DE102020122773A1 - Device for the additive manufacturing of three-dimensional objects - Google Patents

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Philip Obst
Moritz Kolter
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Abstract

Vorrichtung (1) zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte (2), umfassend ein Baumaterialbecken (3) zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, aushärtbaren oder verfestigbaren Baumaterials (4) und ein das Baumaterialbecken (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster (5), wobei eine Belichtungseinrichtung (6) der Vorrichtung (1) zur selektiven Aushärtung oder Verfestigung des Baumaterials (4) in dem Baumaterialbecken (3) durch das Fenster (5) ausgebildet ist, wobei eine Zuführeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, Baumaterial (4) in das Baumaterialbecken (3) zuzuführen, wobei die Zuführeinrichtung (8) eine Mischeinrichtung (9) aufweist, die dazu ausgebildet ist, während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials (4) zu verändern.Device (1) for the additive manufacturing of three-dimensional objects (2), comprising a building material basin (3) for receiving a particularly liquid, hardenable or solidifiable building material (4) and a window (5 ), wherein an exposure device (6) of the device (1) for the selective hardening or solidification of the building material (4) in the building material basin (3) is formed through the window (5), wherein a feed device (8) is designed for building material ( 4) into the building material basin (3), the feeding device (8) having a mixing device (9) which is designed to change the composition of the building material (4) during a building process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, umfassend ein Baumaterialbecken zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, aushärtbaren oder verfestigbaren Baumaterials und ein das Baumaterialbecken zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster, wobei eine Belichtungseinrichtung der Vorrichtung zur selektiven Aushärtung oder Verfestigung des Baumaterials in dem Baumaterialbecken durch das Fenster ausgebildet ist.The invention relates to a device for the additive manufacturing of three-dimensional objects, comprising a building material basin for receiving a, in particular liquid, hardenable or solidifiable building material and a window delimiting the building material basin at least in sections, in particular on the bottom side, with an exposure device of the device for the selective curing or solidification of the building material is formed in the building material pool through the window.

Entsprechende Vorrichtungen zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise wird ein aushärtbares bzw. verfestigbares Baumaterial in das Baumaterialbecken gefüllt und bodenseitig durch ein Fenster mittels einer Belichtungseinrichtung belichtet, sodass das Baumaterial dem Querschnitt bzw. der Gestalt des dreidimensionalen Objekts entsprechend aushärtet bzw. verfestigt wird. Dabei ist ferner bekannt, das Baumaterial in das Baumaterialbecken nachgefüllt werden kann, um einen Füllstand des Baumaterials im Baumaterialbecken näherungsweise konstant zu halten.Corresponding devices for the additive production of three-dimensional objects are basically known from the prior art. Usually, a hardenable or hardenable building material is filled into the building material basin and exposed on the bottom side through a window using an exposure device, so that the building material hardens or hardens according to the cross section or the shape of the three-dimensional object. It is also known that the building material can be refilled into the building material basin in order to keep the fill level of the building material in the building material basin approximately constant.

Bei der additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte kann eine Anforderung an den Bauprozess darin bestehen, die Materialeigenschaften des herzustellenden dreidimensionalen Objekts während seiner Herstellung zu beeinflussen, insbesondere mechanische Eigenschaften des Objekts in verschiedenen Abschnitten des Objekts unterschiedlich einzustellen bzw. auszubilden. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, dass die Belichtungsparameter verändert werden, sodass das Verfestigungsverhalten des Baumaterials beispielsweise durch unterschiedliche Belichtungsdauern oder Belichtungsintensitäten verändert werden kann.In the additive manufacturing of three-dimensional objects, one requirement of the construction process may be to influence the material properties of the three-dimensional object to be manufactured during its manufacture, in particular to adjust or design mechanical properties of the object differently in different sections of the object. This is usually achieved by changing the exposure parameters so that the hardening behavior of the building material can be changed, for example, by different exposure durations or exposure intensities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte anzugeben, die insbesondere eine flexiblere Ausbildung bzw. Erzeugung von Materialeigenschaften in verschiedenen Objektabschnitten erlaubt.The invention is based on the object of specifying an improved device for the additive production of three-dimensional objects, which in particular allows a more flexible design or production of material properties in different object sections.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen.The object is achieved by a device according to claim 1. The dependent claims relate to possible embodiments.

Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, die ein Baumaterialbecken aufweist, in dem ein, insbesondere flüssiges, aushärtbares bzw. verfestigbares Baumaterial aufgenommen werden kann. Bodenseitig wird das Baumaterialbecken von einem Fenster begrenzt, durch das allgemein elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs, von einer Belichtungseinrichtung eingekoppelt werden kann, um das Baumaterial in dem Baumaterialbecken selektiv auszuhärten bzw. zu verfestigen. Dadurch ist es möglich, schichtweise oder kontinuierlich eine Verfestigung des Baumaterials gemäß der Geometrie des Objekts vorzunehmen und so das Objekt aus dem aushärtbaren bzw. verfestigbaren Baumaterial herzustellen.As described above, the invention relates to a device for the additive manufacture of three-dimensional objects, which has a building material basin in which a, in particular liquid, hardenable or solidifiable building material can be accommodated. On the bottom side, the building material pool is delimited by a window through which electromagnetic radiation, in particular light of a specific wavelength or a specific wavelength range, can be coupled in from an exposure device in order to selectively harden or solidify the building material in the building material pool. This makes it possible to harden the building material in layers or continuously according to the geometry of the object and thus to produce the object from the hardenable or hardenable building material.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung aufweist oder mit einer Zuführeinrichtung gekoppelt ist, welche Zuführeinrichtung dazu ausgebildet ist, Baumaterial in das Baumaterialbecken zuzuführen, wobei die Zuführeinrichtung eine Mischeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials zu verändern. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, während des Bauprozesses, in dem das dreidimensionale Objekt additiv hergestellt wird, die Zusammensetzung des Baumaterials zu ändern bzw. Baumaterial unterschiedlicher Zusammensetzung in das Baumaterialbecken zuzuführen. Durch die unterschiedlichen Zusammensetzungen des Baumaterials wird insbesondere erreicht, dass das ausgehärtete oder verfestigte Baumaterial, also letztlich das hergestellte dreidimensionale Objekt, in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Eigenschaften aufweist.The invention is based on the finding that the device has a feed device or is coupled to a feed device, which feed device is designed to feed building material into the building material basin, with the feed device having a mixing device which is designed to mix the composition of the changing building materials. According to the invention, it is thus proposed during the construction process in which the three-dimensional object is produced additively to change the composition of the construction material or to feed construction material of different composition into the construction material basin. The different compositions of the building material mean that the hardened or solidified building material, ie ultimately the three-dimensional object produced, has different properties in different areas.

Dabei kann eine erste Zusammensetzung des Baumaterials eingestellt werden und eine erste Schicht des Baumaterials, die mit einer Bauplattform in Berührung steht, selektiv verfestigt werden. Die Bauplattform kann anschließend relativ zu dem Baumaterialbecken bewegt werden, beispielsweise in Bezug auf eine Oberfläche des Baumaterials nach oben. Anschließend kann die Zusammensetzung des Baumaterials für verschiedene Abschnitte des Objekts verändert werden, sodass die einzelnen Abschnitte des Objekts unterschiedliche, insbesondere mechanische, Eigenschaften aufweisen. Zur Verfestigung des Baumaterials kann das Baumaterial beispielsweise eine reaktive Komponente aufweisen. Die reaktive Komponente kann beispielsweise ein Photoinitiator, Oligomere, ein Verdünner, ein Reaktionsinitiator bzw. allgemein ein aushärtendes bzw. sich verfestigendes Material, d.h. ein Material, welches eine aushärtende bzw. verfestigende Reaktion auslöst, sein. Die reaktive Komponente kann auch als ein Härtermaterial oder als Härter bezeichnet oder erachtet werden, der, zum Beispiel ausgelöst durch die Belichtung, eine Polymerisation des Baumaterials auslöst. Die selektive Verfestigung kann schichtweise oder kontinuierlich stattfinden, wobei die Bauplattform entweder um eine definierte Schichtdicke angehoben und die neue Schicht Baumaterial auf der zuvor ausgehärteten bzw. verfestigten Schicht Baumaterial verfestigt wird oder die Bauplattform kontinuierlich angehoben wird, sodass ein kontinuierlicher Fertigungsprozess durchgeführt werden kann.A first composition of the building material can be set and a first layer of the building material that is in contact with a building platform can be selectively solidified. The construction platform can then be moved relative to the building material basin, for example upwards in relation to a surface of the building material. The composition of the building material can then be changed for different sections of the object, so that the individual sections of the object have different, in particular mechanical, properties. In order to solidify the building material, the building material can have a reactive component, for example. The reactive component can be, for example, a photoinitiator, oligomers, a diluent, a reaction initiator or, in general, a hardening or hardening material, ie a material which triggers a hardening or hardening reaction. The reactive component may also be referred to or considered as a hardener material or as a hardener that initiates polymerization of the build material, for example triggered by exposure to light. The selective hardening can take place in layers or continuously, with the construction platform either being raised by a defined layer thickness and the new layer being built material is solidified on the previously hardened or solidified layer of construction material or the construction platform is continuously raised, so that a continuous manufacturing process can be carried out.

Die zuvor beschriebene Mischeinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, während des Bauprozesses die chemische Zusammensetzung des Baumaterials, insbesondere die Konzentration wenigstens einer Komponente des Baumaterials, zu verändern. Durch Beeinflussung der chemischen Zusammensetzung des Baumaterials ist es möglich, die anschließend erreichten Eigenschaften des Objekts in dem Bereich des Objekts zu beeinflussen, bei dessen Herstellung Baumaterial mit der jeweiligen chemischen Zusammensetzung verwendet wurde. Mit anderen Worten kann eine chemische Zusammensetzung des Baumaterials gezielt für bestimmte Abschnitte des Objekts eingestellt werden, sodass das Objekt die mit der chemischen Zusammensetzung des Baumaterials verbundenen Eigenschaften, beispielsweise mechanische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften, thermische Eigenschaften und dergleichen, aufweist. Das Baumaterial kann dabei letztlich jedes beliebige Baumaterial sein, wobei die chemische Zusammensetzung ebenfalls beliebige Bestandteile des Baumaterials betreffen kann. So ist es insbesondere auch möglich, ein Füllmaterial, Partikel, Pigmente bzw. eine reaktive Komponente zu dosieren und somit die entsprechenden gewünschten Eigenschaften bei dem Objekt zu realisieren.The mixing device described above can also be designed to change the chemical composition of the building material, in particular the concentration of at least one component of the building material, during the building process. By influencing the chemical composition of the building material, it is possible to influence the subsequently achieved properties of the object in the area of the object in the manufacture of which building material with the respective chemical composition was used. In other words, a chemical composition of the building material can be adjusted specifically for certain sections of the object, so that the object has the properties associated with the chemical composition of the building material, for example mechanical properties, electrical properties, thermal properties and the like. The building material can ultimately be any building material, with the chemical composition also being able to relate to any components of the building material. In particular, it is also possible to dose a filling material, particles, pigments or a reactive component and thus to implement the corresponding desired properties in the object.

Die Vorrichtung kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die Mischeinrichtung wenigstens zwei Komponentenbehälter und einen Mischabschnitt aufweist, wobei die Mischeinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei Komponenten in einem definierten Mischverhältnis in den Mischabschnitt zuzuführen und zu mischen. Mit anderen Worten kann in der Mischeinrichtung das Mischverhältnis der wenigstens zwei Komponenten festgelegt werden und sichergestellt werden, dass die wenigstens zwei Komponenten möglichst gleichmäßig gemischt werden. Selbstverständlich ist es möglich, eine beliebige Anzahl von Komponentenbehältern vorzusehen, deren Komponenten anschließend in dem Mischabschnitt oder in unterschiedlichen Mischabschnitten gemischt werden. Die einzelnen Komponenten können dabei zu den gewählten Eigenschaften des Objekts beitragen, wobei diese abgesehen von mechanischen Eigenschaften auch andere Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische Leitfähigkeit oder die elektrische Leitfähigkeit oder eine Farbe, magnetische Eigenschaften und dergleichen betreffen können. Hierzu können entsprechende Partikel, beispielsweise Metallpartikel dem übrigen Baumaterial, zum Beispiel einem Basismaterial, hinzugefügt und im entsprechenden Mischungsverhältnis gemischt werden.The device can also be further developed such that the mixing device has at least two component containers and a mixing section, the mixing device being designed to feed and mix at least two components in a defined mixing ratio into the mixing section. In other words, the mixing ratio of the at least two components can be fixed in the mixing device and it can be ensured that the at least two components are mixed as evenly as possible. It is of course possible to provide any number of component containers, the components of which are then mixed in the mixing section or in different mixing sections. The individual components can contribute to the selected properties of the object, which apart from mechanical properties can also affect other properties such as thermal conductivity or electrical conductivity or a color, magnetic properties and the like. For this purpose, corresponding particles, for example metal particles, can be added to the rest of the building material, for example a base material, and mixed in the appropriate mixing ratio.

Als Mischabschnitt kann folglich ein separater Mischbehälter verstanden werden, in dem die wenigstens zwei Komponenten gemischt werden. Es ist ebenso möglich, dass als Mischabschnitt ein Abschnitt einer Leitung bzw. eines Schlauchs verwendet bzw. verstanden wird. Hierbei kann eine Zuführung der wenigstens zwei Komponenten in denselben Mischabschnitt, d.h. in dieselbe Leitung bzw. denselben Schlauch, vorgenommen werden, wobei die wenigstens zwei Komponenten in dem Mischabschnitt vermischt werden. Der entsprechende Mischabschnitt kann ferner ein Mischelement, zum Beispiel einen verdrehten Draht, aufweisen, der die Vermischung unterstützt. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass ein Vermischen der wenigstens zwei Komponenten in die Zuführung des Baumaterials integriert ist, insbesondere in eine Leitung, durch die das Baumaterial in das Baumaterialbecken geführt wird. Das Baumaterialbecken bzw. die „Kassette“ kann ebenfalls als Mischabschnitt verwendet werden.Consequently, a separate mixing container in which the at least two components are mixed can be understood as a mixing section. It is also possible that a section of a line or a hose is used or understood as the mixing section. In this case, the at least two components can be fed into the same mixing section, i.e. into the same line or hose, with the at least two components being mixed in the mixing section. The corresponding mixing section may further include a mixing element, for example a twisted wire, which aids in mixing. This makes it possible, in particular, for a mixing of the at least two components to be integrated into the supply of the building material, in particular into a line through which the building material is fed into the building material basin. The building material basin or “cassette” can also be used as a mixing section.

Die Zuführeinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, die Zusammensetzung des Baumaterials schichtweise oder kontinuierlich oder in Abhängigkeit eines Objektparameters des herzustellenden Objekts zu verändern. Wie zuvor beschrieben, kann die Zusammensetzung schichtweise oder kontinuierlich verändert werden, sodass ein entsprechender schichtweiser oder kontinuierlicher Aufbau des dreidimensionalen Objekts erfolgen kann. Hierzu kann die Zuführeinrichtung entweder ein für das Ausbilden der entsprechenden Schicht definiert zusammengesetztes Baumaterial schichtweise bereitstellen oder die Zusammensetzung des Baumaterials kontinuierlich verändern, insbesondere durch kontinuierliche Veränderung des Mischungsverhältnisses der wenigstens zwei Komponenten des Baumaterials. Dabei kann insbesondere der gewünschte Objektparameter des herzustellenden Objekts Grundlage dafür bilden, die Zusammensetzung des Baumaterials zu beeinflussen. Beispielsweise können dazu verschiedene Bereiche des herzustellenden Objekts definiert werden, in denen das Objekt definierte Eigenschaften aufweisen kann. Selbstverständlich kann mehr als eine Eigenschaft des Objekts durch die Zusammensetzung des Baumaterials beeinflusst werden.The feed device can also be designed to change the composition of the building material in layers or continuously or as a function of an object parameter of the object to be produced. As described above, the composition can be changed layer by layer or continuously, so that the three-dimensional object can be built up correspondingly in layers or continuously. For this purpose, the feed device can either provide a building material with a defined composition for forming the corresponding layer in layers or continuously change the composition of the building material, in particular by continuously changing the mixing ratio of the at least two components of the building material. In particular, the desired object parameter of the object to be produced can form the basis for influencing the composition of the building material. For example, different areas of the object to be produced can be defined in which the object can have defined properties. Of course, more than one property of the object can be influenced by the composition of the building material.

Zum Beispiel können Festigkeitsparameter des Baumaterials bzw. des Objekts Grundlage für die Abstimmung bzw. die Auswahl der Zusammensetzung des Baumaterials bilden. Dadurch ist es möglich, wenigstens einen vergleichsweise weichen und einen vergleichsweise harten Abschnitt an dem Objekt bzw. Bauteil auszubilden. Die wenigstens eine Eigenschaft des Baumaterials kann dabei als Gradient, insbesondere kontinuierlich, oder sprunghaft verändert werden, je nachdem, ob die Zusammensetzung des Baumaterials schichtweise oder kontinuierlich verändert wird.For example, strength parameters of the building material or the object can form the basis for the coordination or the selection of the composition of the building material. This makes it possible to form at least one comparatively soft and one comparatively hard section on the object or component. The at least one property of the building material can be used as Gradient, in particular continuously, or changed suddenly, depending on whether the composition of the building material is changed in layers or continuously.

Ferner kann die Zuführeinrichtung dazu ausgebildet sein, zur Herstellung wenigstens eines ersten Objektabschnitts dem Baumaterialbecken Baumaterial mit einer ersten Zusammensetzung zuzuführen und zur Herstellungswesens eines zweiten Objektabschnitts Baumaterial mit einer zweiten Zusammensetzung zuzuführen. Selbstverständlich sind beliebige weitere Objektabschnitte möglich, in denen die erste oder die zweite Zusammensetzung des Baumaterials verwendet wird oder eine weitere von der ersten und der zweiten Zusammensetzung abweichende dritte oder weitere Zusammensetzung eingestellt wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, einen ersten Objektabschnitt des herzustellenden Objekts aus einem Baumaterial mit einer ersten Zusammensetzung herzustellen und, beispielsweise einen sich an den ersten Objektabschnitt anschließenden zweiten Objektabschnitt aus einem Baumaterial mit einer zweiten Zusammensetzung herzustellen. Um die einzelnen Objektabschnitte aus den unterschiedlich zusammengesetzten Baumaterialien herzustellen, kann die Zuführeinrichtung des jeweilige Baumaterial mit der gewünschten Zusammensetzung entsprechend zeitgesteuert und/oder mengengesteuert zuführen, sodass dies an dem entsprechenden Objektabschnitt zur Verfügung steht und mittels der Belichtungseinrichtung verfestigt werden kann. Ferner kann dem Baumaterialbecken ein Füllstandsensor zugeordnet werden, der zur Erfassung des Füllstands des Baumaterials in dem Baumaterialbecken ausgebildet ist.Furthermore, the feeding device can be designed to feed building material with a first composition to the building material basin for the production of at least a first object section and to feed building material with a second composition for the production of a second object section. Of course, any further object sections are possible, in which the first or the second composition of the building material is used or a further third or further composition deviating from the first and the second composition is set. This makes it possible, in particular, to produce a first object section of the object to be produced from a building material with a first composition and, for example, to produce a second object section adjoining the first object section from a building material with a second composition. In order to produce the individual object sections from the differently composed building materials, the feeding device can supply the respective building material with the desired composition in a time-controlled and/or quantity-controlled manner so that it is available at the corresponding object section and can be solidified by means of the exposure device. Furthermore, the building material basin can be assigned a fill level sensor, which is designed to detect the fill level of the building material in the building material basin.

Die Zuführeinrichtung kann dazu wenigstens zwei Baumaterialeinlässe, insbesondere Düsen, aufweisen, durch die Baumaterial in das Baumaterialbecken zuführbar ist. Selbstverständlich können auch mehrere Düsen, beispielsweise vier Düsen oder eine beliebige weitere Anzahl an Düsen dafür vorgesehen sein, Baumaterial mit der gewünschten Zusammensetzung in das Baumaterialbecken zuzuführen. Dabei kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Zuführung des Baumaterials gleichmäßig erfolgt und das zwischen der Bauplattform bzw. dem bereits hergestellten Objekt und dem Fenster eine ausreichende Menge an Baumaterial vorgehalten wird, um den Herstellungsprozess definiert ausführen zu können. Durch die Zuführeinrichtung wird ferner genau diejenige Menge an Baumaterial einer definierten Zusammensetzung in das Baumaterialbecken zugeführt, die zur Verfestigung benötigt wird, sodass stets gewährleistet ist, dass das Baumaterial mit der gewünschten Zusammensetzung zur Verfestigung des dazu korrespondierenden Objektabschnitts zur Verfügung steht.For this purpose, the feed device can have at least two building material inlets, in particular nozzles, through which building material can be fed into the building material basin. It goes without saying that a plurality of nozzles, for example four nozzles or any other number of nozzles, can also be provided for feeding building material with the desired composition into the building material basin. In particular, it can be ensured that the building material is supplied evenly and that a sufficient quantity of building material is kept between the building platform or the object already manufactured and the window in order to be able to carry out the manufacturing process in a defined manner. The feed device also feeds exactly that amount of building material of a defined composition into the building material basin that is required for solidification, so that it is always ensured that the building material with the desired composition is available for solidifying the corresponding object section.

Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Düse bzw. allgemein eine Leitung, durch die Baumaterial in das Baumaterialbecken geführt wird von einem Roboter positioniert werden. Die Düse bzw. Leitung ist demnach insbesondere durch den Roboter beweglich, sodass zum Beispiel eine Verteilung des Baumaterials in dem Baumaterialbecken verbessert werden kann.Alternatively or additionally, the at least one nozzle or, in general, a line through which the building material is guided into the building material basin can be positioned by a robot. The nozzle or line can therefore be moved, in particular by the robot, so that, for example, a distribution of the building material in the building material basin can be improved.

Bei dem Baumaterial kann es sich insbesondere um ein Zweikomponentenmaterial oder um ein Mehrkomponentenmaterial handeln. Wie zuvor beschrieben, können beliebige Komponenten in dem Baumaterial verwendet werden, insbesondere eine reaktive Komponente und ein Basismaterial, zum Beispiel ein Harz, wobei auch Farbpigmente, Metallpartikel, magnetische Partikel, Holz, Kunststoffe, Keramikpartikel, Glaspartikel, Zellstoff und dergleichen in verschiedenen Formen, zum Beispiel partikel- oder faserförmig, als Komponenten in dem Baumaterial verwendet bzw. beigemischt werden können. Dadurch können insbesondere die optische Erscheinung, die Farbe, die thermische bzw. elektrische Leitfähigkeit, das magnetische Verhalten, mechanische Parameter, insbesondere die Festigkeit oder die Elastizität, gezielt beeinflusst werden.The building material can in particular be a two-component material or a multi-component material. As described above, any components can be used in the building material, in particular a reactive component and a base material, for example a resin, including color pigments, metal particles, magnetic particles, wood, plastics, ceramic particles, glass particles, cellulose and the like in various forms. for example in particulate or fibrous form, can be used or mixed in as components in the building material. In this way, in particular the optical appearance, the color, the thermal or electrical conductivity, the magnetic behavior, mechanical parameters, in particular the strength or the elasticity, can be influenced in a targeted manner.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Baumaterial ein Harz und wenigstens eine reaktive Komponente umfasst, wobei die Mischeinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens die Konzentration der reaktiven Komponente zu verändern. Durch das Verändern der Konzentration des Härters in dem gesamten Baumaterial wird die Polymerisation des Baumaterials beeinflusst, sodass letztlich die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Objekts verändert werden. Über die Konzentration der reaktiven Komponente können dadurch gezielt mechanische Eigenschaften des hergestellten Objekts eingestellt werden. Beispielsweise können vergleichsweise härtere oder weichere Abschnitte des Objekts eingestellt werden und durch die dazu korrespondierende Konzentration der reaktiven Komponente realisiert werden.According to a further embodiment, it can be provided that the building material comprises a resin and at least one reactive component, with the mixing device being designed to change at least the concentration of the reactive component. By changing the concentration of the hardener throughout the building material, the polymerization of the building material is influenced, so that ultimately the mechanical properties of the manufactured object are changed. The mechanical properties of the manufactured object can thus be adjusted in a targeted manner via the concentration of the reactive component. For example, comparatively harder or softer sections of the object can be set and realized through the corresponding concentration of the reactive component.

Neben der Vorrichtung betrifft die Erfindung auch eine Zuführeinrichtung für eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, umfassend ein Baumaterialbecken zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, Baumaterials und ein das Baumaterialbecken zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster, wobei eine Belichtungseinrichtung der Vorrichtung zur selektiven Verfestigung des Baumaterials in dem Baumaterialbecken durch das Fenster ausgebildet ist, wobei die Zuführeinrichtung dazu ausgebildet ist, Baumaterial in das Baumaterialbecken zuzuführen, wobei die Zuführeinrichtung eine Mischeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials zu verändern.In addition to the device, the invention also relates to a feed device for a device for the additive production of three-dimensional objects, comprising a building material basin for receiving a building material, in particular a liquid building material, and a window delimiting the building material basin at least in sections, in particular on the bottom side, with an exposure device of the device for selective solidification of the building material is formed in the building material basin through the window, wherein the feed device is designed to feed building material into the building material basin, the feed device having a mixing device which is designed to to change the composition of the building material during a construction process.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, umfassend ein Baumaterialbecken zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, Baumaterials und ein das Baumaterialbecken zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster, wobei das Baumaterial in dem Baumaterialbecken mittels einer Belichtungseinrichtung durch das Fenster selektiv verfestigt wird, wobei während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials verändert wird.The invention also relates to a method for operating a device for the additive manufacturing of three-dimensional objects, comprising a building material basin for receiving a building material, in particular a liquid building material, and a window delimiting the building material basin at least in sections, in particular on the bottom side, the building material in the building material basin being exposed by means of an exposure device the window is selectively solidified, changing the composition of the build material during a building process.

Sämtliche Vorteile, Einzelheiten, Ausführungen und/oder Merkmale, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, sind, selbstverständlich, auf die Zuführeinrichtung und das Verfahren übertragbar.All the advantages, details, designs and/or features that have been described in relation to the device can, of course, be transferred to the feed device and the method.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. ist eine schematische Darstellung und zeigt eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte mit einer Zuführeinrichtung.The invention is explained using an exemplary embodiment with reference to the figures. The figure is a schematic representation and shows a device for the additive manufacturing of three-dimensional objects with a feed device.

Die Fig. zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten 2. Die Vorrichtung 1 weist ein Baumaterialbecken 3 auf, in dem Baumaterial 4 aufgenommen ist. Das Baumaterial 4 ist beispielsweise ein flüssiges Baumaterial 4, das ein Harz und eine reaktive Komponente umfasst. Am Boden des Baumaterialbeckens 3 ist ein Fenster 5 vorgesehen, durch das eine Belichtungseinrichtung 6, beispielsweise eine steuerbare Lichtquelle, das Baumaterial 4 selektiv verfestigen kann. Die Belichtungseinrichtung 6 ist insbesondere dazu ausgebildet, ein veränderbares Belichtungsmuster durch das Fenster 5 in das Baumaterial 4 einzukoppeln und so Baumaterial 4 der Geometrie bzw. dem Querschnitt des Objekts 2 entsprechend zu verfestigen.The figure shows a device 1 for the production of three-dimensional objects 2. The device 1 has a building material basin 3 in which building material 4 is accommodated. The building material 4 is, for example, a liquid building material 4 that includes a resin and a reactive component. A window 5 is provided on the bottom of the building material basin 3, through which an exposure device 6, for example a controllable light source, can selectively solidify the building material 4. The exposure device 6 is designed in particular to couple a changeable exposure pattern through the window 5 into the building material 4 and thus to solidify the building material 4 in accordance with the geometry or the cross section of the object 2 .

Dazu weist die Vorrichtung 1 ferner eine Bauplattform 7 auf, auf der das Objekt 2 gebaut werden kann. Die Bauplattform 7 kann dazu relativ zu dem Baumaterialbecken 3 bewegt werden, insbesondere relativ dazu nach oben verfahren werden, sodass das Objekt 2 schichtweise oder kontinuierlich aus dem Baumaterial 4 aufgebaut werden kann.For this purpose, the device 1 also has a construction platform 7 on which the object 2 can be built. For this purpose, the building platform 7 can be moved relative to the building material basin 3 , in particular moved upwards relative thereto, so that the object 2 can be built up in layers or continuously from the building material 4 .

Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Zuführeinrichtung 8 auf, die dazu bei ausgebildet ist, Baumaterial 4 in das Baumaterialbecken 3 zuzuführen. Die Zuführeinrichtung 8 weist eine Mischeinrichtung 9 auf, der mehrere Komponentenbehälter 10 zugeordnet sind. In den Komponentenbehältern 10 sind insbesondere verschiedene Komponenten des Baumaterials 4 aufgenommen, die in einem Mischabschnitt 12 der Mischeinrichtung 9 miteinander vermischt und anschließend über wenigstens einen Baumaterialeinlass 11 dem Baumaterialbecken 3 zugeführt werden können. Der Mischabschnitt 12 kann alternativ oder zusätzlich in die das Baumaterial in das Baumaterialbecken 3 zuführende Leitung oder in das Baumaterialbecken 3 selbst integriert sein. Der Baumaterialeinlass 11 kann als Düse oder als einfache Zuleitung ausgeführt sein. In der Fig. sind beispielhaft zwei Baumaterialeinlässe 11 gezeigt, wobei die Anzahl beliebig wählbar ist. Ebenso ist es möglich, die Position wenigstens eines Baumaterialeinlasses 11, zum Beispiel mittels eines Roboters, einzustellen bzw. zu verändern. The device 1 also has a feed device 8 which is designed to feed building material 4 into the building material basin 3 . The feed device 8 has a mixing device 9 with which several component containers 10 are assigned. In particular, various components of the building material 4 are accommodated in the component containers 10 , which are mixed with one another in a mixing section 12 of the mixing device 9 and can then be fed to the building material basin 3 via at least one building material inlet 11 . Alternatively or additionally, the mixing section 12 can be integrated into the line feeding the building material into the building material basin 3 or into the building material basin 3 itself. The building material inlet 11 can be designed as a nozzle or as a simple supply line. The figure shows two building material inlets 11 by way of example, the number of which can be selected as desired. It is also possible to adjust or change the position of at least one building material inlet 11, for example by means of a robot.

Die Zuführeinrichtung 8 ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, die Zusammensetzung des Baumaterials 4 während des additiven Herstellungsprozesses zu verändern, d.h., während dem additiven Herstellungsprozess Baumaterial 4 unterschiedlicher Zusammensetzung in das Baumaterialbecken 3 zuzuführen. Durch die Beeinflussung der Zusammensetzung, insbesondere der chemischen Zusammensetzung, des Baumaterials 4, beispielsweise durch Veränderung des Mischverhältnisses der verschiedenen Komponenten, die in den Komponentenbehältern 10 aufgenommen sind, ist es möglich, die Eigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit, thermische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften, Farbe und dergleichen des Objekts 2 während dem additiven Herstellungsprozess anzupassen und so gezielt Abschnitte des Objekts 2 mit definierten Eigenschaften auszubilden.The feed device 8 is designed in particular to change the composition of the building material 4 during the additive manufacturing process, i.e. to feed building material 4 of different composition into the building material basin 3 during the additive manufacturing process. By influencing the composition, in particular the chemical composition, of the building material 4, for example by changing the mixing ratio of the various components contained in the component containers 10, it is possible to change the properties, in particular mechanical properties, electrical conductivity, thermal conductivity, magnetic Adapt properties, color and the like of the object 2 during the additive manufacturing process and thus specifically form sections of the object 2 with defined properties.

Zum Beispiel kann die Dosierung bzw. das Mischverhältnis wenigstens einer oder mehrerer der in den Komponentenbehältern 10 aufgenommenen Komponenten während des Bauprozesses verändert werden und in der Mischeinrichtung 9 entsprechend zu dem Baumaterial 4 gemischt und dem Baumaterialbecken 3 über die Baumaterialeinlässe 11, beispielsweise Düsen, zugeführt werden. Hierzu kann die Dosierung wenigstens einer Komponente verändert, zum Beispiel vergrößert oder verringert, werden, sodass sich die gesamte Zusammensetzung des Baumaterials 4 verändert. Das Baumaterial 4 kann somit als ein wenigstens zwei Komponenten oder mehrere Komponenten aufweisendes Baumaterial 4 ausgeführt sein. Die Bewegung der Bauplattform 7 kann dem Herstellungsprozess entsprechend schichtweise oder kontinuierlich ausgeführt werden, sodass eine schichtweise oder kontinuierliche Verfestigung des Baumaterials 4 und somit Herstellung des Objekts 2 stattfinden kann. Entsprechend kann die Zuführeinrichtung 8 ebenfalls dazu ausgebildet sein, eine kontinuierliche oder schichtweise Zufuhr von Baumaterial 4 in das Baumaterialbecken 3 vorzunehmen.For example, the dosage or the mixing ratio of at least one or more of the components contained in the component containers 10 can be changed during the construction process and mixed in the mixing device 9 according to the construction material 4 and fed to the construction material basin 3 via the construction material inlets 11, for example nozzles . For this purpose, the dosage of at least one component can be changed, for example increased or decreased, so that the entire composition of the building material 4 changes. The building material 4 can thus be embodied as a building material 4 having at least two components or a plurality of components. The movement of the construction platform 7 can be carried out in layers or continuously in accordance with the manufacturing process, so that the construction material 4 can be solidified in layers or continuously and the object 2 can thus be manufactured. Correspondingly, the feed device 8 can also be designed to carry out a continuous or layered feed of building material 4 into the building material basin 3 .

Bei der Veränderung der Zusammensetzung des Baumaterials 4 kann die Zuführeinrichtung 8 eine Veränderung der Zusammensetzung in Stufen bzw. schichtweise oder kontinuierlich durchführen. Insbesondere ist es möglich, in Abhängigkeit eines Objektparameters eine Anpassung der Zusammensetzung des Baumaterials 4 vorzunehmen. Zum Beispiel kann für wenigstens einen ersten Objektabschnitt des Objekts 2 eine erste Zusammensetzung des Baumaterials 4 eingestellt werden und für wenigstens einen zweiten Objektabschnitt des Objekts 2 eine zweite Zusammensetzung des Baumaterials 4 eingestellt werden, sodass sich die gewünschten Eigenschaften des Objekts 2 in den wenigstens zwei Objektabschnitten ausbilden.When the composition of the building material 4 changes, the feed device 8 can change the composition in stages or in layers or continuously. In particular, it is possible to adapt the composition of the building material 4 as a function of an object parameter. For example, a first composition of the building material 4 can be set for at least a first object section of the object 2 and a second composition of the building material 4 can be set for at least a second object section of the object 2, so that the desired properties of the object 2 in the at least two object sections form.

Die schematisch dargestellten drei Komponentenbehälter 10 sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich ist jedwede beliebige Kombination von Komponenten möglich. Beispielsweise kann das Baumaterial 4 aus einem Harz und einer reaktiven Komponente bestehen oder das Baumaterial 4 kann ein Harz und eine reaktive Komponente aufweisen. Dazu können beliebige weitere Komponenten, beispielsweise Metallpartikel, Farbpigmente und dergleichen in definierter Zusammensetzung beigemischt werden.The three component containers 10 shown schematically are only to be understood as examples. Any desired combination of components is of course possible. For example, the building material 4 can consist of a resin and a reactive component, or the building material 4 can have a resin and a reactive component. Any further components, for example metal particles, color pigments and the like, can be added in a defined composition to this.

Die in Bezug auf die Vorrichtung 1 beschriebenen Merkmale, Einzelheiten und Vorteile sind selbstverständlich auf die Zuführeinrichtung 8 übertragbar. Das zuvor beschriebene Verfahren kann auf der Vorrichtung 1, insbesondere mittels der Zuführeinrichtung 8, ausgeführt werden.The features, details and advantages described in relation to the device 1 can of course be transferred to the feed device 8 . The method described above can be carried out on the device 1, in particular by means of the feed device 8.

BezugszeichenlisteReference List

11
Vorrichtungcontraption
22
Objektobject
33
Baumaterialbeckenbuilding material basin
44
Baumaterialbuilding material
55
Fensterwindow
66
Belichtungseinrichtungexposure device
77
Bauplattformbuild platform
88th
Zuführeinrichtungfeeding device
99
Mischeinrichtungmixing device
1010
Komponentenbehältercomponent container
1111
Baumaterialeinlassbuilding material inlet
1212
Mischabschnittmixing section

Claims (10)

Vorrichtung (1) zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte (2), umfassend ein Baumaterialbecken (3) zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, aushärtbaren oder verfestigbaren Baumaterials (4) und ein das Baumaterialbecken (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster (5), wobei eine Belichtungseinrichtung (6) der Vorrichtung (1) zur selektiven Aushärtung oder Verfestigung des Baumaterials (4) in dem Baumaterialbecken (3) durch das Fenster (5) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (8), die dazu ausgebildet ist, Baumaterial (4) in das Baumaterialbecken (3) zuzuführen, wobei die Zuführeinrichtung (8) eine Mischeinrichtung (9) aufweist, die dazu ausgebildet ist, während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials (4) zu verändern.Device (1) for the additive manufacturing of three-dimensional objects (2), comprising a building material basin (3) for receiving a particularly liquid, hardenable or solidifiable building material (4) and a window (5 ), wherein an exposure device (6) of the device (1) for selective curing or solidification of the building material (4) in the building material basin (3) is formed through the window (5), characterized by a feed device (8) which is designed for this purpose supplying building material (4) into the building material basin (3), the supply device (8) having a mixing device (9) which is designed to change the composition of the building material (4) during a building process. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, während des Bauprozesses die chemische Zusammensetzung des Baumaterials (4), insbesondere die Konzentration wenigstens einer Komponente des Baumaterials (4), zu verändern.Device (1) after claim 1 , characterized in that the mixing device (9) is designed to change the chemical composition of the building material (4), in particular the concentration of at least one component of the building material (4), during the building process. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (9) wenigstens zwei Komponentenbehälter (10) und einen Mischabschnitt (12) aufweist, wobei die Mischeinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei Komponenten in einem definierten Mischverhältnis in den Mischabschnitt (12) zuzuführen und zu mischen.Device (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the mixing device (9) has at least two component containers (10) and a mixing section (12), the mixing device (9) being designed to feed at least two components in a defined mixing ratio into the mixing section (12) and to Mix. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, die Zusammensetzung des Baumaterials (4) schichtweise oder kontinuierlich oder in Abhängigkeit eines Objektparameters des herzustellenden Objekts (2) zu verändern.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device (8) is designed to change the composition of the building material (4) in layers or continuously or as a function of an object parameter of the object (2) to be produced. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, zur Herstellung wenigstens eines ersten Objektabschnitts Baumaterial (4) mit einer ersten Zusammensetzung zuzuführen und zur Herstellung wenigstens eines zweiten Objektabschnitts Baumaterial (4) mit einer zweiten Zusammensetzung zuzuführen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device (8) is designed to feed in building material (4) with a first composition for the production of at least one first object section and for the production of at least one second object section with building material (4). to deliver a second composition. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (8) wenigstens zwei Baumaterialeinlässe (11), insbesondere Düsen, aufweist, durch die Baumaterial (4) in das Baumaterialbecken (3) zuführbar ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device (8) has at least two building material inlets (11), in particular nozzles, through which building material (4) can be fed into the building material basin (3). Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Baumaterial (4) ein Zweikomponentenmaterial oder ein Mehrkomponentenmaterial ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the building material (4) is a two-component material or a multi-component material. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Baumaterial (4) ein Harz und wenigstens eine reaktive Komponente umfasst, wobei die Mischeinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, wenigstens die Konzentration der reaktiven Komponente zu verändern.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the building material (4) comprises a resin and at least one reactive component, the mixing device (9) being designed to change at least the concentration of the reactive component. Zuführeinrichtung (8) für eine Vorrichtung (1) zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, umfassend ein Baumaterialbecken (3) zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, Baumaterials (4) und ein das Baumaterialbecken (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster (5), wobei eine Belichtungseinrichtung (6) der Vorrichtung (1) zur selektiven Verfestigung des Baumaterials (4) in dem Baumaterialbecken (3) durch das Fenster (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, Baumaterial (4) in das Baumaterialbecken (3) zuzuführen, wobei die Zuführeinrichtung (8) eine Mischeinrichtung (9) aufweist, die dazu ausgebildet ist, während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials (4) zu verändern.Feed device (8) for a device (1) for the additive manufacturing of three-dimensional objects, comprising a building material basin (3) for receiving a building material (4), in particular a liquid one, and a window (5 ), wherein an exposure device (6) of the device (1) for the selective solidification of the building material (4) in the building material basin (3) is formed through the window (5), characterized in that the feed device (8) is designed to build material (4) into the building material basin (3), the feeding device (8) having a mixing device (9) which is designed to change the composition of the building material (4) during a building process. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, umfassend ein Baumaterialbecken (3) zur Aufnahme eines, insbesondere flüssigen, Baumaterials (4) und ein das Baumaterialbecken (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere bodenseitig, begrenzendes Fenster (5), wobei das Baumaterial (4) in dem Baumaterialbecken (3) mittels einer Belichtungseinrichtung (6) durch das Fenster (5) selektiv verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Bauprozesses die Zusammensetzung des Baumaterials (4) verändert wird.Method for operating a device (1) for the additive production of three-dimensional objects, comprising a building material basin (3) for receiving a, in particular liquid, building material (4) and a window (5) delimiting the building material basin (3) at least in sections, in particular on the bottom side, the building material (4) in the building material basin (3) being selectively solidified through the window (5) by means of an exposure device (6), characterized in that the composition of the building material (4) is changed during a building process.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20190322033A1 (en) 2014-09-08 2019-10-24 Holo, Inc. Three dimensional printing adhesion reduction using photoinhibition

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