DE102013011767A1 - Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verwendungen von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver. Kurzgepulste Laserstrahlung eines Lasers wird vorteilhafterweise zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver verwendet. Durch die kurzen Pulse wird der Energieeintrag und damit das Volumen des aufgeschmolzenen Bereiches begrenzt. Die geometrische Auflösung des Verfahrens wird erhöht. Durch die relativ hohe Pulsleistung und den dadurch im Prozess entstehenden Rückstoßeffekt wird die Schmelze an die unterliegende Schicht oder das Substrat angebunden. Dabei wird kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge entweder gleich/größer 1,5 μm und kleiner/gleich 3 μm oder gleich/größer 9 μm und kleiner/gleich 11 μm zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet. Mit der Wellenlänge ist eine verbesserte Absorption der Laserstrahlung im nichtmetallischen Pulver gegeben.
Description
- Die Erfindung betrifft Verwendungen von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver.
- Das Auftragen und Verfestigen von aufgebrachten Pulverschichten ist ein unter anderem durch den Begriff Rapid Prototyping bekanntes Fertigungsverfahren. Dazu wird metallisches Pulver schichtweise Aufgetragen und sich die Schicht durch energiereiche Laserstrahlen durch selektives Laserschmelzen oder selektives Lasersintern verfestigt. Das Auftragen erfolgt mittels bekannter angetrieben verfahrbarer Rakel, wobei auch Ringrakel zur Verwendung kommen.
- So ist beispielsweise durch die Druckschrift
DE 199 53 000 C2 ein Verfahren und eine Einrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern, wobei Körper maßgenau, konturscharf schnell und mit hoher Dichte herstellbar sind. Dabei werden durch die Verwendung zweier Strahlungsquellen Körper konturscharf durch Sintern oder Schmelzen realisiert. Mittels des ersten Lasers wird die Kontur erzeugt, während der zweite Laser der schnellen Realisierung des Innenraumes dient. - Durch die Druckschrift
DE 695 11 881 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung maßgenauer Formkörper durch Lasersintern bekannt, wobei das Lasersintern in einer Gasathmosphäre ausgeführt wird. Diese beinhaltet mindestens ein Metall der Eisengruppe, welches abgeschieden und zu einem gegebenen Zeitpunkt gesintert wird. Dadurch wird ein Körper, der maßgenau und weitestgehend porenfrei sein soll, nur aus einer Metalllegierung bestehend erhalten. - Die Druckschrift
DE 699 11 178 T2 beschreibt ein Verfahren zur schnellen Herstellung eines Prototypes durch Lasersinterung und eine Vorrichtung dafür, wobei Pulver oder Pulvergemisch in einer Hochtemperaturzelle auf eine Temperatur in der Umgebung deren Sintertemperatur erhitzt und die Schicht auf dieser Temperatur gehalten wird. Danach werden Schichtbereiche durch das Einwirken von Laserstrahlen gesintert. Das Erhitzen erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur in der Größenordnung von 300°C bis 900°C, wobei diese Temperatur gehalten wird. - Diese Druckschriften beinhalten Verfahren und Vorrichtungen, die auf die Verwendung metallischer Partikel beschränkt sind.
- Verfahren und Vorrichtungen zum selektiven Lasersintern einer aufgebrachten Schicht eines keramischen Pulvers aus Partikeln einer Korngröße kleiner/gleich 10 μm mit Laserstrahlen wenigstens eines Lasers sind durch die Druckschrift
DE 10 2005 048 314 A1 bekannt. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass mit der Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge, für die das Pulver teiltransparent ist, eine dicke aufgebrachte keramische Schicht gesintert werden kann. Dazu wird wenigstens der zu beaufschlagende und damit zu sinternde Bereich der aufgebrachten Schicht mit einem ersten Laser beeinflusst, so dass Partikel erwärmt werden und/oder Teilchen in den Partikeln zusätzlich zu ihrer normalen Bewegungsenergie in Form der Schwingungsenergie eine Aktivierungs-/Anregungsenergie erhalten. Zum Sintern wird dieser Bereich mit Laserstrahlen eines zweiten Lasers mit einer Wellenlänge kleiner/gleich 2,5 μm bestrahlt, wobei die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht zum Beispiel gleich dem Fokusdurchmesser des Lasers ist. Zur Realisierung einer Schicht oder eines aus Schichten bestehenden Körpers sind zwei Laser und damit ein erhöhter Aufwand notwendig. Das gilt auch insbesondere für die örtliche und zeitliche Steuerung der Laser zur Einhaltung des Regimes zur Herstellung der Schicht oder des Körpers aus den Schichten. - Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kurzgepulste Laserstrahlung eines Lasers zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver zu verwenden.
- Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
- Kurzgepulste Laserstrahlung eines Lasers wird vorteilhafterweise zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver verwendet. Durch die kurzen Pulse wird der Energieeintrag und damit das Volumen des aufgeschmolzenen Bereiches begrenzt. Die geometrische Auflösung des Verfahrens wird erhöht. Durch die relativ hohe Pulsleistung und den dadurch im Prozess entstehenden Rückstoßeffekt wird die Schmelze an die unterliegende Schicht oder das Substrat angebunden.
- Dabei wird kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge entweder gleich/größer 1,5 μm und kleiner/gleich 3 μm oder gleich/größer 9 μm und kleiner/gleich 11 μm zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet. Mit der Wellenlänge ist eine verbesserte Absorption der Laserstrahlung im nichtmetallischen Pulver gegeben. Überraschenderweise hat sich dabei gezeigt, dass die Schicht oder der Körper aus den Schichten durch die Verwendung nur eines Lasers realisierbar ist.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.
- Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 wird kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer gleich/größer 50 ns und kleiner/gleich 1500 ns zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet.
- Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 wird kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Pulsfrequenz größer 1 kHz zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet.
- Nach Weiterbildung des Patentanspruchs 4 wird ein kurzgepulster Erbium- oder Holmium-Laser oder ein gütegeschalteter CO2-Laser für das Verfahren verwendet. Der Erbium- oder der Holmium-Laser ist dazu der Laser für die kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge gleich/größer 1,5 μm und kleiner/gleich 3 μm, wobei die Wellenlänge des Erbium-Lasers 2,940 μm und die Wellenlänge des Holmium-Lasers 2,123 μm ist. Der gütegeschaltete CO2-Laser ist der Laser für die Kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge gleich/größer 9 μm und kleiner/gleich 11 μm, wobei dessen Wellenlänge 10,6 μm ist.
- Kurzgepulste Laserstrahlung wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers aus einem Pulver bestehend aus Partikeln aus
- – einem organischen Kunststoff,
- – einem Knochenersatzstoff, beispielsweise Hydroxylapatit,
- – einer oxidischen Keramik, beispielsweise Al2O3, SiO2, ZrO,
- – einer nichtoxidischen Keramik, beispielsweise TiN, AlN, Carbide,
- – Kohlenstoff oder
- – einem Gemisch wenigstens zweier dieser Stoffe
- Zum schichtweisen Auftrag des Pulvers werden nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 eine Rakel und zum selektiven Lasersintern der jeweiligen Schicht die kurzgepulste Laserstrahlung des Lasers verwendet, so dass vorteilhafterweise ein dreidimensionaler und aus den nacheinander aufgetragenen und selektiv lasergesinterten Schichten des Pulvers hergestellter Körper vorhanden ist.
- Zur Zufuhr des Pulvers zum schichtweisen Aufbau eines 2,5-dimensionalen Körpers oder zur Beschichtung von Oberflächen und damit zum Laserpulverauftragschweißen wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 eine Düse verwendet.
- Zur thermischen Nachbehandlung der Schicht oder des Körpers wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 eine Heizeinrichtung oder ein weiterer Laser verwendet. Damit können insbesondere dreidimensionale Teile aus oxidischer Keramik aufgebaut werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
- Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers durch eine Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers näher erläutert.
- Zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers wird zum Verfestigen der Schichten aus nichtmetallischen Pulver kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge
- – entweder gleich/größer 1,5 μm und kleiner/gleich 3 μm, insbesondere eines Erbium-Lasers mit einer Wellenlänge von 2,940 μm oder eines Holmium-Lasers mit einer Wellenlänge von 2,123 μm,
- – oder gleich/größer 9 μm und kleiner/gleich 11 μm, insbesondere eines gütegeschalteten CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 μm,
- Die Pulsdauer ist dazu vorzugsweise kleiner/gleich 10 μs, insbesondere gleich/größer 50 ns und kleiner/gleich 1500 ns. Weiterhin ist die Pulsfrequenz größer 1 kHz. Die Realisierung erfolgt vorzugsweise mit einem gütegeschalteten CO2-Laser. Der Laser besitzt eine mittlere Leistung von 700 W. Die Pulsleistung beträgt 100 kW, die Pulsdauer 700 ns. Der Laser wird mit einer Frequenz von 40 kHz betrieben. Zur Herstellung der Schicht auf dem Substrat oder der Körper werden Partikel aus
- – einem organischen Kunststoff,
- – einem Knochenersatzstoff (beispielsweise Hydroxylapatit),
- – einer oxidischen Keramik (beispielsweise Al2O3, SiO2, ZrO),
- – einer nichtoxidischen Keramik (beispielsweise TiN, AlN, Carbide),
- – Kohlenstoff oder
- – einem Gemisch wenigstens zweier dieser Stoffe
- Zum schichtweisen Auftrag des Pulvers wird eine bekannte Rakel verwendet. In Verbindung mit dem selektiven Lasersintern der jeweiligen Schicht mit der kurzgepulsten Laserstrahlung des Lasers wird ein dreidimensionaler und aus den nacheinander aufgetragenen und selektiv lasergesinterten Schichten des Pulvers hergestellter Körper realisiert.
- In einer Ausführungsform kann zur Zufuhr des Pulvers eine Düse verwendet werden. Dadurch kann insbesondere ein schichtweiser Aufbau eines 2,5-dimensionalen Körpers oder die Beschichtung von Oberflächen erfolgen. Letzteres ist beispielsweise ein Laser-Pulverauftragschweißen.
- In einer weiteren Ausführungsform wird zur thermischen Nachbehandlung der Schicht oder des Körpers eine Heizeinrichtung oder ein weiterer Laser verwendet. Das ist bei der Herstellung von dreidimensionalen Körpern aus einer oxidischen Keramik beispielsweise beim Aufbau dreidimensionaler Gegenstände besonders vorteilhaft.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 19953000 C2 [0003]
- DE 69511881 T2 [0004]
- DE 69911178 T2 [0005]
- DE 102005048314 A1 [0007]
Claims (8)
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers, dadurch gekennzeichnet, dass kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge entweder gleich/größer 1,5 μm und kleiner/gleich 3 μm oder gleich/größer 9 μm und kleiner/gleich 11 μm zum Verfestigen von Schichten aus nichtmetallischen Pulver zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet wird.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer gleich/größer 50 ns und kleiner/gleich 1500 ns zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet wird.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kurzgepulste Laserstrahlung mit einer Pulsfrequenz größer 1 kHz zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers verwendet wird.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein kurzgepulster Erbium- oder Holmium-Laser oder ein gütegeschalteter CO2-Laser verwendet wird.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kurzgepulste Laserstrahlung zur Herstellung wenigstens einer Schicht auf einem Substrat oder mindestens eines aus den Schichten bestehenden Körpers aus einem Pulver bestehend aus Partikeln aus einem organischen Kunststoff, einem Knochenersatzstoff, einer oxidischen Keramik, einer nichtoxidischen Keramik, Kohlenstoff oder einem Gemisch wenigstens zweier dieser Stoffe verwendet werden.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum schichtweisen Auftrag des Pulvers eine Rakel und zum selektiven Lasersintern der jeweiligen Schicht die kurzgepulste Laserstrahlung des Lasers verwendet werden, so dass ein dreidimensionaler und aus den nacheinander aufgetragenen und selektiv lasergesinterten Schichten des Pulvers hergestellter Körper vorhanden ist.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr des Pulvers zum schichtweisen Aufbau eines 2,5-dimensionalen Körpers oder zur Beschichtung von Oberflächen eine Düse verwendet wird.
- Verwendung von kurzgepulster Laserstrahlung eines Lasers nach Patentanspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Nachbehandlung der Schicht oder des Körpers eine Heizeinrichtung oder ein weiterer Laser verwendet wird.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69511881T2 (de) | 1994-09-21 | 2000-01-20 | Electrolux Ab | Verfahren zur herstellung von massgenauer formkörper durch lasersintern |
| CA2378689A1 (en) * | 1999-07-26 | 2001-02-01 | Pls Liquidating Llc | Single dominant spike output erbium laser |
| DE19953000C2 (de) | 1999-11-04 | 2003-04-10 | Horst Exner | Verfahren und Einrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern |
| DE69911178T2 (de) | 1998-02-19 | 2004-07-01 | Ecole National Supérieure de Céramique Industrielle (E.N.S.C.I.) | Verfahren zur schnellen herstellung eines prototypes durch lasersinterung und vorrichtung dafür |
| DE102004012682A1 (de) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | Degussa Ag | Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Lasertechnik und Auftragen eines Absorbers per Inkjet-Verfahren |
| DE102005048314A1 (de) | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Laserinstitut Mittelsachsen E.V. | Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Lasersintern |
| DE102010008960A1 (de) * | 2010-02-23 | 2011-08-25 | EOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, das sich insbesondere für den Einsatz in der Mikrotechnik eignet |
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2013
- 2013-07-10 DE DE201310011767 patent/DE102013011767A1/de not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69511881T2 (de) | 1994-09-21 | 2000-01-20 | Electrolux Ab | Verfahren zur herstellung von massgenauer formkörper durch lasersintern |
| DE69911178T2 (de) | 1998-02-19 | 2004-07-01 | Ecole National Supérieure de Céramique Industrielle (E.N.S.C.I.) | Verfahren zur schnellen herstellung eines prototypes durch lasersinterung und vorrichtung dafür |
| CA2378689A1 (en) * | 1999-07-26 | 2001-02-01 | Pls Liquidating Llc | Single dominant spike output erbium laser |
| DE19953000C2 (de) | 1999-11-04 | 2003-04-10 | Horst Exner | Verfahren und Einrichtung zur schnellen Herstellung von Körpern |
| DE102004012682A1 (de) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | Degussa Ag | Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Lasertechnik und Auftragen eines Absorbers per Inkjet-Verfahren |
| DE102005048314A1 (de) | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Laserinstitut Mittelsachsen E.V. | Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Lasersintern |
| DE102010008960A1 (de) * | 2010-02-23 | 2011-08-25 | EOS GmbH Electro Optical Systems, 82152 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, das sich insbesondere für den Einsatz in der Mikrotechnik eignet |
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