizontal plane above the carrier in order to level material powder deposited thereon to form a layer having a respective nominal layer thickness. To produce a respective new material powder layer, the vertical distance between the carrier and the lower edge of the stripping tool is increased in each case by the extent of the nominal layer thickness. This can be z. Example, take place in that the carrier is lowered in each case by this Sollschichtdickenmaß relative to a constant horizontal plane, wherein the lower edge of the Abstreifwerkzeugs is moved when leveling the powder on this horizontal plane on the carrier.
Bisher war man davon ausgegangen, dass das Werkstoffpulver eine Korngrößenverteilung mit einer Maximalkorngröße hat, die kleiner als die Sollschichtdicke ist, so dass für die Präparation von Schichten mit einer Sollschichtdicke von z. B. 60 μm oft Pulver mit einer Korngrößenverteilung zwischen 0 und 50 μm gewählt wurde. In der
Entsprechend feinkörnigeres Werkstoffpulver wurde für die Präparation noch dünnerer Werkstoffpulverschichten verwendet. Einige Materialien, wie z. B. Gold, zeigen mit abnehmender Korngröße eine deutlich zunehmende Tendenz zur Verklumpung, so dass die Pulverhandhabung und Schichtenpräparation solcher Materialien schwierig ist.Correspondingly fine-grained material powder was used for the preparation of even thinner material powder layers. Some materials, such as As gold, show a decreasing grain size a significantly increasing tendency to clumping, so that the powder handling and layer preparation of such materials is difficult.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, insbesondere nach der Methode des selektiven Laserschmelzens mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend zu verbessern, dass auch zum Verklumpen neigende Werkstoffpulver verwendet werden können.Object of the present invention is to improve a process for the preparation of objects, in particular by the method of selective laser melting with the features mentioned at the outset that can also be used for lumping material powder.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder keramischem Werkstoff angegeben, bei dem auf einem Träger aufeinander folgende Werkstoffpulverschichten einzeln präpariert werden und jede Schicht durch Umschmelzen oder ggf. Sintern des Werkstoffpulvers an vorbestimmten Stellen nach Maßgabe von Geometriebeschreibungsdaten des herzustellenden Gegenstandes durch Eintrag von Strahlungsenergie ortsselektiv verfestigt wird, wobei die Präparation einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht die Schritte des Aufbringens von Werkstoffpulver auf den Träger und des Einebnens des Werkstoffpulvers zur Erzeugung einer Pulverschicht mit einer bestimmten Sollschichtdicke umfasst, wobei für die Präparation der Werkstoffpulverschichten Werkstoffpulver verwendet wird, welches Pulverpartikel mit einer Korngröße enthält, die kleiner als die Sollschichtdicke ist, wobei das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass für die Präparation der Werkstoffpulverschichten Werkstoffpulver verwendet wird, welches auch Pulverpartikel mit einer Korngröße enthält, die größer als die Sollschichtdicke ist.To achieve this object, a method for producing an article by layering of powdered, in particular metallic or ceramic material is specified in which successive layers of material powder are prepared on a support and each layer by remelting or optionally sintering of the material powder at predetermined locations after Subject to Geometriebeschreibungsdaten of the article to be produced by entry of radiation energy is solidified site-selectively, wherein the preparation of a respective material powder layer comprises the steps of applying material powder on the support and the flattening of the material powder to produce a powder layer having a certain nominal thickness, wherein for the preparation of the material powder layers Material powder is used, which contains powder particles having a particle size which is smaller than the nominal layer thickness, wherein the method erfindun Accordingly, it is characterized in that material powder is used for the preparation of the material powder layers, which also contains powder particles having a particle size which is greater than the nominal layer thickness.
Es hat sich erwiesen, dass die Fließfähigkeit und somit die Handhabbarkeit des eingesetzten Werkstoffpulvers wesentlich verbessert werden kann, wenn bei dem Werkstoffpulver eine Korngrößenverteilung gewählt wird, in der auch Pulverpartikel mit Korngrößen größer als die Sollschichtdicke der zu präparierenden Pulverschichten vorkommen. Bei der Schichtenpräparation kann es dann vorkommen, dass punktuell die Sollschichtdicke durch solche Partikel mit gröberer Körnung überschritten wird.It has been found that the flowability and thus the handling of the material powder used can be substantially improved if a particle size distribution is selected in the material powder, in which also powder particles with particle sizes greater than the nominal layer thickness of the powder layers to be prepared occur. In the case of layer preparation, it may then happen that at certain points the nominal layer thickness is exceeded by particles having a coarser grain size.
Bisher war die Fachwelt davon ausgegangen, dass eine sehr gute Einebnung der Werkstoffpulverschichten auf das Sollschichtdickenmaß wesentlich für den Erfolg des Bauprozesses ist und dass dies nur mit feinstkörnigem Pulver mit Korngrößen kleiner als die Sollschichtdicke zu erreichen ist. Dieses Vorurteil wurde mit der vorliegenden Erfindung überwunden. Zwar wird bei der Präparation der Pulverschichten eine möglichst ebene Schicht mit einer der Sollschichtdicke möglichst nahe kommenden Schichtdicke erzeugt, wobei jedoch die aufgrund der grobkörnigeren Partikel ggf. hervorgerufenen punktuellen Schichtdickenabweichungen hingenommen werden können, weil sie im nachfolgenden Bestrahlungsschritt entweder durch den Umschmelzvorgang eingeebnet werden, sofern sie in einem umzuschmelzenden Bereich der Pulverschicht liegen, oder am Umschmelzvorgang ohnehin nicht teilnehmen, sofern sie in einem nicht umzuschmelzenden Bereich der Werkstoffpulverschicht liegen.So far, the experts had assumed that a very good leveling of the material powder layers to the Sollschichtdickenmaß is essential for the success of the construction process and that this can only be achieved with very fine powder with particle sizes smaller than the target layer thickness. This prejudice was overcome with the present invention. Although in the preparation of the powder layers a layer which is as level as possible is produced with a layer thickness approaching the target layer thickness, the pointwise layer thickness deviations possibly caused by the coarse-grained particles can be tolerated, because they are leveled in the subsequent irradiation step either by the remelting process, provided they are located in a region of the powder layer to be remelted, or in any case do not participate in the remelting process, provided that they lie in an area of the material powder layer which is not to be remelted.
Als Korngröße wird hier der größte Durchmesser eines Pulverpartikels bezeichnet. Da die Pulverpartikel üblicherweise Kugelform haben, handelt es sich dabei um ihren Kugeldurchmesser.The grain size here is the largest diameter of a powder particle. Since the powder particles usually have spherical shape, this is their ball diameter.
Der Masseanteil an Pulverpartikeln, die eine Korngröße größer als die Sollschichtdicke haben, sollte kleiner als 25% sein, besser noch kleiner als 10%. Sofern der Masseanteil der Pulverpartikel, die eine Korngröße größer als die Sollschichtdicke der Werkstoffpulverschicht haben, kleiner als 5% ist, dürfen die größten Pulverpartikel davon eine Korngröße haben, die durchaus einem Mehrfachen der Sollschichtdicke der Werkstoffpulverschicht entspricht. So darf das Werkstoffpulver zur Bildung von Schichten mit einer Sollschichtdicke 50 μm durchaus eine kleine Minderheit an Partikeln mit einer Korngröße von 100 oder 150 μm enthalten. Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist der Masseanteil der Pulverpartikel, die eine Korngröße größer als die Sollschichtdicke der Werkstoffpulverschicht haben, kleiner als 5%, wobei die Korngröße der größten Pulverpartikel größer als die 1,5-fache Sollschichtdicke und kleiner als die 5-fache Sollschichtdicke ist.The mass fraction of powder particles having a grain size greater than the target layer thickness should be less than 25%, better still less than 10%. If the mass fraction of the powder particles having a particle size greater than the nominal layer thickness of the material powder layer is less than 5%, the largest powder particles thereof may have a particle size which quite corresponds to a multiple of the nominal layer thickness of the material powder layer. For example, the material powder may contain a small minority of particles with a particle size of 100 or 150 μm in order to form layers with a target layer thickness of 50 μm. According to one embodiment variant of the method, the mass fraction of the powder particles which have a particle size greater than the nominal layer thickness of the material powder layer is less than 5%, the particle size of the largest powder particles being greater than 1.5 times the nominal layer thickness and less than 5 times the nominal layer thickness is.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Masseanteil an Pulverpartikeln, die eine Korngröße größer als die Sollschichtdicke der Werkstoffpulverschicht haben, größer als 0,25% zu wählen, damit eine deutlich spürbare Verbesserung der Fließfähigkeit des im Übrigen feinstkörnigen Pulvers erzielt wird. Sehr gute Erfahrungen wurden mit dem Verfahren nach der Erfindung bei Verwendung von feinstkörnigem Goldpulver mit einem kleinen Anteil von Goldpulverpartikeln gröberer Körnung im oben erläuterten Sinne gemacht. Aber auch Werkstoffpulver aus Titan, Platin, Palladium, Kobalt/Chrom, Aluminium, Kupfer, Silber, Stahl, Messing, Tantal, Bronze und Zinn wurden mit überraschend gutem Erfolg nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Gegenständen, insbesondere auch zu sehr filigranen Gegenständen, wie Schmuck, Zahnersatzelementen usw. verarbeitet, womit die Liste an geeigneten Werkstoffpulvermaterialien nicht abgeschlossen ist. Selbstverständlich kommen als Werkstoffe die o. g. Materialien nicht nur in Reinform, sondern auch als Legierungsbestandteile und als Komponenten in Mischpulvern in Frage.It has proven to be expedient to select the mass fraction of powder particles which have a particle size greater than the nominal layer thickness of the material powder layer greater than 0.25%, so that a significantly appreciable improvement in the flowability of the otherwise very fine-grained powder is achieved. Very good experiences have been made with the method according to the invention using fine-grained gold powder with a small proportion of gold powder particles coarser grain in the sense explained above. But also powdered material of titanium, platinum, palladium, cobalt / chromium, aluminum, copper, silver, steel, brass, tantalum, bronze and tin were with surprisingly good success according to the method of the present invention for the production of articles, especially too much filigree items, such as jewelry, dental prosthesis, etc. processes, which is the list of suitable material powder materials is not completed. Of course, come as materials, the above materials not only in pure form, but also as alloying ingredients and as components in mixed powders in question.
Es darf dem Fachmann im Einzelfall überlassen bleiben, auszutesten, wie groß der maximale Anteil und der minimale Anteil an Pulverpartikeln mit einer Korngröße größer als die zu präparierende Werkstoffpulverschicht sein sollte und wie groß die maximale Korngröße sein darf, damit das Werkstoffpulver bei der Schichtenpräparation und bei der Zufuhr zum betreffenden Prozessraum hinreichend gut fließfähig und handhabbar und der Umschmelzprozess oder ggf. Sinterprozess gut beherrschbar ist. Das erfindungsgemäß einzusetzende Pulver sollte eine gute Durchmischung aller enthaltenen Korngrößen haben.It may be left to the skilled person in a particular case to test out how large the maximum proportion and the minimum proportion of powder particles with a particle size should be greater than the material powder layer to be prepared and how large the maximum grain size may be, so that the material powder in the layer preparation and at the supply to the relevant process space sufficiently well flowable and manageable and the remelting process or sintering process is well controlled. The powder to be used according to the invention should have a thorough mixing of all the particle sizes present.
Der Schritt des Einebnens des Werkstoffpulvers erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines Abstreifwerkzeuges, das mit seinem unteren, horizontalen Rand in einer horizontalen Ebene über dem Träger bewegt wird, um eine betreffende Werkstoffpulverschicht einzuebnen, wobei der vertikale Abstand zwischen dem Träger und dem unteren Rand des Abstreifwerkzeugs jeweils um das Maß der Sollschichtdicke vergrößert wird, bevor das Abstreifwerkzeug zum Einebnen einer jeweils neuen Werkstoffpulverschicht über den Träger hinweg bewegt wird. Auf diese Weise wird die jeweilige Sollschichtdicke gut definiert eingestellt. Die Schritte des Aufbringens von Werkstoffpulver auf den Träger und des Einebnens des Werkstoffpulvers können auch zu einem kombinierten Schritt zusammengefasst sein, etwa in dem Sinne, dass das Abstreifwerkzeug das Pulvermaterial zum Träger hin vorschiebt. Bei dem Abstreifvorgang kommt es tendenziell dazu, dass das Abstreifwerkzeug die größten Pulverpartikel vor sich herschiebt und ggf. in die nicht umgeschmolzenen Bereiche der vorausgehend präparierten Pulverschicht eindrückt oder gar über den Rand des Trägers hinaus vorschiebt. Insbesondere wird es zu einem solchen Effekt des Vorsichherschiebens der größten Partikel durch das Abstreifwerkzeug in Bereichen des Baufeldes kommen, unter denen verfestigtes Material des herzustellenden Formkörpers in der vorausgegangenen Schicht vorliegt. Im Extremfall liegen in solchen Bereichen des Baufeldes innerhalb der frisch präparierten Pulverschicht nur noch sehr wenige bis überhaupt keine Partikel mit einer Korngröße, die wesentlich größer als die Sollschichtdicke der Werkstoffpulverschicht ist, vor.The step of leveling the material powder is preferably carried out using a scraper tool which is moved with its lower horizontal edge in a horizontal plane above the support to flatten a respective material powder layer, the vertical distance between the support and the lower edge of the scraper tool respectively is increased by the amount of the target layer thickness, before the stripping tool for leveling a respective new material powder layer is moved over the carrier. In this way, the respective nominal layer thickness is set well defined. The steps of applying powdered material to the carrier and flattening the powdered material may also be combined into a combined step, such as in the sense that the scraper tool advances the powder material toward the carrier. In the stripping process, the stripping tool tends to push the largest powder particles in front of them and, if necessary, push them into the non-remelted areas of the previously prepared powder layer or even advance them beyond the edge of the support. In particular, there will be such an effect of Vorsichherschiebens of the largest particles by stripping in areas of the construction field, under which solidified material of the molded article to be produced in the previous layer is present. In extreme cases, in such areas of the construction field within the freshly prepared powder layer only very few to no particles with a grain size which is substantially larger than the desired layer thickness of the material powder layer before.
Vorzugsweise wird das Abstreifwerkzeug mit seinem unteren Rand in einer gleich bleibenden horizontalen Ebene während jedes Einebnungsvorgangs über den Träger bewegt. Der Träger wird dann jeweils um das Maß der Sollschichtdicke gegenüber dieser horizontalen Höhenebene abgesenkt, bevor das Abstreifwerkzeug zum Einebnen einer jeweils neuen Werkstoffpulverschicht über den Träger hinweg bewegt wird.Preferably, the stripping tool is moved with its lower edge in a constant horizontal plane during each leveling operation on the carrier. The carrier is then lowered in each case by the extent of the nominal layer thickness with respect to this horizontal height level before the stripping tool is moved over the carrier for flattening a respectively new layer of material powder.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens nach der Erfindung wird zur Einebnung der Werkstoffpulverschichten ein zonenweise elastisch nachgiebig ausweichendes Abstreifelement als Abstreifwerkzeug verwendet. Abstreifwerkzeuge aus Teflon oder/und Silikon haben sich als sehr gut geeignet erwiesen. Bei der Verwendung eines solchen Abstreifelementes kann dieses ggf. einzelnen relativ fest eingebetteten grobkörnigeren Partikeln innerhalb der zu präparierenden Werkstoffpulverschicht punktuell elastisch nachgiebig ausweichen mit dem Ergebnis, dass schließlich innerhalb der präparierten Werkstoffpulverschicht grobkörnigere Partikel verbleiben, was jedoch aus den schon genannten Gründen durchaus tolerabel ist.In accordance with a preferred embodiment of the method according to the invention, a stripping element which deflects elastically and yielding in a zone-wise manner is used as a stripping tool to level the material powder layers. Wiper tools made of teflon or / and silicone have proven to be very suitable. With the use of such a stripping element, this possibly occasionally elastically resiliently embedded individually coarsely particulate relatively embedded within the material powder layer to be prepared with the result that eventually coarser particles remain within the prepared material powder layer, but this is quite tolerable for the reasons already mentioned.
Bei der Herstellung von Zahnersatzteilen aus verschiedenen Materialien, wie etwa Titan oder Kobalt/Chrom wurde für Werkstoffpulverschichten mit Sollschichtdicken bis maximal 60 μm Werkstoffpulver unterschiedlicher Korngröße zwischen 0 und 150 μm mit gutem Erfolg eingesetzt.In the production of dental prostheses made of various materials, such as titanium or cobalt / chromium material powder of different particle size between 0 and 150 microns was used for material powder layers with nominal layer thicknesses up to 60 microns with good success.
Bei der Herstellung von Goldschmuck wurde für Werkstoffpulverschichten mit Sollschichtdicken bis maximal 30 μm Werkstoffpulver unterschiedlicher Korngröße zwischen 0 und 100 μm eingesetzt, wobei der Masseanteil der grobkörnigeren Komponente mit Korngrößen größer als die Sollschichtdicke kleiner als 10% gehalten wurde.In the production of gold jewelry was used for material powder layers with nominal layer thicknesses up to 30 microns of material powder of different particle size between 0 and 100 microns, the mass fraction of the coarse-grained component was held with particle sizes greater than the nominal layer thickness less than 10%.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the figures.
Die
Die Vorrichtung weist ein nach außen geschlossenes und mit Schutzgas gespültes Prozessraumgehäuse
In der Momentaufnahme gemäß
In
Das anhand der
Ein weiterer Erfindungsaspekt, dem ggf. unabhängig von dem Aspekt der Korngrößenverteilung im Werkstoffpulver selbständige Bedeutung zukommt, wird nachstehend kurz umrissen. Bei dem Beispiel gemäß den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19905067 A1 [0002] DE 19905067 A1 [0002]
- DE 10236907 A1 [0002] DE 10236907 A1 [0002]
- DE 10208150 A1 [0002] DE 10208150 A1 [0002]
- DE 10112591 A1 [0002] DE 10112591 A1 [0002]
- DE 19649865 A1 [0002] DE 19649865 A1 [0002]
- DE 102008022495 A1 [0002] DE 102008022495 A1 [0002]
- WO 2008/116627 A1 [0002] WO 2008/116627 A1 [0002]
- EP 1839781 A2 [0002] EP 1839781 A2 [0002]
- EP 1021997 B1 [0002, 0005] EP 1021997 B1 [0002, 0005]
- WO 2006/024373 A2 [0002] WO 2006/024373 A2 [0002]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029078A DE102010029078A1 (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029078A DE102010029078A1 (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010029078A1 true DE102010029078A1 (en) | 2011-11-24 |
Family
ID=44900516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010029078A Ceased DE102010029078A1 (en) | 2010-05-18 | 2010-05-18 | Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010029078A1 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2712698A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Powder feeding system for a laser build-up welding apparatus |
DE102012219534A1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Tools And Technologies Gmbh | Apparatus for producing a shaped body in layers |
US20140265049A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Matterfab Corp. | Cartridge for an additive manufacturing apparatus and method |
DE102013205510A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Matthias Fockele | SLM filter system |
DE102013206542A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Matthias Fockele | Powder processing device |
DE102014010932A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-01-28 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Device for producing three-dimensional objects |
DE102015204630A1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-15 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and device for producing a three-dimensional object with improved surface quality |
EP3184209A3 (en) * | 2015-12-25 | 2017-07-05 | Daihen Corporation | Metal powder, method of producing additively-manufactured article, and additively-manufactured article |
US20180147655A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-05-31 | Arcam Ab | Additive manufacturing of three-dimensional articles |
US20180200962A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | General Electric Company | Additive manufacturing using a dynamically grown build envelope |
US10981232B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-04-20 | General Electric Company | Additive manufacturing using a selective recoater |
US11103928B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-08-31 | General Electric Company | Additive manufacturing using a mobile build volume |
CN114555264A (en) * | 2020-08-19 | 2022-05-27 | 赵远云 | Preparation method and application of high-purity powder material and two-phase powder material |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995018715A1 (en) * | 1994-01-11 | 1995-07-13 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Process and device for producing three-dimensional objects |
DE19905067A1 (en) | 1999-02-08 | 2000-08-10 | Matthias Fockele | Layer-wise molding build-up apparatus, especially for laser prototyping of metallic articles, has a grinding tool for removing irregularities from a previously laser melted and solidified layer region |
DE10112591A1 (en) | 2000-03-15 | 2001-10-11 | Matthias Fockele | Production of a molded body used for molding a metal powder or a liquid resin comprises solidifying and/or melting a liquid or powdered raw material by irradiating with a laser beam corresponding to the cross-section of the molded body |
DE10039144C1 (en) * | 2000-08-07 | 2001-11-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Production of precise components comprises laser sintering a powder mixture made from a mixture of iron powder and further powder alloying elements |
DE10208150A1 (en) | 2001-02-26 | 2002-09-12 | Matthias Fockele | Rapid prototyping by consolidating layers with laser beam includes oscillating beam impact zone to improve surface finish |
DE10236907A1 (en) | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Fockele, Matthias, Dr. | Apparatus for making moldings using computer assisted design techniques by fusing layers of e.g. ceramic powder has leveling plate which smoothes off new layers of powder and bends over fixed obstructions |
WO2006024373A2 (en) | 2004-08-27 | 2006-03-09 | Hek Gmbh | Device for producing molded bodies |
EP1021997B1 (en) | 1999-01-19 | 2007-05-09 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG | Method of manufacture of dental prostheses and auxiliary elements |
EP1839781A2 (en) | 2006-03-30 | 2007-10-03 | Matthias Fockele | Device for manufacturing objects by layered construction using a powdery substance |
WO2008116627A1 (en) | 2007-03-28 | 2008-10-02 | Matthias Fockele | Device for producing objects |
EP1992709A1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Metal powder for use in additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder |
DE102008022495A1 (en) | 2008-05-07 | 2009-11-12 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for producing object by layerwise construction from powdered metallic or ceramic material, comprises housing with process chamber, support for layer construction, irradiation device, powder layer preparation device, and gear unit |
-
2010
- 2010-05-18 DE DE102010029078A patent/DE102010029078A1/en not_active Ceased
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995018715A1 (en) * | 1994-01-11 | 1995-07-13 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Process and device for producing three-dimensional objects |
EP1021997B1 (en) | 1999-01-19 | 2007-05-09 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh. Herbst GmbH & Co. KG | Method of manufacture of dental prostheses and auxiliary elements |
DE19905067A1 (en) | 1999-02-08 | 2000-08-10 | Matthias Fockele | Layer-wise molding build-up apparatus, especially for laser prototyping of metallic articles, has a grinding tool for removing irregularities from a previously laser melted and solidified layer region |
DE10112591A1 (en) | 2000-03-15 | 2001-10-11 | Matthias Fockele | Production of a molded body used for molding a metal powder or a liquid resin comprises solidifying and/or melting a liquid or powdered raw material by irradiating with a laser beam corresponding to the cross-section of the molded body |
DE10039144C1 (en) * | 2000-08-07 | 2001-11-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Production of precise components comprises laser sintering a powder mixture made from a mixture of iron powder and further powder alloying elements |
DE10208150A1 (en) | 2001-02-26 | 2002-09-12 | Matthias Fockele | Rapid prototyping by consolidating layers with laser beam includes oscillating beam impact zone to improve surface finish |
DE10236907A1 (en) | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Fockele, Matthias, Dr. | Apparatus for making moldings using computer assisted design techniques by fusing layers of e.g. ceramic powder has leveling plate which smoothes off new layers of powder and bends over fixed obstructions |
WO2006024373A2 (en) | 2004-08-27 | 2006-03-09 | Hek Gmbh | Device for producing molded bodies |
EP1839781A2 (en) | 2006-03-30 | 2007-10-03 | Matthias Fockele | Device for manufacturing objects by layered construction using a powdery substance |
WO2008116627A1 (en) | 2007-03-28 | 2008-10-02 | Matthias Fockele | Device for producing objects |
EP1992709A1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Metal powder for use in additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder |
DE102008022495A1 (en) | 2008-05-07 | 2009-11-12 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for producing object by layerwise construction from powdered metallic or ceramic material, comprises housing with process chamber, support for layer construction, irradiation device, powder layer preparation device, and gear unit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SIMCHI,A.:Direct laser sintering of metal powders:Mechanism,kinetics and microstructural features.In:Materials Science and Engineering A,428,2006,S.148-158 S.149-150,S.152,Fig.4 * |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2712698A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Powder feeding system for a laser build-up welding apparatus |
WO2014053278A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Powder conveying system for a laser powder build-up welding apparatus |
DE102012219534A1 (en) * | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Tools And Technologies Gmbh | Apparatus for producing a shaped body in layers |
US20140265049A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Matterfab Corp. | Cartridge for an additive manufacturing apparatus and method |
DE102013205510A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Matthias Fockele | SLM filter system |
US10207207B2 (en) | 2013-03-27 | 2019-02-19 | Matthias Fockele | SLM filter system |
DE102013206542A1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-10-16 | Matthias Fockele | Powder processing device |
DE102014010932A1 (en) * | 2014-07-28 | 2016-01-28 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Device for producing three-dimensional objects |
DE102015204630A1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-15 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and device for producing a three-dimensional object with improved surface quality |
US11045876B2 (en) | 2015-03-13 | 2021-06-29 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and device for producing a three-dimensional object with an improved surface quality |
EP3184209A3 (en) * | 2015-12-25 | 2017-07-05 | Daihen Corporation | Metal powder, method of producing additively-manufactured article, and additively-manufactured article |
CN106964774A (en) * | 2015-12-25 | 2017-07-21 | 株式会社达谊恒 | Metal dust, the manufacture method for being laminated moulder and stacking moulder |
US11185924B2 (en) | 2015-12-25 | 2021-11-30 | Daihen Corporation | Metal powder, method of producing additively-manufactured article, and additively-manufactured article |
CN106964774B (en) * | 2015-12-25 | 2019-08-02 | 株式会社达谊恒 | Metal powder, the manufacturing method that moulder is laminated and stacking moulder |
US10967431B2 (en) | 2015-12-25 | 2021-04-06 | Daihen Corporation | Metal powder, method of producing additively-manufactured article, and additively-manufactured article |
US20180147655A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-05-31 | Arcam Ab | Additive manufacturing of three-dimensional articles |
US10981232B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-04-20 | General Electric Company | Additive manufacturing using a selective recoater |
US11103928B2 (en) | 2017-01-13 | 2021-08-31 | General Electric Company | Additive manufacturing using a mobile build volume |
US20180200962A1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | General Electric Company | Additive manufacturing using a dynamically grown build envelope |
CN114555264A (en) * | 2020-08-19 | 2022-05-27 | 赵远云 | Preparation method and application of high-purity powder material and two-phase powder material |
CN114555264B (en) * | 2020-08-19 | 2023-04-28 | 赵远云 | Preparation method and application of high-purity powder material and two-phase powder material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010029078A1 (en) | Producing an article by layer-wise structures made of powdered metallic or ceramic material, comprises individually preparing material powder layers subsequent to each other on a support, and location-selectively solidifying each layer | |
EP2864108B1 (en) | Device and method for layer-by-layer production of a three-dimensional object | |
EP2361751B1 (en) | Method and device for producing a three dimensional object, particularly suitable for use in microtechnology | |
EP2275247B1 (en) | Apparatus and method for producing three dimensional objects by means of a generative production method | |
DE102005014483B4 (en) | Device for the production of articles by layering of powdered material | |
EP3017895A1 (en) | Manufacture of a component through selective laser melting | |
DE10165115B3 (en) | Method and device for producing a shaped body | |
DE102014201818A1 (en) | Method and device for improved control of energy input in a generative layer construction process | |
DE102008012063B4 (en) | Process for the preparation of a hybrid molding | |
EP2785481A1 (en) | Process for producing a shaped body by layerwise buildup from material powder | |
DE102015204630A1 (en) | Method and device for producing a three-dimensional object with improved surface quality | |
WO2008049384A1 (en) | Device for producing a three-dimensional object | |
EP1400339A1 (en) | Method for manufacturing a three-dimensional object | |
EP2794152A1 (en) | Method for manufacturing a compact component, and component that can be produced by means of the method | |
DE102007014968A1 (en) | Device for the production of articles | |
DE102015207306A1 (en) | Method and device for producing a three-dimensional object | |
DE102016222609A1 (en) | Apparatus for three-dimensional modeling, method, program and storage medium for three-dimensional modeling | |
EP2548719A1 (en) | Apparatus and method for layered laser sintering of three-dimensional objects and object obtained thereby | |
DE102019104839A1 (en) | Control the microstructure of a selected portion of layers of an object during additive production | |
WO2012062253A2 (en) | Device for producing, repairing, and/or replacing a component by means of a powder that can be solidified by energy radiation, and a method and a component produced according to the method | |
DE102010046467A1 (en) | Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame | |
DE102012012471B4 (en) | Process for the powder bed-based additive production of a body | |
DE102017201084A1 (en) | Process for additive production and coating apparatus | |
WO2015055361A1 (en) | Electron-beam melting method and electron-beam arrangement | |
EP3986645B1 (en) | Method and apparatus for manufacturing a multi-material workpiece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: REALIZER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: FOCKELE, MATTHIAS, DR., 33178 BORCHEN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WEICKMANN & WEICKMANN PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE Representative=s name: WEICKMANN & WEICKMANN PATENTANWAELTE - RECHTSA, DE |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |