DE102013218760A1 - Method for producing a component in layers - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils (1) durch sukzessives Ausbilden von Schichten des Bauteils (1) ausgehend von einer Grundplatte (7), wobei das Bauteil (1) eine Überhangstruktur (12) aufweist, die mittels einer Stützstruktur (11) gestützt wird, wobei die Stützstruktur (11) nach dem Ausbilden des Bauteils (1) entfernt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (11) derart ausgebildet wird, dass diese oberhalb der Grundplatte (7) beginnt und ihre Unterseite schräg bezüglich der Vertikalen ausgerichtet ist.A method for layering a three-dimensional component (1) by successively forming layers of the component (1) starting from a base plate (7), the component (1) having an overhang structure (12) supported by a support structure (11) is removed, wherein the support structure (11) after the formation of the component (1) is, characterized in that the support structure (11) is formed so that it starts above the base plate (7) and their underside aligned obliquely with respect to the vertical is.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch sukzessives Ausbilden von Schichten des Bauteils.The present invention relates to a method of manufacturing a component by successively forming layers of the component.

Der Einsatz der sogenannten Rapid-Technologien zur Herstellung von Bauteilen in geringer Stückzahl und insbesondere von Prototypen ist bekannt. Dabei wird aus einem formlosen Material, insbesondere einem Kunststoff- oder Metallpulver, ein dreidimensionales Bauteil hergestellt, indem beispielsweise pulverförmiges Ausgangsmaterial, ausgehend von einer Grundplatte, schichtweise mittels beispielsweise eines Lasers in der für die jeweilige Schicht vorgesehenen Fläche verfestigt wird, wobei sich das verfestigte Material der gerade bearbeiteten Schicht mit dem verfestigten Material der darunter liegenden Schicht verbindet. Insbesondere das Elektronenstrahlschmelzen, das Laserauftragsschweißen, das Strahlschmelzen, die Stereo-Lithographie sowie das selektive Lasersintern gehören zu den Rapid-Technologien.The use of the so-called rapid technologies for the production of components in small numbers and in particular of prototypes is known. In this case, a three-dimensional component is produced from an informal material, in particular a plastic or metal powder, by solidifying, for example, powdered starting material, starting from a base plate, in layers by means of, for example, a laser in the area provided for the respective layer, wherein the solidified material the layer being processed joins the solidified material of the underlying layer. In particular, electron beam melting, laser cladding, beam melting, stereo lithography and selective laser sintering are among the rapid technologies.

Sofern das Bauteil eine Überhangstruktur, d. h. eine nicht vertikal ausgerichtete Bauteiloberfläche aufweist, kann in Abhängigkeit von dem Winkel, den die entsprechende Bauteiloberfläche bezüglich der Vertikalen aufweist, eine Stützstruktur erforderlich sein. Diese dient dazu die Überhangstruktur an der Grundplatte abzustützen. In der Regel werden Überhangstrukturen, die mehr als 45° gegenüber der Vertikalen geneigt, d. h. flacher ausgerichtet sind, abgestützt. Die Stützstrukturen haben gegebenenfalls, je nach verwendetem Material, darüber hinaus die Aufgabe, die zum Verfestigen des Materials eingebrachte Wärmeenergie abzuführen. Nach der Fertigstellung des Bauteils, d. h. nachdem die letzte Schicht erzeugt wurde, werden alle Stützstrukturen entfernt und entsorgt. Anders als das bei der Herstellung des Bauteils nicht verfestigte Ausgangsmaterial kann die abgetrennte Stützstruktur nicht direkt wiederverwendet werden. Ein Recyceln scheitert regelmäßig an dem damit verbundenen Aufwand in Verbindung mit den regelmäßig eher geringen Mengen an verfestigtem Abfallmaterial, die trotz des vergleichsweise hohen Abfallanteils wegen der nur geringen Stückzahlen der herzustellenden Bauteile anfallen. Die abgetrennten Stützstrukturen werden daher regelmäßig entsorgt, wodurch der Materialverbrauch und damit die Kosten für die Herstellung des Bauteils ansteigen. Zudem ist das Abtrennen der Stützstrukturen mit einem hohen manuellen Bearbeitungsaufwand verbunden und das Ausbilden der Stützstrukturen an sich verlangsamt die Herstellung des Bauteils, da in einer Vielzahl von Schichten mehr Fläche, beispielsweise durch Bestrahlen mittels eines Lasers, verfestigt werden muss, als dies der jeweiligen Schichtfläche des Bauteils entspricht.If the component has an overhang structure, d. H. has a non-vertically aligned component surface may require a support structure depending on the angle that the corresponding component surface has with respect to the vertical. This serves to support the overhang structure on the base plate. In general, overhang structures that are inclined more than 45 ° from the vertical, d. H. flattened, supported. Depending on the material used, the support structures may also have the task of removing the heat energy introduced for solidifying the material. After completion of the component, d. H. After the last layer has been created, all support structures are removed and discarded. Unlike the raw material not solidified in the manufacture of the component, the severed support structure can not be directly reused. Recycling regularly fails due to the associated expense in connection with the usually rather small amounts of solidified waste material, which, despite the comparatively high proportion of waste, is due to the small number of components to be produced. The separated support structures are therefore disposed of regularly, whereby the material consumption and thus increase the cost of manufacturing the component. In addition, the separation of the support structures associated with a high manual processing effort and the formation of the support structures itself slows down the production of the component, as in a plurality of layers more surface, for example by irradiation by means of a laser must be solidified than that of the respective layer surface of the component corresponds.

Um zumindest das für die Ausbildung der Stützstrukturen benötige Material sowie die erforderliche Bestrahlungszeit je die Stützstruktur umfassender Schicht zu reduzieren, ist regelmäßig vorgesehen, die Stützstruktur nicht massiv, sondern in Form einer dreidimensionalen Gitterstruktur auszubilden.In order to reduce at least the material required for the formation of the support structures as well as the required irradiation time per layer comprising the support structure, it is regularly provided for the support structure not to be massive but to be in the form of a three-dimensional lattice structure.

Aus der DE 10 2011 005 929 A1 ist zudem bekannt, anstelle einer massiven, ebenen Grundplatte eine Grundplatte zu verwenden, die aus einer Vielzahl von in vertikaler Richtung verschiebbaren Stempeln besteht. Dies ermöglicht, die Grundplatte zunächst grob an die vorgesehene Form der Unterseite des herzustellenden Bauteils anzupassen, wodurch der über eine Stützstruktur aufzufüllende Abstand zwischen einer Überhangstruktur des Bauteils und der Grundplatte möglichst gering ausgebildet werden kann.From the DE 10 2011 005 929 A1 is also known, instead of a solid, flat base plate to use a base plate, which consists of a plurality of vertically displaceable punches. This makes it possible to initially roughly adapt the base plate to the intended shape of the underside of the component to be produced, as a result of which the distance between an overhang structure of the component and the base plate to be filled via a support structure can be made as small as possible.

Nachteilig an der aus der DE 10 2011 005 929 A1 bekannten Vorgehensweise ist der erhebliche konstruktive Aufwand für die Herstellung und den Betrieb der formveränderlichen Grundplatte.A disadvantage of the DE 10 2011 005 929 A1 known approach is the considerable design effort for the production and operation of the deformable base plate.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei der schichtweisen Herstellung eines Bauteils auf möglichst einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.It is therefore an object of the present invention to avoid the disadvantages described above in the layered production of a component in the simplest and most cost-effective manner possible.

Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The above object is achieved by a method having the features of claim 1. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.

Ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines zuvor formlosen, insbesondere pulverförmigen, Ausgangsmaterials ausgehend von einer Grundplatte, wobei das Bauteil eine Überhangstruktur aufweist, die, vorzugsweise vollständig (d. h. über den gesamten Bereich der Unterseite der Überhangstruktur) mittels einer Stützstruktur gestützt wird, wobei die Stützstruktur nach dem Ausbilden des Bauteils entfernt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur derart ausgebildet wird, dass diese oberhalb der Grundplatte beginnt und ihre Unterseite schräg bezüglich der Vertikalen ausgerichtet ist.A method for producing a three-dimensional component by successively solidifying layers of a previously shapeless, in particular pulverulent, starting material starting from a base plate, the component having an overhang structure which, preferably completely (ie over the entire area of the underside of the overhang structure) by means of a support structure is supported, wherein the support structure is removed after the formation of the component is characterized in that the support structure is formed such that it starts above the base plate and its underside is oriented obliquely with respect to the vertical.

Die Begriffe „oben” und „unten” sowie die Abwandlungen sind auf die Gravitationsrichtung bezogen.The terms "top" and "bottom" as well as the modifications are related to the direction of gravity.

Der Erfindung liegt demnach der Gedanke zugrunde, die Stützstruktur nicht oder zumindest nicht immer vollständig zwischen der Grundplatte und der Überhangstruktur, sondern so kurz (in Vertikalrichtung) wie möglich auszubilden. Dadurch kann gegebenenfalls ein Großteil des Materials, das für die Stützstruktur im Vergleich zu einer entsprechenden, sich bis zur Grundplatte erstreckenden Stützstruktur verfestigt werden muss, eingespart werden kann. Dieser Grundgedanke beruht auf der Erkenntnis, dass eine Stützstruktur mit einer frei im Raum angeordneten Unterseite herstellbar ist, wenn diese schräg bezüglich der Vertikalen ausgerichtet ist und insbesondere (an jeder Stelle) einen (den kleineren der beiden) Winkel von höchstens 45° mit der Vertikalen einschließt. Dies ermöglicht nämlich, die Stützstruktur frei in den Raum ragend auszubilden, ohne dass diese selbst wieder mittels einer Hilfsstützstruktur abgestützt werden müsste.The invention is therefore based on the idea that the support structure not or at least not always completely form between the base plate and the overhang structure, but as short (in the vertical direction) as possible. This can where appropriate, a large part of the material that must be saved for the support structure compared to a corresponding, extending to the base plate support structure, can be saved. This basic idea is based on the recognition that a support structure can be produced with an underside arranged freely in space, if it is oriented obliquely with respect to the vertical and in particular (at each point) one (the smaller of the two) angles of at most 45 ° with the vertical includes. This makes it possible to form the supporting structure projecting freely into the room without having to be supported again by means of an auxiliary supporting structure.

In bekannter Weise kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Stützstruktur nicht massiv, sondern beispielsweise in Form einer dreidimensionalen Gitterstruktur ausgebildet wird. Dadurch wird die Menge des für die Ausbildung der Stützstruktur zu verfestigenden Materials möglichst gering gehalten.In a known manner may preferably be provided that the support structure is not solid, but for example in the form of a three-dimensional lattice structure is formed. As a result, the amount of material to be consolidated for the formation of the support structure is minimized.

Um zur weiteren Materialeinsparung eine möglichst kleine Stützstruktur auszubilden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Stützstruktur derart ausgebildet wird, dass ihre Unterseite den flachsten beziehungsweise größten Winkel mit der Vertikalen einschließt, der materialabhängig die frei in den Raum ragende Ausbildung der Stützstruktur ermöglicht. In vielen Fällen beträgt dieser Winkel ca. 45°. Kleinere Winkel, d. h. eine der Vertikalen angenäherte Ausrichtung der Unterseite ist herstellungstechnisch immer möglich, vergrößert jedoch gleichzeitig den größten Abstand zwischen der Überhangstruktur und der Unterseite des Stützstruktur und damit das Volumen sowie die Menge des diese ausbildenden verfestigten Materials.In order to form the smallest possible support structure for further material saving, it can preferably be provided that the support structure is formed such that its underside encloses the shallowest or largest angle with the vertical, which depending on the material enables the support structure to protrude freely into the space. In many cases, this angle is about 45 °. Smaller angles, d. H. one of the vertical approximate alignment of the bottom is manufacturing technology always possible, but at the same time increases the greatest distance between the overhang structure and the underside of the support structure and thus the volume and the amount of this solidified material forming.

Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die Stützstruktur selbst mittels einer Hilfsstützstruktur abzustützen, die sich bis zu der Grundplatte erstreckt. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die Stützstruktur auch die Funktion einer Wärmesenke aufweist und somit die zum Verfestigen des Materials eingebrachte Wärme, insbesondere bis zur Grundplatte, abführen soll. Dabei kann eine vergleichsweise kleine Hilfsstützstruktur für die erforderliche Wärmabfuhr ausreichend sein, so dass das Volumen und damit die Menge verfestigten Materials der Einheit aus Stützstruktur und Hilfsstützstruktur deutlich kleiner sein kann, als eine konventionelle, sich vollständig von der Grundplatte bzw. einem sich darunter liegenden Bauteilabschnitt bis zur Überhangstruktur erstreckende Stützstruktur. Gegebenenfalls kann es ausreichend sein, die Hilfsstützstruktur mit einer Breite (in einer horizontalen Richtung) auszubilden, die der minimalen, verfahrensabhängig ausbildbaren Strukturdicke entspricht (z. B. die mit einer einzelnen Spur eines Lasers erzielbare linienartige Verfestigung des Materials). Durch das kleine Volumen der Hilfsstruktur wird zudem ermöglicht, diese derart anzuordnen, dass diese ausschließlich von der Grundplatte aus und nicht etwa (teilweise) von einem unter der Überhangstruktur angeordneten Abschnitt des Bauteils ausgehend ausgebildet wird. Eine aufwändige Oberflächennachbearbeitung dieses Bauteilabschnitts nach dem Entfernen der Hilfsstruktur kann dadurch vermieden werden.Under certain circumstances, it may be advantageous to support the support structure itself by means of an auxiliary support structure, which extends up to the base plate. This may be particularly useful if the support structure also has the function of a heat sink and thus dissipate the heat introduced to solidify the material, in particular to the base plate. In this case, a comparatively small auxiliary support structure for the required heat dissipation be sufficient, so that the volume and thus the amount of solidified material of the unit support structure and auxiliary support structure can be significantly smaller than a conventional, completely from the base plate or an underlying component section up to the overhang structure extending support structure. Optionally, it may be sufficient to form the auxiliary support structure with a width (in a horizontal direction) that corresponds to the minimum process-dependent fabric thickness (eg, the line-like solidification of the material achievable with a single track of a laser). The small volume of the auxiliary structure also makes it possible to arrange it in such a way that it is formed exclusively from the base plate and not approximately (partially) from a section of the component arranged below the overhang structure. A complex surface finishing of this component portion after removal of the auxiliary structure can be avoided.

Insbesondere zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, dass die Stützstruktur ausgehend von einer Hilfsstützplatte ausgebildet wird. Dabei kann die Hilfsstützplatte massiv oder nicht-massiv, beispielsweise in einer dreidimensionalen Gitterstruktur, ausgebildet sein. Weiterhin können die Stützstruktur und die Hilfsstützplatte (und gegebenenfalls auch die Hilfsstützstruktur) integral ausgebildet werden. In diesem Fall kann ein Erkennungsmerkmal der Hilfsstützplatte sein, dass diese seitlich, d. h. in zumindest einer horizontalen Richtung, die Stützstruktur überragt. Vorzugsweise kann dann vorgesehen sein, dass die Hilfsstützstruktur die Hilfsstützplatte in diesem die Stützstruktur überragenden Abschnitt abstützt. Dies ermöglicht, die Hilfsstützstruktur durch eine entsprechende Vergrößerung der Hilfsstützplatte, unabhängig von der Größe (horizontale Projektion) der Überhangstruktur und damit der Stützstruktur derart anzuordnen, dass diese ausgehend von der Grundplatte und nicht etwa einem unter der Überhangstruktur angeordneten Abschnitt des Bauteils ausgebildet wird.In particular, for this purpose can also be provided that the support structure is formed starting from an auxiliary support plate. In this case, the auxiliary support plate can be solid or non-solid, for example in a three-dimensional lattice structure. Furthermore, the support structure and the auxiliary support plate (and possibly also the auxiliary support structure) can be integrally formed. In this case, an identifying feature of the auxiliary support plate may be that it is laterally, d. H. in at least one horizontal direction, the support structure projects beyond. Preferably, it can then be provided that the auxiliary support structure supports the auxiliary support plate in this section projecting beyond the support structure. This makes it possible to arrange the auxiliary support structure by a corresponding enlargement of the auxiliary support plate, regardless of the size (horizontal projection) of the overhang structure and thus the support structure such that it is formed starting from the base plate and not a portion of the component arranged below the overhang structure.

Sofern die Ausbildung einer Hilfsstützstruktur vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, dass diese die Stützstruktur in einem Teilabschnitt abstützt, der in einem relativ kleinen und insbesondere dem kleinsten Abstand von der Grundplatte angeordnet ist. Dadurch wird die Höhe und damit – in Verbindung mit einer vorgegebenen Breite und Tiefe – das Volumen der Hilfsstützstruktur so klein wie möglich gehalten. Gegebenenfalls kann jedoch eine etwas größere Höhe der Hilfsstützstruktur in Kauf genommen werden, wenn diese dadurch von der Grundplatte und nicht von einem unter der Überhangstruktur angeordneten Abschnitt des Bauteils ausgebildet werden kann.If the formation of an auxiliary support structure is provided, it may be advantageous for it to support the support structure in a section which is arranged at a relatively small and, in particular, the smallest distance from the base plate. Thereby, the height and thus - in conjunction with a predetermined width and depth - the volume of the auxiliary support structure is kept as small as possible. Optionally, however, a slightly greater height of the auxiliary support structure can be accepted, if this can be formed by the base plate and not by an under the overhang structure arranged portion of the component.

Die Ausbildung der Stützstrukturen, gegebenenfalls in Verbindung mit der Hilfsstützstruktur und einer Hilfsstützplatte, kann auch automatisiert werden, wobei die optimale Ausgestaltung dieser Strukturen mittels eines entsprechend programmierten Algorithmus ermittelt wird.The formation of the support structures, optionally in conjunction with the auxiliary support structure and an auxiliary support plate, can also be automated, the optimum design of these structures being determined by means of a correspondingly programmed algorithm.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Each show schematically:

1 allgemein die Durchführung eines gattungsgemäßen Verfahrens und eine dazu eingesetzte Vorrichtung; 1 in general, the implementation of a generic method and an apparatus used for this purpose;

2 ein Bauteil mit einer Überhangstruktur, hergestellt mittels eines konventionellen Verfahrens; 2 a member having an overhang structure made by a conventional method;

3 das Bauteil gemäß der 2, hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und 3 the component according to 2 prepared by a method according to the invention; and

4 ein alternatives Bauteil mit einer Überhangstruktur, hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 an alternative component with an overhang structure, produced by means of a method according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in the figures.

Die 1 zeigt allgemein die Herstellung eines Bauteils 1 in einem gattungsgemäßen Verfahren mittels einer sogenannten Rapid-Technologie sowie die dazu verwendete Vorrichtung. Diese umfasst eine Strahlerzeugungseinrichtung, beispielsweise einen Laser 2, der einen Laserstrahl 3 erzeugt. Der Laserstrahl 3 wird über eine steuerbare Umlenkeinrichtung, beispielsweise einen schwenkbaren Spiegel 4, gezielt abgelenkt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Behältnis 5 mit Seitenflächen und einer Bodenfläche, die einen Bauraum 6 einschließen. In dem Behältnis 5 ist eine Grundplatte 7 vorgesehen, die über einen Hubstempel 8 in Hochrichtung Z verfahrbar ist und eine dem Bauraum 6 zugewandte Beschichtung 9 aufweisen kann.The 1 generally shows the manufacture of a component 1 in a generic method by means of a so-called rapid technology and the device used for this purpose. This comprises a beam generating device, for example a laser 2 , a laser beam 3 generated. The laser beam 3 is via a controllable deflection, such as a swivel mirror 4 , deliberately distracted. Furthermore, the device comprises a container 5 with side surfaces and a bottom surface that provides a space 6 lock in. In the container 5 is a base plate 7 provided that via a lifting ram 8th in the vertical direction Z is movable and one of the space 6 facing coating 9 can have.

Zu Beginn des Herstellungsverfahrens ist die Grundplatte 7, anders als in der 1 gezeigt, nach oben verfahren. Dann wird eine erste Schicht eines in einem nicht dargestellten Speicher vorgehaltenen pulverförmigen Ausgangsmaterials 10 auf die Grundplatte 7 aufgetragen. Wahlweise kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Verteilvorrichtung, wie beispielsweise einer Wischereinrichtung, das Ausgangsmaterial 10 gleichmäßig in der vorgesehenen Höhe auf der Grundplatte 7 verteilt werden. Anschließend belichtet der Laser 2 die Schicht des Ausgangsmaterials 10 linienförmig in den vorgesehenen Abschnitten. Diese Abschnitte sind in Konstruktionsdaten für das herzustellende Bauteil definiert, wobei die Konstruktionsdaten in einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung für die Vorrichtung gespeichert sind. Durch die Belichtung schmilzt das Ausgangsmaterial 10 in den entsprechenden Abschnitten und verfestigt sich mit dem Abkühlen, wodurch eine mehr oder weniger zusammenhängende, zweidimensionale Struktur verfestigten Materials gebildet wird.At the beginning of the manufacturing process is the base plate 7 , unlike in the 1 shown, move upwards. Then, a first layer of a stored in a memory, not shown, powdery starting material 10 on the base plate 7 applied. Optionally, with the aid of a distribution device, not shown, such as a wiper device, the starting material 10 evenly in the intended height on the base plate 7 be distributed. Subsequently, the laser exposes 2 the layer of the starting material 10 linear in the intended sections. These sections are defined in design data for the component to be manufactured, the design data being stored in an unillustrated control device for the device. The exposure melts the starting material 10 in the respective sections and solidifies with cooling, forming a more or less coherent, two-dimensional structure of solidified material.

Nachdem eine Schicht des Ausgangsmaterials 10 mit Hilfe des Lasers 2 abschnittsweise verfestigt wurde, wird die Grundplatte 7 einen definierten Weg abgesenkt und eine neue Schicht des Ausgangsmaterials 10 aufgetragen. Daraufhin wird das Ausgangsmaterial 10 wieder mittels des Laserstrahls abschnittsweise verfestigt, wobei sich die neue Schicht in den überdeckenden Abschnitten mit der darunter liegenden Schicht verbindet. Durch ein sukzessives Auftragen neuer Schichten des Ausgangsmaterials 10 und deren abschnittsweise Belichtung mittels des Lasers 2 kann so das dreidimensionale Bauteil 1 mit der vorgegebenen Form erzeugt werden.After a layer of the starting material 10 with the help of the laser 2 was solidified in sections, the base plate 7 lowered a defined path and a new layer of the starting material 10 applied. Then the starting material becomes 10 again solidified in sections by means of the laser beam, wherein the new layer connects in the overlapping sections with the underlying layer. By successive application of new layers of the starting material 10 and their sectionwise exposure by means of the laser 2 so can the three-dimensional component 1 be generated with the given shape.

Sofern der (kleinere der beiden) Winkel, den die Unterseite des auszubildenden Bauteils 1 mit der Vertikalen (Z-Richtung) einschließt, größer als ca. 45° ist, ist es notwendig, den entsprechenden Abschnitt mittels einer Stützstruktur 11 abzustützen. In Abschnitten, in denen die Unterseite des Bauteils 1 einen Winkel von ca. 45° oder kleiner mit der Vertikalen einschließt, ist eine solche Stützstruktur 11 regelmäßig nicht erforderlich und daher auch nicht vorgesehen. Die Stützstrukturen 11 werden ebenfalls durch schichtweises Verfestigen des Ausgangsmaterials 10 ausgebildet, wobei diese, anders als das Bauteil 1, nicht massiv, sondern in einer dreidimensionalen Gitterstruktur ausgebildet werden, um die Menge des für die Ausbildung der Stützstrukturen 11 zu verfestigenden Ausgangsmaterials 10 möglichst gering zu halten. Dabei kann vorgesehen sein, die Gitterstäbe der Gitterstruktur mit einem Querschnitt auszubilden, der sich aus der Belichtung mittels des Lasers ergibt, wenn dieser lediglich entlang einer Linie verfahrenen wird. Der Querschnittsdurchmesser kann daher in etwa dem Durchmesser des Laserstrahls entsprechen oder nur geringfügig größer sein.Unless the (smaller of the two) angles to the underside of the component to be formed 1 with the vertical (Z-direction) is greater than about 45 °, it is necessary to the corresponding section by means of a support structure 11 support. In sections where the bottom of the component 1 is an angle of about 45 ° or smaller with the vertical, is such a support structure 11 regularly not required and therefore not intended. The support structures 11 are also by layered solidification of the starting material 10 formed, this, unlike the component 1 , not solid, but formed in a three-dimensional lattice structure to the amount of for the formation of the support structures 11 to be solidified starting material 10 keep as low as possible. It can be provided to form the grid bars of the grid structure with a cross-section, which results from the exposure by means of the laser, if this is moved only along a line. The cross-sectional diameter can therefore be approximately equal to the diameter of the laser beam or only slightly larger.

Bei dem in der 1 gezeigten konventionellen Verfahren ist vorgesehen, dass die Stützstrukturen 11 jeweils von der Grundplatte 7 ausgehend bis zu dem Bauteil 1 ausgebildet werden. Ein entsprechendes, konventionelles Vorgehen ist auch bei dem in der 2 gezeigten, eine Überhangstruktur 12 aufweisenden Bauteil 1 vorgesehen. Nachteilig daran ist, dass das Volumen der Stützstruktur 11, insbesondere im Vergleich zu dem Volumen des herzustellenden Bauteils 1, groß ist. Große Stützstrukturen 11 sind dabei mit dem Nachteil behaftet, dass die für das Verfestigen der Stützstrukturen 11 erforderliche Belichtungszeit die Herstellung des Bauteils 1 verzögert und das verfestigte Material der Stützstrukturen 11 nicht oder nicht wirtschaftlich wiederverwendet werden kann und daher entsorgt werden muss. In der 2 ist auch gezeigt, dass es bei konventionellen Verfahren notwendig sein kann, die Stützstrukturen 11 ausgehend von einem bereits erstellten, sich unter der geplanten Überhangstruktur 12 befindlichen Abschnitt des Bauteils 1 ausgebildet werden muss. Dies kann ein aufwändiges Nachbearbeiten des entsprechenden Abschnitts des Bauteils 1 nach dem Entfernen der dortigen Stützstruktur 11 erforderlich machen.In the in the 1 shown conventional method is provided that the support structures 11 each from the base plate 7 starting up to the component 1 be formed. A corresponding, conventional procedure is also in the in the 2 shown, an overhang structure 12 having component 1 intended. The disadvantage of this is that the volume of the support structure 11 , in particular compared to the volume of the component to be produced 1 , is big. Great support structures 11 are associated with the disadvantage that for solidifying the support structures 11 required exposure time the manufacture of the component 1 delayed and the solidified material of the support structures 11 can not be reused or economically and must therefore be disposed of. In the 2 It is also shown that with conventional methods it may be necessary to use the support structures 11 starting from an already created, under the planned overhang structure 12 located portion of the component 1 must be trained. This can be a time-consuming reworking of the corresponding section of the component 1 after this Remove the local support structure 11 make necessary.

Unter Nutzung eines gattungsgemäßen Verfahrens, wie es anhand der 1 allgemein beschrieben ist, wird die Stützstruktur 11 erfindungsgemäß nicht ausgehend von der Grundplatte 7 oder einem unter der Überhangstruktur angeordneten Abschnitt des bereits ausgebildeten Bauteils 1 ausgebildet, sondern beginnt erst kurz unterhalb der Überhangstruktur 12 mit einer frei in dem (während der Herstellung mit pulverförmigem Material, danach mit Luft gefüllten) Raum angeordneten Unterseite. Dies ist für dasselbe Bauteil 1, wie es in der 2 dargestellt ist, in der 3 gezeigt. Dabei ist vorgesehen, die Unterseite der Stützstruktur 11 in einem Winkel von ca. 45° zur Vertikalen verlaufen zu lassen, was gerade noch ermöglicht, die Stützstruktur 11 herzustellen, ohne dass diese vollständig mittels einer eigenen (Hilfs-)Stützstruktur abgestützt werden müsste. Eine solche Hilfsstützstruktur 14 ist bei dem in der 3 dargestellten, erfindungsgemäß hergestellten Bauteil 1 zwar vorgesehen, diese dient aber primär dem Abführen der bei dem Belichten mittels des Lasers 2 eingebrachten Wärmeenergie in die Grundplatte 7. Notwendig kann dies sein, da das die Stützstruktur 11 umgebende pulverförmige Ausgangsmaterial 10 gut thermisch isolierend wirkt und daher nur sehr eingeschränkt als Wärmesenke dienen kann.Using a generic method, as it is based on the 1 is generally described, the support structure 11 not according to the invention starting from the base plate 7 or a portion of the already formed component arranged under the overhang structure 1 trained, but only begins just below the overhang structure 12 with a free in the (during production with powdered material, then filled with air) space arranged underside. This is for the same component 1 as it is in the 2 is shown in the 3 shown. It is provided, the underside of the support structure 11 at an angle of about 45 ° to the vertical, which just allows the support structure 11 without having to be completely supported by its own (auxiliary) support structure. Such an auxiliary support structure 14 is in the in the 3 represented, produced according to the invention component 1 Although provided, but this primarily serves the removal of the exposure by means of the laser 2 introduced heat energy in the base plate 7 , This may be necessary because this is the support structure 11 surrounding powdery starting material 10 good thermally insulating effect and therefore can serve only very limited as a heat sink.

Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, die Stützstruktur 11 ausgehend von einer ca. 45° geneigt zur Vertikalen angeordneten Hilfsstützplatte 15 auszubilden. Die Hilfsstützplatte 15 wird ebenfalls durch schichtweises Verfestigen des pulverförmigen Ausgangsmaterials 10 ausgebildet. Dabei kann die Hilfsstützplatte 15 massiv oder mit einer der Stützstruktur 11 und der Hilfsstützstruktur 14 entsprechenden Gitterstruktur, dann gegebenenfalls auch mit dieser oder diesen integral, ausgebildet werden. Die Hilfsstützplatte 15 kann sich dadurch auszeichnen, dass diese über die Überhangstruktur 12 des Bauteils 1 und damit auch über die für diese vorgesehene Stützstruktur 11 in horizontaler Richtung (Y-Richtung) übersteht.In the in the 3 embodiment shown is further provided, the support structure 11 starting from an approximately 45 ° inclined to the vertical auxiliary support plate 15 train. The auxiliary support plate 15 is also by layerwise solidification of the powdery starting material 10 educated. In this case, the auxiliary support plate 15 solid or with one of the support structure 11 and the auxiliary support structure 14 corresponding lattice structure, then possibly also with this or this integral, are formed. The auxiliary support plate 15 can be characterized by the fact that these over the overhang structure 12 of the component 1 and thus also on the intended support structure for this 11 protrudes in the horizontal direction (Y direction).

Dies ermöglicht, die Hilfsstützstruktur 15, die, um volumenmäßig so klein wie möglich ausgeführt werden zu können, diejenige Kante der Hilfsstützplatte 15 abstützen zu lassen, die den geringsten Abstand von der Grundplatte 7 aufweist. Dadurch kann beispielsweise bei einem Bauteil 1, bei dem sich unterhalb der gesamten Überhangstruktur 12 ein anderer Abschnitt dieses Bauteils 1 oder ein anderes, gleichzeitig herzustellendes Bauteil befindet, die Hilfsstützstruktur 15 so positioniert werden, dass diese ausgehend von der Grundplatte 7 ausgebildet werden kann. Ein aufwändiges Nachbearbeiten des entsprechenden Abschnitts des Bauteils 1 oder des anderen Bauteils nach dem Entfernen der Hilfsstützstruktur 15 kann dadurch vermieden werden.This allows the auxiliary support structure 15 which, in order to be able to be made as small as possible in terms of volume, that edge of the auxiliary support plate 15 to be supported, which is the shortest distance from the base plate 7 having. As a result, for example, in a component 1 , which is below the entire overhang structure 12 another section of this component 1 or another component to be produced simultaneously, the auxiliary support structure 15 be positioned so that these starting from the base plate 7 can be trained. A time-consuming reworking of the corresponding section of the component 1 or the other component after removal of the auxiliary support structure 15 can be avoided.

Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteils 1 ist kein Abschnitt des Bauteils 1 unterhalb der Überhangstruktur 12 angeordnet. In diesem Fall kann die Neigung der Hilfsstützplatte 15 und damit der Unterseite der Stützstruktur 11 auch umgekehrt werden und die wiederum an der den kürzesten Abstand zur Grundplatte 7 aufweisenden Kante angreifende Hilfsstützstruktur 14 unterhalb der Überhangstruktur 12 angeordnet werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann darin liegen, dass unterhalb der Hilfsstützplatte 15 ein Raum verbleibt, in dem zumindest teilweise ein anderes Bauteil, das gleichzeitig mit dem gezeigten Bauteil 1 hergestellt wird, angeordnet sein kann. Die auf der Grundfläche zur Herstellung von Bauteilen in einem Verfahrensdurchgang verfügbare Fläche kann dadurch besser ausgenutzt werden.In the in the 4 illustrated embodiment of a component produced by a method according to the invention 1 is not a section of the component 1 below the overhang structure 12 arranged. In this case, the inclination of the auxiliary support plate 15 and thus the underside of the support structure 11 also be reversed and in turn at the shortest distance to the base plate 7 having facing edge engaging auxiliary support structure 14 below the overhang structure 12 to be ordered. An advantage of this embodiment may be that below the auxiliary support plate 15 a space remains in which at least partially another component that is simultaneously with the component shown 1 is produced, can be arranged. This makes it possible to make better use of the area available on the base for producing components in a single pass.

Bei beiden, in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen ist vorgesehen, die schräg bezüglich der Vertikalen ausgerichtete Hilfsstützplatte 15 möglichst nah (in vertikaler Richtung) an der Unterseite 13 der Überhangstruktur 12 anzuordnen. Dadurch kann das Volumen der auszubildenden Stützstruktur 11 möglichst gering gehalten werden. Vorgesehen ist jedoch, ein Mindestabstand von ca. 3 mm zwischen der Oberseite der Hilfsstützplatte 15 und damit der Unterseite der Stützstruktur 11 und der Unterseite 12 der Überhangstruktur 12 einzuhalten. Dies soll ein nachträgliches Abtrennen der Stützstruktur 11 von dem Bauteil 1 mittels mechanischer Trennverfahren vereinfachen, ohne dass das Bauteil 1 beschädigt wird.In both, in the 3 and 4 illustrated embodiments is provided, the obliquely oriented relative to the vertical auxiliary support plate 15 as close as possible (in the vertical direction) at the bottom 13 the overhang structure 12 to arrange. This allows the volume of the support structure to be formed 11 be kept as low as possible. Provided, however, a minimum distance of about 3 mm between the top of the auxiliary support plate 15 and thus the underside of the support structure 11 and the bottom 12 the overhang structure 12 observed. This should be a subsequent separation of the support structure 11 from the component 1 simplify by mechanical separation processes, without the component 1 is damaged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bauteilcomponent
22
Laserlaser
33
Laserstrahllaser beam
44
Spiegelmirror
55
Behältniscontainer
66
Bauraumspace
77
Grundplattebaseplate
88th
Hubstempellifting ram
1010
Ausgangsmaterialstarting material
1111
Stützstruktursupport structure
1212
ÜberhangstrukturOverhang structure
1313
Unterseite der ÜberhangstrukturBottom of the overhang structure
1414
HilfsstützstrukturAuxiliary support structure
1515
HilfsstützplatteAuxiliary support plate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011005929 A1 [0005, 0006] DE 102011005929 A1 [0005, 0006]

Claims (7)

Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Bauteils (1) durch sukzessives Ausbilden von Schichten des Bauteils (1) ausgehend von einer Grundplatte (7), wobei das Bauteil (1) eine Überhangstruktur (12) aufweist, die mittels einer Stützstruktur (11) gestützt wird, wobei die Stützstruktur (11) nach dem Ausbilden des Bauteils (1) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (11) derart ausgebildet wird, dass diese oberhalb der Grundplatte (7) beginnt und die Unterseite der Stützstruktur schräg bezüglich der Vertikalen ausgerichtet ist.Method for producing a component in layers ( 1 ) by successively forming layers of the component ( 1 ) starting from a base plate ( 7 ), wherein the component ( 1 ) an overhang structure ( 12 ), which by means of a support structure ( 11 ), the support structure ( 11 ) after forming the component ( 1 ), characterized in that the support structure ( 11 ) is formed such that it above the base plate ( 7 ) and the underside of the support structure is oriented obliquely with respect to the vertical. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (11) derart ausgebildet wird, dass ihre Unterseite in einem Winkel ≤ 45° bezüglich der Vertikalen ausgerichtet ist.Method according to claim 1, characterized in that the supporting structure ( 11 ) is formed such that its underside is oriented at an angle ≤ 45 ° with respect to the vertical. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Grundplatte (7) eine die Stützstruktur (11) in einem Teilabschnitt abstützende Hilfsstützstruktur (14) ausgebildet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that starting from the base plate ( 7 ) one the support structure ( 11 ) Supporting substructure supporting auxiliary structure ( 14 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstützstruktur (14) ausschließlich von der Grundplatte aus ausgebildet wird.Method according to claim 3, characterized in that the auxiliary support structure ( 14 ) is formed exclusively from the base plate. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstützstruktur (14) derart ausgebildet wird, dass diese die Stützstruktur (11) in einem Teilabschnitt abstützt, der in einem möglichst kleinen Abstand zur Grundplatte (7) angeordnet ist.Method according to claim 3 or 4, characterized in that the auxiliary support structure ( 14 ) is formed such that it supports the support structure ( 11 ) is supported in a partial section, which is at the smallest possible distance to the base plate ( 7 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (11) ausgehend von einer Hilfsstützplatte (15) ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure ( 11 ) starting from an auxiliary support plate ( 15 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstützstruktur (14) und die Hilfsstützplatte (15) derart ausgebildet werden, dass die Hilfsstützstruktur (14) die Hilfsstützplatte (15) in horizontaler Richtung überragt.Method according to Claims 3 and 6, characterized in that the auxiliary support structure ( 14 ) and the auxiliary support plate ( 15 ) are formed such that the auxiliary support structure ( 14 ) the auxiliary support plate ( 15 ) projects in a horizontal direction.
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