DE102010050359B4

DE102010050359B4 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE102010050359B4
Application number: DE102010050359A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-11-06
Also published as: DE102010050359A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (2) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse (3), einem darin untergebrachten Bauraum (4), in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger (5) angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung (42) zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung (6) zur Zuführung des Aufbaumaterials und einer Bestrahlungsvorrichtung (8/9) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauraum (4) und die Dosiereinrichtung (6) in an sich bekannter Weise mit ihren oberen Bereichen in eine einen Prozesskammerboden (10) bildende Platte münden und an diesen angebracht sind, die durch eine fuß- oder handbetätigte Federspannvorrichtung (11) in einer oberen Abdichtposition mit dem Oberteil der Prozesskammer verspannbar ist und in einer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse, einem darin untergebrachten Bauraum, in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung zur Zuführung des Aufbaumaterials und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus DE 19846478 bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung sind der Bauraum und die Dosiereinrichtung in einem Wechselcontainer angeordnet, der insgesamt aus der Bauvorrichtung entnommen und durch wenigstens einen anderen Wechselbehälter ersetzt werden kann. Eine derartige Ausbildung ist konstruktiv relativ aufwendig und teuer, darüber hinaus eignet sich eine gesonderte Wechselbehälteranordnung nicht für eine Bauvorrichtung, die für den Forschungs- und/oder Entwicklungseinsatz im Bereich der Pulverschmelz-Technologie und damit kleine Gegenstände und kleine Pulvermengen vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass sie einfach zu bedienen ist, kostengünstig herstellbar ist und jederzeit eine feste Zuordnung zwischen Bauraum und Vorrichtung besteht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Bauraum und die Dosiereinrichtung in an sich bekannter Weise mit ihren oberen Bereichen in eine einen Prozesskammerboden bildende Platte münden, die durch eine fuß- oder handbetätigte Federspannvorrichtung in einer oberen Abdichtposition mit dem Oberteil der Prozesskammer verspannbar ist und in einer unteren Verschiebeposition aus dem Gehäuse nach Art einer Schublade herausgezogen werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–8.
Als Kern der Erfindung wird es angesehen, zunächst von aufwendigen hydraulischen oder sonstigen motorgetriebenen Hebe- oder Spannvorrichtungen abzusehen, die Vorrichtung ist dadurch sehr viel einfacher und günstiger herstellbar. Eine fuß- oder handbetätigte Federspannvorrichtung verriegelt den Prozesskammerboden in der oberen Abdichtposition mit dem Oberteil der Prozesskammer. Wird die Federspannvorrichtung gelöst, was durch Fuß- oder Handbetätigung geschehen kann, dann wird die Verspannung und damit die Abdichtposition aufgegeben und der Prozesskammerboden kann mit den unten daranhängenden Teilen in einer Horizontalführung nach vorne aus der Maschine bis zu einem Anschlag herausgezogen werden. Die Prozesskammer, die Dosierkammer und ein Überlaufbehälter sind damit gut zugänglich, so dass die Bedienung der Vorrichtung insgesamt vereinfacht ist.
Zur Herstellung einer hohen Baugenauigkeit wird beim Anheben des Prozesskammerbodens über Zentrierelemente, die in Eingriff mit am Prozesskammeroberteil angebrachten Gegenelementen gebracht werden, eine exakte Positionierung des Prozesskammerbodens erzielt.
Die Federspannvorrichtung umfasst wenigstens zwei Spannleisten, die gleichsam als „Schubladenführungen” dienen können und die gegen Federabstützungen eine untere Entlastungsposition und in eine obere Spannposition gebracht werden können. Über ein Übertragungsgestänge sind diese Spannleisten mit einem Fußbetätigungselement verbunden. Die Fußbetätigung ermöglicht eine relativ hohe Kraftaufbringung, so dass relativ stark dimensionierte Federn verwendet werden können, um eine hohe Dichtigkeit zwischen Prozesskammerboden und Prozesskammeroberteil zu gewährleisten.
Vorrichtungen der bekannten Art weisen in der Regel eine Eingabetastatur auf, mit der Prozessdaten eingegeben werden können. Eingabetastaturen sind an der Frontseite der bekannten Vorrichtungen angebracht.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, den Prozesskammerboden unmittelbar unter der Tastatur herauszuziehen, so dass der Prozesskammerboden in herausgezogener Stellung in einer ergonomisch angenehmen Stellung freiliegt.
In der herausgezogenen Stellung ist es möglich, seitlich an die Baukammer heranzukommen, so dass die Tragevorrichtung in der Baukammer mit einer Aufnahmeöffnung versehen werden kann, in welche ein nach unten weisender Abschnitt einer Bauplatte hineingesteckt werden kann. Die seitliche Zugänglichkeit ermöglicht es, den in die Tragevorrichtung nach unten hineinstehenden Vorsprung der Bauplatte seitlich, z. B. mit einer Madenschraube, zu fixieren. Dabei ist der Vorsprung mit einer umlaufenden Vertiefung versehen, in welche die Befestigungsschraubelemente eingreifen können.
Darüber hinaus ist es zweckdienlich, die Bauplatte zusätzlich mit einem Zentrierbolzen zu versehen, so dass sichergestellt ist, dass die Bauplatte immer in einer reproduzierbaren Position in der Baukammer montiert ist. Durch diese vorteilhafte Art der Befestigung der Bauplatte auf der Tragevorrichtung werden Befestigungsmittel vermieden, die die Bauplatte von oben durchsetzen oder seitlich die Bauplatte übergreifen. Die Bauplatte kann deswegen als an den Querschnitt der Baukammer konturangepasste Bauplatte ausgebildet werden, die dichtend bis an die Ränder der Baukammer heranreicht und mit ihrer Oberseite vollflächig ohne Schraubenlöcher oder Spannpratzen oder dergleichen zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere für kleine Baukammern von besonderem Vorteil, in denen z. B. Edelmetalle wie Gold oder Platin verarbeitet werden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die den Prozesskammerboden bildende Platte mit den daran befestigten Elementen einmal herausgezogen und einmal eingeschoben dargestellt ist
2 eine schematische Detailansicht des Prozesskammerbodens in eingefahrener und mit Dichtelementen der Prozesskammer verspannten Prozesskammerbodenplatte mit Bauraum und Spannleisten
3 eine perspektivische Ansicht einer Bauplatte
4 eine Draufsicht auf den Prozesskammerboden
Die Vorrichtung 1 dient zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials und weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Bauraum 4 untergebracht ist, in welchem eine Tragevorrichtung 5 zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger angeordnet ist sowie eine Aufbringvorrichtung in Form eines verfahrbaren Beschichters zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht. Ferner ist eine Dosisereinrichtung in Form einer Dosierkammer 6 vorgesehen, in welcher Aufbaumaterial unter die Aufbringvorrichtung zugeführt werden kann. In einer Prozesskammer 7 sind ein Laser 8 und eine Scannervorrichtung 9 angeordnet, mit der das Baumaterial aufgeschmolzen und nach Abkühlung verfestigt werden kann.
Der Bauraum 4 und die Dosierkammer 6 sind in an sich bekannter Weise mit ihren oberen Bereichen in einer einen Prozesskammerboden 10 bildende Platte angebracht, die durch eine Federspannvorrichtung 11 in einer oberen Abdichtposition mit dem Oberteil der Prozesskammer 7 verspannbar ist und in einer unteren Verschiebeposition aus dem Gehäuse 3 nach Art einer Schublade herausziehbar ist. Dazu sind Führungselemente vorgesehen, die den Prozesskammerboden 10 seitlich abstützen, so dass er durch einen Griff 12 nach vorne unter einer Tastatur 13, die zur Eingabe von Prozessdaten in einen Rechner der Vorrichtung 1 dient, herausgezogen werden kann. Die Verschubebene des Prozesskammerbodens verläuft dabei parallel und nahe unter der Ebene der Tastatur 13.
Der Prozesskammerboden kann in eingeschobener Stellung angehoben und abgesenkt werden. Beim Anheben des Prozesskammerbodens 10 greifen an diesem angeordnete Zentrierelemente 15 in Gegenelemente 16 ein, die im unteren Bereich der Prozesskammer ortsfest angeordnet sind.
Die Federspannvorrichtung 11 umfasst wenigstens zwei Spannleisten 17, die auf ihrer Unterseite durch Federn 18 abgestützt sind und gegen die Federkraft in eine untere Entlastungsposition und in eine obere Spannposition verbracht werden können. Dazu ist ein nur schematisch dargestelltes Übertragungsgestellgestänge 19 vorgesehen, das mit einem Fußbetätigungselement 20 in Verbindung steht, das in einer unteren Position hinter einem Rastvorsprung 21 verrastbar ist und bei Ausrastung durch die Federkraft der Federspannvorrichtung 11 in eine obere Position überführbar ist. Der Rastvorsprung ist Teil einer L-förmigen Führungsausnehmung 22, in welcher das Fußbetätigungselement 20 geführt ist.
Aus 1 ergibt sich ferner, dass ein Pulverüberlaufbehälter 30 an dem Prozesskammerboden 10 befestigt ist und mit diesem aus dem Bereich unter der Prozesskammer 7 herausgezogen werden kann.
Die motorisch höhenverstellbare Tragevorrichtung 5 ist mit einer mittigen Aufnahmeöffnung 31 versehen, in welche ein nach unten weisender Vorsprung 32 einer Bauplatte 33 eingeführt und dort befestigt werden kann. Dazu weist der Vorsprung 32 eine umlaufende Vertiefung 34 auf, in die die Tragevorrichtung 5 seitlich durchsetzende Befestigungselemente in Form von Spannschrauben oder Madenschrauben 35 eingreifen können.
Zur Sicherstellung einer reproduzierbaren Lage der Bauplatte 33 im Baurum 4 weist die Bauplatte 33 noch einen Positionierstift 36 auf, der in Montageendstellung der Bauplatte 33 im Bauraum 4 in eine Positionierausnehmung 37 eingreift.
Der Prozesskammerboden 10 ist mit einer die Dosierkammer 6, den Bauraum 4 und die Überlauföffnung umgebenden Einsenkung 40 versehen, deren Breite 41 der Breite eines Beschichters 42 entspricht, um wertvolles Baumaterial in einem definierten Bereich um den Bauraum 4 zu begrenzen und die Randbereiche der Prozesskammer 7 nicht mit Baumaterial zu belegen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: 3D Objekt
3: Gehäuse
4: Bauraum
5: Tragevorrichtung
6: Dosierkammer
7: Prozesskammer
8: Laser
9: Scannervorrichtung
10: Prozesskammerboden
11: Federspannvorrichtung
12: Griff
13: Tastatur
15: Zentrierelemente
16: Gegenelemente
17: Spannleisten
18: Federn
19: Übertragungsgestellgestänge
20: Fußbetätigungselement
21: Rastvorsprung
22: Führungsausnehmung
30: Pulverüberlaufbehälter
31: Aufnahmeöffnung
32: Vorsprung
33: Bauplatte
34: Vertiefung
35: Madenschraube
36: Positionierungstift
37: Positionierausnehmung
40: Einsenkung
41: Breite von 40
42: Beschichter

Claims

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (2) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse (3), einem darin untergebrachten Bauraum (4), in welchem eine Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger (5) angeordnet ist, einer Aufbringvorrichtung (42) zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung (6) zur Zuführung des Aufbaumaterials und einer Bestrahlungsvorrichtung (8/9) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials, an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauraum (4) und die Dosiereinrichtung (6) in an sich bekannter Weise mit ihren oberen Bereichen in eine einen Prozesskammerboden (10) bildende Platte münden und an diesen angebracht sind, die durch eine fuß- oder handbetätigte Federspannvorrichtung (11) in einer oberen Abdichtposition mit dem Oberteil der Prozesskammer verspannbar ist und in einer unteren Verschiebeposition aus dem Gehäuse (3) auf Führungselementen nach Art einer Schublade bis zu einem Anschlag herausziehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anheben des Prozesskammerbodens (10) an diesem angeordnete Zentrierelemente (15) in Eingriff mit am Prozesskammeroberteil angebrachten Gegenelementen (16) bringbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federspannvorrichtung (11) wenigstens zwei Spannleisten (17) umfasst, die gegen Federabstützung (18) in eine untere Entlastungsposition und in eine obere Spannposition bringbar sind und über ein Übertragungsgestänge (19) mit einem Fußbetätigungselement (20) in Verbindung stehen, das in einer unteren Position hinter einem Rastvorsprung (21) verrastbar ist und bei Ausrastung durch die Federkraft der Federspannvorrichtung (11) in eine obere Position überführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in an sich bekannter Weise eine Eingabetastatur (13) zur Eingabe von Prozessdaten in einen Rechner der Vorrichtung (1) umfasst und der Prozesskammerboden (10) unter der Ebene der Tastatur (13) herausziehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesskammerboden (10) soweit unter der Tastatur (13) herausziehbar ist, dass die Dosierkammer (6), die Baukammer (4) und eine Pulverüberlauföffnung von oben frei zugänglich sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulverüberlaufbehälter (30) an dem Prozesskammerboden (10) befestigt ist und mit dem Prozesskammerboden aus dem Bereich unter der Prozesskammer (7) herausziehbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragevorrichtung (5) im Bauraum (4) mit einer Aufnahmeöffnung (31) versehen ist, in welcher ein nach unten weisender Vorsprung (32) einer Bauplatte (33) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (32) mit einer umlaufenden Vertiefung (34) versehen ist, in welche die Tragevorrichtung (5) durchsetzende Befestigungselemente eingreifen.