DE102014010930A1 - Device and method for producing three-dimensional objects - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zur Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines mittels elektromagnetischer Strahlung 3 oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 4, insbesondere pulverartigen Baumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse 5, mit einer Baukammer 6 innerhalb des Gehäuses 5, mit einer Tragevorrichtung 7 zum Tragen des Objektes 2 innerhalb der Baukammer 6, mit einer Baumaterialaufbringvorrichtung 8 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 4 auf eine Oberfläche sowie eine Bestrahlungseinrichtung 9 zum Bestrahlen des Aufbaumaterials 4 an den Stellen, an denen das Aufbaumaterial 4 zur Bildung des Objektes 2 verfestigt wird, wobei die Vorrichtung 1 sowohl wenigstens eine erste Baumaterialaufbringvorrichtung 8' aufweist, die als Beschichtungsvorrichtung zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials in Form einer dünnen Aufbaumaterialschicht zur Durchführung eines Lasersinterverfahrens (SLS-Verfahren) oder eines Laserschmelzverfahrens (SLM-Verfahren) ausgebildet ist als auch wenigstens eine zweite Baumaterialaufbringvorrichtung 8' umfasst, die als Baumaterialdüse 19, insbesondere Pulverdüse zur Durchführung eines Lasergenerierungsverfahrens ausgebildet ist.The invention relates to a device 1 for producing three-dimensional objects 2 by successive solidification of layers of a building material 4, in particular pulverulent construction material, solidifiable by electromagnetic radiation 3 or particle radiation, at the locations corresponding to the respective cross-section of the object 2, with a housing 5, with a construction chamber 6 within the housing 5, with a carrying device 7 for supporting the object 2 within the building chamber 6, with a building material applying device 8 for applying the building material 4 on a surface and an irradiation device 9 for irradiating the building material 4 at the locations where the building material is solidified to form the object 2, wherein the device 1 comprises both at least one first building material application device 8 ', which is used as a coating device for the layered application of the building material in the form of a thin building material layer for implementation tion of a laser sintering method (SLS method) or a laser melting process (SLM method) is formed and at least a second Baumaterialaufbringvorrichtung 8 'comprises, which is designed as Baustatodüse 19, in particular powder nozzle for performing a laser generation process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for producing three-dimensional objects by successive solidification of layers of a build-up material which can be solidified by means of electromagnetic radiation or particle radiation with the further features of the preamble of patent claim 1.

Vorrichtungen dieser Art, bei denen insbesondere pulverartiges Baumaterial verfestigt wird, weisen ein Gehäuse mit wenigstens einer verschließbaren Öffnung auf. Innerhalb des Gehäuses ist eine Baukammer angeordnet, in der eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes innerhalb der Baukammer höhenverstellbar angeordnet ist. Über eine Baumaterialaufbringvorrichtung wird Aufbaumaterial auf eine Oberfläche aufgebracht. Eine Bestrahlungseinrichtung dient zum Bestrahlen des Aufbaumaterials an den Stellen, an denen das Aufbaumaterial zur Bildung des Objektes verfestigt wird. Die Bestrahlungseinrichtung umfasst in der Regel einen Laser und wenigstens einen Scanner, wobei der Scanner den Strahl des Lasers prozessgesteuert an die zur Verfestigung des Baumaterials vorgesehenen Stellen des Pulverbettes lenkt.Devices of this type, in which, in particular powdery building material is solidified, have a housing with at least one closable opening. Within the housing, a construction chamber is arranged, in which a carrying device for supporting the object is arranged vertically adjustable within the building chamber. Building material is applied to a surface via a building material applicator. An irradiation device serves to irradiate the building material at the locations where the building material is solidified to form the object. As a rule, the irradiation device comprises a laser and at least one scanner, wherein the scanner steers the beam of the laser in a process-controlled manner to the places of the powder bed intended for solidification of the building material.

Dem Fachmann sind derartige Vorrichtungen als Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtungen bekannt. Werden metallische Pulvermaterialien Eingesetzt, so sind derartige Vorrichtungen geeignet, Prototypen oder auch fertige Produkte oder Teilprodukte mit hoher Präzision herzustellen.Those skilled in the art are aware of such devices as laser sintering or laser melting devices. If metallic powder materials are used, such devices are suitable for producing prototypes or even finished products or partial products with high precision.

Darüber hinaus ist neben dem Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren (im Detail beschrieben in ( Andreas Gebhardt „Rapid Prototyping, Hansaverlag 2000, ISBN-446-21242-6 ) auch aus derselben Quelle bekannt, dreidimensionale Objekte mittels eines Lasergenerierungsverfahrens herzustellen. Beim Verfahren des Lasergenerierungsverfahrens wird mit Hilfe eines Inertgasstromes, z. B. Argon und einer Pulverdüse gezielt feinkörniges Metallpulver auf eine Bearbeitungsstelle geleitet und dort im Focus eins Laserstrahls lokal aufgeschmolzen. Die Schichtbildung erfolgt durch Verfestigung in Folge einer Wärmeleitung in das Bauteil, sodass das Lasergenerieren ein einstufiger Prozess ist. Das dreidimensionale Bauteil entsteht durch Übereinanderlegen vieler Schichten, wobei im Prozess der Zusatzwerkstoff und eine dünne Randschicht des Substrats aufgeschmolzen und so eine schmelzmetallurgische Verbindung erzeugt werden (vergleiche Andreas Gebhardt „Rapid Prototyping” zweite völlig überarbeitete Lage Seite 339–349 ).In addition, in addition to the laser sintering or laser melting process (described in detail in (FIG. Andreas Gebhardt "Rapid Prototyping, Hansaverlag 2000, ISBN 446-21242-6 ) also known from the same source to produce three-dimensional objects by means of a laser generation process. In the process of the laser generation process, with the aid of an inert gas stream, for. B. argon and a powder nozzle targeted fine-grained metal powder passed to a processing site and there locally melted in the focus of a laser beam. The layer formation takes place by solidification as a result of heat conduction into the component, so that laser generation is a one-step process. The three-dimensional component is created by superimposing many layers, during which process the filler material and a thin surface layer of the substrate are melted to produce a fusion-metallurgical bond (cf. Andreas Gebhardt "Rapid Prototyping" second completely revised situation page 339-349 ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, dass sie geeignet ist, mit hoher Baugeschwindigkeit dreidimensionale Objekte herzustellen, die in den erforderlichen Werkstückbereichen eine hohe Präzision und Oberflächengüte aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung wenigstens zwei Baumaterialaufbringvorrichtungen umfasst, wobei wenigstens eine als Baumaterialdüse, insbesondere als Pulverdüse zur Durchführung eines Lasergenerierungsverfahrens ausgebildet ist und wenigstens eine zweite Baumaterialaufbringvorrichtung vorhanden ist, die als Beschichtungsvorrichtung zum schichtweisen Auftragen des Aufbaumaterials in Form einer dünnen Aufbaumaterialschicht zur Durchführung eines Lasersinterverfahrens oder Laserschmelzverfahrens ausgebildet ist.The invention has the object of providing an apparatus for producing three-dimensional objects with the features of the preamble of claim 1 in such a way that it is suitable to produce high-speed three-dimensional objects having high precision and surface quality in the required workpiece areas. This object is solved by the characterizing features of claim 1, characterized in that the device comprises at least two Baumaterialaufbringvorrichtungen, wherein at least one is designed as Baustatterdüse, in particular as a powder nozzle for performing a laser generation process and at least one second Baumaterialaufbringvorrichtung is present, which serves as a coating device for coating of the building material is formed in the form of a thin building material layer for performing a laser sintering process or laser melting process.

Durch die Kombination der beiden Baumaterialaufbringvorrichtungen unterschiedlicher Art ist es möglich, in ein und derselben Prozesskammer die beiden unterschiedlich ablaufenden schichtbildenden Bauprozesse durchzuführen und damit z. B. zunächst ein Teilwerkstück mit extrem hoher Genauigkeit und sehr guter Oberflächengüte herzustellen, wozu z. B. das Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren eingesetzt wird und dann auf dieses Teilwerkstück durch ein deutlich schneller ablaufendes Lasergenerierungsverfahren ein weiteres Teilwerkstück aufzubauen, bei welchem es z. B. auf die Oberflächengenauigkeit nicht so genau ankommt.By combining the two Baumaterialaufbringvorrichtungen different types, it is possible to perform in a single process chamber, the two different running layer-forming building processes and thus z. B. first to produce a partial workpiece with extremely high accuracy and very good surface quality, including z. B. the laser sintering or laser melting is used and then build on this part of the work piece by a much faster running laser generation process another part of the work, in which it z. B. does not depend so accurately on the surface accuracy.

Derartige „Hybridbauteile”, die zweistufig durch unterschiedliche Verfahren, aber zusammenhängend innerhalb einer Baukammer, d. h. ohne eigentliche Unterbrechung des Bauprozesses hergestellt werden, sind an den Stellen, wo es auf hohe Genauigkeit ankommt, mit etwas langsamerer Geschwindigkeit durch ein SLS- oder SLM-Verfahren herstellbar und können in den weiteren Teilbereichen mit hoher Baurate ausgeführt werden. Grundsätzlich ist es möglich zunächst ein SLS- oder SLM-Verfahren zur Durführung eines ersten Teilwerkstückes einzusetzen und sodann auf das erste SLM- oder SLS-Werkstückteil durch Lasergenerieren aufzusetzen oder umgekehrt. Zunächst kann auch ein Teilwerkstück durch Lasergenerieren aufgebaut werden, sodann wird dieses Teilwerkstück mit Pulver umfüllt und dann auf das Teilwerkstück und die Pulverumfüllung neues Baumaterial schichtweise aufgebracht und entsprechend verfestigt, um als zweite Stufe das SLM- oder SLS-Verfahren durchzuführen. Beide Vorgehensweisen liegen im Rahmen der Erfindung. Beide Baumaterialaufbringvorrichtungen sind derart bezogen auf die Baukammer angeordnet, dass durch sie ein Objekt in oder über der Baukammer aufbaubar ist.Such "hybrid components", the two-stage by different methods, but contiguous within a building chamber, d. H. are made without actual interruption of the construction process, are at the points where it depends on high accuracy, with a slightly slower speed by an SLS or SLM process produced and can be carried out in the other areas with high building rate. In principle, it is possible first to use an SLS or SLM method for carrying out a first partial workpiece and then to set it up on the first SLM or SLS workpiece part by laser generation or vice versa. First, a partial workpiece can be constructed by laser generating, then this part of the workpiece is filled with powder and then layered on the part of the workpiece and the powder powder new building material and solidified accordingly to perform as a second stage, the SLM or SLS process. Both approaches are within the scope of the invention. Both Baumaterialaufbringvorrichtungen are arranged with respect to the building chamber, that an object in or over the building chamber can be built by them.

In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine düsenartige Baumaterialeinfüllvorrichtung zur Umfüllung eines mittels eines Lasergenerierungsverfahrens zunächst hergestellten Teilobjektes mit pulverartigem Baumaterial. Eine derartige düsenartige oder mit einem sonstigen Auslass versehene Baumaterialeinfüllvorrichtung kann auch durch die Baumaterialdüse gebildet werden, die normalerweise zur Durchführung des Lasergenerierungsverfahrens dient, allerdings wird in diesem Falle keine Strahlungsenergie zugeführt, sondern nur das Pulvermaterial in Hohlräume eingedüst, die das hergestellte Teilwerkstück umgeben, sodass eine Unterlage für eine weitere Beschichtung vorhanden ist.In a further development of the invention, the device comprises a nozzle-like Baumaterialeinfüllvorrichtung for refilling a means of a Laser generation process initially produced partial object with powdery building material. Such a nozzle-like or otherwise exhausted Baumaterialeinfüllvorrichtung can also be formed by the building material nozzle, which normally serves to carry out the laser generation process, however, in this case, no radiant energy supplied, but only the powder material is injected into cavities surrounding the manufactured part workpiece, so a pad for a further coating is present.

Die Baumaterialdüse (nämlich in jedem Fall die zur Durchführung des Lasergenerierungsverfahrens oder auch die Düse zum Umfüllen) ist innerhalb der Prozesskammer, d. h. oberhalb der Baukammer verfahrbar, verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet.The building material nozzle (namely, in each case for carrying out the laser generation process or the nozzle for transfer) is within the process chamber, d. H. can be moved, displaced or pivoted above the building chamber.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass die Baumaterialdüse zur Durchführung des Lasergenerierungsverfahrens in einem Prozesskammerbereich verfahren werden kann, der neben der durch die Baukammer definierten Baufläche für das SLS- oder SLM-Verfahren liegt. Dadurch ist es möglich, ein durch Lasergenerieren hergestelltes Teilwerkstück von einem gesonderten Baubereich innerhalb der Prozesskammer in den Bereich der Baukammer zu verbringen und dort den weiteren Aufbau durch ein Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren durchzuführen.In a development of the invention, the device is constructed in such a way that the building material nozzle for carrying out the laser generation method can be moved in a process chamber area which is adjacent to the construction area defined by the construction chamber for the SLS or SLM method. This makes it possible to spend a partial workpiece produced by laser generation from a separate construction area within the process chamber into the area of the building chamber and to carry out the further construction there by means of a laser sintering or laser melting process.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den Ansprüchen 7–14 beschrieben. Es ist ein zweistufiges Pulverdüsen-/Pulverbett-Schmelzverfahren, bei dem auf völlig unterschiedliche Weise Pulver zugeführt werden können. Wenn hier von einem zweistufigen Verfahren gesprochen wird, so ist es grundsätzlich auch möglich, nach Durchführung der beiden ersten Verfahrensschritte, z. B. Laserschmelzen – Lasergenerieren noch einmal ein Laserschmelzverfahren aufzusetzen, wozu dann das durch Lasergenerieren hergestellte Teilwerkstück wiederum mit Baumaterial umfüllt wird und ein weiterer Laserschmelzprozess begonnen wird. Beide Verfahren, nämlich das Verfahren des Lasergenerierens und des Lasersinterns oder Schmelzens werden ohne Unterbrechung als zusammenhängendes, wenigstens zweistufiges Verfahren durchgeführt. Die Steuerung beider Verfahren läuft auf Basis eines einheitlichen, zusammenhängenden Datensatzes ab, der die Daten des herzustellenden Gesamtbauteils definiert, wobei die Daten natürlich in Datenteilmengen unterteilt sein können, die an das jeweilige Verfahren angepasst sind.The process according to the invention is described in claims 7-14. It is a two-stage powder jet / powder bed melt process that can deliver powders in completely different ways. When it is spoken of a two-stage process, it is also possible in principle, after performing the first two process steps, for. B. Laser melting - laser generate once again set up a laser melting process, what then the part workpiece produced by laser generation is in turn filled with building material and another laser melting process is started. Both methods, namely the method of laser generation and of laser sintering or melting are carried out without interruption as a coherent, at least two-stage process. The control of both methods is based on a uniform, coherent data set which defines the data of the entire component to be produced, the data of course being able to be subdivided into data subsets which are adapted to the respective method.

Beide Verfahren laufen in ein und derselben Schutzgasatmosphäre ab, die Schutzgasatmosphäre wird beim Übergang des einen Verfahrens (z. B. Generieren) zu einem anderen Verfahren (z. B. Lasersintern oder Laserschmelzen) vorteilhafter weise nicht unterbrochen.Both processes take place in one and the same protective gas atmosphere, the protective gas atmosphere is advantageously not interrupted during the transition of one process (eg generating) to another process (eg laser sintering or laser melting).

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnungsfigur näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Anlage gemäß der Erfindung mit zwei unterschiedlich ausgebildeten Baumaterialzuführvorrichtungen.The invention is explained in more detail with reference to an embodiment in the drawing figure. This shows a schematic sectional view through a plant according to the invention with two differently shaped Baumaterialzuführvorrichtungen.

Die in der Zeichnungsfigur dargestellte Vorrichtung 1 dient zur Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 durch Verfestigen von Schichten eines mittels elektromagnetischer Strahlung 3 verfestigbaren Aufbaumaterials 4, insbesondere eines pulverartigen Baumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse 5 mit einer Baukammer 6 innerhalb des Gehäuses 5, mit einer Tragevorrichtung 7 zum Tragen des Objektes 2 innerhalb der Baukammer 6, mit einer Baumaterialaufbringvorrichtung 8 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 4 auf eine Oberfläche sowie eine Bestrahlungseinrichtung 9 zum Bestrahlen des Aufbaumaterials 4 an den Stellen, an denen das Aufbaumaterial 4 zur Bildung des Objektes 2 verfestigt wird, wobei die Bestrahlungseinrichtung 9 zunächst einen ersten Laser 10 und einen Scanner 11 umfasst. Das Aufbaumaterial 4 wird in einem neben der Baukammer 6 angeordneten Dosierbehälter 12 bevorratet, deren Boden 13 höhenverlagerbar angeordnet ist derart, dass durch eine obere Öffnung der Dosierkammer Baumaterial 4 gedrückt wird und von einem Beschichterelement 14 der Baumaterialaufbringvorrichtung 8 horizontal in Pfeilrichtung 15 mitgenommen wird und damit auf die oberste Schicht des Baumaterials 4 in der Baukammer 6 aufgeschichtet wird.The device shown in the drawing figure 1 serves to produce three-dimensional objects 2 by solidifying layers of one by means of electromagnetic radiation 3 solidifiable building material 4 , In particular, a powdery building material at the respective cross section of the object 2 corresponding places, with a housing 5 with a construction chamber 6 inside the case 5 , with a carrying device 7 to carry the object 2 within the building chamber 6 , with a building material applicator 8th for applying the building material 4 on a surface as well as an irradiation device 9 for irradiating the building material 4 in the places where the building material 4 to the formation of the object 2 is solidified, wherein the irradiation device 9 first a first laser 10 and a scanner 11 includes. The construction material 4 will be in a next to the building chamber 6 arranged dosing 12 stockpiled, their bottom 13 arranged höhenverlagerbar such that through an upper opening of the metering chamber building material 4 is pressed and by a coater element 14 the building material applicator 8th horizontally in the direction of the arrow 15 is taken and thus on the top layer of the building material 4 in the construction chamber 6 is piled up.

Nicht benötigtes Baumaterial fällt in einen Überlaufbehälter 16.Unused construction material falls into an overflow tank 16 ,

Mit 17 ist noch eine Prozesskammer dargestellt, in der während des Bauvorganges eine Schutzgasatmosphäre aufrecht erhalten werden kann. Dazu durchsetzt die Strahlung 3 ein Fenster 18 an der Oberseite der Prozesskammer.With 17 is still a process chamber shown in which during the construction process, a protective gas atmosphere can be maintained. In addition the radiation penetrates 3 a window 18 at the top of the process chamber.

Die vorbezeichneten Elemente sind Gegenstand einer Lasersinter- oder Laserschmelzanlage(SLS oder SLM)-Verfahren, das in der Fachwelt aus der in der Beschreibungseinleitung genannten Quelle bekannt ist.The aforementioned elements are the subject of a laser sintering or laser melting system (SLS or SLM) method, which is known in the art from the source mentioned in the introduction to the description.

Zusätzlich zu der beschriebenen Baumaterialaufbringvorrichtung 8 mit dem horizontal verfahrbaren rakel- oder lippenartigen Beschichterelement 14 umfasst die Vorrichtung 1 wenn zusätzlich wenigstens eine zweite Baumaterialaufbringvorrichtung 8', die als Baumaterialdüse 19, insbesondere als Pulverdüse zur Durchführung eines Lasergenerierungsverfahrens ausgebildet ist, wobei dieses Merkmal beinhaltet, dass das durch die Baumaterialdüse, insbesondere Pulverdüse aufgetragene Baumaterial ebenfalls durch Strahlungsenergie verfestigt werden soll. Dies geschieht vorliegendenfall durch eine Ausbildung der Baumaterialdüse 19 als sogenannten Coaxialdüsenanordnung, d. h. die Baumaterialdüse fördert zum einen Baumaterial 4 aus einem Baumaterialbehälter 20 und wird zum anderen von der Strahlung einer Laserquelle 10' oder eines zweiten Lasers 21 durchsetzt, sodass das durch die Düsenöffnung aufgetragene Pulver im Focus dieser Laserstrahlung 22 auf- oder angeschmolzen werden kann. Dieser Vorgang ist als Lasergenerierungsverfahren aus der Fachliteratur bekannt. Beide Baumaterialaufbringvorrichtungen 8, 8' sind derart bezogen auf die Baukammer 6 angeordnet, dass durch sie ein Objekt 2 in oder über der Baukammer 6 aufbaubar sind. Die düsenartige Baumaterialvorrichtung 19 hat eine Doppelfunktion. Einerseits dient sie zur Umfüllung eines mittels eines Lasergenerierungsverfahrens hergestellten Teilobjektes 2 mit pulverartigem Baumaterial 4, d. h. wenn das Lasergenerierungsverfahren als erstes Verfahren eingesetzt wird, dann bedarf es zum weiteren Aufbau des Objektes 2 mit einem Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren das bereits hergestellte Objekt 2 umgebenden Pulverbettes, das durch die Baumaterialdüsen 19 eingetragen werden kann. Dazu ist die Baumaterialdüse 19 innerhalb der Prozesskammer 17 verfahrbar, verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet. Die Baumaterialdüse 19 ist aber auch in einem Prozesskammerbereich neben der durch die Baukammer 6 definierten Baufläche verfahrbar, d. h. prinzipiell ist es möglich, das Objekt 2 durch ein Lasergenerierungsverfahren beispielsweise auf einer Bauplatte 23 aufzubauen, die neben der Baukammer 6 auf dem Prozesskammerboden 24 aufliegt. Die Verfahrbarkeit der Baumaterialdüse 19 ist durch die Pfeile 25 dargestellt, d. h. die Baumaterialdüse 19 kann nach oben und unten und in X- und X-Richtung verfahren werden.In addition to the described building material applicator 8th with the horizontally movable doctor blade or lip-like coater element 14 includes the device 1 if in addition at least one second building material application device 8th' as a building material nozzle 19 , is designed in particular as a powder nozzle for carrying out a laser generation method, this feature implies that the building material applied by the building material nozzle, in particular powder nozzle, should also be solidified by radiation energy. In the present case, this is done by designing the building material nozzle 19 as so-called Coaxialdüsenanordnung, ie the building material nozzle promotes a building material 4 from a building material container 20 and secondly, the radiation from a laser source 10 ' or a second laser 21 permeated, so that the applied through the nozzle opening powder in the focus of this laser radiation 22 can be melted or melted. This process is known as Lasergenierungsverfahren from the literature. Both building material applicators 8th . 8th' are so related to the building chamber 6 arranged that through it an object 2 in or above the building chamber 6 are buildable. The nozzle-like building material device 19 has a double function. On the one hand, it serves for transferring a partial object produced by means of a laser generation process 2 with powdery building material 4 That is, if the laser generation method is used as the first method, then it requires the further construction of the object 2 with a laser sintering or laser melting the already manufactured object 2 surrounding powder bed passing through the building material nozzles 19 can be entered. This is the building material nozzle 19 within the process chamber 17 arranged movable, displaceable or pivotable. The construction material nozzle 19 but is also in a process chamber area next to the building chamber 6 defined building area movable, ie in principle it is possible, the object 2 by a laser generation process, for example on a building board 23 build up next to the construction chamber 6 on the process chamber floor 24 rests. The movability of the building material nozzle 19 is through the arrows 25 represented, ie the building material nozzle 19 can be moved up and down and in X and X direction.

Durch manuellen Eingriff in die Prozesskammer z. B. durch eine Gloveboxanordnung oder durch einen Roboter kann ein durch lasergenerieren hergestelltes Teilwerkstück 2' beispielsweise auf die Tragevorrichtung 7 in der Baukammer gesetzt werden, dann in der beschriebenen Weise mit der Baumaterialdüse mit Baumaterial 4 umfüllt werden und dann darauf als zweiter Schritt durch ein SLM oder SLS-Verfahren ein weiteres Teilwerkstück 2 aufgebaut werden.By manual intervention in the process chamber z. B. by a Gloveboxanordnung or by a robot can be produced by laser generating part workpiece 2 ' for example, on the carrying device 7 be placed in the building chamber, then in the manner described with the building material nozzle with building material 4 then, as a second step, through a SLM or SLS process, another part of the work 2 being constructed.

Natürlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, zunächst ein Teilwerkstück 2 durch einen SLM oder SLS-Prozess herzustellen und dann auf die Oberfläche 30 des hergestellten Teilwerkstückes mit einem Lasergenerierungsverfahren in der üblichen Weise aufzusetzen.Of course, it is also within the scope of the invention, initially a partial workpiece 2 through a SLM or SLS process and then onto the surface 30 set of the manufactured part workpiece with a laser generating method in the usual way.

Was das Verfahren anbelangt, so ist bedeutungsvoll, dass beide Verfahren ggf. auch in mehrfachem Wechsel – innerhalb der Vorrichtung durchgeführt werden, ohne das Verfahren zu unterbrechen. Es ist möglich, für beide Verfahren einen einheitlichen zusammenhängenden Datensatz zu verwenden, der in üblicher Weise in einem Speicher 35 der Vorrichtung abgelegt ist und durch den Prozessor 36 verarbeitet wird, der seinerseits z. B. die Scanneranordnung des Scanners 11 steuert und andererseits auch die Bewegung der Baumaterialdüse 19 in Richtung der Pfeile 25. Der Fachmann versteht es als selbstverständlich, dass auch der Zufluss von Baumaterial 4 aus dem Baumaterialbehälter 20 prozessgesteuert sein muss, um das Verfahren des Lasergenerierens durchzuführen.As far as the process is concerned, it is significant that both processes may also be carried out in multiple changes - within the device without interrupting the process. It is possible to use for both methods a uniform contiguous dataset, usually in a memory 35 the device is stored and by the processor 36 is processed, which in turn z. B. the scanner assembly of the scanner 11 controls and on the other hand, the movement of the building material nozzle 19 in the direction of the arrows 25 , The expert understands it as a matter of course that the inflow of building material 4 from the building material container 20 must be process controlled to perform the process of laser generation.

Beide Verfahren laufen in ein und derselben Schutzgasatmophäre ab, die beim Übergang vom Lasergenerierung zum Lasersintern oder Schmelzen und umgekehrt nicht unterbrochen wird.Both processes take place in one and the same inert gas atmosphere, which is not interrupted during the transition from laser generation to laser sintering or melting and vice versa.

Es sei noch angemerkt, dass nicht notwendigerweise zwei Laser 10, 21 erforderlich sind. Grundsätzlich ist es denkbar, auch die Strahlung des Lasers 10 auch in die Baumaterialdüse 19 einzukoppeln.It should be noted that not necessarily two lasers 10 . 21 required are. In principle, it is also conceivable the radiation of the laser 10 also in the building material nozzle 19 couple.

Zur Führung des Laserstrahls in die Baumaterialdüse kann ein Lichtleiter 29 eingesetzt werden.For guiding the laser beam into the building material nozzle, a light guide 29 be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Objektobject
33
Strahlungradiation
44
Aufbaumaterialconstruction material
55
Gehäusecasing
66
BaukammerConstruction Chamber
77
Tragevorrichtungcarrying device
88th
BaumaterialaubringvorrichtungBaumaterialaubringvorrichtung
99
Bestrahlungseinrichtungirradiation device
1010
erster Laserfirst laser
1111
Scannerscanner
1212
Dosierkammermetering
1313
Bodenground
1414
Beschichterelementapplication element
1515
Pfeilrichtungarrow
1616
ÜberlaufbehälterOverflow tank
1717
Prozesskammerprocess chamber
1818
Fensterwindow
1919
BaumaterialdüseBaumaterialdüse
2020
Baumaterialbehälterbuilding material container
2929
Lichtleiteroptical fiber
3030
Oberlfäche von 2 Surface of 2
3535
SpeicherStorage
3636
Prozessorprocessor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Andreas Gebhardt „Rapid Prototyping, Hansaverlag 2000, ISBN-446-21242-6 [0004] Andreas Gebhardt "Rapid Prototyping, Hansaverlag 2000, ISBN 446-21242-6 [0004]
  • Andreas Gebhardt „Rapid Prototyping” zweite völlig überarbeitete Lage Seite 339–349 [0004] Andreas Gebhardt "Rapid Prototyping" second completely revised position page 339-349 [0004]

Claims (14)

Vorrichtung (1) zur Herstellung dreidimensionaler Objekte (2) durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines mittels elektromagnetischer Strahlung (3) oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (4), insbesondere pulverartigen Baumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse (5), mit einer Baukammer (6) innerhalb des Gehäuses (5), mit einer Tragevorrichtung (7) zum Tragen des Objektes (2) innerhalb der Baukammer (6), mit einer Baumaterialaufbringvorrichtung (8) zum Aufbringen des Aufbaumaterials (4) auf eine Oberfläche sowie eine Bestrahlungseinrichtung (9) zum Bestrahlen des Aufbaumaterials (4) an den Stellen, an denen das Aufbaumaterial (4) zur Bildung des Objektes (2) verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) sowohl wenigstens eine erste Baumaterialaufbringvorrichtung (8') aufweist, die als Beschichtungsvorrichtung zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials in Form einer dünnen Aufbaumaterialschicht zur Durchführung eines Lasersinterverfahrens (SLS-Verfahren) oder eines Laserschmelzverfahrens (SLM-Verfahren) ausgebildet ist als auch wenigstens eine zweite Baumaterialaufbringvorrichtung (8') umfasst, die als Baumaterialdüse (19), insbesondere Pulverdüse zur Durchführung eines Lasergenerierungsverfahrens ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) for the production of three-dimensional objects ( 2 ) by successively solidifying layers of one by means of electromagnetic radiation ( 3 ) or particle radiation solidifiable building material ( 4 ), in particular powdery building material, at the respective cross-section of the object ( 2 ) corresponding points, with a housing ( 5 ), with a construction chamber ( 6 ) within the housing ( 5 ), with a carrying device ( 7 ) for carrying the object ( 2 ) within the building chamber ( 6 ), with a building material application device ( 8th ) for applying the building material ( 4 ) on a surface and an irradiation device ( 9 ) for irradiating the building material ( 4 ) at the points where the building material ( 4 ) for the formation of the object ( 2 ), characterized in that the device ( 1 ) at least one first building material application device ( 8th' ), which is designed as a coating device for the layered application of the build material in the form of a thin build material layer for performing a laser sintering method (SLS method) or a laser melting method (SLM method) as well as at least one second building material application device ( 8th' ) used as building material nozzle ( 19 ), in particular powder nozzle is designed for carrying out a laser generation process. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Baumaterialaufbringvorrichtungen 8, 8' derart bezogen auf die Baukammer (6) angeordnet sind, dass durch sie ein Objekt (2) in oder über der Baukammer (6) aufbaubar ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that both Baumaterialaufbringvorrichtungen 8th . 8th' in relation to the building chamber ( 6 ) are arranged so that through them an object ( 2 ) in or above the building chamber ( 6 ) is buildable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaterialdüse (19) zur Umfüllung eines mittels eines Lasergenerierungsverfahrens hergestellten Teilobjektes mit pulverartigem Baumaterial (4) einsetzbar ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the building material nozzle ( 19 ) for transferring a partial object produced by means of a laser generation method with powdery building material ( 4 ) can be used. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaterialdüse (19) innerhalb der Prozesskammer (17) verfahrbar, verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the building material nozzle ( 19 ) within the process chamber ( 17 ) is arranged movable, displaceable or pivotable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaterialdüse (19) in einen Prozesskammerbereich neben der durch die Baukammer (6) definierten Baufläche verfahrbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the building material nozzle ( 19 ) in a process chamber area next to that through the building chamber ( 6 ) defined construction area is movable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Lasergenerieren hergestelltes Teilwerkstück (2) von einem gesonderten Baubereich innerhalb der Prozesskammer in den Bereich der Baukammer (6) zum weiteren Aufbau durch ein Lasersinterverfahren oder ein Laserschmelzverfahren überführbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a partial workpiece produced by laser generation ( 2 ) from a separate building area within the process chamber into the area of the building chamber ( 6 ) for further construction by a laser sintering method or a laser melting method can be transferred. Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte (2) durch sukzessives Verfestigen von Schichten oder Bereichen eines mittels elektromagnetischer Strahlung (3) oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (4) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, wobei – innerhalb einer Prozesskammer (17) sowohl eine Baumaterialdüse (19) zur Einbringung eines Pulverstrahls in einen Laserfokus zum Aufschmelzen des Pulvers zur Durchführung des Verfahrens des Lasergenerierens, – als auch eine Beschichtungseinrichtung (14) zum Beschichten einer dünnen Pulverschicht auf eine Unterlage zur Durchführung eines SLM (selektives Laserschmelzen) oder SLS(selektives Lasersintern)-Verfahrens vorgesehen werden, – wobei zunächst ein erstes Teilobjekt (2) aufgebaut wird, wozu entweder das Verfahren des Lasergenerierens oder das Verfahren des Lasersinterns oder -schmelzens eingesetzt wird und – sodann auf das erste Teilobjekt (2) ein weiteres Teilobjekt (2) aufgebaut wird, wobei das weitere Teilobjekt durch Lasersintern oder Laserschmelzen(SLS oder SLM)-Verfahren aufgebaut wird, wenn das erste Teilobjekt durch das Verfahren des Lasergenerierens aufgebaut wurde oder umgekehrt, das zweite Teilobjekt durch Lasergenerieren aufgebaut wird, wenn das erste Teilobjekt durch das Verfahren des Lasersinterns oder Laserschmelzens aufgebaut wurde.Method for producing three-dimensional objects ( 2 ) by successive solidification of layers or regions by means of electromagnetic radiation ( 3 ) or particle radiation solidifiable building material ( 4 ) at the respective cross-section of the object corresponding locations, wherein - within a process chamber ( 17 ) both a building material nozzle ( 19 ) for introducing a powder jet into a laser focus for melting the powder for carrying out the method of laser generation, - as well as a coating device ( 14 ) are provided for coating a thin powder layer on a substrate for performing an SLM (selective laser melting) or SLS (selective laser sintering) method, wherein first a first sub-object ( 2 ), to which either the method of laser generation or the method of laser sintering or melting is used and then to the first partial object ( 2 ) another subobject ( 2 ), wherein the further partial object is constructed by laser sintering or laser melting (SLS or SLM) method, if the first partial object was constructed by the method of laser generation or vice versa, the second partial object is constructed by laser generation, if the first partial object by the A process of laser sintering or laser melting has been established. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das erste Teilobjekt (2) durch das Verfahren des Lasergenerierens aufgebaut wird, sodann der Umgebungsbereich des ersten Teilobjektes mit Baumaterial befüllt wird zur Bildung eines weiteren Baumaterial (4) tragenden Umgebungsbereiches und sodann schichtweise auf die nach oben weisende Oberfläche (30) des Teilobjektes und den Umgebungsbereich pulverartiges Baumaterial (4) aufgetragen wird und sodann sukzessive ein Lasersinterverfahren (SLS-Verfahren) oder Laserschmelzverfahren (SLM-Verfahren) zum Aufbau des zweiten Teilobjekts (2) durchgeführt wird.Method according to claim 7, characterized in that first the first partial object ( 2 ) is constructed by the method of laser generation, then the surrounding area of the first sub-object is filled with building material to form another building material ( 4 ) bearing environment area and then in layers on the upwardly facing surface ( 30 ) of the sub-object and the surrounding area powdery building material ( 4 ) and then successively a laser sintering method (SLS method) or laser melting method (SLM method) for constructing the second sub-object ( 2 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Lasergenerierens und das Verfahren des Lasersinterns oder -schmelzens ohne Unterbrechung als zusammenhängendes, wenigstens zweistufiges Verfahren durchgeführt werden.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the method of laser generation and the method of laser sintering or melting are carried out without interruption as a coherent, at least two-stage process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Verfahrens des Lasergenerierens und die Steuerung des Verfahrens des Lasersinterns oder -schmelzens auf Basis eines einheitlichen, zusammenhängenden Datensatzes erfolgt. Method according to one of the preceding claims 7-9, characterized in that the control of the method of laser generation and the control of the method of laser sintering or melting takes place on the basis of a uniform, contiguous data set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Lasergenerierens und das Verfahren des Lasersinterns oder -schmelzens in ein und derselben Schutzgasatmosphäre erfolgt.Method according to one of the preceding claims 7-10, characterized in that the method of laser generation and the method of laser sintering or melting takes place in one and the same inert gas atmosphere. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre beim Übergang vom Lasergenerieren zum Lasersintern oder -schmelzen oder beim Übergang des Lasersinterns oder -schmelzens zum Lasergenerieren nicht unterbrochen wird.A method according to claim 11, characterized in that the protective gas atmosphere is not interrupted during the transition from laser generation to laser sintering or melting or the transition of laser sintering or melting for laser generation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Lasergenerierens mit einer gegenüber dem Verfahren des Lasersinterns oder Laserschmelzens vergleichsweise höheren Baurate durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims 7-12, characterized in that the method of laser generation is performed with a comparison with the method of laser sintering or laser melting comparatively higher build rate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umfüllung des durch Lasergenerieren hergestelltes Teilobjekt (2) mit pulverartigem Baumaterial (4) die Baumaterialdüse (19) verwendet wird, mit der bei gleichzeitiger Zuschaltung von Strahlungsenergie (22) der Lasergenerierungsprozess durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims 7-13, characterized in that for refilling the partial object produced by laser generation ( 2 ) with powdery building material ( 4 ) the building material nozzle ( 19 ) is used, with the simultaneous activation of radiation energy ( 22 ) the laser generation process is performed.
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DE102019007941B4 (en) 2019-11-15 2023-12-21 Frank Heimbert Kulke Device for producing a three-dimensional object

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