DE102007047326A1 - Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung 4 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, insbesondere Laser-Schmelzverfahren (SLS), Schicht-Laminat-Verfahren (LLM, LOM) und/oder Laminierung durch Schmelzauftrag (FDM) mit einer Tragevorrichtung 7 zum Tragen des Objektes mit einer dem Objekt 2 zugewandten Oberseite 9, einer Aufbringvorrichtung 10 zum schichtweisen Aufbringen des Materials 3 auf einen Untergrund 11 und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Materials an den zu verfestigenden Stellen, wobei auf der Oberseite 9 des Trägers 7 eine zur Verbindung mit einem Aufbaumaterial 3 geeignete Unterlage 12 angeordnet ist, wobei die Unterlage 12 kontinuierlich oder abschnittsweise in einem Baukammerbereich 13 über der Oberseite 9 des Trägers einfahrbar ist und entweder vor dem Aufbau des Objektes oder nach Abschluß des Aufbaus des Objektes 2 innerhalb des Baukammerbereiches 13 oder außerhalb des Baukammerbereiches 13 von einem weiteren Bereich 14, 14', 14'' der Unterlage 12 trennbar ist.
Description
- Die Erfindung/Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen. Das Herstellungsverfahren kann sowohl ein ein pulverförmiges Aufbaumaterial verfestigendes Laserschmelzverfahren, als auch ein Schicht-Laminat-Verfahren (Lager Laminate Manufacturing LLM, Laminated Object Manufacturing LOM) oder eine Laminierung durch Schmelzauftrag (Fused Deposition Modeling FDM) umfassen. Ferner umfaßt die Vorrichtung eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einer dem Objekt zugewandten Oberseite, einer Aufbringvorrichtung zum schichtweisen Aufbringen des Materials auf einen Untergrund und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Materials an den zu verfestigenden Stellen. Auf der Oberseite des Objektes ist eine zur Verbindung mit dem Aufbaumaterial geeignete Unterlage angeordnet.
- Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes bekannt, die das Aufbaumaterial auf einer Unterlage verfestigen. Die
EP 73 48 42 B2 - Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß zumindest der Bestückungsvorgang beschleunigt ablaufen und gegebenenfalls der Transport des Objektes aus dem Baukammerbereich schnell und zuverlässig stattfinden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung derart auszugestalten, daß diese mit einem hohen Automatisierungsgrad und nach Art eines Fließbandes betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–27.
- Als Kern der Erfindung wird es angesehen, daß die Unterlage kontinuierlich oder abschnittsweise in einem Baukammerbereich über der Oberseite des Trägers einfahrbar ist und entweder vor dem Aufbau des Objektes oder nach Abschluß des Aufbaus des Objektes innerhalb des Baukammerbereiches oder außerhalb des Baukammerbereiches von einem weiteren Bereich der Unterlage trennbar ist. Beispielsweise umfaßt die Unterlage eine Platte, die zwei Aufbauflächen aufweist, wobei in einem ersten Schritt die erste Aufbaufläche mit dem Träger verbunden wird und auf dieser ein Objekt aufgebaut wird. In einem zweiten Schritt, nach Abschluß des ersten Aufbauprozesses, wird die Unterlage weiterverfahren, so daß der erste Aufbaubereich außerhalb des eigentlichen Baubereiches liegt und der Laser, dessen elektromagnetische Strahlung in erster Linie das Aufbaumaterial verfestigt, die beiden Aufbauabschnitte der Unterlage voneinander trennt (beispielsweise schneidet), oder daß diese verbindende Material schwächt (Perforation). Diese Trenn- oder Schwächungsfunktion des Lasers kann auch durch andere Mittel durchgeführt werden, wie beispielsweise einem Stanzwerkzeug, einem separaten Laser, einem Scherwerkzeug oder durch einen mit ätzender Flüssigkeit befüllten Spender. Insbesondere in der Ausführungsform, wonach der Laser eine Perforation zwischen den beiden Bereichen der Unterlage erzeugt, kann eine derartige Perforation dazu dienen, um das händische oder über Robotergeifarme vollzogene Abtrennen der Unterlagenbereiche auszuführen.
- Neben einer Platte kann die Unterlage auch als flexible Folie ausgebildet sein. Grundsätzlich bietet die Folie den Vorteil, daß diese fertigungstechnisch einfach herstellbar und einfach in einen Maschinenprozeß integrierbar ist. Dabei ist die Folie vorzugsweise auf einer Rolle bevorratet und auf dieser abrollbar gelagert. So kann die Folie auch vorteilhafterweise zwischen einer Vorratsrolle und einer Aufnahmerolle angeordnet sein und durch Auf- und/oder Abrollen wenigstens einer Rolle zumindest bereichsweise befördert werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Folie als Metallfolie oder als Nichteisenmetallfolie ausgebildet, auch kann diese eine Gitter- oder Siebstruktur aufweisen. Insbesondere eine Metallfolie hat den Vorteil, daß sie ein „integrierter Bestandteil" des dreidimensionalen Objektes werden kann. Die Gitter- oder Siebstruktur ermöglicht ein einfaches „Abziehen" des aufgebauten Objektes von der Folie, da die Berührfläche verringert wird.
- Da das Objekt auf der Folienunterlage aufgebaut wird, kann dieses über das Auf- und/oder Abrollen der Folie aus dem Baukammerbereich herausgefahren werden und beispielsweise in einen Objektentnahmebereich transportiert werden. Wenn sich die Unterlage bis in den Objektentnahmebereich erstreckt und dort aufrollbar ist, ist dies eine konstruktiv einfache Lösung, um das fertiggestellte Objekt in den Objektentnahmebereich zu transportieren.
- Im Fall, daß die Unterlage als Platte ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Unterlageplatte in einem Magazin bevorratet ist und sukzessive, vorzugsweise automatisiert aus diesem in die Baukammer transportiert werden.
- Im Sinne einer Zusatzfunktion kann es vorgesehen sein, daß entweder auf dem Weg zum Objektentnahmebereich oder gezielt zu einem Objektnachbehandlungsbereich die Unterlage und damit das auf ihr positionierte Objekt durch einen solchen gefördert werden kann. Ein Objektnachbehandlungsbereich kann sowohl Vorrichtungen zu Wärmebehandlung z. B. Spannungsarmglühen umfassen, wie beispielsweise eine Heizstation oder eine Abschreckstation (Wasserbad zum Härten des aus Metallpulver erstellten Objektes) als auch spanabhebende Werkzeuge wie Bohrer, Fräser und/oder Poliermaschinen.
- Besonders vorteilhaft hat es sich zudem erwiesen, wenn die Unterlage temporär durch eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung an dem Träger befestigt ist. Kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen können beispielsweise die Fixierung der Unterlage mittels Unterdruck, das Anschweißen der Unterlage und/oder das Verkleben der Unterlage an dem Träger umfassen. Darüber hinaus kann die Unterlage, wenn diese aus einem magnetischen Material besteht, durch Magnetkräfte an dem Träger entsprechend lösbar befestigt sein. Ein Vorteil der kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung der Unterlage an dem Träger ist es, daß das Verbinden und/oder Lösen sehr schnell durchgeführt werden kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Unterlage durch den in der Vorrichtung angeordneten Laser vor dem eigentlichen Bauvorgang auf dem Träger zumindest bereichsweise (z. B. punktförmig) derart befestigt, daß die Unterlage nach Abschluß des Bauvorganges mit nur geringem Kraftaufwand von dem Träger gelöst werden kann.
- Alternativ zu der Folienausgestaltung der Unterlage kann diese auch als flexible Platte ausgebildet sein, dies kann Vorteile dahingehend haben, daß in die flexible Platte verstärkt weitere Funktionen integriert sein können, wie beispielsweise Eingriffselemente, die mit Verarbeitungsmaschinen und/oder Verpackungselementen korrespondieren. Aber auch wenn die Unterlage als Folie ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Unterlage mindestens ein Eingriffselement aufweist, das mit Verarbeitungsmaschinen und/oder Verpackungselementen korrespondiert. Derartige Eingriffselemente können beispielsweise die Fixierung der Unterlage und damit indirekt das auf der Unterlage aufgebrachte Objekt innerhalb eines Verpackungsbehältnisses unterstützen oder aber definierte Hilfs- oder Angriffsflächen bieten, um das auf der Unterlage aufgebrachte Objekt in einer Verarbeitungsmaschine, von beispielsweise einem Roboter, zu transportieren und/oder zu bearbeiten. Derartige Eingriffselemente können mindestens eine Ausnehmung, Ausbuchtung und/oder einen Durchbruch aufweisen, der mit entsprechenden Gegenmitteln einer Verarbeitungsmaschine und/oder einem Verpackungselement korrespondiert. Eine Verarbeitungsmaschine kann beispielsweise eine Förder- oder Transportfunktion erfüllen.
- Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, wenn die Unterlage in einer ersten Richtung über den Baubereich einfahrbar ist und die Aufbringvorrichtung in einer zweiten, zu der ersten einen Winkel einschließenden Richtung verfahrbar ist. Vorzugsweise schließt die erste und die zweite Richtung einen Winkel von etwa 90° ein. Durch eine derartige Anordnung und Verlagerung der Unterlage relativ zu der Aufbringvorrichtung wird es ermöglicht, die Abmessungen für die Gesamtvorrichtung relativ gering zu halten, sowie eine Massenfertigung, welche durch die Transportfunktion der Unterlage erzeugt wird, zu ermöglichen.
- Die Auftragsvorrichtung kann entweder einen flexiblen Beschichter, der die einzelnen Pulverschichten aufträgt, als auch alternativ einen Siebbeschichter umfassen, der nach Art eines Puderzuckerstreuers definierte Pulvermengen – Pulverschichten – auf dem Träger bzw. auf dem auf der Oberfläche des Trägers temporär fixierten Unterlagenbereich aufträgt. Sowohl im Falle eines flexiblen Beschichters als auch des Siebbeschichters ist es vorteilhaft, zumindest ein Ausgleichselement vorzusehen, welches das aufgetragene Pulver glättend beaufschlagt. Alternativ oder zusätzlich zu dem Ausgleichselement ist es vorteilhaft, einen Sensor (z. B. Liniensensor), der die aufgebrachte Pulvermenge kontrolliert bzw. regelt, vorzusehen, damit eine möglichst ebene Fläche erreicht wird.
- Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann es sein, wenn der Träger höhenfest angeordnet ist. Durch die Höhenfixierung des Trägers innerhalb der Vorrichtung kann die Transportfunktion der Unterlage vereinfacht in die Vorrichtung integriert werden, da die übliche Absenkung des Trägers um den schichtweisen Auftrag des Pulvers zu gewährleisten, eine stetige Bewegung der Unterlage zur Folge hätte und damit die benachbarten Bereiche der Unterlage beeinflussen würde, beispielsweise in deren Höhenniveau. Diese Beeinflussung kann zwar mit Mehraufwand, aber zuverlässig bei einem höhenverstellbaren Träger vermieden werden, indem die Unterlage mit einer Niveauregulierung in Wirkverbindung steht, welche die schrittweise Höhenverstellung des Trägers im Baubereich relativ zu weiteren Unterlageabschnitten ausgleicht. So kann der Bereich zwischen zwei Unterlageabschnitten in einer mit Umlenkrollen versehenen Niveauregulierungseinrichtung angeordnet sein, die durch gezielte Höhenverlagerung der Umlenkrollen ein gleichbleibendes Höhenniveau und/oder einen gleichbleibenden Abstand zweier Unterlagenabschnitte gewährleistet.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind seitliche, den Träger zumindest abschnittsweise umschließende oder auf dessen Oberfläche aufsetzbare Wandungen höhenverstellbar angeordnet. Derartige höhenverstellbare Wandungen erlauben es das Konzept des flexible Beschichters mit dem des höhenfesten Träger zu vereinbaren, so dass die Vorteile des höhenfesten Trägers bezüglich der fortlaufenden Unterlage (Nichtnotwendigkeit einer Niveauregulierungseinrichtung) bestehen bleiben.
- Eine zumindest abschnittsweise Umschließung des Trägers kann dadurch erreicht werden, indem die Unterlage zumindest in ihrer Längserstreckung wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in die zumindest Bereiche der, den Träger zumindest abschnittsweise umschließenden Wände eingreifen. Durch den Eingriff der Wände in die Ausnehmungen des Trägers kann eine überwiegend den Baubereich umgreifende Wandung erreicht werden, die höhenverstellbar ausgebildet sein kann und einen schichtweisen Auftrag des Baumaterials durch eine z. B. einen flexiblen Beschichter umfassenden Aufbringvorrichtung zuläßt. Die von der Wandung nicht umschlossenen Bereiche des Trägers können in einer vorteilhaften Ausführungsform durch Verfestigung des Baumaterials an den entsprechenden Stellen geschlossen werden, so daß zumindest ein Entweichen des Baumaterials über die nicht umschlossenen Bereiche des Trägers während des Bauprozesses vermieden werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, wenn parallel zur Längserstreckung der Unterlage wenigstens ein Pulvervorratsbehälter angeordnet ist. Dadurch kann der Pulvervorratsbehälter derart in der Vorrichtung plaziert werden, so daß weder seine Pulverspendefunktion noch die Förderfunktion der Unterlage eingeschränkt werden.
- Im weiteren wird vorgeschlagen, die Rollen im oberen Bereich des Bauraumes anzuordnen. So ist beispielsweise eine Ausführungsform denkbar, bei der die die Folie aufnehmenden Rollen „schwebend" oberhalb der Bauebene angeordnet sind und ein höhenverstellbarer Träger vor dem Beginn des Bauprozesses in die Ebene der im oberen Bereich angeordneten Rollen hochgefahren wird, um dort mit einer folienhaften Unterlage versehen zu werden und anschließend in die Bauebene abgesenkt wird und der Bauprozeß durchgeführt werden kann. Durch diese konstruktive Maßnahme können die für die automatische Bestückung notwendigen Mittel (Computer angesteuerte Rollen, Folienunterlage) an einem „sonst ungenutzten" Raum plaziert werden. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahl durch eine innerhalb des Baubereiches ausgetrennte Öffnung der Restunterlage hindurchtritt und das auf dem ausgetrennten Abschnitt der Unterlage angeordnete Pulvermaterial (in der Bearbeitungsebene) zumindest bereichsweise bestrahlt. Somit ist es möglich, die Rollen sowohl mit der noch unbenutzten Folienunterlage als auch mit den Folienunterlageresten im oberen Bereich des Bauraumes zu plazieren, da der Laserstrahl durch die Öffnung der zuletzt ausgeschnittenen Unterlage durch die Bestückungsebene hindurchtreten kann und das auf der Unterlage in der Bearbeitungsebene angeordnete Pulvermaterial bestrahlen kann. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Rollen oder deren Aufnahmen mit den seitlichen Wandungen verbunden sind.
- Das Aufbaumaterial kann sowohl Metall, als auch Kunststoff umfassen.
- Das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Objekt kann vorteilhafterweise aus unterschiedlichen Herstellungsverfahren aufgebaut sein. So ist es beispielsweise vorteilhaft, den Unterbau eines als Werkzeugeinsatz konzipierten Objektes aus einem LOM-Verfahren und die Restgeometrie aus einem SLS-Verfahren zu generieren.
- Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich exemplarisch auf eine Lasersinter-, Laserschmelzanlage, wobei sich die Merkmale nicht auf eine solche beschränken, so daß auch LOM- und FDM-Anlagen vom Erfindungsgedanken mitumfaßt werden. Die Zeichnungsfiguren zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer selektiven Lasersinter-(= LLA)/Laserschmelzanlage, in Unterlagenbestückungsposition; -
2 eine schematische Darstellung gemäß1 in Betriebsstellung; -
3 eine schematische Unteransicht einer auf Rollen bevorrateten Unterlage gemäß2 ; -
4 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit höhenfixierter Tragevorrichtung; -
5 eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung der die Unterlage bevorratenden Rollen; -
6 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit einem Siebbeschichter; -
7 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit einem stabförmigen Beschichter; -
8 eine schematische Draufsicht auf eine mit höhenerfahrbaren Wänden einer mit Ausnehmungen versehenen Unterlage ausgebildeten Lasersinter-/Laserschmelzanlage; -
9 eine schematische Darstellung einer Niveau-Regulierungsvorrichtung; -
10 eine schematische Darstellung einer alternativen Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung mit feststehenden Tragevorrichtung und im Sinterverfahren aufgebauten Wandungen; -
11 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung gemäß10 in Kombination mit weiteren Bearbeitungsstationen. - In Zeichnungsfigur
1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials3 mittels elektromagnetischer Strahlung dargestellt. Die Strahlung wird in einem Laser5 generiert und über Spiegel6 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes2 entsprechenden Stellen gelenkt. Ferner umfaßt die Vorrichtung1 eine Tragevorrichtung7 , die über eine Stellvorrichtung, beispielsweise einen Elektromotor8 höhenverstellbar ist. Die Tragevorrichtung7 dient zum Tragen des Objektes2 , das auf der dem Objekt2 zugewandten Oberseite9 aufgebaut wird. Das Aufbaumaterial3 wird über eine Aufbringvorrichtung10 schichtweise auf einen Untergrund11 aufgetragen. Das Objekt2 wird nicht direkt auf die Tragevorrichtung7 , sondern vielmehr auf eine auf der Oberseite9 des Trägers7 zur Verbindung mit dem Aufbaumaterial3 geeignete Unterlage12 aufgebaut. - In Zeichnungsfigur
1 ist die Vorrichtung1 in Unterlagenbestückungsstellung dargestellt, wobei die folienartige Unterlage12 auf Rollen bevorratet ist und nahezu kontinuierlich in den Baukammerbereich13 über die Oberseite9 des Trägers7 eingefahren werden kann und dort vor Beginn des eigentlichen Bauprozesses innerhalb des Baukammerbereichs13 von einem weiteren Bereich14 ,14' ,14'' getrennt werden kann. In dieser Ausführungsvariante ist die Unterlage12 als flexible Folie ausgebildet und auf einer Vorrats- und einer Aufnahmerolle15 ,16 angeordnet, wobei durch Auf- und Abrollen der Rollen15 ,16 die Unterlage12 bewegbar ist. - In Zeichnungsfigur
3 ist die Unteransicht der in Zeichnungsfigur2 dargestellten Unterlage12 und deren Aufnahmeelemente15 ,16 dargestellt. Von der Vorratsrolle15 wird der unbenutzte Bereich14 der Unterlage12 bevorratet und durch Abrollen der Vorratsrolle15 bzw. Aufrollen der Aufnahmerolle16 über die Tragevorrichtung7 verlagert. Oberhalb der Tragevorrichtung7 kann durch ein Trennmittel, beispielsweise den Laserstrahl4 der Strahlungsvorrichtung5 , die in erster Linie zur Verfestigung des Aufbaumaterials3 dient, zum Aufbauprozeß benötigten Bereich14' der Unterlage12 abtrennen und gegebenenfalls auf der Tragevorrichtung7 temporär fixieren, z. B. durch Anpunkten (Anschweißen mittels des Laserstrahls4 ). Um den Bestückungsprozeß der Tragevorrichtung7 mit der Unterlage12 weiter zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn das eigentliche Folienband nicht gänzlich getrennt wird und damit Restbereiche14'' der Unterlage12 bestehen bleiben und über die Ansteuerung der Aufnahmerolle16 dort aufgerollt werden können. - Die Verbindung der Unterlage
12 bzw. des Bereiches14' der Unterlage12 kann auf der Tragevorrichtung7 durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung geschehen. So kann die Fixierung beispielsweise durch Unterdruck, Anschweißen, Magnetkräfte und/oder Verkleben des Trägers7 mit der Unterlage12 durchgeführt werden. Die Verbindungsarten sind in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt. - Die Unterlage
12 kann alternativ zu der Folienform auch als Platte, bevorzugt auch als flexible Platte ausgebildet sein, die in einem Plattenlager (nicht dargestellt) bevorratet sind. Das Plattenlager kann vorzugsweise als Paternosterlager ausgebildet sein. - Darüber hinaus kann die Unterlage
12 mindestens ein Eingriffselement (nicht dargestellt) aufweisen, das mit Verarbeitungsmaschinen und/oder Verpackungselementen korrespondiert. In der beispielsweise in den Zeichnungsfiguren4 und8 dargestellten Ausführungsform kann die Tragevorrichtung7 höhenfixiert innerhalb der Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung1 angeordnet sein, so daß die Tragevorrichtung7 zumindest bereichsweise umgebende Wände17 höhenverlagerbar angeordnet sind, um den schichtweisen Aufzug des pulverförmigen Aufbaumaterials3 mittels eines flexiblen Beschichters18 zu ermöglichen. Im Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken ist dabei vorteilhaft, wenn die die Unterlage12 aufnehmenden Rollen15 ,16 innerhalb (vgl.4 ) oder außerhalb (nicht dargestellt) der Baugruppe der Wandungen17 integriert oder angebaut sind. - Die Integration der Rollen
15 ,16 in der die Tragevorrichtung7 umgebenden Wandung17 ist auch bei höhenverlagerbarer Tragevorrichtung7 vorteilhaft, wie in5 dargestellt. - Die Auftragsvorrichtung
10 kann als Siebbeschichter19 ausgebildet sein, der nach Art eines Zuckerstreuers oberhalb der Bauebene zumindest parallel zu dieser in einer Ebene verfahrbar angeordnet ist. Daneben kann die Aufbringvorrichtung auch einen flexiblen Beschichter18 umfassen, der im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Unterlage12 bewegbar ist. Die Unterlage12 in einer ersten Richtung20 über den Baubereich und die Aufbringvorrichtung10 in einer zweiten Bewegungsrichtung21 verlagerbar, wobei die erste und die zweite Bewegungsrichtung20 ,21 einen rechten Winkel einschließen (auch andere Winkel sind möglich). Vgl. hierzu Zeichnungsfigur7 . - Zusätzlich zu einem Beschichter
18 im Falle einer einen Beschichter18 umfassenden Aufbringvorrichtung10 ist es vorteilhaft ein Ausgleichselement (nicht dargestellt) vorzusehen, das vor dem Verfestigen des Pulvermaterials dieses nochmals glättet. Ein derartiges Ausgleichselement ist ebenso im Falle einer einen Siebbeschichter19 umfassenden Auftragsvorrichtung10 vorteilhaft. - In Zeichnungsfigur
8 ist eine erfindungsgemäße Lasersintervorrichtung1 in der Draufsicht dargestellt, wobei in einem Anfangsbereich der Unterlage12 das Objekt2 aufgebaut ist. Die dort dargestellte Unterlage12 weist Ausnehmungen22 auf, in die zumindest Bereiche23 der den Träger7 zumindest abschnittsweise umschließenden Wände17 eingreifen. Es wird ermöglicht, durch entweder Höhenverlagerung der Wände17 und/oder durch Höhenverlagerung der Tragevorrichtung7 und damit der darauf angeordneten Unterlage12 eine relative Höhendifferenz zwischen Wandung17 und der Oberseite der Unterlage12 oder der zuletzt aufgetragenen Pulverschicht zu schaffen, um eine definierte Pulverschicht des Aufbaumaterials3 aufzuziehen. Im Falle der höhenverlagerbaren Tragevorrichtung7 ist es zweckmäßig, eine Niveau-Regulierungsvorrichtung24 vorzusehen, die auf entsprechende Höhenverlagerungen der Tragevorrichtung7 derart reagiert, daß das Niveau der restlichen zusammenhängenden Unterlage12 konstant bleibt. Ein Beispiel für eine derartige Niveau-Regulierungsvorrichtung24 ist in Zeichnungsfigur9 dargestellt. Hierbei wird die Unterlage12 über Umlenkrollen25 ,25' ,25'' gelenkt, so daß beispielsweise die Umlenkrollen25 und25' in der Höhe derart verlagerbar sind, daß das Niveau der Rolle25'' konstant bleiben kann. D. h., das Niveau der Unterlage an Rolle25 kann verändert werden (bewegliche Plattform) und gleichzeitig gewährleistet Rolle25' durch eine Ausgleichsbewegung, daß das Niveau an Rolle25'' konstant bleibt, ohne zusätzliche Spannungen an der Unterlage zu erzeugen. - Wie insbesondere in den Zeichnungsfiguren
7 und8 dargestellt, ist es vorteilhaft, wenn parallel zur Längserstreckung der Unterlage12 wenigstens ein Pulvervorratsbehälter26 angeordnet ist. - In Zeichnungsfigur
10 ist eine auf Rollen15 ,16 auf- bzw. abrollbare Unterlage12 dargestellt, auf der innerhalb einer höhenverlagerbaren luftdicht verschlossenen Baueinheit27 ein Objekt2 aufbaubar ist. Die Baueinheit umfaßt einen Siebbeschichter19 sowie eine Bestrahlungsvorrichtung5 und mindestens einen Spiegel6 . Ferner kann die Baueinheit27 eine Niveauregulierung Kontrolle umfassen, die mittels Laser, Kamera oder dergleichen (nicht dargestellt), das Niveau erfaßt. Das Aufbaumaterial3 wird über den Siebbeschichter19 auf die Unterlage12 aufgetragen und mittels der Strahlung4 bereichsweise verfestigt. Anstelle von beweglichen seitlichen Wandungen17 wird in dieser Ausführungsvariante der seitliche Abschluß zur Halterung des Aufbaumaterials3 während des Prozesses mitaufgesintert, so sind die Wandbereiche28 nicht Bestandteil des eigentlichen Objektes2 , sondern dienen lediglich zur Halterung des nicht verfestigten pulverartigen Aufbaumaterials3 . Alternativ oder zusätzlich zu der höhenverlagerbaren Baueinheit kann diese auch an ihrer die Unterlage12 begrenzenden Bereiche29 Schleusen umfassen, die es ermöglichen, die vorzugsweise Inertgasatmosphäre innerhalb der Baueinheit27 während des Einfahrens einer neuen Unterlage12 oder des Herausfahrens einer mit einem Objekt2 und gegebenenfalls nicht verfestigtem Baumaterial3 versehene Unterlage12 aufrecht zu erhalten. - In Zeichnungsfigur
11 ist beispielhaft ein weiterführender Erfindungsgedanke dargestellt, wonach durch die Transportfunktion der Unterlage12 eine Art Fließbandfertigung mit mehreren Stationen27 ,30 ,31 ,32 erreicht werden kann. So ist es möglich, den Bereich zwischen den beiden Rollen15 ,16 derart auszugestalten, daß dort eine Aufbaustation20 , eine Pulverabsaugstation30 , eine Nachbearbeitungsstation31 (sowohl mechanische Veränderungen wie spannende Bearbeitung, als auch Wärmebehandlung) und/oder eine Entnahmestation32 angeordnet ist. In der Entnahmestation32 kann das Bauteil beispielsweise über einen Roboterarm von der Unterlage12 gelöst werden. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Unterlage12 entweder vorgefertigt, über die Laserstrahlung4 des Lasers5 oder über einen weiteren Verfahrensschritt derart geschwächt wird (z. B. Performation), daß in der Entnahmestation das Objekt samt einen Bereich14' der Unterlage12 aus der Lasersintervorrichtung1 entnommen werden kann. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Laser5 und/oder die den Spiegel6 aufnehmende Scannereinheit in die mehreren Stationen27 ,30 ,31 ,32 verlagerbar ist. So könnte nach dem Aufbau die Scannereinheit in die Entnahmestation32 verlagert werden und dort das Objekt2 von der Unterlage12 rausschneiden. Auch ist es denkbar, daß im Entnahmebereich eine automatisierte Entnahme des Objektes2 und dessen anschließende automatisierte oder halbautomatisierte Verlagerung und/oder Bearbeitung (Versehen in einen Versandkarton und Befüllmittel) durchgeführt werden kann. Auch ist anzumerken, daß sich der mit Inertgas geflutete Raum auch über den Baubereich27 erstrecken kann und damit die Pulverabsaugstation30 , die Nachbearbeitungsstation31 und/oder die Entnahmestation32 mitumfassen kann, wobei an den jeweiligen Schnittpunkten zur Umwelt entsprechende Schleusenelemente angeordnet sind. - In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Pulverabsaugstation
30 innerhalb der Aufbaustation20 angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß das Baumaterial stets unter einer Schutzgasatmosphäre verbleibt. -
- 1
- Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung
- 2
- Objekt
- 3
- Aufbaumaterial
- 4
- Strahlung
- 5
- Laser
- 6
- Spiegel
- 7
- Tragevorrichtung
- 8
- Elektromotor
- 9
- Oberseite
v.
7 - 10
- Aufbringvorrichtung/Auftragevorrichtung
- 11
- Untergrund
- 12
- Unterlage
- 13
- Baukammerbereich
- 14, 14', 14''
- Bereich
v.
12 - 15
- Vorratsrolle
- 16
- Aufnahmerolle
- 17
- Wand
- 18
- Beschichter
- 19
- Siebbeschichter
- 20
- Bewegungsrichtung
v.
12 - 21
- Bewegungsrichtung
v.
10 - 22
- Ausnehmungen
v.
12 - 23
- Bereich
v.
17 - 24
- Niveau-Regulierungsvorrichtung
- 25, 25', 25''
- Umlenkrolle
- 26
- Pulvervorratsbehälter
- 27
- Baueinheit
- 28
- Wandbereiche
- 29
- Bereich
v.
27 - 30
- Pulverabsaugstation
- 31
- Nachbearbeitungsstation
- 32
- Entnahmestation
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 734842 B2 [0002]
Claims (32)
- Vorrichtung (
1 ) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes (2 ) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten mittels elektromagnetischer Strahlung (4 ) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2 ) entsprechenden Stellen, insbesondere Laser-Schmelzverfahren (SLS), Schicht-Laminat-Verfahren (LLM, LOM) und/oder Laminierung durch Schmelzauftrag (FDM) mit einer Tragevorrichtung (7 ) zum Tragen des Objektes (2 ) mit einer dem Objekt (2 ) zugewandten Oberseite (9 ), einer Aufbringvorrichtung (10 ) zum schichtweisen Aufbringen des Materials (3 ) auf einen Untergrund (11 ) und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Materials an den zu verfestigenden Stellen, wobei auf der Oberseite (9 ) des Trägers (7 ) eine zur Verbindung mit einem Aufbaumaterial (3 ) geeignete Unterlage (12 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (12 ) kontinuierlich oder abschnittsweise in einem Baukammerbereich (13 ) über der Oberseite (9 ) des Trägers (7 ) einfahrbar ist und entweder vor dem Aufbau des Objektes (2 ) oder nach Abschluß des Aufbaus des Objektes (2 ) innerhalb des Baukammerbereiches (13 ) oder außerhalb des Baukammerbereiches (13 ) von einem weiteren Bereich (14 ,14' ,14'' ) der Unterlage (12 ) trennbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) als flexible Folie ausgebildet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) als Metallfolie oder NE-Metallfolie ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) eine Gitter- oder Siebstruktur aufweist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fertiggestellte Objekt (
2 ) durch die Unterlage (12 ) aus dem Baukammerbereich (13 ) ausfahrbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Unterlage (
12 ) bis in einen Objektentnahmebereich (32 ) erstreckt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) durch einen Objekt-Nachbearbeitungsbereich (31 ) förderbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie von einer Rolle abrollbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie zwischen einer Vorratsrolle und einer Aufnahmerolle (
15 ,16 ) angeordnet ist und durch Auf- und/oder Abrollen wenigstens einer Rolle (15 ,16 ) zumindest bereichsweise befördert wird. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) temporär durch eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung an dem Träger (7 ) befestigt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) temporär durch Unterdruck, Anschweißen und/oder Verkleben an dem Träger (7 ) befestigt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) aus einem magnetischen Material besteht und durch Magnetkräfte temporär mit dem Träger (7 ) verbindbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4–7, 10–12, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) als flexible Platte ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) mindestens ein Eingriffselement aufweist, das mit Verarbeitungsmaschinen und/oder Verpackungselementen, korrespondiert. - Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffselement mindestens eine Ausnehmung, Ausbuchtung und/oder einen Durchbruch aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) in einer ersten Richtung (20 ) über den Baubereich (13 ) einfahrbar ist und die Aufbringvorrichtung (10 ) in einer zweiten, zu der ersten Richtung (20 ) einen Winkel einschließenden Richtung vefahrbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Richtung einen Winkel von etwa 90° einschließen.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsvorrichtung (
10 ) einen flexiblen Beschichter (18 ) umfaßt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsvorrichtung (
10 ) als Siebbeschichter (19 ) ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsvorrichtung (
10 ) zumindest ein Ausgleichselement umfaßt. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (
7 ) höhenfest angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitliche, den Träger (
7 ) zumindest abschnittsweise umschließende oder auf dessen Oberfläche aufsetzbare Wandungen (17 ) höhenverstellbar angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (
12 ) zumindest in ihrer Längserstreckung wenigstens eine Ausnehmung (22 ) aufweist, in die zumindest Bereiche (23 ) der, den Träger (7 ) zumindest abschnittsweise umschließenden Wände (17 ) eingreifen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Längserstreckung der Unterlage (
12 ) wenigstens ein Pulvervorratsbehälter (26 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (
15 ,16 ) im oberen Bereich des Bauraumes angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen oder deren Aufnahmen mit den seitlichen Wandungen verbunden sind.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch eine innerhalb des Baukammerbereiches ausgetrennte Öffnung der Restunterlage hindurchtritt und das auf dem ausgetrennten Abschnitt der Unterlage angeordnete Pulvermaterial zumindest bereichsweise bestrahlt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–20 und 22–27, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger höhenverstellbar gelagert ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage mit einer Niveauregulierung in Wirkverbindung steht und die schrittweise Höhenverstellung des Trägers im Baubereich relativ zu weiteren Unterlagenabschnitten ausgleichbar ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbaumaterial pulverförmig ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dreidimensionale Objekt aus mindestens zwei unterschiedlichen Herstellungsverfahren aufgebaut wird.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsvorrichtung höhenverstellbar ist.
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