DE102009046440A1

DE102009046440A1 - Device for generative production of component, comprises support plate and rotating material supply unit which is mounted on support plate, where material supply unit produces layer of base material

Info

Publication number: DE102009046440A1
Application number: DE102009046440A
Authority: DE
Inventors: Christian Eschey
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12

Abstract

The device comprises a support plate (2) and a rotating material supply unit (6) which is mounted on the support plate. The material supply unit produces a layer of a base material, where a controller (9) controls the material supply unit for producing the base material. The controller controls the energy output unit (8) for energy output at the produced base material. A motor (7) is controlled for adjusting the rotation speed of the material supply unit. A data model has geometric data of the building layer. An independent claim is also included for a method for generative production of a component.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur generativen Herstellung eines Bauteils, bei dem ein formloses oder pulverförmiges Ausgangsmaterial durch einen chemischen oder physikalischen Prozess in Abhängigkeit von einem Datenmodell des herzustellenden Bauteils verfestigt wird.The invention relates to an apparatus and a method for the generative production of a component, in which an informal or pulverulent starting material is solidified by a chemical or physical process as a function of a data model of the component to be produced.

Generative Fertigungsverfahren werden zur Fertigung von Modellen, Prototypen, Werkzeugen und von Endprodukten eingesetzt. Bei herkömmlichen generativen Fertigungsverfahren werden formlose Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Flüssigkeiten oder Pulver oder formneutrale Ausgangsmaterialien mittels chemischer oder physikalischer Prozesse auf Basis eines Datenmodells des herzustellenden Bauteils hergestellt.Generative manufacturing processes are used to manufacture models, prototypes, tools and end products. In conventional additive manufacturing processes, formless raw materials, such as liquids or powders or mold-neutral starting materials, are produced by means of chemical or physical processes on the basis of a data model of the component to be produced.

Mit generativen Fertigungsverfahren ist es möglich, Bauteile aus verschiedensten Materialien direkt aus 3D-CAD-Daten des herzustellenden Bauteils aufzubauen. Ein gespeichertes 3D-CAD-Datenmodell beschreibt eine Geometrie des herzustellenden Bauteils, beispielsweise eines Werkzeugs, mittels Funktionen. Da diese Datendarstellung für einen nachfolgenden Herstellungsprozess nicht geeignet ist, werden die 3D-CAD-Daten in ein STL-Datenmodell (Surface Tesselation Language) überführt. Das STL-Datenformat beschreibt die Oberfläche des herzustellenden Körpers bzw. Bauteils mit Hilfe von Dreiecksfacetten, wobei jede Dreiecksfacette durch drei Eckpunkte und die zugehörige Flächennormale des Dreiecks charakterisiert wird. Das STL-Datenmodell des herzustellenden Körpers bzw. Bauteils beschreibt somit die Oberfläche des Bauteils mittels Triangulation, das heißt die Geometrie des Bauteils wird durch Dreiecke angenähert. Dieses STL-Übergangsdatenmodell ist notwendig, um die ursprüngliche Geometrie des herzustellenden Bauteils in einzelne Schichten zu unterteilen. Das ursprüngliche 3D-Datenmodell wird durch diesen sogenannten Slice-Vorgang in 2,5D-Daten überführt. Die einzelnen Schichten enthalten dabei die Kontur des 3D-Datenmodells in einer vordefinierten Höhe. Die Summe aller 2,5D-Daten ergibt das 3D-Datenmodell des herzustellenden Bauteils, welches einen von der Schichtdicke abhängigen Treppenstufeneffekt aufweist. Dieser Treppenstufeneffekt ist umso geringer ausgeprägt, je dünner die einzelnen Schichten sind. Die einzelnen 2,5D-Schichten des Bauteils werden anschließend jeweils in einem generativen Fertigungsschritt nacheinander hergestellt. Dabei wird eine Trägerplatte um die Schichtdicke der jeweiligen Schicht abgesenkt und auf diese abgesenkte Trägerplatte anschließend ein Ausgangsmaterial, welches in unterschiedlicher Form vorliegen kann, beispielsweise flüssig oder pulverförmig, aufgetragen. Bei herkömmlichen generativen Fertigungsvorrichtungen erfolgt das Auftragen des Ausgangsmaterials mit einem Auftragsmechanismus, welcher beispielsweise eine Bürste, eine Klinge, eine rotierende Walze oder ähnliches zum Schichtauftrag des Ausgangsmaterials auf der Trägerplatte einsetzt. Nach dem Schichtauftrag des Ausgangsmaterials folgt eine Phase der Schichtverfestigung. Hierbei wird durch Energieeinbringung, beispielsweise mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls, das aufgetragene Ausgangsmaterial an der entsprechenden Position der Schicht entsprechend dem Datenmodell verfestigt. Bei einem herkömmlichen generativen Fertigungsverfahren werden somit die Prozessschritte, nämlich das Absenken der Trägerplatte, der Schichtauftrag und die Schichtverfestigung zyklisch wiederholt.With generative manufacturing processes, it is possible to build components from a wide variety of materials directly from 3D CAD data of the component to be produced. A stored 3D CAD data model describes a geometry of the component to be produced, for example a tool, by means of functions. Since this data representation is not suitable for a subsequent manufacturing process, the 3D CAD data is transferred to an STL (Surface Tesselation Language) data model. The STL data format describes the surface of the body or component to be produced by means of triangular facets, whereby each triangular facet is characterized by three corner points and the associated surface normal of the triangle. The STL data model of the body or component to be produced thus describes the surface of the component by means of triangulation, that is, the geometry of the component is approximated by triangles. This STL transition data model is necessary to divide the original geometry of the component to be manufactured into individual layers. The original 3D data model is converted into 2.5D data by this so-called slice process. The individual layers contain the contour of the 3D data model at a predefined height. The sum of all 2.5D data yields the 3D data model of the component to be produced, which has a step-step effect that depends on the layer thickness. This step effect is less pronounced the thinner the individual layers are. The individual 2.5D layers of the component are subsequently produced one after the other in an additive manufacturing step. In this case, a support plate is lowered by the layer thickness of the respective layer and then a starting material, which can be present in different forms, for example, liquid or powder, applied to this lowered support plate. In conventional generative manufacturing devices, the application of the starting material is carried out with an application mechanism, which uses, for example, a brush, a blade, a rotating roller or the like for the layer application of the starting material on the support plate. After the layer application of the starting material, a phase of layer solidification follows. Here, by energy input, for example by means of a laser or electron beam, the applied starting material is solidified at the corresponding position of the layer according to the data model. In a conventional generative manufacturing process thus the process steps, namely the lowering of the carrier plate, the layer application and the layer consolidation are repeated cyclically.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines herkömmlichen generativen Fertigungsverfahrens zur Herstellung eines Bauteils nach dem Stand der Technik. In einem ersten Prozessschritt wird die Trägerplatte abgesenkt. Anschließend erfolgt ein Schichtauftrag eines Ausgangsmaterials auf der Trägerplatte durch einen Auftragsmechanismus. In einem dritten Prozessschritt wird die aufgetragene Schicht durch Beaufschlagung mit Energie verfestigt. Die in 1 dargestellten Prozessschritte werden zyklisch wiederholt. 1 shows a flow diagram illustrating a conventional generative manufacturing method for producing a component according to the prior art. In a first process step, the carrier plate is lowered. Subsequently, a layer application of a starting material takes place on the carrier plate by an application mechanism. In a third process step, the applied layer is solidified by applying energy. In the 1 The process steps shown are repeated cyclically.

Die 2A, 2B verdeutlichen ein herkömmliches generatives Fertigungsverfahren nach dem Stand der Technik. Auf einer Trägerplatte T befindet sich beispielsweise pulverförmiges Ausgangsmaterial A, das durch einen Auftragsmechanismus, beispielsweise eine Bürste B, überstrichen wird, um eine dünne Schicht des Ausgangsmaterials A zur anschließenden Verfestigung durch Energiebeaufschlagung bereitzustellen. Eine Energieabgabeeinheit E beaufschlagt die auf der Trägerplatte T befindliche dünne Schicht des Ausgangsmaterials A beispielsweise mit einem Elektronen- oder Laserstrahl, um sie entsprechend dem Datenmodell des herzustellenden Bauteils zu verfestigen. Die drei Prozessschritte Absenken, Schichtauftrag und Verfestigung werden sequentiell durchgeführt und zyklisch wiederholt wie im Zeitdiagramm gemäß 2B dargestellt ist. Die Zeitdauer T_i zur Herstellung einer Schicht setzt sich additiv aus der benötigten Zeit für das Absenken t_A der benötigten Zeit für den Schichtauftrag t_S und der benötigten Zeit t_V für die Verfestigung zusammen.The 2A . 2 B illustrate a conventional generative manufacturing method according to the prior art. On a carrier plate T is, for example, powdered starting material A, which is swept by a coating mechanism, such as a brush B, to provide a thin layer of the starting material A for subsequent solidification by energization. An energy delivery unit E acts on the thin film of the starting material A on the carrier plate T, for example with an electron or laser beam, in order to solidify it in accordance with the data model of the component to be produced. The three process steps of lowering, layer application and solidification are carried out sequentially and repeated cyclically as in the time diagram according to FIG 2 B is shown. The time period T _i for producing a layer is composed of the required time for the lowering t _{A of} the time required for the layer application T _S and the required time t _V for the solidification additively.

Die Bürste B überstreicht beispielsweise eine rechteckförmige Trägerplatte T und kehrt, nachdem sie das andere Ende der Trägerplatte erreicht hat, wieder um, um die nächste Schicht des Ausgangsmaterials aufzutragen.For example, the brush B sweeps over a rectangular support plate T and, after reaching the other end of the support plate, reverses again to apply the next layer of starting material.

Zur Erhöhung der Fertigungsgeschwindigkeit wurde bei konventionellen Fertigungsverfahren vorgeschlagen, noch während des Schichtauftrags durch die Bürste B durch einen von einer Energieabgabeeinheit E abgegebenen Strahl die Verfestigung durchzuführen, wie in den 2C, 2D dargestellt. Wie in 2C schematisch dargestellt, gibt eine Energieabgabeeinheit E, die beispielsweise eine Elektronenstrahl- oder Laserstrahlquelle aufweist, einen Strahl auf die durch die Bürste B gebildete dünne Schicht des Ausgangsmaterials A während der Bewegung der Bürste B ab. Hierdurch kann der Prozessschritt des Schichtauftrags und der Prozessschritt der Verfestigung, wie in 2D angedeutet, teilweise überlappend durchgeführt werden, um die Herstellungszeit für eine Schicht zu vermindern. Allerdings muss bei der in 2C dargestellten Anordnung nach dem Stand der Technik zwischen dem Auftragsmechanismus bzw. der Bürste B und der Energieabgabeeinheit bzw. der von der Energieabgabeeinheit E abgegebenen Energiestrahl ein Sicherheitsabstand d_S eingehalten werden. Dies führt bei jeder Schicht des Bauteils zu einer Verzögerung Δt, wie in 2D dargestellt. Bei einer relativ hohen Anzahl von Schichten des Bauteils führt diese bei jeder zyklischen Wiederholung auftretende Verzögerungszeit Δt zu einer erhöhten Fertigungszeit bzw. zu einer geringen Aufbaugeschwindigkeit. Herkömmliche generative Fertigungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen daher eine relativ geringe Aufbaugeschwindigkeit von 2 mm³/Sek bis 20 mm³/Sek auf, welche ihre Anwendungsmöglichkeiten einschränkt.To increase the production speed has been proposed in conventional manufacturing processes, even during the layer application by the brush B by one of a Energy delivery unit E emitted beam to perform the solidification, as in the 2C . 2D shown. As in 2C schematically illustrated, an energy delivery unit E, which has, for example, an electron beam or laser beam source, a beam on the formed by the brush B thin layer of the starting material A during the movement of the brush B. As a result, the process step of the layer application and the process step of solidification, as in 2D indicated, partially overlapping performed to reduce the production time for a layer. However, at the in 2C illustrated arrangement according to the prior art between the application mechanism or the brush B and the energy delivery unit or the energy emitted by the energy delivery unit E energy beam a safety distance d _{S are} met. This results in a delay Δt for each layer of the component, as in 2D shown. With a relatively high number of layers of the component, this delay time .DELTA.t occurring with each cyclical repetition leads to an increased production time or to a low build-up speed. Conventional generative manufacturing devices of the prior art therefore have a relatively low build-up speed of 2 mm ³ / sec to 20 mm ³ / sec, which limits their applications.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur generativen Herstellung eines Bauteils zu schaffen, bei der die Fertigungszeit zur Herstellung des Bauteils minimal ist.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for the generative production of a component, in which the manufacturing time for the production of the component is minimal.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a device for the generative production of a component having the features specified in claim 1.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung mindestens eines Bauteils mit einer Trägerplatte zum schichtweisen Aufbau des herzustellenden Bauteils und mit einer über der Trägerplatte angebrachten drehbaren Materialbereitstellungseinheit, die eine Schicht eines Ausgangsmaterials bereitstellt, welche in Abhängigkeit von einem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils verfestigt wird.The invention provides a device for the generative production of at least one component with a carrier plate for the layered construction of the component to be produced and with a rotatable material supply unit mounted above the carrier plate, which provides a layer of a starting material which solidifies in dependence on a data model of the layer to be built of the component to be produced becomes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung steigert eine Aufbaugeschwindigkeit bzw. die Aufbaurate bei dem schichtweisen Aufbau des herzustellenden Bauteils.The device according to the invention increases a build-up speed or the build-up rate in the layered structure of the component to be produced.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Materialbereitstellungseinheit angetrieben, beispielsweise durch einen Motor, insbesondere einen Ring- oder Hohlwellenmotor, und rotiert über der Trägerplatte mit einer steuerbaren Rotationsgeschwindigkeit.In one embodiment of the device according to the invention, the material supply unit is driven, for example by a motor, in particular a ring or hollow shaft motor, and rotates over the carrier plate with a controllable rotational speed.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Energieabgabeeinheit vorgesehen, welche durch gezielte Energieabgabe an das bereitgestellte Ausgangsmaterial entsprechend dem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils das bereitgestellte Ausgangsmaterial verfestigt.In one embodiment of the device according to the invention an energy delivery unit is provided, which solidifies the provided starting material by targeted energy delivery to the provided starting material according to the data model of the layer to be built of the component to be produced.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beaufschlagt die Energieabgabeeinheit das bereitgestellte Ausgangsmaterial zu dessen Verfestigung mit mindestens einem Laserstrahl.In one embodiment of the device according to the invention, the energy delivery unit acts on the provided starting material for its solidification with at least one laser beam.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beaufschlagt die Energieabgabeeinheit das bereitgestellte Ausgangsmaterial zu dessen Verfestigung mit mindestens einem Elektronenstrahl.In a further alternative embodiment of the device according to the invention, the energy delivery unit acts on the provided starting material to solidify it with at least one electron beam.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform beaufschlagt die Energieabgabeeinheit das bereitgestellte Ausgangsmaterial zu dessen Verfestigung mit einer Binderflüssigkeit.In a further alternative embodiment, the energy delivery unit acts on the provided starting material to solidify it with a binder liquid.

Bei dem bereitgestellten Ausgangsmaterial kann es sich um ein formloses, flüssiges oder pulverförmiges Ausgangsmaterial handeln.The starting material provided may be an informal, liquid or powdered starting material.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuerung vorgesehen, welche die Trägerplatte um eine einstellbare Schichtdicke absenkt.In one embodiment of the device according to the invention, a control is provided which lowers the carrier plate by an adjustable layer thickness.

Dabei wird die Trägerplatte vorzugsweise innerhalb eines zylinderförmigen Hohlraums abgesenkt.The support plate is preferably lowered within a cylindrical cavity.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Trägerplatte um eine einstellbare Schichtdicke innerhalb des zylinderförmigen Hohlraums abgesenkt, wenn die rotierende Materialbereitstellungseinheit eine Referenzdrehposition passiert.In one possible embodiment of the device according to the invention, the carrier plate is lowered by an adjustable layer thickness within the cylindrical cavity when the rotating material supply unit passes a reference rotational position.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steuert die Steuerung die Materialbereitstellungseinheit zur Bereitstellung des Ausgangsmaterials.In one embodiment of the device according to the invention, the controller controls the material supply unit to provide the starting material.

Bei einer möglichen Ausführungsform steuert die Steuerung ferner die Energieabgabeeinheit zur Abgabe von Energie an das bereitgestellte Ausgangsmaterial.In one possible embodiment, the controller further controls the energy delivery unit to deliver energy to the provided source material.

Bei einer Ausführungsform steuert die Steuerung ferner einen Motor zur Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der Materialbereitstellungseinheit.In one embodiment, the controller further controls a motor for adjusting the rotational speed of the material supply unit.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung liest die Steuerung aus einem Datenspeicher das Datenmodell des herzustellenden Bauteils aus und steuert die Materialbereitstellungseinheit, die Energieabgabeeinheit und den Motor in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Datenmodell an. In one possible embodiment of the device according to the invention, the controller reads from a data memory the data model of the component to be manufactured and controls the material supply unit, the energy delivery unit and the motor as a function of the read-out data model.

Bei einer möglichen Ausführungsform weist das gespeicherte Datenmodell neben Geometriedaten der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils zusätzlich Steuerdaten zur Ansteuerung der Energieabgabeeinheit auf.In one possible embodiment, the stored data model in addition to geometric data of the layer to be built of the component to be produced additionally control data for controlling the energy delivery unit.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die drehbare Materialbereitstellungseinheit einen Vorratsbehälter für das Ausgangsmaterial auf.In one possible embodiment of the device according to the invention, the rotatable material supply unit has a reservoir for the starting material.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die drehbare Materialbereitstellungseinheit eine Bürste oder eine Klinge auf, die ein pulverförmiges Ausgangsmaterial in einem vorbestimmten Abstand, welcher der Schichtdicke entspricht, über die zuletzt aufgebrachte Schicht des herzustellenden Bauteils schiebt.In one embodiment of the device according to the invention, the rotatable material supply unit comprises a brush or a blade, which pushes a powdery starting material over the last applied layer of the component to be produced at a predetermined distance which corresponds to the layer thickness.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die drehbare Materialbereitstellungseinheit mindestens einen Druckkopf auf, der eine Binderflüssigkeit zur Verfestigung des Ausgangsmaterials über eine oder mehrere Düsen an das Ausgangsmaterial abgibt.In one embodiment of the device according to the invention, the rotatable material supply unit has at least one print head which delivers a binder liquid for solidifying the starting material via one or more nozzles to the starting material.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese in einer Prozesskammer angeordnet.In one possible embodiment of the device according to the invention, this is arranged in a process chamber.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung richtet die Energieabgabeeinheit einen von einer Elektronenquelle stammenden Elektronenstrahl im Wesentlichen senkrecht auf die bereitgestellte Schicht des Ausgangsmaterials zu dessen Verfestigung, wobei die Prozesskammer der Vorrichtung einen Unterdruck oder ein Vakuum für den Elektronenstrahl bildet.In one possible embodiment of the device according to the invention, the energy delivery unit directs an electron beam originating from an electron source substantially perpendicular to the provided layer of the starting material for its solidification, the process chamber of the device forming a negative pressure or a vacuum for the electron beam.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung richtet die Energieabgabeeinheit einen von einer Laserquelle stammenden Laserstrahl im Wesentlichen senkrecht auf die bereitgestellte Schicht des Ausgangsmaterials zu dessen Verfestigung und die Prozesskammer der Vorrichtung ist dabei mit einem Schutzgas geflutet, um eine Oxidation des Ausgangsmaterials bei dessen Verfestigung zu verhindern.In an alternative embodiment of the device according to the invention, the energy delivery unit directs a laser beam originating from a laser source substantially perpendicular to the provided layer of the starting material for solidification and the process chamber of the device is flooded with a protective gas to prevent oxidation of the starting material during its solidification ,

Bei dem Schutzgas kann es sich beispielsweise um ein Edelgas handeln.The protective gas may be, for example, a noble gas.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum generativen Herstellen eines Bauteils mit den in Patentanspruch 11 angegebenen Merkmalen.The invention further provides a method for generatively producing a component having the features specified in claim 11.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum generativen Herstellen eines Bauteils, wobei durch eine über einer absenkbaren Trägerplatte rotierende Materialbereitstellungseinheit eine Schicht eines Ausgangsmaterials bereitgestellt wird, die in Abhängigkeit von einem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils zum schichtweisen Aufbau des Bauteils verfestigt ist.The invention provides a method for the generative production of a component, wherein a layer of starting material is provided by a material supply unit rotating above a lowerable support plate, which is solidified in a layered construction of the component in dependence on a data model of the layer to be built of the component to be produced.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das bereitgestellte Material durch ein formloses oder pulverförmiges Ausgangsmaterial gebildet, das durch einen chemischen oder physikalischen Prozess in Abhängigkeit von dem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils verfestigt wird.In one embodiment of the method according to the invention, the material provided is formed by an informal or powdery starting material which is solidified by a chemical or physical process as a function of the data model of the layer to be produced of the component to be produced.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dreht sich die Materialbereitstellungseinheit um einen Rotationspunkt herum und das bereitgestellte Ausgangsmaterial wird entlang einer Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt und einem Peripheriepunkt verfestigt, der sich in einem vorbestimmten Winkel hinter der rotierenden Materialbereitstellungseinheit befindet.In one embodiment of the method according to the invention, the material supply unit rotates about a rotation point and the provided starting material is solidified along a connecting line between the point of rotation and a peripheral point located at a predetermined angle behind the rotating material supply unit.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Materialbereitstellungseinheit mindestens einen Druckkopf auf, welcher die Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt und dem Peripheriepunkt abdeckt.In one embodiment of the method according to the invention, the material supply unit has at least one print head which covers the connecting line between the point of rotation and the peripheral point.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Materialbereitstellungseinheit mindestens einen Druckkopf auf, der entlang der Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt und dem Peripheriepunkt verschiebbar ist.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the material supply unit has at least one print head which is displaceable along the connecting line between the point of rotation and the peripheral point.

Der Druckkopf gibt dabei eine Binderflüssigkeit zur Verfestigung des Ausgangsmaterials über mindestens eine Düse an das Ausgangsmaterial ab.The printhead releases a binder liquid for solidification of the starting material via at least one nozzle to the starting material.

Bei dieser Ausführungsform wird das bereitgestellte Ausgangsmaterial in einem chemischen Prozess verfestigt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass keine Prozesskammer vorzusehen ist.In this embodiment, the provided starting material is solidified in a chemical process. An advantage of this embodiment is that no process chamber is to be provided.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial durch eine Bürste oder Klinge der Materialbereitstellungseinheit in einem vorbestimmten Abstand über die zuletzt aufgebrachte Schicht des herzustellenden Bauteils geschoben. Dabei kann die Materialbereitstellungseinheit einen Vorratsbehälter für das pulverförmige Ausgangsmaterial aufweisen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein pulverförmiges Ausgangsmaterial besonders einfach verarbeitbar ist.In a further embodiment of the method according to the invention, a powdery starting material is pushed through a brush or blade of the material supply unit at a predetermined distance over the last applied layer of the component to be produced. In this case, the material supply unit a Have reservoir for the powdery starting material. This embodiment offers the advantage that a powdered starting material is particularly easy to process.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bürste oder Klinge der Materialbereitstellungseinheit entlang der Verbindungslinie, die durch den Rotationspunkt und den Peripheriepunkt verläuft, verschoben.In a further embodiment of the method according to the invention, the brush or blade of the material supply unit is displaced along the connecting line which passes through the point of rotation and the peripheral point.

Diese Ausführungsform bietet den besonderen Vorteil, dass die Größe des herzustellenden Bauteils größer sein kann als der halbe Durchmesser der Trägerplatte. Die Trägerplatte ist bei einer möglichen Ausführungsform kreissymmetrisch und innerhalb eines zylinderförmigen Hohlraums absenkbar.This embodiment offers the particular advantage that the size of the component to be produced can be greater than half the diameter of the carrier plate. In one possible embodiment, the carrier plate is circularly symmetrical and can be lowered within a cylindrical cavity.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und erfindungsgemäßen Verfahren werden gleichzeitig mehrere Bauteile auf der Trägerplatte schichtweise hergestellt. Die Verfestigung des Ausgangsmaterials erfolgt bei einer möglichen Ausführungsform mittels eines Elektronen- oder Laserstrahls. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Energieabgabeeinheit mehrere Laserstrahl- bzw. Elektronenstrahlquellen auf, um die Verfestigung zu beschleunigen.In one possible embodiment of the device according to the invention and the method according to the invention, several components are simultaneously produced in layers on the carrier plate. The solidification of the starting material takes place in a possible embodiment by means of an electron beam or laser beam. In one embodiment of the device according to the invention, the energy delivery unit has a plurality of laser beam or electron beam sources in order to accelerate the solidification.

Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur generativen Herstellung eines Bauteils unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.In the following, possible embodiments of the device according to the invention and the method according to the invention for the generative production of a component will be described with reference to the attached figures.

Es zeigen:Show it:

1 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zur generativen Herstellung eines Bauteils; 1 a flow diagram illustrating a conventional method for the generative production of a component;

2A, 2B, 2C, 2D Diagramme zur Erläuterung der herkömmlichen Vorgehensweise zur generativen Herstellung eines Bauteils; 2A . 2 B . 2C . 2D Diagrams for explaining the conventional procedure for the generative production of a component;

3 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils; 3 a block diagram of a possible embodiment of the inventive device for the generative production of a component;

4A, 4B ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils; 4A . 4B a possible embodiment of the device according to the invention for the generative production of a component;

5 ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur generativen Herstellung eines Bauteils; 5 a flow diagram of a possible embodiment of the inventive method for the generative production of a component;

6 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur generativen Herstellung eines Bauteils; 6 a diagram for explaining the operation of the device according to the invention and the method according to the invention for the generative production of a component;

7A, 7B ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils; 7A . 7B a possible embodiment of the device according to the invention for the generative production of a component;

8A, 8B ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur generativen Herstellung eines Bauteils. 8A . 8B a further embodiment of the inventive device for the generative production of a component.

Wie man aus 3 erkennen kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung eines Bauteils wenigstens eine Trägerplatte 2 auf, die vorzugsweise innerhalb eines zylinderförmigen Hohlraums 3 beispielsweise mittels eines steuerbaren Absenkmechanismus 4 vertikal bzw. in Z-Richtung absenkbar ist. Die Trägerplatte 2 ist beispielsweise kreisförmig und wird durch eine Absenkstange 5 gehalten, welche angetrieben und in Z-Richtung verschiebbar ist. Die Trägerplatte 2 dient zum schichtweisen Aufbau eines herzustellenden Bauteils.How to get out 3 can recognize, has a device according to the invention 1 for generative production of a component at least one support plate 2 preferably within a cylindrical cavity 3 for example by means of a controllable lowering mechanism 4 can be lowered vertically or in the Z direction. The carrier plate 2 For example, is circular and is by a Absenkstange 5 held, which is driven and displaceable in the Z direction. The carrier plate 2 serves for the layered structure of a component to be produced.

Über der absenkbaren Trägerplatte 2 ist eine Materialbereitstellungseinheit 6 vorgesehen, die eine Schicht eines Ausgangsmaterials bereitstellt. Die Materialbereitstellungseinheit 6 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist drehbar gelagert. Die Materialbereitstellungseinheit 6 stellt eine dünne Schicht eines Ausgangsmaterials bereit, wobei die bereitgestellte Schicht in Abhängigkeit von einem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils verfestigt wird. Die Materialbereitstellungseinheit 6 wird bei der in 3 dargestellten Ausführungsform durch einen Motor 7 angetrieben und rotiert über der Trägerplatte 2 mit einer steuerbaren Rotationsgeschwindigkeit V_rot. Die Trägerplatte 2 rotiert bei der in 3 dargestellten Ausführungsform nicht. Bei dem Motor 7 kann es sich beispielsweise um einen Ring- oder Hohlwellenmotor handeln.Above the lowerable carrier plate 2 is a material delivery unit 6 provided, which provides a layer of a starting material. The material delivery unit 6 the device according to the invention 1 is rotatably mounted. The material delivery unit 6 provides a thin layer of a starting material, wherein the provided layer is solidified in response to a data model of the layer of the component being built. The material delivery unit 6 will be at the in 3 illustrated embodiment by a motor 7 driven and rotated over the carrier plate 2 with a controllable rotational speed V _red . The carrier plate 2 rotates at the in 3 not shown embodiment. At the engine 7 it may, for example, be a ring or hollow shaft motor.

Die Vorrichtung 1 zum generativen Herstellen eines Bauteils weist ferner eine Energieabgabeeinheit 8 auf, welche durch gezielte Energieabgabe an das durch die Materialbereitstellungseinheit 6 bereitgestellte Ausgangsmaterial dieses Ausgangsmaterial entsprechend dem Datenmodell der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils verfestigt. Bei einer möglichen Ausführungsform beaufschlagt die Energieabgabeeinheit 8 das bereitgestellte Ausgangsmaterial zu dessen Verfestigung mit einem Laserstrahl. Bei einer alternativen Ausführungsform beaufschlagt die Energieabgabeeinheit 8 das bereitgestellte Ausgangsmaterial mit mindestens einem Elektronenstrahl. Durch den auf das Ausgangsmaterial der dünnen Schicht gerichteten Laser- bzw. Elektronenstrahl wird das bereitgestellte Ausgangsmaterial in einem physikalischen Prozess in Abhängigkeit von dem Datenmodell verfestigt.The device 1 for the generative production of a component further comprises an energy delivery unit 8th on, which by targeted energy delivery to the through the material supply unit 6 provided starting material of this starting material solidified according to the data model of the layer to be built of the component to be produced. In one possible embodiment, the energy delivery unit acts 8th the provided starting material for its solidification with a laser beam. In an alternative embodiment, the energy delivery unit acts 8th the provided starting material with at least one electron beam. The laser or electron beam directed onto the starting material of the thin layer solidifies the provided starting material in a physical process as a function of the data model.

Bei einer alternativen Ausführungsform beaufschlagt die Energieabgabeeinheit 8 das bereitgestellte Ausgangsmaterial mit einer Binderflüssigkeit, die beispielsweise von einem Druckkopf über Düsen abgegeben wird. Dieser Druckknopf kann beispielsweise an der rotierenden Materialbereitstellungseinheit 6 angebracht sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Steuerung 9 auf, die über Steuerleitungen 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 die Energieabgabeeinheit 8, die rotierende Materialbereitstellungseinheit 6, den Motor 7 sowie den Absenkmechanismus 4 ansteuert. Die Steuerung 9 steuert die Materialbereitstellungseinheit 6 zur Bereitstellung des Ausgangsmaterials über eine Steuerteilung 10-2 an. Ferner steuert die Steuerung 9 die Energieabgabeeinheit 8 zur Abgabe von Energie an das bereitgestellte Ausgangsmaterial über eine Steuerteilung 10-1. Darüber hinaus steuert die Steuerung 9 den Motor 7 zur Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der Materialbereitstellungseinheit 6 über die Steuerleitung 10-3.In an alternative embodiment, the energy delivery unit acts 8th the provided starting material with a binder liquid, which is discharged for example by a printhead via nozzles. This push button can, for example, on the rotating material supply unit 6 to be appropriate. The device according to the invention also has a controller 9 on that over control lines 10-1 . 10-2 . 10-3 . 10-4 the energy delivery unit 8th , the rotating material supply unit 6 , the engine 7 and the lowering mechanism 4 controls. The control 9 controls the material supply unit 6 for providing the starting material via a control division 10-2 at. Furthermore, the controller controls 9 the energy delivery unit 8th for the delivery of energy to the provided starting material via a control division 10-1 , It also controls the controller 9 the engine 7 for adjusting the rotation speed of the material supply unit 6 over the control line 10-3 ,

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Steuerung 9 mit einem Datenspeicher 11 verbunden, beispielsweise über einen Bus. Die Steuerung 9 liest von dem Datenspeicher 11 das Datenmodell des herzustellenden Bauteils aus und steuert die Materialbereitstellungseinheit 6, die Energieabgabeeinheit 8 sowie den Motor 7 in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Datenmodell. Dieses Datenmodell weist bei einer möglichen Ausführungsform neben den Geometriedaten der aufzubauenden Schicht des herzustellenden Bauteils auch Steuerdaten zur Ansteuerung der Energieabgabeeinheit auf. Bei einer möglichen Ausführungsform ist für jedes herzustellende Bauteil eine zugehörige CLI-Datei in dem Speicher 11 abgelegt. Diese CLI-Datei enthält neben den Geometriedaten des herzustellenden Bauteils optional Steuerungsdaten zur Ansteuerung der Energieabgabeeinheit 8, beispielsweise ein sogenanntes Belichtungsmuster zur Ablenkung bzw. Ansteuerung des Elektronen- bzw. Laserstrahls. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Steuerung 9 über ein Netzwerk mit einem entfernten Speicher bzw. Server zum Auslesen des Datenmodells verbunden.At the in 3 illustrated embodiment is the controller 9 with a data store 11 connected, for example via a bus. The control 9 reads from the data store 11 The data model of the component to be manufactured and controls the material supply unit 6 , the energy delivery unit 8th as well as the engine 7 depending on the read data model. In one possible embodiment, this data model also has control data for controlling the energy delivery unit in addition to the geometric data of the layer to be built up of the component to be produced. In one possible embodiment, an associated CLI file is in the memory for each component to be manufactured 11 stored. In addition to the geometry data of the component to be produced, this CLI file optionally contains control data for controlling the energy delivery unit 8th , For example, a so-called exposure pattern for deflection or control of the electron beam or laser beam. In one possible embodiment, the controller is 9 Connected via a network to a remote memory or server for reading the data model.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 befindet sich die Materialbereitstellungseinheit 6 sowie die Trägerplatte 2 innerhalb einer Prozesskammer 12. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Energieabgabeeinheit 8 eine Einheit, die einen Elektronenstrahl auf das auf der Trägerplatte 2 befindliche Ausgangsmaterial richtet. Bei dieser Ausführungsform weist die Energieabgabeeinheit 8 eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls auf, der im Wesentlichen senkrecht auf die bereitgestellte Schicht S des Ausgangsmaterials gerichtet wird. Neben der Elektronenquelle kann bei dieser Ausführungsform die Energieabgabeeinheit 8 auch eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der Elektronenstrahlen mittels elektromagnetischer Spulen aufweisen. Liefert die Energieabgabeeinheit 8 Elektronenstrahlen zur Verfestigung des Ausgangsmaterials wird durch die Prozesskammer 12 vorzugsweise ein Unterdruck oder ein nahezu Vakuum gebildet. Der Unterdruck ist vorzugsweise einstellbar.At the in 3 illustrated embodiment of the device according to the invention 1 is the material supply unit 6 as well as the carrier plate 2 within a process chamber 12 , In one possible embodiment, the energy delivery unit 8th a unit that puts an electron beam on the support plate 2 directed starting material directed. In this embodiment, the power output unit 8th an electron source for generating an electron beam which is directed substantially perpendicular to the provided layer S of the starting material. In addition to the electron source, in this embodiment, the power output unit 8th also have a deflection unit for deflecting the electron beams by means of electromagnetic coils. Supplies the energy delivery unit 8th Electron beams for solidification of the starting material is passed through the process chamber 12 preferably a negative pressure or a near vacuum is formed. The negative pressure is preferably adjustable.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Energieabgabeeinheit 8 eine Laserquelle auf, die einen Laserstrahl bildet, beispielsweise eine Laserdiode. Bei dieser Ausführungsform kann die Energieabgabeeinheit 8 eine Ablenkeinheit zur Ablenkung des gebildeten Laserstrahls mittels optischer Einrichtungen aufweisen. Der Laserstrahl wird im Wesentlichen senkrecht auf die bereitgestellte Schicht des Ausgangsmaterials zu dessen Verfestigung gerichtet. Bei dieser Ausführungsform kann die Prozesskammer 12 mit einem Schutzgas, beispielsweise einem Edelgas geflutet sein, um eine Oxidation des Ausgangsmaterials bei dessen Verfestigung zu verhindern.In an alternative embodiment, the energy delivery unit 8th a laser source which forms a laser beam, for example a laser diode. In this embodiment, the energy delivery unit 8th a deflection unit for deflecting the laser beam formed by means of optical devices. The laser beam is directed substantially perpendicular to the provided layer of the starting material for its solidification. In this embodiment, the process chamber 12 be flooded with an inert gas, such as a noble gas, to prevent oxidation of the starting material during its solidification.

Die Leistung P des auf das Abgabematerial gerichteten Laser- bzw. Elektronenstrahls liegt bei einer möglichen Ausführungsform über einen bestimmten Schwellenwert, der seinerseits von der Schichtdicke S des bereitgestellten Ausgangsmaterials abhängt. Durch die Materialbereitstellungseinheit 6 wird die Schichtdicke S des bereitgestellten Ausgangsmaterials konstant gehalten. Je größer die eingestellte Schichtdicke S ist, desto größer ist notwendige Leistung P des auf die Schicht gerichteten Elektronen- bzw. Laserstrahls. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt eine Skalierung der Strahlleistung in Abhängigkeit von der Position des Laserstrahls.The power P of the laser or electron beam directed onto the release material in one possible embodiment is above a certain threshold, which in turn depends on the layer thickness S of the source material provided. Through the material delivery unit 6 the layer thickness S of the provided starting material is kept constant. The greater the set layer thickness S, the greater the required power P of the electron beam or laser beam directed onto the layer. In one possible embodiment of the device according to the invention, the beam power is scaled as a function of the position of the laser beam.

Die Steuerung 9 steuert ferner den Motor 7 zur Einstellung einer Rotationsgeschwindigkeit der sich drehenden Materialbereitstellungseinheit 6. Dabei kann die Geschwindigkeit durch die Steuerung 9 derart angepasst werden, dass eine gleichmäßige Rotation zum schichtweisen Aufbau des Bauteils erzielt wird. Je größer die Fläche der zu verfestigenden Schicht des Ausgangsmaterials ist, desto geringer ist die Rotationsgeschwindigkeit, damit der Laser- bzw. Elektronenstrahl genügend Zeit hat, um das Ausgangsmaterial zu verfestigen.The control 9 also controls the engine 7 for adjusting a rotational speed of the rotating material supply unit 6 , The speed can be controlled by the controller 9 be adapted so that a uniform rotation for the layered structure of the component is achieved. The larger the area of the layer to be solidified of the starting material, the lower the rotational speed, so that the laser or electron beam has sufficient time to solidify the starting material.

4A, 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur schichtweisen Herstellung eines Bauteils in einem generativen Fertigungsverfahren. Die 4A zeigt eine Schnittansicht und 4A eine Draufsicht auf die Vorrichtung. In dem zylinderförmigen Hohlraum 3 ist die Trägerplatte 2 in Z-Richtung absenkbar. Über der absenkbaren Trägerplatte 2 befindet sich die rotierende bzw. drehbare Materialbereitstellungseinheit 6. Diese wird durch einen Motor 7 angetrieben. Bei dem in 4A, 4B dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Trägerplatte 2 um eine einstellbare Schichtdicke S innerhalb des zylinderförmigen Hohlraums 3 abgesenkt, wenn die rotierende Materialbereitstellungseinheit 6 eine Referenzdrehposition R passiert. Bei dem in 4A, 4B dargestellten Ausführungsbeispiel weist die drehbare Materialbereitstellungseinheit 6 eine Bürste oder Klinge auf, die ein pulverförmiges Ausgangsmaterial A in einem vorbestimmten Abstand, welche der Schichtdicke S entspricht, über die zuletzt aufgebaute verfestigte Schicht des herzustellenden Bauteils B schiebt. Die Materialbereitstellungseinheit 6 bzw. die Bürste oder Klinge dreht angetrieben durch den Motor 7 mit einer Rotationsgeschwindigkeit V_rot um einen Rotationspunkt RP herum. Die rotierende Bürste bzw. Klinge schiebt dabei, wie in 4B dargestellt einen Pulvervorrat eines pulverförmigen Ausgangsmaterials A vor sich her und insbesondere auch über die zuletzt aufgebaute Schicht des herzustellenden Bauteils, beispielsweise des Bauteils B1 oder des Bauteils B2 wie in 4B dargestellt. Das bereitgestellte Ausgangsmaterial, wird beispielsweise mittels eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls entsprechend dem Datenmodell über der zuletzt aufgebauten Schicht des herzustellenden Bauteils B1 bzw. B2 in einem physikalischen Prozess verfestigt. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Materialbereitstellungseinheit 6 einen Vorratsbehälter für das pulverförmige Ausgangsmaterial A auf. Wie in 4B dargestellt, bewegt sich Materialbereitstellungseinheit bzw. die Bürste oder Klinge 6 um einen Rotationspunkt RP herum, wobei bei einer möglichen Ausführungsform das bereitgestellte Ausgangsmaterial entlang einer Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt RP und einem Peripheriepunkt PP verfestigt wird, der sich in einem vorbestimmten Winkel α hinter der rotierenden Materialbereitstellungseinheit bzw. Bürste oder Klinge 6 befindet. Da die Energiedichte bei einer möglichen Ausführungsform durch eine höhere Überlappung hin zum Rotationspunkt RP hin zunimmt, kann eine Skalierung der Strahlleistung in Abhängigkeit von der Position zwischen dem Rotationspunkt RP und dem Peripheriepunkt PP durchgeführt werden. 4A . 4B show an embodiment of the device according to the invention 1 for the layered production of a component in a generative manufacturing process. The 4A shows a sectional view and 4A a plan view of the device. In the cylindrical cavity 3 is the carrier plate 2 lowered in the Z direction. Above the lowerable carrier plate 2 is the rotating or rotatable material supply unit 6 , This is powered by a motor 7 driven. At the in 4A . 4B illustrated embodiment, the carrier plate 2 by an adjustable layer thickness S within the cylindrical cavity 3 lowered when the rotating material supply unit 6 a reference rotational position R happens. At the in 4A . 4B illustrated embodiment, the rotatable material supply unit 6 a brush or blade which pushes a powdery starting material A at a predetermined distance, which corresponds to the layer thickness S, over the last-formed solidified layer of the component B to be produced. The material delivery unit 6 or the brush or blade rotates driven by the motor 7 with a rotation speed V _red around a rotation point RP. The rotating brush or blade pushes, as in 4B 1 shows a powder supply of a powdery starting material A in front of it and in particular also over the last layer of the component to be produced, for example the component B1 or the component B2 as in FIG 4B shown. The provided starting material is solidified in a physical process, for example, by means of a laser beam or an electron beam in accordance with the data model over the last built-up layer of the component B1 or B2 to be produced. In one possible embodiment, the material supply unit 6 a reservoir for the powdery starting material A. As in 4B shown, moves material supply unit or the brush or blade 6 around a rotation point RP, wherein in one possible embodiment the provided starting material is solidified along a connecting line between the rotation point RP and a peripheral point PP which is at a predetermined angle α behind the rotating material supply unit or brush 6 located. In one possible embodiment, since the energy density increases due to a higher overlap towards the rotation point RP, a scaling of the beam power can be performed as a function of the position between the rotation point RP and the peripheral point PP.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum generativen Herstellen eines Bauteils B. 5 shows a flow diagram of a possible embodiment of the method according to the invention for the generative production of a component B.

In einem Prozessschritt S1 wird zunächst die Trägerplatte 2 entsprechend der herzustellenden Schichtdicke S abgesenkt. Die Schichtdicke S kann beispielsweise zwischen 10 μm und 200 μm liegen. Bei dem eingesetzten Ausgangsmaterial A kann es sich beispielsweise um ein pulverförmiges Ausgangsmaterial handeln. Dabei kann das Pulver eine Pulverfraktionierung von 10 bis 100 μm aufweisen. Alternativ kann es sich bei dem Ausgangsmaterial A auch um eine Flüssigkeit mit relativ hoher Viskosität handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei dem Ausgangsmaterial um einen Kunststoff, beispielsweise flüssige Duromere oder Elastomere. Weiterhin kann es sich bei dem Ausgangsmaterial A um ein pulverförmiges Ausgangsmaterial, beispielsweise ein Metallpulver handeln. Weitere mögliche Ausgangsmaterialien sind Keramik oder Sand. In weiteren möglichen Ausführungsformen werden Thermoplaste oder UV-empfindliche Fotopolymere eingesetzt.In a process step S1, first the carrier plate 2 lowered according to the layer thickness S to be produced. The layer thickness S may for example be between 10 .mu.m and 200 .mu.m. The starting material A used can be, for example, a powdered starting material. In this case, the powder may have a powder fractionation of 10 to 100 microns. Alternatively, the starting material A may also be a relatively high viscosity liquid. In one possible embodiment, the starting material is a plastic, for example liquid duromers or elastomers. Furthermore, the starting material A may be a powdery starting material, for example a metal powder. Other possible starting materials are ceramics or sand. In further possible embodiments, thermoplastics or UV-sensitive photopolymers are used.

Nach dem Absenken der Trägerplatte 2 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gemäß 5 der Schichtauftrag und die Verfestigung des Ausgangsmaterials gleichzeitig in einem Prozessschritt S2. Bei dem erfindungsgemäßen generativen Fertigungsverfahren erfolgen der Schichtauftrag sowie die Schichtverfestigung in einem integrierten Prozessschritt S2. Dadurch wird die Zykluszeit zur Herstellung des gesamten Bauteils, die sich aus der Zyklusnebenzeit und der Zyklushauptzeit zusammensetzt, reduziert, da die Zyklusnebenzeit nahezu auf 0% minimiert wird. Die Zyklusnebenzeit ist diejenige Zeit, in welcher kein Energieeintrag bzw. keine Beaufschlagung des aufgetragenen Ausgangsmaterials A mit Energie zu dessen Verfestigung durchgeführt wird. Dies wird an 6 weiter verdeutlicht.After lowering the carrier plate 2 takes place in the production process according to the invention according to 5 the layer application and the solidification of the starting material simultaneously in a process step S2. In the generative production method according to the invention, the layer application and the layer consolidation take place in an integrated process step S2. This reduces the cycle time required to fabricate the entire component, which is made up of the cycle overhead and the cycle main time, as the cycle overhead is minimized to almost 0%. The cycle secondary time is the time in which no energy input or no application of the applied starting material A is carried out with energy for its solidification. This will be on 6 further clarified.

6 zeigt ein Zeit-Ablaufdiagramm. Wie man aus 6 erkennen kann, erfolgt der Schichtauftrag und die Verfestigung des Ausgangsmaterials nach der zweiten Schicht vollständig parallel, wobei in dem dargestellten Beispiel die benötigte Zeit für den Schichtauftrag geringer ist als die benötigte Zeit für die Verfestigung des Ausgangsmaterials. Lediglich für die erste Schicht ist aufgrund des Winkels α beim Anfahren des Prozesses mit einer kurzzeitigen Verzögerung Δt_α zu rechnen. Bei allen weiteren Schichten erfolgt der Schichtauftrag und die Verfestigung vollständig parallel. Dies ist aufgrund des rotierenden Auftragsmechanismus bzw. der drehenden Materialbereitstellungseinheit 6 möglich, da während der Drehung der Materialbereitstellungseinheit 6 gleichzeitig, beispielsweise durch Aufbringen eines Laser- oder Elektronenstrahls die Verfestigung des Ausgangsmaterials A erfolgt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist somit die Herstellungszeit zur Herstellung eines Bauteils B minimal, so dass sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Herstellung von Prototypen, sondern auch für die Serienfertigung komplexer Bauteile B eignet. 6 shows a time-flowchart. How to get out 6 can recognize, the layer application and the solidification of the starting material after the second layer is completely parallel, in the example shown, the time required for the layer order is less than the time required for the solidification of the starting material. Only for the first layer can be expected due to the angle α when starting the process with a short-term delay .DELTA.t _α . In all other layers, the layer application and the solidification takes place completely parallel. This is due to the rotating applicator mechanism or rotating material supply unit 6 possible because during the rotation of the material supply unit 6 at the same time, for example by applying a laser or electron beam, the solidification of the starting material A takes place. In the method according to the invention, therefore, the production time for the production of a component B is minimal, so that the inventive method is not only suitable for the production of prototypes, but also for the mass production of complex components B.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ausgangsmaterial durch eine Binderflüssigkeit in einem chemischen Prozess, in dem Energie freigesetzt wird, verfestigt. Diese Binderflüssigkeit wird vorzugsweise von einem Druckkopf über Düsen abgegeben.In one possible embodiment of the method according to the invention, the starting material is solidified by a binder liquid in a chemical process in which energy is released. This binder liquid is preferably discharged from a printhead via nozzles.

Die 7A, 7B zeigen verschiedene Ausführungsvarianten, eines Druckkopfes der eine Bindungsflüssigkeit zur Verfestigung des Ausgangsmaterial A abgibt. Bei der in 7A dargestellten Ausführungsform ist dabei ein Druckkopf 13 vorgesehen, der zwischen dem Rotationspunkt RP und dem Peripheriepunkt PP entlang einer Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt RP und dem Peripheriepunkt PP bewegt wird. Dieser Druckkopf 13 weist bei dem in 7A dargestellten Ausführungsbeispiel eine Düse auf, die Binderflüssigkeit zur Verfestigung des Ausgangsmaterials A an das Ausgangsmaterial abgibt.The 7A . 7B show various embodiments, a print head emits a bonding liquid for solidification of the starting material A. At the in 7A illustrated embodiment is a printhead 13 is provided, which is moved between the rotation point RP and the peripheral point PP along a connecting line between the rotation point RP and the peripheral point PP. This printhead 13 points at the in 7A illustrated embodiment, a nozzle which emits binder liquid for solidification of the starting material A to the starting material.

Bei der in 7B dargestellten alternativen Ausführungsform wird ein Druckkopf 14 vorgesehen, der die Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt RP und dem Peripheriepunkt PP vollständig abdeckt und eine Vielzahl von Düsen aufweist, die eine Binderflüssigkeit zur Verfestigung des Ausgangsmaterials A abgibt. Ein Vorteil der in 7B dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass der Druckkopf 14 nicht entlang der Verbindungslinie zwischen dem Rotationspunkt RP und dem Peripheriepunkt PP zur Abgabe der Binderflüssigkeit verschoben werden muss, so dass die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden kann.At the in 7B illustrated alternative embodiment is a printhead 14 is provided, which completely covers the connecting line between the rotation point RP and the peripheral point PP and has a plurality of nozzles, which emits a binder liquid for solidification of the starting material A. An advantage of in 7B illustrated embodiment is that the print head 14 does not have to be shifted along the connecting line between the rotation point RP and the peripheral point PP for discharging the binder liquid, so that the process speed can be increased.

Die 8A, 8B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur generativen Herstellung eines Bauteils. Wie in 8B dargestellt, schiebt eine Materialbereitstellungseinheit 6 in Form einer Bürste das Ausgangsmaterial A beispielsweise mittels Borsten 15 vor sich her, wobei eine Schicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke S gebildet wird, auf die ein Elektronen- oder Laserstrahl L im Wesentlichen senkrecht durch eine Energieabgabeeinheit 8 gerichtet wird. In der in den 8A, 8B dargestellten Ausführungsform ist dabei die Bürste bzw. Klinge der Materialbereitstellungseinheit 6 entlang der Verbindungslinie, welche durch die Lagerungen 16A und 16B verläuft, verschiebbar. Die Verschiebung erfolgt dabei beispielsweise motorgetrieben mit Hilfe von Aufhängungen bzw. Lagerungen der Bürste bzw. Klinge 6. Bei dem in 8A, 8B dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise zwei Aufhängungen bzw. Lagerungen 16 zur Verschiebung der Bürste bzw. Klinge 6 entlang der Verbindungslinie, welche durch die Lagerungen 16A und 16B verläuft, vorgesehen. Die Lagerungen 16A und 16B drehen sich um einen festen Rotationspunkt RP. Die Lagerungen 16A und 16B drehen sich dabei in entgegengesetzte Richtungen. Die in 8A, 8B dargestellte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch größere Bauteile B herstellbar sind, deren Abmessungen größer sind als der Radius bzw. halbe Durchmesser der Trägerplatte 2. Bei der in 8A, 8B dargestellten Ausführungsform kann eine Verfestigung des Ausgangsmaterials A auch im Bereich des Rotationspunktes RB stattfinden. Bei der in 8A, 8B dargestellten Ausführungsform wird die Materialbereitstellungseinheit 6 bzw. die Bürste oder Klinge während der Rotation lateral verschoben, so dass keine genau exzentrische Drehung um den Rotationspunkt mehr erfolgt.The 8A . 8B show a further embodiment of the device according to the invention 1 for the generative production of a component. As in 8B shown, pushes a material delivery unit 6 in the form of a brush, the starting material A, for example by means of bristles 15 in front of it, wherein a layer is formed with a predetermined layer thickness S, to which an electron or laser beam L substantially perpendicular through an energy delivery unit 8th is directed. In the in the 8A . 8B illustrated embodiment is the brush or blade of the material supply unit 6 along the connecting line, passing through the bearings 16A and 16B runs, displaceable. The displacement takes place, for example motor-driven by means of suspensions or bearings of the brush or blade 6 , At the in 8A . 8B illustrated embodiment, for example, two suspensions or bearings 16 for moving the brush or blade 6 along the connecting line, passing through the bearings 16A and 16B runs, provided. The bearings 16A and 16B rotate around a fixed point of rotation RP. The bearings 16A and 16B rotate in opposite directions. In the 8A . 8B illustrated embodiment has the advantage that larger components B can be produced, whose dimensions are greater than the radius or half the diameter of the support plate 2 , At the in 8A . 8B illustrated embodiment, a solidification of the starting material A also take place in the region of the rotation point RB. At the in 8A . 8B illustrated embodiment, the material supply unit 6 or the brush or blade laterally displaced during the rotation, so that no more exactly eccentric rotation about the point of rotation occurs more.

Der Durchmesser der Trägerplatte 2 kann beispielsweise 100 bis 300 mm aufweisen. Mit dem in 8A, 8B dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung können die Bauteile hergestellt werden, deren Größe bzw. Abmessung dem Durchmesser der Trägerplatte 2 entspricht, das heißt bis zu 100 bis 300 mm in dem erwähnten Beispiel. Die Schichtdicke S wird vorzugsweise durch die Steuerung 9 gesteuert und liegt beispielsweise bei 10–100 μm. Die Leistung P des Energiestrahls wird dabei umso höher eingestellt je größer die Schichtdicke S ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 lassen sich gleichzeitig mehrere Bauteile auf der Trägerplatte 2 schichtweise aufbauen. Bei einer möglichen Ausführungsform sind mehrere Energieabgabeeinheiten 8 mit mehreren Quellen für Laser- bzw. Elektronenstrahlen vorgesehen.The diameter of the carrier plate 2 may for example have 100 to 300 mm. With the in 8A . 8B illustrated embodiment of the device, the components can be produced, the size or dimension of the diameter of the support plate 2 corresponds, that is up to 100 to 300 mm in the example mentioned. The layer thickness S is preferably determined by the controller 9 controlled and is for example 10-100 microns. The power P of the energy beam is adjusted the higher the greater the layer thickness S. With the device according to the invention 1 can be simultaneously several components on the support plate 2 build up in layers. In one possible embodiment, multiple energy delivery units 8th provided with multiple sources for laser or electron beams.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 lassen sich miteinander kombinieren. Beispielsweise kann die in den 8A, 8B dargestellte Ausführungsvariante sich wie bei der in 3 dargestellten Ausführungsform in einer Prozesskammer 12 befinden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 lassen sich für Rapid Prototyping bzw. schnellen Prototypenaufbau, aber auch für Serienfertigung von Endprodukten einsetzen. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren erlaubt den Einsatz bekannter Verfahren zur Verfestigung des Ausgangsmaterials beispielsweise das Elektronenstrahlschmelzen oder selektives Laserschmelzen. Bei selektivem Laserschmelzen (SLM) wird auf der Trägerplattform 2 eine dünne Schicht Metallpulver aufgetragen und anschließend wird das Pulver durch Laserstrahlenergie lokal aufgeschmolzen. Mit dieser Ausführungsform lassen sich Mikrostrukturen mit einer Strukturauflösung von weniger als 100 μm herstellen.The various embodiments of the device 1 can be combined with each other. For example, in the 8A . 8B illustrated embodiment, as in the in 3 illustrated embodiment in a process chamber 12 are located. The method according to the invention and the device according to the invention 1 can be used for rapid prototyping or rapid prototyping, but also for mass production of end products. The manufacturing method according to the invention allows the use of known methods for solidification of the starting material, for example electron beam melting or selective laser melting. Selective Laser Melting (SLM) is performed on the carrier platform 2 applied a thin layer of metal powder and then the powder is locally melted by laser energy. With this embodiment, microstructures can be produced with a pattern resolution of less than 100 microns.

Claims

Contraption ( 1 ) for generatively producing at least one component comprising: a carrier plate ( 2 ) for the layered structure of the component to be produced and with one above the carrier plate ( 2 ) mounted rotatable material supply unit ( 6 ) providing a layer of starting material (A) which is solidified in response to a data model of the layer of the component to be built.

Apparatus according to claim 1, wherein the material supply unit ( 6 ) is driven and above the carrier plate ( 2 ) is rotated at a controllable rotational speed (V _red ).

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein an energy delivery unit ( 8th ) is provided, which solidifies the provided starting material (A) by targeted energy delivery to the provided starting material (A) according to the data model of the layer to be built of the component to be produced.

Apparatus according to claim 3, wherein the energy delivery unit ( 8th ) applied to the provided starting material (A) for its solidification with at least one laser beam, an electron beam or with a binder liquid.

Apparatus according to claims 1 to 4, wherein a controller ( 9 ) is provided, which the carrier plate ( 2 ) by an adjustable layer thickness (S) within a cylindrical cavity ( 3 ) when the rotating material supply unit ( 6 ) passes a reference rotational position (R).

Apparatus according to claim 5, wherein the controller ( 9 ) the material supply unit ( 6 ) to provide the starting material (A), the energy delivery unit ( 8th ) for the delivery of energy to the supplied starting material (A) and a motor ( 7 ) for adjusting the rotational speed (V _red ) of the rotary material supply unit ( 6 ), whereby the controller ( 9 ) from a data store ( 11 ) reads the data model of the component to be produced and the material supply unit ( 6 ), the energy delivery unit ( 8th ) as well as the engine ( 7 ) as a function of the read-out data model, wherein the data model contains geometric data of the layer to be produced of the component to be produced and control data for activating the energy delivery unit ( 8th ) having.

Apparatus according to claim 1 to 6, wherein the rotatable material providing unit ( 6 ) has a brush or a blade which pushes a powdery starting material (A) at a predetermined distance, which corresponds to the layer thickness, over the last-built layer of the component to be produced.

Apparatus according to claim 7, wherein the rotatable material providing unit ( 6 ) at least one print head ( 13 . 14 ), which delivers a binder liquid for solidification of the starting material (A) via one or more nozzles to the starting material (A).

Apparatus according to claim 4 to 8, wherein the energy delivery unit ( 8th ) directs an electron beam originating from an electron source substantially perpendicular to the provided layer of the starting material (A) for its solidification and a process chamber ( 12 ) of the device ( 1 ) forms a negative pressure or a vacuum for the electron beam.

Apparatus according to claim 4 to 8, wherein the energy delivery unit ( 8th ) a laser beam originating from a laser beam substantially perpendicular to the provided layer of the starting material (A) for its solidification and a process chamber ( 12 ) of the device ( 1 ) is flooded with a protective gas to prevent oxidation of the starting material (A) during its solidification.

Method for the generative production of a component, wherein an over a lowerable carrier plate ( 2 ) rotating material supply unit ( 6 ) is provided a layer of a starting material (A), which is solidified in dependence on a data model of the layer to be built of the component to be produced for the layered construction of the component.

The method of claim 11, wherein the provided starting material (A) is an informal or powdery starting material which is solidified by a chemical or physical process depending on the data model of the layer of the component to be built.

Method according to claim 11 or 12, wherein the material supply unit ( 6 ) is rotated about a rotation point (RP) and the provided starting material (A) is solidified along a connecting line between the point of rotation (RP) and a peripheral point (PP) located at a predetermined angle (α) behind the rotating material supply unit (RP). 6 ) is located.

The method of claim 13, wherein the material providing unit ( 6 ) at least one printhead ( 13 . 14 ) covering the connecting line between the rotation point (RP) and the peripheral point (PP) or slidable along this connection line and delivering a binder liquid for solidifying the starting material (A) to the starting material (A) via at least one nozzle.

The method of claim 11 to 14, wherein a powdery starting material (A) by a brush or blade of the material supply unit ( 6 ) is pushed at a predetermined distance over the last-built layer of the component to be produced.

The method of claim 15, wherein a brush or blade of the material supply unit ( 6 ) is displaced along a connecting line passing through the rotation point (RP) and the peripheral point (PP).