DE102010052206A1

DE102010052206A1 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE102010052206A1
Application number: DE102010052206A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: DE102010052206B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 1 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials 2, an dem den jeweiligen Querschnitt des Objekts 1 entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse 5, in dem eine Prozesskammer 6 angeordnet ist, einem darin untergebrachten Bauraum 7, in welchem eine Tragevorrichtung 8 zum Tragen des Objekts 1 mit einem höhenverstellbaren Träger 9 angeordnet ist, einer Beschichtervorrichtung 10 zum Aufbringen von Schichten des Baumaterials 2 auf die Tragevorrichtung 8 oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung 11 zum Zuführen des Baumaterials 2 und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Baumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objekts 1 entsprechenden Stellen sowie einer Schutzgaseindüsung 13, mit welcher ein Schutzgasstrom seitlich in die Prozesskammer 6 eingedüst wird, wobei in der Prozesskammer 6 wenigstens eine Umlenkeinrichtung 15 angeordnet ist, die den seitlich eingedüsten Schutzgasstrom 14 derart umlenkt, dass der Schutzgasstrom 14 zunächst nach unten und dann gegen die Eindüsrichtung 16 zurück zu einer Schutzgasabsaugung 18 geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials mit den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus DE 19846478 bekannt. Darüber hinaus ist es bekannt, in derartigen Vorrichtungen Inertgas oder Schutzgas in die Prozesskammer einzudüsen, um entweder dem Schutzverhalten unterschiedlicher Baumaterialien Rechnung zu tragen oder Schweißrauche oder Schweißspritzer, die bei der Verschmelzung der Metallpulverpartikel durch die Strahlung entstehen, gezielt abzuführen.
Dabei ist es bereits bekannt geworden, den Schutzgasstrom gezielt über eine vorgegebene feste Kontur innerhalb der Prozesskammer zu leiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine vorteilhafte Führung des Schutzgasstroms zur Verbesserung des Schutzverhaltens des Gasstroms erreichbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Prozesskammer eine Umlenkeinrichtung angeordnet ist, die den seitlich eingedüsten Schutzgasstrom derart umlenkt, dass der Schutzgasstrom zunächst nach unten und dann gegen die Eindüsrichtung zurück zu einer Schutzgasabsaugung geführt wird.
Als Kern der Erfindung wird es angesehen, innerhalb der Prozesskammer eine Umlenkeinrichtung vorzusehen. Mit dem Begriff „Umlenkeinrichtung” wird verbunden, dass die Umlenkeinrichtung aufgrund ihrer Kontur geeignet ist, den Schutzgasstrom gezielt zu lenken. Die Umlenkeinrichtung kann ein- oder mehrteilig sein. Die Umlenkeinrichtung kann zumindest bereichsweise durch Bereiche der Innenwand des Gehäuses und/oder durch wenigstens ein vom Gehäuse separiertes Umlenkelement gebildet werden. Zum Beispiel wird ein erster Bereich der Umlenkung durch einen Gehäuseinnenwandbereich und ein zweiter Bereich durch ein Umlenkelement gebildet.
Das Umlenkelement kann entweder lagefixiert in der Prozesskammer angeordnet oder motorisch positionierbar/verfahrbar ausgebildet sein, Auch das Umlenkelement kann ein- oder mehrteilig sein, weswegen zum Beispiel im Kennzeichen des Anspruchs 4 wenigstens von einem motorisch positionierbaren Umlenkelement gesprochen wird. Es liegt damit im Rahmen der Erfindung, zwei Teilumlenkelemente vorzusehen, die den Umlenkvorgang zusammen bewirken und von denen eines, beide oder keines positionierbar oder bewegbar sein kann.
Wenn nur ein Umlenkblech bzw. ein einteiliges Umlenkelement vorgesehen wird, dann ist es vorteilhaft, wenn diese im Wesentlichen vertikal verlaufend der Schutzgaseindüsung gegenüberliegend in der Prozesskammer angeordnet ist und an ihrem oberen und unteren Bereich mit Abschrägungen versehen ist, die schräg zur Schutzgaseindüsung bzw. Schutzgasabsaugung hinweisen.
Grundsätzlich besteht eine wichtige Aufgabe der Umlenkeinrichtung darin, Schweißrauche oder Schweißspritzer von der Dosiereinrichtung fernzuhalten. Deswegen hat die Umlenkeinrichtung auch noch eine Schutzschildfunktion, losgelöst von der Umlenkfunktion des Schutzgases. Bedeutungsvoll ist, dass die Umlenkeinrichtung in ihrer Schutzschildfunktion mit ihrer Unterkante zwischen der Baukammer und der Dosiereinrichtung positioniert werden kann.
Eine Möglichkeit der motorischen Positionierung besteht darin, das Umlenkelement horizontal in der Prozesskammer zu verfahren. Eine weitere oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, das Umlenkelement zum Zwecke seiner Positionierung um eine horizontal verlaufende Schwenkachse zu verschwenken. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Umlenkelement zum Zwecke seiner Positionierung vertikal zu verfahren. Sowohl die Verschwenkung des Umlenkelements als auch das vertikale Verfahren, insbesondere ein Anheben, haben den Zweck, dass der Beschichter unter dem verschwenkten oder angehobenen Umlenkelement hindurchfahren kann. Nach dem Beschichtungsvorgang wird vor Einsatz der Laserstrahlung das Umlenkelement wieder zurückpositioniert, so dass sie ihre Schutzgasleitfunktion und Schutzschildfunktion ausüben kann.
Grundsätzlich ist es mit Vorteil möglich, zumindest Teile der Umlenkeinrichtung und damit z. B. ein Umlenkelement an der Beschichtereinrichtung anzuordnen, so dass diese quasi vor dem Beschichter herlauft und den Beschichtungsvorgang damit nicht behindert. Die Unterkante des Umlenkelements ist dabei etwas höher angeordnet als die Unterkante des Beschichters, insbesondere einer Beschichterlippe oder einer Beschichterklinge. Dabei ist es mit Vorteil möglich, die Unterkante des Umlenkelements gleichsam als Abscherklinge auszubilden, um verfestigte Schweißspritzer auf der Oberseite des Bauteils zu entfernen und dadurch für einen nivellierten Beschichtungsvorgang zu sorgen.
Die Unterkante des Umlenkelements kann drei wesentliche Positionen einnehmen. Einmal eine zurückgezogene Position, bei der Beschichter und das Umlenkelement der im Bauraum abgewandten Seite der Dosiereinrichtung (also an der dem Bauraum abgewandten Seite der Dosiereinrichtung) positioniert sind, sodann eine mittlere Position, bei der die Unterkante des Umlenkelements zwischen Bauraum und Dosierkammer angeordnet ist und eine vorgeschobene Position, bei der die Umlenkeinrichtung auf der der Dosiereinrichtung abgewandten Seite der Baukammer angeordnet ist und damit der Schutzgasstrom im Wesentlichen nur einen sehr geringen Bereich der Prozesskammer durchströmt.
Zusätzlich kann es mit Vorteil verbunden sein, wenn die Intensität des Schutzgasstromes an die Position des Umlenkelements angepasst wird, was durch eine Steuerung der Düsen hinsichtlich ihrer Ausblasrichtung oder eine Steuerung der Schutzgasstromintensität (z. B. Schutzgasvolumenstrom) geschehen kann.
Die Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher die Umlenkeinrichtung in Form eines Umlenkelements an der Beschichtereinrichtung befestigt ist und mit dieser verfahren und angetrieben wird;
2 eine Ausführungsform gemäß 1 in einer vorgeschobenen Position;
3 eine weitere Ausführungsform, bei welcher das Umlenkelement losgelöst von der Beschichtereinrichtung gesondert angetrieben und verstellbar ist;
4 eine alternative Ausführungsform, bei welcher die Umlenkeinrichtung bzw. das Umlenkelement durch eine horizontal verlaufende Achse verschwenkt wird;
5 eine alternative Ausführungsform, bei welcher die Umlenkeinrichtung teilweise durch Bereiche der Gehäuseinnenwand gebildet und ein lagerfixiertes Umlenkelement verwendet wird;
6 eine weitere Ausführungsform ähnlich der aus 5, jedoch mit am Beschichter montierten Umlenkelement.
In den Zeichnungsfiguren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 1 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials 2, an dem den jeweiligen Querschnitt des Objekts 1 entsprechenden Stellen dargestellt. Durch einen Laserstrahlablenkkopf 3 wird der Laserstrahl 4 auf das Baumaterial 2 gelenkt. Die Vorrichtung sieht ferner ein Gehäuse 5 vor, in dem eine Prozesskammer 6 mit einem darin untergebrachten Bauraum 7 angeordnet ist. Der Bauraum 7 ist mit einer Tragevorrichtung 8 zum Tragen des Objekts 1 mit einem höhenverstellbaren Träger 9 versehen und entspricht dem Aufbaubereich (auch Baubereich genannt) innerhalb der Prozesskammer 6.
Über eine Beschichtervorrichtung 10 wird schichtweise Baumaterial 2 auf den Träger 9 oder eine zuvor gebildete Schicht aufgebracht. Dies erfolgt durch Verlagerung des aus einer Dosiereinrichtung 11 über ein Grundniveau 12 hervorgehoben und damit zur Verfügung gestelltes Baumaterial 2, das durch die Beschichtervorrichtung 10 zum Baubereich und damit zum Träger 9 verlagert wird. Die Beschichtervorrichtung 10 verlagert damit das Baumaterial 2 von der Dosiereinrichtung 11 zum Baubereich und führt gegebenenfalls eine Nivellierung des Baumaterials 2 aus. Das dort in einer dünnen Schicht platzierte Baumaterial 2 wird anschließend über den Laserstrahl 4 und die gezielte Ablenkung des Laserstrahls 4 durch den Laserstrahlablenkkopf 3 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objekts 1 entsprechenden Stellen verfestigt. Ferner sieht die Vorrichtung eine Schutzgaseindüsung 13 vor, mit welcher ein Schutzgasstrom 14 seitlich in die Prozesskammer 6 eingedüst wird.
In der Prozesskammer 6 ist wenigstens eine motorisch verfahrbare Umlenkeinrichtung 15 in Form eines einstückigen Umlenkelements 29 angeordnet, das den seitlich eingedüsten Schutzgasstrom 14 derart umlenkt, dass der Schutzgasstrom 14 zunächst nach unten und dann gegen die Eindüsrichtung 16, also in die Richtung 17, oberhalb des Baubereichs zurück zu einer Schutzgasabsaugung 18 führt.
In der ersten Ausführungsform gemäß Zeichnungsfiguren 1 und 2 ist das Umlenkelement 29 als fester Bestandteil an der Beschichtervorrichtung 10 angeordnet. Das bedeutet bei Verlagerung der Beschichtervorrichtung 10 wird gleichzeitig die Umlenkeinrichtung 15 in Form des Umlenkelements 29 verlagert. Da sich während des Bauprozesses des Objekts 1 sich bereits im Stand der Technik eine sich wiederholende, wechselseitig ausgeführte Beschichtervorrichtungverlagerungsphase und eine Bestrahlungs-(Pulvermaterialverfestigungs-)Phase abwechseln, wurde erkannt, dass die gezielte Schutzgasbestrahlung am Baubereich lediglich während der Bestrahlungsphase des Baumaterials 2 notwendig oder zumindest vorteilhaft ist und während dieser Bestrahlungsphase die Beschichtervorrichtung 10 außerhalb des Baubereichs ruht. Damit kann die Umlenkeinrichtung 15 an die Beschichtervorrichtung 10 montiert werden, da während der Beschichtungsphase die Gasbeaufschlagung des Baumaterials 2 nicht notwendig ist.
Ferner ist die Umlenkeinrichtung 15 im Wesentlichen rechtwinklig zur Bauebene und damit im Wesentlichen vertikal innerhalb der Prozesskammer 6 angeordnet. Die Umlenkeinrichtung 15 bzw. das Umlenkelement 29 ist dabei der Schutzgaseindüsung 13 gegenüberliegend innerhalb der Prozesskammer 6 positioniert. Vorzugsweise ist die Umlenkeinrichtung 15 an ihrem oberen und/oder an ihrem unteren Bereich mit Abschrägungen 19, 19' versehen, die schräg zur Schutzgaseindüsung 13 bzw. Schutzgasabsaugung 18 hinweisen.
Ferner kann die Umlenkeinrichtung 15 derart ausgebildet sein, dass zumindest deren Unterkante 20 zwischen der Baukammer und der Dosiereinrichtung 11 positionierbar ist. Beispielsweise ist die Unterkante 20 und/oder die gesamte Umlenkeinrichtung 15 motorisch innerhalb der Prozesskammer 6 horizontal verfahrbar ausgebildet.
In der Ausführungsform gemäß Zeichnungsfigur 4 ist die Umlenkeinrichtung 15 bzw. das Umlenkelement 29 getrennt von der Beschichtervorrichtung 10 gestaltet. Damit wird ein unabhängiges Positionieren bzw. Bewegen der Umlenkeinrichtung 15 und der Beschichtervorrichtung 10 ermöglicht. In 4 ist das Umlenkelement 29 zum Zwecke seiner Positionierung um eine horizontal verlaufende Schwenkachse 21 verschwenkbar, vgl. Pfeil A. Das mit durchgezogener Linie dargestellte Umlenkelement 29 stellt die Position der Umlenkeinrichtung 15 während des Bestrahlungsprozesses des Objekts 1 dar. Das mit gestrichelter Linie gezeichnete Umlenkelement 29 stellt die Position der Umlenkeinrichtung 15 während des Beschichtungsprozesses dar. Bei der dargestellten Beschichtervorrichtung 10 verhält es sich so, dass die mit durchgezogener Linie dargestellte Beschichtervorrichtung 10 die Position der Beschichtervorrichtung 10 während des Bestrahlungsprozesses darstellt und die mit gestrichelter Linie dargestellte Beschichtervorrichtung 10 die Position der Beschichtervorrichtung 10 während des Beschichtungsprozesses abbildet.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass nur Teile der Umlenkeinrichtung 15 – also nur Bereiche oder bestimmte Teile des Umlenkelements 29 – eine geradlinige Bewegung und/oder eine Drehbewegung um eine Schwenkachse 21 ausführen. Ferner können zumindest Bereiche der Umlenkeinrichtung 15 aus flexiblen Material ausgebildet und/oder in ihrer Querschnittsgeometrie derart ausgelegt sein, dass bestimmte Bereiche eine flexible Eigenschaft aufweisen, um ein Verfahren eines von der Umlenkeinrichtung 15 unabhängig verfahrbaren Beschichtervorrichtung 10 zu ermöglichen. Die Umlenkeinrichtung 15 ist derart ausgebildet, dass sich diese in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen von einem unteren Prozesskammer-Bodenbereich 22 zu einem Prozesskammer-Deckenbereich 23 erstrecken. Hierbei können sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Umlenkeinrichtung 15 Abstände zum Boden- und Deckenbereich 22, 23 von wenigen Millimetern bis ca. 5 cm existieren. Vorzugsweise sind die Abstände jedoch möglichst gering gewählt, um eine möglichst effektive und gezielte Schutzgasstromlenkung zu erreichen.
In der in Zeichnungsfigur 3 dargestellten weiteren Ausführungsform sind die Umlenkeinrichtung 15 und die Beschichtervorrichtung 10 wiederum getrennt voneinander ausgebildet. Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Zeichnungsfigur 4 ist jedoch die Umlenkeinrichtung 15 nicht mehr drehbar gelagert, sondern wird durch eine lineare Verlagerung eines Umlenkelements 29 in vertikaler Richtung bewegt. Beispielsweise ist der untere Bereich der Umlenkeinrichtung 15 derart ausgebildet, dass dieser zum Beispiel teleskopartig in den oberen Bereich hineingefahren und damit vertikal verlagert werden kann. Ist der untere Bereich der Umlenkeinrichtung 15 vertikal nach oben verfahren, ist der Weg für die Beschichtervorrichtung 10 frei, so dass diese eine horizontale Verlagerung ausgehend von der Parkposition 24 über den Bereich der Dosiereinrichtung 11 hin zu dem Baubereich und zurück ausführen kann. Unabhängig davon, ob die Umlenkeinrichtung 15 und die Beschichtervorrichtung 10 fest miteinander verbunden sind, ist es vorteilhaft, wenn die positionierbare Umlenkeinrichtung 15 synchron mit der Beschichtervorrichtung 10 horizontal verlagerbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest die Unterkante 20 der Umlenkeinrichtung 15 in einer ersten Position (Parkposition 24) an einer der Dosiereinrichtung 11 zugewandten Seite 25 des Bauraums 7 positioniert. In einer zweiten Position (Belichtungsposition) ist zumindest die Unterkante 20 der Umlenkeinrichtung 15 zwischen der Dosiereinrichtung 11 und dem Bauraum 7 angeordnet, in einer dritten Position ist zumindest die Unterkante 20 der Umlenkeinrichtung 15 auf der der Dosiereinrichtung 11 abgewandten Seite 26 der Baukammer 7 angeordnet.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Vorrichtung mit einer Beobachtungseinrichtung 27 zu versehen. Die Beobachtungseinrichtung 27 kann ein Beleuchten und/oder eine Sensorik umfassen und z. B. einen Schmelzbereich (Auftreffpunkt des Lasers) abtasten und analysieren. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, den Gasstrom zumindest temporär auf die Beobachtungseinrichtung 27 und/oder deren Eintrittsmedien (in die Prozesskammer 6) zu lenken.
In Zeichnungsfigur 5 ist eine weitere vorteilhafte Maßnahme dargestellt, bei welcher der Schutzgasstrom 14 ausgehend von der Schutzgaseindüsung 13 im Wesentlichen sich parallel zum Grundniveau 12 unterhalb des Laserstrahlablenkkopfs 3 bewegt, anschließend an einem oberen, schrägen Bereich 28 der Innenwand des Gehäuses 5 in Richtung Grundniveau 12 abgelenkt wird und schließlich über ein Umlenkelement 29, das als lagefixiertes Element innerhalb der Prozesskammer 6 angeordnet ist, derart abgelenkt wird, dass der Schutzgasstrom 14 wiederum parallel zum Grundniveau 12 verlauft und in die entgegengesetzte Richtung als die Eindüsrichtung 16 verläuft. Die Beschichtervorrichtung 10 ist unabhängig von dem Umlenkelement 29 verfahrbar und ist unterhalb des tiefsten Punkts des Umlenkelements 29 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann das Umlenkelement 29 in Zeichnungsfigur 5 einen flexiblen und/oder in sonstiger Weise beweglichen Bereich aufweisen, so dass sich das Umlenkelement 29 zumindest phasenweise weiter in Richtung Grundniveau 12 erstreckt, jedoch der Beschichtervorrichtung 10 ausweichen kann.
Wie in Zeichnungsfigur 5 ist auch in Zeichnungsfigur 6 die erste Ablenkung des Schutzgasstroms 14 durch den Bereich 28 der Innenwand des Gehäuses 5 realisiert, wobei die zweite Ablenkung durch ein Umlenkelement 29 ausgeführt wird, welches fest an der Beschichtervorrichtung 10 befestigt ist und bei Verlagerung der Beschichtervorrichtung 10 mit dieser verlagert wird. In der dargestellten Parkposition 24 der Beschichtervorrichtung 10 bildet das Umlenkelement 29 mit dem Bereich 28 der Innenwand des Gehäuses 5 und gegebenenfalls weiteren Bereichen der Innenwand des Gehäuses 5 eine geeignete, möglichst stetige, zum Beispiel glatte, Ablenkoberfläche für den umzulenkenden Schutzgasstrom 14. Beispielsweise kann das Umlenkelement 29 an der Ober- und/oder Unterkante mit dichtungsähnlichen Abschlusselementen 30 versehen sein, die zumindest in Parkposition 24 des Beschichters 10 den Spaltübergang des Umlenkelements 29 mit Bereichen der Innenwand des Gehäuses 5 und/oder mit Bereichen des Grundniveaus 12 abschließen oder zumindest minimieren.
Vorzugsweise ist die Beobachtungseinrichtung 27 im Bereich 28 der Innenwand des Gehäuses 5 angeordnet, so dass dieser Bereich 28 eine Doppelfunktion ausführt, nämlich eine Umleitfunktion für den Schutzgasstrom 14 sowie den Ort zur vorteilhaften Anordnung der Beobachtungseinrichtung 27 bildet. Damit wird erreicht, dass neben der Umleitung des Schutzgasstroms 14 auch gleichzeitig das Eintrittsmedium (hier beispielsweise ein Glas) von dem Schutzgasstrom einseitig beaufschlagt wird und damit ein Reinigungseffekt an dem Glas realisiert werden kann, der wiederum die Outputdaten der Beobachtungseinrichtung 27 über die Zeit positiv beeinflusst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Umlenkeinrichtung 15 ausschließlich aus Bereichen 28 der Innenwand des Gehäuses 5, so dass allein durch die Gestaltung der Innenwand des Gehäuses 5 die gewünschte Umlenkung des Schutzgasstroms 14 erreicht wird. Damit werden weitere Elemente, wie Umlenkelemente 29, entbehrbar.
Das Umlenkelement 29, das an der Beschichtervorrichtung 10 gemäß Zeichnungsfigur 6 angeordnet ist, ist vorzugsweise nach Art eines halben U-Rohres ausgebildet, wobei das untere Ende des Umlenkelements 29 an seinem dem Grundniveau 12 zuweisenden Bereichs sich in Richtung des Bauraums 7, und damit in Richtung der Tragevorrichtung 8, erstreckt.
Die Schutzgaseindüsung 13 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese einen einheitlichen Volumenstrom und/oder eine einheitliche Volumengeschwindigkeit gewährleistet. Besonders bevorzugt wird ein einheitlicher Volumenstrom und/oder eine einheitliche Volumengeschwindigkeit trotz unterschiedlicher Füllstände (Druck und/oder Temperatur) des der Düse vorgeschalteten Speichervolumens 31 ermöglicht. Das Speichervolumen 31 (Gasspeicher) dient quasi als Schutzgaspuffer, der vorzugsweise gleichmäßig durch die Düse in die Prozesskammer 6 gelangt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Gasstrom in seiner Intensität, Geschwindigkeit, Richtung, Volumen veränderbar, z. B. durch Veränderung der Position oder der Ausrichtung des Umlenkelements 29. Rechnergesteuert, kann beispielsweise die Position oder Ausrichtung des verfahrbaren/bewegbaren Umlenkelements 29, die Laserleistung, die detektierten Messwerte der Beobachtungseinrichtung 27 und/oder die Sättigung eines Schweißrauchfilters (nicht dargestellt) dazu verwendet werden, um als Inputgrößen eine vorteilhafte Veränderung der Lenkung, des Volumenstroms und/oder der Geschwindigkeit des Schutzgasstroms 14 an einem beliebigen Ort innerhalb der Prozesskammer 6 zu verändern.
Das verwendete Schutzgas, welches durch die Schutzabgasabsaugung 18 aus der Prozesskammer 6 gelangt, kann vorteilhafterweise durch einen Schweißrauchfilter (nicht dargestellt) gereinigt und anschließend eine dem Speichervolumen 31 zugeführt werden. Von dort aus gelangt das Schutzgas durch die Schutzgaseindüsung 13 wiederum in die Prozesskammer 6. Zwischen der Schutzabgasabsaugung 18 und dem Speichervolumen 31 ist vorzugsweise ein Schweißrauchfilter angeordnet.
Als weitere vorteilhafte Maßnahme hat sich das Vorsehen eines Fangbereichs 32 innerhalb der Prozesskammer 6 bewährt. Der Fangbereich 32 ist im Wesentlichen unterhalb der Schutzabgasabsaugung 18 und/oder der Schutzgaseindüsung 13 angeordnet und bildet gewissermaßen eine Sackgasse. Der in diese Sackgasse gelangende Schutzgasstrom erfährt an diesem Ort eine Art Zirkulation, „beruhigt” sich dort und steigt langsam in einen Korridor 33, der wiederum als Sackgasse an der Schutzabgasabsaugung 18 endet, hinauf. Das in dem Fangbereich 32 gelangte Schutzgas kann hierbei nicht nach rechts ausweichen, da von dort weiteres Schutzgas „hineindrückt”, sondern wird nach einer gewissen Verweildauer durch den Korridor 33 nach oben in die Schutzabgasabsaugung 18 gelangen. Vorzugsweise verläuft der Korridor 33 parallel zu der Verfahrrichtung des Trägers 9 und/oder rechtwinklig zu der Verfahrrichtung des Beschichters 10.
Bezugszeichenliste

1: Objekt
2: Baumaterial
3: Laserstrahlablenkkopf
4: Laserstrahl
5: Gehäuse
6: Prozesskammer
7: Bauraum
8: Tragevorrichtung
9: Träger
10: Beschichtervorrichtung
11: Dosiereinrichtung
12: Grundniveau
13: Schutzgaseindüsung
14: Schutzgasstrom
15: Umlenkeinrichtung
16: Eindüsrichtung
17: Richtung (über der Baufläche)
18: Schutzgasabsaugung
19, 19': Abschrägung
20: Unterkante v. 15
21: Schwenkachse
22: Bodenbereich v. 6
23: Deckenbereich v. 6
24: Parkposition v. 10
25: Seite v. 7
26: Seite v. 7
27: Beobachtungseinrichtung
28: Bereich
29: Umlenkelement
30: Abschlusselement
31: Speichervolumen
32: Fangbereich
33: Korridor
A: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19846478 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (1) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials (2), an dem den jeweiligen Querschnitt des Objekts (1) entsprechenden Stellen, mit einem Gehäuse (5), in dem eine Prozesskammer (6) angeordnet ist, einem darin untergebrachten Bauraum (7), in welchem eine Tragevorrichtung (8) zum Tragen des Objekts (1) mit einem höhenverstellbaren Träger (9) angeordnet ist, einer Beschichtervorrichtung (10) zum Aufbringen von Schichten des Baumaterials (2) auf die Tragevorrichtung (8) oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung (11) zum Zuführen des Baumaterials (2) und einer Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Baumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objekts (1) entsprechenden Stellen sowie einer Schutzgaseindüsung (13), mit welcher ein Schutzgasstrom seitlich in die Prozesskammer (6) eingedüst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer (6) wenigstens eine Umlenkeinrichtung (15) angeordnet ist, die den seitlich eingedüsten Schutzgasstrom (14) derart umlenkt, dass der Schutzgasstrom (14) zunächst nach unten und dann gegen die Eindüsrichtung (16) zurück zu einer Schutzgasabsaugung (18) geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (15) im Wesentlichen vertikal der Schutzgaseindüsung (13) gegenüberliegend in der Prozesskammer (6) angeordnet ist und an ihrem oberen und an ihrem unteren Bereich mit Abschrägungen (19, 19') versehen ist, die schräg zur Schutzgaseindüsung (13) bzw. Schutzgasabsaugung (18) hinweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (15) zumindest bereichsweise durch Bereiche (28) der Innenwand des Gehäuses (5) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (15) zumindest bereichsweise durch wenigstens ein motorisch positionierbares Umlenkelement (29) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (29) mit seiner Unterkante (20) zwischen dem Bauraum (7) und der Dosiereinrichtung (11) positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (29) horizontal in der Prozesskammer (6) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (29) zum Zwecke seiner Positionierung um eine horizontal verlaufende Schwenkachse (21) verschwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (15) im Wesentlichen von einem unteren Prozesskammer-Bodenbereich (22) zu einem Prozesskammer-Deckenbereich (23) reicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (29) zum Zwecke seiner Positionierung vertikal verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass das positionierbare Umlenkelement (29) synchron mit der Beschichtervorrichtung (10) horizontal verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (29) zum Zwecke seiner Positionierung an der Beschichtervorrichtung (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante (20) des Umlenkelements (29) in einer ersten Position an einer der Dosiereinrichtung (11) zugewandten Seite (25) des Bauraums (7) positioniert ist, in einer zweiten Position (Belichtungsposition) die Unterkante (20) des Umlenkelements (29) zwischen der Dosiereinrichtung (11) und dem Bauraum (7) angeordnet ist und in einer dritten Position die Unterkante (20) des Umlenkelements (29) auf der der Dosiereinrichtung (11) abgewandten Seite (26) der Baukammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Prozesskammer (6) ein Fangbereich (32) angeordnet ist, in dem der Schutzgasstrom (14) eine Zirkulation erfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fangbereich (32) zur Schutzgasabsaugung (18) ein führender Korridor (33) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Beobachtungseinrichtung (27) versehen ist, wobei der Schutzgasstrom (14) zumindest temporär die Beobachtungseinrichtung (27) und/oder deren Eintrittsmedien beaufschlagt.