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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 pulverförmiges Aufbaumaterial verfestigendes Laserschmelzverfahren, als auch ein Schicht-Laminat-Verfahren (Layer 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.
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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 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes auf einer Platte, die auf einem Träger lösbar befestigt ist. Die vorzugsweise stabile Platte bildet damit eine demontierbare Unterlage innerhalb der Bauvorrichtung, auf der das Aufbaumaterial verfestigt werden kann und nach Abschluss des Bauvorganges die Platte vom Träger lösbar ist und somit das dreidimensionale Objekt samt Platte zügig aus der Bauvorrichtung entnommen werden kann und nach Wiederbestückung des Trägers mit einer Platte ein neuer Bauprozess gestartet werden kann.
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DE 10 2004 057 865 B4 lehrt eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes, bei dem durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Pulvermaterialschichten und Einwirkung einer Strahlungsenergie diese verfestigt werden und sich daraus ein generativ aufgebautes dreidimensionales Objekt ergibt. In einem Bauraum ist eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger angeordnet, so dass durch sukzessives Herabfahren der bereits verfestigten Bereiche des Objektes ein gleich bleibendes Höhenniveau für die Bauebene geschaffen wird.
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DE 10 2006 041 320 A1 lehrt eine Beschichtereinrichtung für eine Bauvorrichtung zur Erstellung von Formteilen aus pulverartigem Baumaterial unter Einbringung von Strahlungsenergie, wobei das pulverartige Baumaterial durch ein mit Baumaterial befülltes Beschichtersieb appliziert wird. Durch die Siebmaschen des Beschichtersiebes wird flächig oder gezielt punktuell das Baumaterial auf die Baufläche aufgebracht.
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DE 44 30 374 A1 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes, der aus einem photohärtbaren Material unter Einwirkung einer aktinischen Strahlung gewonnen wird. Dabei wird durch ein Sieb eine Schicht unverfestigtes Baumaterial auf ein flexibles Band aufgebracht. Dies findet im Schichtbildungsbereich der Vorrichtung statt. Danach wird das flexible Band und die auf ihm befindliche unverfestigte Materialschicht in einen Bestrahlungsbereich verfahren. Dort wird das Band dicht an und parallel zu einer Trägerfläche einer Grundplatte geführt, die nach unten gerichtet ist, so dass anschließend eine selektive Bestrahlung der Baumaterialschicht durch das flexible Band hindurch ausgeführt werden kann. Die selektiv bestrahlte verfestigte Baumaterialschicht haftet an der Trägerfläche an und die unverfestigte, ungehärtete Schicht wird von dem flexiblen Band aus dem Bestrahlungsbereich herausgefahren und anschließend durch einen Schaber von dem flexiblen Band gelöst.
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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.
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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 Robotergreifarme vollzogene Abtrennen der Unterlagenbereiche auszuführen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Aufbaumaterial kann sowohl Metall, als auch Kunststoff umfassen.
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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.
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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
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1 eine schematische Darstellung einer selektiven Lasersinter(= LLA)/Laserschmelzanlage, in Unterlagenbestückungsposition;
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2 eine schematische Darstellung gemäß 1 in Betriebsstellung;
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3 eine schematische Unteransicht einer auf Rollen bevorrateten Unterlage gemäß 2;
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4 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit höhenfixierter Tragevorrichtung;
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5 eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung der die Unterlage bevorratenden Rollen;
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6 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit einem Siebbeschichter;
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7 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzanlage mit einem stabförmigen Beschichter;
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8 eine schematische Draufsicht auf eine mit höhenerfahrbaren Wänden einer mit Ausnehmungen versehenen Unterlage ausgebildeten Lasersinter-/Laserschmelzanlage;
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9 eine schematische Darstellung einer Niveau-Regulierungsvorrichtung;
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10 eine schematische Darstellung einer alternativen Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung mit feststehenden Tragevorrichtung und im Sinterverfahren aufgebauten Wandungen;
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11 eine schematische Darstellung einer Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung gemäß 10 in Kombination mit weiteren Bearbeitungsstationen.
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In Zeichnungsfigur 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung 1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials 3 mittels elektromagnetischer Strahlung dargestellt. Die Strahlung wird in einem Laser 5 generiert und über Spiegel 6 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen gelenkt. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Tragevorrichtung 7, die über eine Stellvorrichtung, beispielsweise einen Elektromotor 8 höhenverstellbar ist. Die Tragevorrichtung 7 dient zum Tragen des Objektes 2, das auf der dem Objekt 2 zugewandten Oberseite 9 aufgebaut wird. Das Aufbaumaterial 3 wird über eine Aufbringvorrichtung 10 schichtweise auf einen Untergrund 11 aufgetragen. Das Objekt 2 wird nicht direkt auf die Tragevorrichtung 7, sondern vielmehr auf eine auf der Oberseite 9 des Trägers 7 zur Verbindung mit dem Aufbaumaterial 3 geeignete Unterlage 12 aufgebaut.
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In Zeichnungsfigur 1 ist die Vorrichtung 1 in Unterlagenbestückungsstellung dargestellt, wobei die folienartige Unterlage 12 auf Rollen bevorratet ist und nahezu kontinuierlich in den Baukammerbereich 13 über die Oberseite 9 des Trägers 7 eingefahren werden kann und dort vor Beginn des eigentlichen Bauprozesses innerhalb des Baukammerbereichs 13 von einem weiteren Bereich 14, 14', 14'' getrennt werden kann. In dieser Ausführungsvariante ist die Unterlage 12 als flexible Folie ausgebildet und auf einer Vorrats- und einer Aufnahmerolle 15, 16 angeordnet, wobei durch Auf- und Abrollen der Rollen 15, 16 die Unterlage 12 bewegbar ist.
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In Zeichnungsfigur 3 ist die Unteransicht der in Zeichnungsfigur 2 dargestellten Unterlage 12 und deren Aufnahmeelemente 15, 16 dargestellt. Von der Vorratsrolle 15 wird der unbenutzte Bereich 14 der Unterlage 12 bevorratet und durch Abrollen der Vorratsrolle 15 bzw. Aufrollen der Aufnahmerolle 16 über die Tragevorrichtung 7 verlagert. Oberhalb der Tragevorrichtung 7 kann durch ein Trennmittel, beispielsweise den Laserstrahl 4 der Strahlungsvorrichtung 5, die in erster Linie zur Verfestigung des Aufbaumaterials 3 dient, zum Aufbauprozess benötigten Bereich 14' der Unterlage 12 abtrennen und gegebenenfalls auf der Tragevorrichtung 7 temporär fixieren, z. B. durch Anpunkten (Anschweißen mittels des Laserstrahls 4). Um den Bestückungsprozess der Tragevorrichtung 7 mit der Unterlage 12 weiter zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn das eigentliche Folienband nicht gänzlich getrennt wird und damit Restbereiche 14'' der Unterlage 12 bestehen bleiben und über die Ansteuerung der Aufnahmerolle 16 dort aufgerollt werden können.
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Die Verbindung der Unterlage 12 bzw. des Bereiches 14' der Unterlage 12 kann auf der Tragevorrichtung 7 durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung geschehen. So kann die Fixierung beispielsweise durch Unterdruck, Anschweißen, Magnetkräfte und/oder Verkleben des Trägers 7 mit der Unterlage 12 durchgeführt werden. Die Verbindungsarten sind in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt.
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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.
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Darüber hinaus kann die Unterlage 12 mindestens ein Eingriffselement (nicht dargestellt) aufweisen, das mit Verarbeitungsmaschinen und/oder Verpackungselementen korrespondiert. In der beispielsweise in den Zeichnungsfiguren 4 und 8 dargestellten Ausführungsform kann die Tragevorrichtung 7 höhenfixiert innerhalb der Lasersinter-/Laserschmelzvorrichtung 1 angeordnet sein, so dass die Tragevorrichtung 7 zumindest bereichsweise umgebende Wände 17 höhenverlagerbar angeordnet sind, um den schichtweisen Aufzug des pulverförmigen Aufbaumaterials 3 mittels eines flexiblen Beschichters 18 zu ermöglichen. Im Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken ist dabei vorteilhaft, wenn die die Unterlage 12 aufnehmenden Rollen 15, 16 innerhalb (vgl. 4) oder außerhalb (nicht dargestellt) der Baugruppe der Wandungen 17 integriert oder angebaut sind.
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Die Integration der Rollen 15, 16 in der die Tragevorrichtung 7 umgebenden Wandung 17 ist auch bei höhenverlagerbarer Tragevorrichtung 7 vorteilhaft, wie in 5 dargestellt.
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Die Auftragsvorrichtung 10 kann als Siebbeschichter 19 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 Beschichter 18 umfassen, der im wesentlichen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Unterlage 12 bewegbar ist. Die Unterlage 12 in einer ersten Richtung 20 über den Baubereich und die Aufbringvorrichtung 10 in einer zweiten Bewegungsrichtung 21 verlagerbar, wobei die erste und die zweite Bewegungsrichtung 20, 21 einen rechten Winkel einschließen (auch andere Winkel sind möglich). Vgl. hierzu Zeichnungsfigur 7.
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Zusätzlich zu einem Beschichter 18 im Falle einer einen Beschichter 18 umfassenden Aufbringvorrichtung 10 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 Siebbeschichter 19 umfassenden Auftragsvorrichtung 10 vorteilhaft.
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In Zeichnungsfigur 8 ist eine erfindungsgemäße Lasersintervorrichtung 1 in der Draufsicht dargestellt, wobei in einem Anfangsbereich der Unterlage 12 das Objekt 2 aufgebaut ist. Die dort dargestellte Unterlage 12 weist Ausnehmungen 22 auf, in die zumindest Bereiche 23 der den Träger 7 zumindest abschnittsweise umschließenden Wände 17 eingreifen. Es wird ermöglicht, durch entweder Höhenverlagerung der Wände 17 und/oder durch Höhenverlagerung der Tragevorrichtung 7 und damit der darauf angeordneten Unterlage 12 eine relative Höhendifferenz zwischen Wandung 17 und der Oberseite der Unterlage 12 oder der zuletzt aufgetragenen Pulverschicht zu schaffen, um eine definierte Pulverschicht des Aufbaumaterials 3 aufzuziehen. Im Falle der höhenverlagerbaren Tragevorrichtung 7 ist es zweckmäßig, eine Niveau-Regulierungsvorrichtung 24 vorzusehen, die auf entsprechende Höhenverlagerungen der Tragevorrichtung 7 derart reagiert, daß das Niveau der restlichen zusammenhängenden Unterlage 12 konstant bleibt. Ein Beispiel für eine derartige Niveau-Regulierungsvorrichtung 24 ist in Zeichnungsfigur 9 dargestellt. Hierbei wird die Unterlage 12 über Umlenkrollen 25, 25', 25'' gelenkt, so dass beispielsweise die Umlenkrollen 25 und 25' in der Höhe derart verlagerbar sind, dass das Niveau der Rolle 25'' konstant bleiben kann. D. h., das Niveau der Unterlage an Rolle 25 kann verändert werden (bewegliche Plattform) und gleichzeitig gewährleistet Rolle 25' durch eine Ausgleichsbewegung, dass das Niveau an Rolle 25'' konstant bleibt, ohne zusätzliche Spannungen an der Unterlage zu erzeugen.
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Wie insbesondere in den Zeichnungsfiguren 7 und 8 dargestellt, ist es vorteilhaft, wenn parallel zur Längserstreckung der Unterlage 12 wenigstens ein Pulvervorratsbehälter 26 angeordnet ist.
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In Zeichnungsfigur 10 ist eine auf Rollen 15, 16 auf- bzw. abrollbare Unterlage 12 dargestellt, auf der innerhalb einer höhenverlagerbaren luftdicht verschlossenen Baueinheit 27 ein Objekt 2 aufbaubar ist. Die Baueinheit umfasst einen Siebbeschichter 19 sowie eine Bestrahlungsvorrichtung 5 und mindestens einen Spiegel 6. Ferner kann die Baueinheit 27 eine Niveauregulierung Kontrolle umfassen, die mittels Laser, Kamera oder dergleichen (nicht dargestellt), das Niveau erfasst. Das Aufbaumaterial 3 wird über den Siebbeschichter 19 auf die Unterlage 12 aufgetragen und mittels der Strahlung 4 bereichsweise verfestigt. Anstelle von beweglichen seitlichen Wandungen 17 wird in dieser Ausführungsvariante der seitliche Abschluss zur Halterung des Aufbaumaterials 3 während des Prozesses mitaufgesintert, so sind die Wandbereiche 28 nicht Bestandteil des eigentlichen Objektes 2, sondern dienen lediglich zur Halterung des nicht verfestigten pulverartigen Aufbaumaterials 3. Alternativ oder zusätzlich zu der höhenverlagerbaren Baueinheit kann diese auch an ihrer die Unterlage 12 begrenzenden Bereiche 29 Schleusen umfassen, die es ermöglichen, die vorzugsweise Inertgasatmosphäre innerhalb der Baueinheit 27 während des Einfahrens einer neuen Unterlage 12 oder des Herausfahrens einer mit einem Objekt 2 und gegebenenfalls nicht verfestigtem Baumaterial 3 versehene Unterlage 12 aufrecht zu erhalten.
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In Zeichnungsfigur 11 ist beispielhaft ein weiterführender Erfindungsgedanke dargestellt, wonach durch die Transportfunktion der Unterlage 12 eine Art Fließbandfertigung mit mehreren Stationen 27, 30, 31, 32 erreicht werden kann. So ist es möglich, den Bereich zwischen den beiden Rollen 15, 16 derart auszugestalten, daß dort eine Aufbaustation 20, eine Pulverabsaugstation 30, eine Nachbearbeitungsstation 31 (sowohl mechanische Veränderungen wie spannende Bearbeitung, als auch Wärmebehandlung) und/oder eine Entnahmestation 32 angeordnet ist. In der Entnahmestation 32 kann das Bauteil beispielsweise über einen Roboterarm von der Unterlage 12 gelöst werden. Dabei kann es vorgesehen sein, daß die Unterlage 12 entweder vorgefertigt, über die Laserstrahlung 4 des Lasers 5 oder über einen weiteren Verfahrensschritt derart geschwächt wird (z. B. Performation), dass in der Entnahmestation das Objekt samt einen Bereich 14' der Unterlage 12 aus der Lasersintervorrichtung 1 entnommen werden kann. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Laser 5 und/oder die den Spiegel 6 aufnehmende Scannereinheit in die mehreren Stationen 27, 30, 31, 32 verlagerbar ist. So könnte nach dem Aufbau die Scannereinheit in die Entnahmestation 32 verlagert werden und dort das Objekt 2 von der Unterlage 12 rausschneiden. Auch ist es denkbar, daß im Entnahmebereich eine automatisierte Entnahme des Objektes 2 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 Baubereich 27 erstrecken kann und damit die Pulverabsaugstation 30, die Nachbearbeitungsstation 31 und/oder die Entnahmestation 32 mitumfassen kann, wobei an den jeweiligen Schnittpunkten zur Umwelt entsprechende Schleusenelemente angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Pulverabsaugstation 30 innerhalb der Aufbaustation 20 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Baumaterial stets unter einer Schutzgasatmosphäre verbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 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
