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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Feld der Freiformfabrikation und
insbesondere ist sie gerichtet auf die Fabrikation von dreidimensionalen
Objekten durch selektives Lasersintern.
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Das
Gebiet der Freiformfabrikation von Teilen hat in den letzten Jahren
signifikante Verbesserungen gemacht beim Bereitstellen von hoch
steifen, hoch dichten Teilen zur Verwendung beim Design und der
Pilotproduktion von vielen nützlichen
Artikeln. Die Freiformfabrikation bezieht sich im Allgemeinen auf
die Herstellung von Artikeln direkt aus Computer gestütztem Design
(CAD), Datenbanken auf eine automatisierte Weise, anstatt durch
herkömmliche
Maschinenbearbeitung von Prototypen-Artikeln nach Ingenieurzeichnungen.
Als ein Ergebnis wurde die Zeit, welche benötigt wird, um Prototypenteile
von Ingenieurdesigns zu produzieren, erheblich reduziert von mehreren
Wochen auf einige wenige Stunden.
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Als
Hintergrundinformation ist ein Beispiel für eine Freiformfabrikationstechnologie
der selektive Lasersinterprozess, welcher praktiziert wird in Systemen,
welche erhältlich
sind von 3D Systems, Inc., in denen Artikel produziert werden aus
einem Laser-schmelzbarem Pulver in einer schichtartigen Weise des
Lasers. In Übereinstimmung
mit diesem Prozess wird eine dünne
Schicht von Pulver ausgegeben und dann verschmolzen, aufgeschmolzen oder
gesintert, durch Laserenergie, welche gerichtet wird auf die Teile
des Pulvers, welche korrespondieren mit einem Querschnitt des Artikels.
Herkömmliche
selektive Lasersintersysteme wie beispielsweise das Vanguard System,
welches erhältlich
ist von 3D Systems, Inc., positionieren den Laserstrahl mittels galvanometer-getriebener
Spiegel, welche den Laserstrahl ablenken. Die Ablenkung des Laserstrahls wird
gesteuert, in Kombination mit der Modulation des Lasers selbst,
um die Laserenergie zu richten auf die Stellen der schmelzbaren
Pulverschicht, welche korrespondieren mit dem Querschnitt des Artikels, welcher
in dieser Schicht geformt werden soll. Das computer-basierte Steuerungssystem
wird programmiert mit Informationen, welche bezeichnend sind für die gewünschten
Grenzen einer Mehrzahl von Querschnitten des zu produzierenden Teils.
Der Laser kann gescannt werden über
das Pulver in einer Raster-Weise, mit einer Modulation des betroffenen
Lasers in Kombination damit, oder der Laser kann gerichtet werden
in Vektor-Weise. In manchen Anwendungen werden Querschnitte von
Artikeln geformt in einer Pulverschicht durch Schmelzen von Pulver
entlang der Außenlinie
des Querschnitts in Vektor-Weise entweder vor oder nach einem Rasterscannen,
welcher das Gebiet „füllt" innerhalb der vektorgezogenen Außenlinie.
In jedem Fall wird nach dem selektiven Schmelzen des Pulvers in
einer gegebenen Schicht eine zusätzliche
Schicht von Pulver ausgegeben und der Prozess wird wiederholt, wobei
geschmolzene Teile von späteren
Schichten verschmolzen werden mit geschmolzenen Teilen von vorhergehenden Schichten,
wie es notwendig ist für
den Artikel bis der Artikel vollständig ist.
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Eine
detaillierte Beschreibung der selektiven Lasersintertechnologie
kann gefunden werden in den US-Patenten mit den Nummern 4,863,538; 5,132,143;
und 4,944,817, welche alle eingetragen sind auf den Verwaltungsrat,
Universität
von Texas System, und in US-Patent Nr. 4,247,508 von Householder,
welche alle unter Bezugnahme hiermit aufgenommen werden.
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Die
selektive Lasersintertechnologie hat die direkte Herstellung von
dreidimensionalen Artikeln mit hoher Auflösung und dimensionsmäßiger Genauigkeit
ermöglicht
aus einer Vielzahl von Materialien, welche umfassen Styropor, manche
Ny lonarten, andere Plastikarten und Verbundmaterialien, wie beispielsweise
polymerbeschichtete Metalle und Keramik. Styroporteile können verwendet
werden in der Erzeugung von Werkzeugen mittels des wohl bekannten „Wachsausschmelzverfahrens" (lost wax) Prozesses.
Zusätzlich
kann das selektive Lassersintern verwendet werden für die direkte
Fabrikation von Formen aus einer CAD-Datenbank-Repräsentation des in den fabrizierten
Formen zu formenden Objekts; in diesem Fall werden die Computeroperationen,
die CAD-Datenbank-Repräsentation
des zu formenden Objekts „invertieren", um direkt die negativen
Formen aus dem Pulver zu bilden.
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1 veranschaulicht als Hintergrundinformation
eine Wiedergabe eines herkömmlichen
selektiven Lasersystems, welches gegenwärtig von 3D Systems, Inc. aus
Valencia, Kalifornien verkauft wird. 1 ist
eine Wiedergabe, welche aus Gründen
der Klarheit ohne Türen
gezeigt wird. Ein Kohlendioxidlaser und seine zugehörige Optik
werden als in einer Einheit oberhalb einer Prozesskammer montiert
gezeigt, welche umfasst ein Pulverbett, zwei Zuführpulverpatronen und eine Nivellierwalze.
Die Prozesskammer behält
die geeignete Temperatur bei und die atmosphärische Zusammensetzung für die Fabrikation
des Artikels. Die Atmosphäre
ist typischerweise eine Inertgas-Atmosphäre wie beispielsweise Stickstoff.
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Der
Betrieb dieses herkömmlichen
selektiven Lasersintersystems wird gezeigt in 2 in einer Vorderansicht des Prozesses,
wobei aus Gründen der
Klarheit die Türen
entfernt wurden. Ein Laserstrahl 104 wird erzeugt durch
einen Laser 108 und gerichtet auf eine Zieloberfläche oder
-gebiet 110 mittels eines Scannsystems 114, welches
im Allgemeinen umfasst galvanometer-getriebene Spiegel, welche den
Laserstrahl ablenken. Der Laser und die Galvanometersysteme sind
isoliert von der heißen
Kammer 102 durch ein Laserfenster 116. Das Laserfenster 116 ist
angeordnet innerhalb von Strahlungsheizelementen 120, welche
das Zielgebiet 110 des Teilbetts darunter heizen. Diese
Heizelemente 120 können
ringförmige
(rechteckige oder kreisförmige)
Paneele oder Strahlungsheizerstäbe
sein, welche das Laserfenster 116 umgeben. Die Ablenkung
und die Brennweite des Laser strahls werden gesteuert in Kombination
mit der Modulation des Lasers 108 selbst, um Laserenergie
auf die Stellen der schmelzbaren Pulverschicht zu richten, welche
korrespondieren mit dem Querschnitt des zu formenden Artikels in dieser
Schicht. Das Scannsystem 114 kann den Laserstrahl scannen über das
Pulver in einer Rasterscannweise oder in einer vektorartigen Weise.
Es sollte verstanden werden, dass das Scannen bedingt, dass der
Laserstrahl die Pulveroberfläche
in dem Zielgebiet 110 durchkreuzt.
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Zwei
Zuführsysteme
(124, 126) bringen Pulver in ein System mittels
eines Push-up-Kolbensystems.
Ein Teilbett 132 empfängt
Pulver von den zwei Zuführkolben
wie es unmittelbar hiernach beschrieben wird. Das Zuführsystem 126 stößt zuerst
eine gemessene Pulvermenge nach oben und eine gegenläufige Walze 130 nimmt
das Pulver auf und verbreitet es über das Teilbett in einer gleichmäßigen Weise. Die
gegenläufige
Walze 130 verläuft
vollständig über das
Zielgebiet 110 und das Teilbett 132. Jegliches überschüssiges Pulver
wird abgelagert in einer Überschussaufnahme 136.
Näher an
der Oberseite der Kammer sind die Strahlungsheizelemente 122 positioniert,
welche das zugeführte
Pulver aufheizen und ein ring- oder rechteckig geformtes Strahlungsheizelement 120 zum
Heizen der Teilbettoberfläche.
Das Element 120 weist eine zentrale Öffnung auf, welche es einem
Laserstrahl gestattet, durch das Laserfenster 116 hindurchzugehen.
Nach einer Überquerung der
gegenläufigen
Walze 130 über
das Teilbett 132 schmilzt der Laser selektiv die gerade
ausgegebene Schicht. Die Walze kehrt anschließend von dem Gebiet der Überschussaufnahme 136 zurück, wonach der
Zuführkolben 124 eine
vorbestimmte Pulvermenge nach oben stößt, und die Walze 130 verteilt
das Pulver über
das Zielgebiet 110 in der entgegen gesetzten Richtung und
bewegt sich zu der anderen Überschussaufnahme 138,
um jegliches überschüssiges Pulver
abzulagern. Bevor die Walze 130 mit jeder Überquerung
des Teilbettes 132 beginnt, senkt sich der Zentralteil-Bettkolben 128 um
die gewünschte
Schichtdicke ab, um Platz zu machen für zusätzliches Pulver.
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Das
Pulverzuführsystem
in dem System 100 umfasst Zuführkolben 125 und 127.
Die Zuführkolben 125 und 127 werden
gesteuert von Motoren (nicht gezeigt), um sich nach oben zu bewegen
und um, wenn sie umgeschaltet werden, ein Pulvervolumen in die Kammer 102 zu
heben. Ein Teilkolben 128 wird gesteuert durch einen Motor
(nicht gezeigt), um sich nach unten zu bewegen unterhalb des Bodens
der Kammer 102 um ein kleinen Betrag, beispielsweise 0,125
mm, um die Dicke von jeder wieder zu bearbeitenden Pulverschicht
zu definieren. Die Walze 130 ist eine gegenläufige Walze,
welche Pulver überträgt von dem
Zuführsystem 124 und 126 auf
die Zieloberfläche 110.
Wenn sie sich in einer von beiden Richtungen bewegen, trägt die Walze
jegliches überschüssiges Pulver,
welches nicht abgelagert wurde auf dem Zielgebiet, in die Überschussaufnahme 136, 138 auf
an jedem Ende der Prozesskammer 102. Die Zieloberfläche 110 bezieht
sich, zum Zwecke der Beschreibung hierin auf die obere Oberfläche des
wärmeschmelzbaren
Pulvers (inklusive der Teile, welche vorher gesintert wurden, falls
vorhanden), welches abgelagert wurde über dem Teilkolben 128;
das gesinterte und ungesinterte Pulver, welches auf dem Teilkolben 128 abgelagert
wurde, wird hierin bezeichnet als Teilkuchen 106. Das System 100 gemäß 2 benötigt auch Strahlungsheizer 122 über den Zuführkolben,
um die Pulver vorzuheizen, um jeglichen thermischen Schock zu vermeiden,
wenn frisches Pulver verbreitet wird über dem kürzlich gesinterten und heißen Zielgebiet 110.
Dieser Typ von dualen Kolbenzuführsystem,
welcher frisches Pulver von unterhalb des Zielgebiets bereitstellt,
mit Heizelementen für
sowohl Zuführbetten
als auch dem Teilbett wird implementiert auf kommerzielle We ise
in dem VanguardTM selektiven Lasersintersystem,
welches verkauft wird von 3D Systems, Inc. aus Valencia, Kalifornien.
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Aus
der
DE 44 00 523 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen
Objekts durch schichtweises Verfestigen eines Materials mittels
elektromagnetischer Strahlung bekannt. In dem offenbarten Verfahren werden
zwei Vorratsbehälter
an unterschiedlichen Seiten des zu fertigenden Objekts bereitgestellt
sowie ein zwischen diesen beiden Vorratsbehältern beweglicher Behälter zum
Aufbringen des Materials. Zum schnelleren und genaueren Aufbringen
des Materials ist der Behälter
mit vibrierenden Abstreifelementen an seinem Auslassende versehen.
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Ein
anderes bekanntes Pulverzuführsystem verwendet Über-Kopf-Silos,
um Pulver von oben und jeder Seite des Zielgebiets 110 zuzuführen vor
einer Zuführvorrichtung
wie beispielsweise einem Wischer oder Abstreifer.
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Es
gibt Vorteile und Nachteile für
jedes dieser Systeme. Beide benötigen
eine Anzahl von Mechanismen, entweder Push-up-Kolben oder Über-Kopf-Silo- Systeme mit Dosierzuführern, um
auf effektive Weise dosierte Pulvermengen zu jeder Seite des Zielgebiets
zu liefern und vor dem Verbreitungsmechanismus, welcher typischerweise
entweder eine Walze ist oder eine Wischerklinge.
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Obwohl
ein Design wie beispielsweise das System 100 unter Beweis
gestellt hat, dass es sehr effektiv ist beim Zuführen von sowohl Pulver als
auch thermischer Energie auf eine präzise und effiziente Weise gibt
es einen Bedarf, dieses auf eine kosteneffektivere Weise zu erreichen
durch Reduzierung der Anzahl von Mechanismen und durch Verbesserung des
Vorheizens des frischen Pulvers, um den selektiven Lasersinterprozess
auszuführen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren bereitzustellen zum Fabrizieren von Objekten durch
selektives Lasersintern unter Verwendung von weniger Mechanismen.
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Es
ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Fabrizieren von Objekten durch selektives
Lasersintern bereitzustellen, welches alles Pulver ablagert von
einem Über-Kopf-Zuführsystem,
welches notwendig ist, um zwei aufeinander folgende Querschnitts-Schichten
auf einer Seite eines Zielgebietes zu bilden und welcher gleichzeitig
das Pulver nivelliert für
die erste nachfolgende Schicht während
das Pulver transportiert wird für
die zweite nachfolgende Schicht zu einer entgegen gesetzten Seite
des Zielgebietes.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Fabrizieren von Objekten über selektives Lasersintern
bereitgestellt werden ohne die gute thermische Steuerung und die
gute Pulverzuführung
zu beeinträchtigen.
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Es
ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass ein modifizierter
Prozess und eine Vorrichtung, welche nur ein Über-Kopf-Zuführsilo verwenden,
und keine Zuführkolben
mit Strahlungsheizern bereitgestellt werden.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die zweite
Pulverwelle, welche verwendet wird, um die zweite Pulverschicht
zu bilden, vorgeheizt wird in einer geparkten Position innerhalb
der Prozesskammer, während
der Laserstrahl die erste Pulverschicht scannt.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Anwenden dieser Vorrichtung bereitgestellt
werden zum Fabrizieren von Objekten mit einem selektiven Lasersintersystem,
welches eine kleinere Maschinenbasisfläche aufweist.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass das Verfahren
und die Vorrichtung mit niedrigeren Kosten bewerkstelligt werden
können,
als frühere
Lasersintersysteme.
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen
Artikels mittels Lasersintern, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
Ablagern einer Pulvermenge auf einer ersten Seite eines Zielgebietes;
Verbreiten des Pulvers mit einem Verbreitungsmechanismus, um eine
erste glatte Oberfläche
zu formen; Richten eines Energiestrahls über das Zielgebiet, was zur
Folge hat, dass das Pulver eine integrale Schicht bildet; Ablagern
einer Pulvermenge auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite
des Zielgebietes; Verbreiten des Pulvers mit dem Verbreitungsmechanismus,
um eine zweite glatte Oberfläche
zu bilden; Richten des Energiestrahls über das Zielgebiet, was zur
Folge hat, dass das Pulver eine zweite integrale Schicht bildet, welche
verbunden ist mit der ersten integralen Schicht; und Wiederholen
der Schritte zum Bilden von zusätzlichen
Schichten, welche integral verbunden sind mit benachbarten Schichten,
um einen dreidimensionalen Artikel zu bilden, wobei der Ablagerungsschritt
umfasst zumindest das Ablagern alles Pulvers, welches notwendig
ist für
zwei aufeinander folgende Schichten auf der ersten Seite des Zielgebietes
und gleichzeitig Verbreiten des Pulvers für die erste nachfolgende Schicht,
während
des Transportierens des Pulvers für die zweite nachfolgende Schicht
zu der gegenüber
liegenden zweiten Seite des Zielgebietes auf dem Verbreitungsmechanismus, wobei
das Pulver für
die zweite nachfolgende Schicht entfernt wird durch eine geeignete
Vorrichtung während
eines zweiten Ablagerungsschritts.
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Die
Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Produzieren von Teilen
aus einem Pulver aufweisend eine Kammer mit einem Zielgebiet, auf
dem ein additiver Prozess ausgeführt
wird, wobei das Zielgebiet eine erste Seite und eine gegenüber liegende zweite
Seite aufweist; ein Mittel zum Schmelzen von ausgewählten Teilen
einer Schicht des Pulvers auf dem Zielgebiet; ein Pulverzuführsilo,
welches angeordnet ist oberhalb und auf der ersten Seite des Zielgebietes
zum Zuführen
von gewünschten
Mengen des Pulvers; ein Mittel zum Verbreiten einer ersten Schicht
von Pulver auf dem Zielgebiet, während
eine zweite Menge an Pulver getragen wird zu der gegenüberliegenden
zweiten Seite des Zielgebietes, welche verwendet werden soll für eine zweite
Pulverschicht; und ein Mittel zum Ablagern der zweiten Pulvermenge
auf der gegenüber
liegenden zweiten Seite des Zielgebietes.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich
bei der Betrachtung der folgenden detaillierten Offenbarung, insbesondere
wenn sie in Zusammenhang gesehen wird mit den beigefügten Zeichnungen
wobei:
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1 ist
eine schematische Darstellung einer selektiven Lasersintermaschine
mit weg geschnittenen Teilen gemäß dem Stand
der Technik;
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2 ist
eine schematische Vorderaufrissansicht einer herkömmlichen
selektiven Lasersintermaschine gemäß dem Stand der Technik, welche manche
der enthaltenen Mechanismen zeigt;
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3 ist
eine schematische Vorderaufrissansicht des Systems der vorliegenden
Erfindung, welche das Dosieren des Pulvers vor dem Walzenmechanismus
zeigt;
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4 ist
eine zweite schematische Vorderaufrissansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
welche das Parken des Pulvers nahe dem Teilbett zeigt;
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5 ist
eine dritte schematische Vorderaufrissansicht des Systems der vorliegenden
Erfindung, welche das Einziehen des Walzenmechanismus und das Parken
des Walzenmechanismus unter dem Zuführmechanismus zeigt, während der
Laser selektiv das Teilbett heizt und der Teilbettheizer die geparkte
Pulverwelle vorheizt;
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6 ist
eine vierte schematische Vorderaufrissansicht des Systems der vorliegenden
Erfindung, welche das Ausgeben der zweiten Pulverschicht auf die
Oberseite des Walzenmechanismus zeigt;
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7 ist
eine fünfte
schematische Vorderaufrissansicht des Systems der vorliegenden Erfindung,
welche zeigt, wie die erste Pulverschicht verteilt wird über dem
Zielgebiet und wie die zweite Pulverschicht getragen wird auf der
Oberseite des Walzenmechanismus zu der anderen Seite des Zielgebietes;
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8 ist
eine sechste schematische Vorderaufrissansicht des Systems der vorliegenden
Erfindung, welche das Ablagern der zweiten Pulverschicht neben der
Walze auf der gegenüber
liegenden Seite des Pulverbetts zeigt und die Ablagerung von verbliebenen
Pulver von der ersten Schicht in einer Überschussaufnahme;
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9 ist
die siebente schematische Vorderaufrissansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
welche das Parken der zweiten Pulverwelle in der Nähe des Teilbetts
zeigt;
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10 ist
eine achte schematische Ansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, welche
das Parken der Walze an der Seite zeigt, während der Laser selektiv das
Teilbett heizt und der Teilbettheizer die geparkte Pulverwelle vorheizt;
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11 ist
eine neunte schematische Vorderaufrissansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
welche zeigt, wie die zweite Pulverschicht verteilt wird auf dem
Zielgebiet; und
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12 ist
eine zehnte schematische Vorderaufrissansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
welche zeigt, wie die Walze einen Zyklus vollendet durch Ablagern
von überschüssigen Pulver in
einer zweiten Überschussaufnahme.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Vorrichtung zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung ist in 3 zu sehen
und wird allgemein gezeigt als 150. Die Prozesskammer wird
gezeigt als 152. Der Laserstrahl 154 tritt ein
durch ein Laserfenster 156, welches den Laser und die Optik (nicht
gezeigt) selben Typs, wie in Hinblick auf 1 beschrieben
trennt, von der Umgebung der Prozesskammer 152 mit der
höheren
Temperatur. Strahlungsheizelemente 160 stellen Hitze bereit
für das Teilbett
und die Gebiete, welche unmittelbar neben dem Teilbett liegen. Diese
Strahlungsheizelemente können
jede Anzahl von Typen umfassen, beispielsweise Quarzstäbe oder
flache Paneele. Ein bevorzugtes Design sind schnell reagierende
Quarzstabheizer.
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Ein
einzelnes Pulverzuführsilo 162 wird
gezeigt mit einem unteren Zuführmechanismus 164, welcher
gesteuert wird durch einen Motor (nicht gezeigt), um die Pulvermenge
zu steuern, welche auf das Bett darunter fallengelassen wird. Der
Zuführmechanismus
kann aus verschiedenen Typen bestehen inklusive z. B. einem Sternzuführer, einem
Augerzuführer
oder einem Drehtrommelzuführer.
Ein bevorzugter Zuführer
ist eine Drehtrommel. Ein Teilkolben 170 wird gesteuert
durch einen Motor 172, um sich nach unten zu bewegen unterhalb
des Bodens der Kammer 152 um einen kleinen Betrag, beispielsweise
0,125 mm, um die Dicke von jeder zu bearbeitenden Pulverschicht
zu definieren.
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Der
Walzenmechanismus 180 umfasst eine gegenläufige Walze,
welche angetrieben wird durch einen Motor 182, welcher
das Pulver von der Pulverwelle 184 über das Laserzielgebiet 186 verbreitet. Wenn
sich der Walzenmechanismus 180 in eine der beiden Richtungen
bewegt, trägt
er jegliches verbliebenes Pulver, welches nicht abgelagert wurde
auf dem Zielgebiet in die Überschussaufnahme 188 an gegenüber liegenden
Enden der Kammer. Das Zielgebiet 186 nimmt, zu Zwecken
der Beschreibung hierin, Bezug auf die obere Oberfläche des
wärmeschmelzbaren
Pulvers, inklusive aller Teile, welche zuvor gesintert wurden, welche
oberhalb des Teilkolbens 170 abgelagert wurde. Das gesinterte
und ungesinterte Pulver, welches auf dem Teilkolben 170 abgelagert
wurde, wird bezeichnet als Teilbett 190. Obwohl die Verwendung
von gegenläufigen
Walzenmechanismen 180 bevorzugt wird, kann das Pulver auch
verbreitet werden durch andere Mittel, wie beispielsweise einem
Wischer oder einer Abziehklinge.
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Der
Betrieb des selektiven Lasersintersystems gemäß dieser Erfindung wird gezeigt
beginnend mit 3. In einem ersten Pulverausgabeschritt
wird eine Pulvermenge dosiert von oben von dem Silo 162 durch
den unteren Zuführmechanismus 164 in
eine Position vor dem Walzenmechanismus 180. Die Pulvermenge,
welche dosiert wird, wird abhängig
sein von der Größe des Zielgebietes 186,
welches bedeckt werden soll und der gewünschten zu bildenden Schichtdicke.
Die abgelagerte Pulvermenge erscheint als ein Hügel, wird aber hierin bezeichnet
als eine geparkte Pulverwelle. Die geparkte Pulverwelle 184,
welche in 3 gezeigt wird, kann von ungefähr 2,9 bis
ungefähr
8,0 inches3 Pulver enthalten, wenn Schichtdicken
von ungefähr
0,003 inches (0,0762 mm) bis ungefähr 0,008 inches (0,203 mm) gewünscht sind
in jeder gebildeten Schicht.
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In
einem zweiten Schritt, welcher in 4 gezeigt
wird, wird der gegenläufige
Walzenmechanismus 180 aktiviert, um die Pulverwelle 184 leicht vorwärts zu bewegen
und sie zu parken am Rande des Zielgebiets 186 auf einer
ersten Seite im Hinblick auf die Strahlungsheizelemente 160.
In einem dritten Schritt, welcher in 5 gezeigt
wird, wird der Walzenmechanismus 180 zurückbewegt
und direkt unter dem Zuführsilo 162 geparkt.
In Iterationen, welche anders sind, als für die erste Pulvermenge, welche dosiert
wird von dem Zuführmechanismus 164,
wird der Laser (nicht gezeigt) dann angeschaltet und der Laserstrahl 154 scannt
die gegenwärtige
Schicht, um das Pulver auf dieser Schicht selektiv zu verschmelzen.
Während
der Laser scannt verbleibt der Walzenmechanismus 180 geparkt
mit seiner Pulverunterstützungsfläche oder
Pulverträgerstruktur 183,
direkt unterhalb dem Pulverzuführsilo 162.
Ebenfalls während
der Laser scannt, wird die geparkte Pulverwelle 184 neben
der ersten Seite des Zielgebiets 186 vorgeheizt durch den
Betrieb der Strahlungsheizelemente 160. Dieser Schritt
kann die Notwendigkeit für separate
Strahlungsheizer zum Vorheizen des Pulvers eliminieren.
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In
einem nächsten
Schritt, welcher in 6 gezeigt wird, wird eine zweite
Pulverwelle 185 zugeführt
auf die Pulverunterstützungsoberfläche oder Pulverträgerstruktur 183 auf
der Oberseite des Walzenmechanismus 180. Nach dem Scannen
der gegenwärtigen
Schicht durch den Laser beginnt wie in 7 gezeigt
der nächste
Schritt. Der Walzenmechanismus 180 wird aktiviert und überquert
vollständig
das System, wobei die erste Schicht von vorgeheiztem Pulver von
der ersten geparkten Pulverwelle 184 über das Zielgebiet 186 verbreitet
wird, während die
zweite Pulverwelle 185 getragen wird zum Erzeugen der zweiten
Pulverschicht auf der Pulverunterstützungsoberfläche 183 des
Walzenmechanismus 180. In dem nächsten Schritt, welcher in 8 gezeigt
wird, entfernt eine befestigte stationäre Klinge 192 die
zweite Pulverwelle 185 zum Erzeugen der zweiten Pulverschicht
von der Pulverunterstützungsoberfläche 183 der
Oberseite des Wal zenmechanismus 180, wenn der Walzenmechanismus
unter der Klinge hindurch läuft,
wobei die zweite Pulverwelle 185 auf dem Boden der Prozesskammer 152 neben der
zweiten gegenüber
liegenden Seite des Zielgebietes 186 abgelagert wird, während der
Walzenmechanismus 180 damit fortfährt, jegliches überschüssiges Pulver
in die Überschussaufnahme 188 zu
bringen.
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In
dem nächsten
Schritt, welcher in 9 gezeigt wird, kehrt der Walzenmechanismus 180 augenblicklich
um und bewegt sich, um die zweite Pulverwelle 185 nahe
dem Teilbett 190 zu parken und im Hinblick auf die Strahlungsheizelemente 160 ausreichend
nahe, um einen Heizeffekt von ihnen zu erhalten. In dem nächsten Schritt
dieser bevorzugten Ausführungsform,
welche in 10 gezeigt wird, bewegt sich
der Walzenmechanismus 180 zurück und parkt, während der
Laserscannbetrieb vollendet wird und die Pulvermenge in der zweiten
Pulverwelle 185 vorgeheizt wird, durch die Strahlungsheizelemente 160. Nachdem
der Laserscannbetrieb beendet ist, wird der Walzenmechanismus 180 dann
aktiviert und bewegt sich, um die zweite Pulvermenge in der zweiten Pulverwelle 185 über die
Oberfläche
des Zielgebietes 186 zu verbreiten, wie in 11 gezeigt.
Nach dem Nivellieren des Pulvers bewegt sich der Walzenmechanismus 180,
wie in 12 zu sehen, zu dem Ende seines
Laufs und verbringt jegliches überschüssiges Pulver
in die Überschussaufnahme 188. Dies
vollendet den Zyklus und der nächste
Zyklus ist startbereit, wie in 3 gezeigt.
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Dieses
erfinderische Designkonzept vermindert eine Lasersintermaschine
sowohl hinsichtlich der Basisfläche
(die horizontale Breite der Baukammer) als auch im Hinblick auf
mechanische Mechanismen. Die vorliegende Erfindung verwendet nun
lediglich ein Zuführsilo,
einen Kolben und vorzugsweise nur einen Satz von Strahlungsheizelementen.
Die verminderte Größe der Baukammer
verbessert die Temperatursteuerung und die Temperaturreaktion des
Systems.
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Während die
Erfindung vorstehend beschrieben wurde unter Bezugnahme auf spezielle
Ausführungsformen,
ist es offensichtlich, dass viele Änderungen, Modi fikationen und
Variationen hinsichtlich der Materialien, der Anordnung von Teilen
und Schritten vorgenommen werden können, ohne von dem hierin offenbarten
erfinderischen Konzept abzuweichen. Demgemäß ist es die Absicht von dem
Geist und breiten Rahmen der beigefügten Ansprüche, alle solche Änderungen,
Modifikationen und Variationen zu umfassen, welche einem Fachmann
in den Sinn kommen können
beim Lesen der Offenbarung. Beispielsweise können alle geeigneten Vorrichtungen wie
beispielsweise eine Scheibe, eine Walze oder eine Bürste verwendet
werden, um die Pulvermenge in der zweiten Pulverwelle von der pulvertragenden Oberfläche oder
Struktur des verwendeten spezifischen Verbreitungsmechanismus zu
entfernen oder zu beseitigen, egal ob es sich dabei um eine Walze, eine
Wischerklinge oder andere geeignete Vorrichtungen handelt. Alle
Patentanmeldungen, Patente und andere Publikationen, welche hierin
zitiert werden, werden in ihrer Gesamtheit unter Bezugnahme aufgenommen.