DE102014005916A1 - Device for producing three-dimensional objects - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung 3 verfestigbaren pulverartigen Baumaterials 4 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, insbesondere SLS oder SLM Vorrichtung mit einem Gehäuse 5, in dem eine Prozesskammer 6 angeordnet ist, einer darin untergebrachten Baukammer 7, in welcher eine Tragevorrichtung 8 zum Tagen des Objekts 2 mit einem höhenverstellbaren Träger 9 angeordnet ist, einer Beschichtervorrichtung 12 zum Aufbringen von Schichten des Baumaterials 4 auf die Tragevorrichtung 8 oder eine zuvor gebildete Schicht, einer Dosiereinrichtung 11 zum Zuführen des Baumaterials 4 und einer Bestrahlungsvorrichtung 14 zum Bestrahlen von Schichten des Baumaterials 4 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, wobei die Bestrahlungsvorrichtung wenigstens einen verfahrbaren Scanner 17 umfasst, wobei wenigstens vier Scanner 17 über dem Baufeld 20 der Baukammer 7 derart angeordnet und verfahrbar sind, dass jede Stelle des Baufeldes 20 bedarfsweise mit der Strahlung aus wenigstens drei Scannern gleichzeitig belichtbar ist, wozu die Scanner aus einer über dem Baufeld liegenden Grundposition einzeln, gemeinsam, paarweise oder in Gruppen in eine außenmittige Belichtungs-Bedarfsposition in X-, und Y-Richtung im Wesentlichen parallel zum Baufeld und/oder höhenvariabel zum Baufeld, insbesondere in Z-Richtung verfahrbar angeordnet sind.The invention relates to a device 1 for producing three-dimensional objects 2 by sequentially solidifying layers of a pulverulent building material 4 solidifiable by means of radiation 3 at the locations corresponding to the respective cross-section of the object 2, in particular SLS or SLM device with a housing 5, in which a process chamber 6, a building chamber 7 accommodated therein, in which a carrying device 8 for holding the object 2 with a height-adjustable support 9 is arranged, a coating device 12 for applying layers of the building material 4 to the carrying device 8 or a previously formed layer, a metering device 11 for feeding the building material 4 and an irradiation device 14 for irradiating layers of the building material 4 at the locations corresponding to the respective cross-section of the object 2, wherein the irradiation device comprises at least one movable scanner 17, wherein weni at least four scanners 17 are arranged and movable over the construction field 20 of the construction chamber 7 such that each position of the construction field 20 can be exposed to the radiation from at least three scanners simultaneously if necessary, to which the scanners from a basic position lying above the construction field individually, jointly, in pairs or in groups in an out-of-plane exposure demand position in the X-, and Y-direction substantially parallel to the construction field and / or variable in height to the construction field, in particular in the Z-direction are arranged movable.

Description

Die Erfindung/Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren pulverartigen Baumaterials an dem den jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, insbesondere eine selektive Lasersinter-(SIS) oder Laserschmelzvorrichtung (SLM) mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention / innovation relates to a device for producing three-dimensional objects by successively solidifying layers of a radiation-hardenable powdery building material at the locations corresponding to the respective cross-section of the object, in particular a selective laser sintering (SIS) or laser melting device (SLM) with the further features of the preamble of claim 1.

Derartige Vorrichtungen weisen in der Regel ein Gehäuse auf, in dem eine Prozesskammer angeordnet ist. Im Boden der Prozesskammer ist eine angrenzende Baukammer vorgesehen, in der eine Tragevorrichtung zum Tragen eines Objektes mit einem höhenverstellbaren Träger angeordnet ist. Eine Beschichtervorrichtung dient zum Auftragen von Schichten des Baumaterials auf die Tragevorrichtung oder auf eine zuvor gebildete Schicht. Das Baumaterial ist in einer Dosiereinrichtung bevorratet und wird der Beschichtervorrichtung zugeführt.Such devices generally have a housing in which a process chamber is arranged. In the bottom of the process chamber an adjacent building chamber is provided, in which a carrying device for supporting an object is arranged with a height-adjustable support. A coater apparatus is for applying layers of the building material to the support or to a previously formed layer. The building material is stored in a metering device and is supplied to the coater.

Darüber hinaus ist eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Baumaterials in der Prozesskammer vorhanden, wobei die Schichten an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen belichtet werden. Die Bestrahlungsvorrichtung weist mehrere Scanner auf.In addition, an irradiation device is provided for irradiating layers of the building material in the process chamber, the layers being exposed at the locations corresponding to the respective cross section of the object. The irradiation device has a plurality of scanners.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 100 53 742 bekannt. Dort sind der oder die Scanner auf einer kreuzschlittenartigen Anordnung befestigt und können damit über dem Baufeld verfahren werden.Such a device is for example off DE 100 53 742 known. There, the scanner or scanners are mounted on a cross slide-like arrangement and can thus be moved over the construction field.

Bei der bekannten Vorrichtung ist jedem Scanner eine Laserlichtquelle zugeordnet.In the known device each scanner is associated with a laser light source.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 derart auszubilden, dass die Verfestigung einer Schicht optimiert, insbesondere beschleunigt durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Unteransprüche ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–15, Anspruch 16 beschreibt ein Verfahren, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden kann.The invention has the object of providing a device with the features of claim 1 in such a way that the solidification of a layer can be optimized, in particular accelerated. This object is solved by the characterizing features of claim 1. Advantageous subclaims emerge from the dependent claims 2-15, claim 16 describes a method that can be carried out with the device according to the invention.

Als Kern der Erfindung wird es angesehen, wenigstens vier Scanner über dem Baufeld der Baukammer vorzusehen und dabei derart anzuordnen und verfahrbar zu gestalten, dass jede Stelle des Baufeldes bedarfsweise mit der Strahlung aus wenigstens zwei Scannern, vorzugsweise drei Scannern gleichzeitig belichtet werden kann, wozu die Scanner aus einer über dem Baufeld z. B. gleichverteilten Grundposition einzeln, gemeinsam, paarweise oder in Gruppen in eine außermittige Belichtungs-Bedarfsposition verfahrbar sind. Die Verfahrbarkeit ist so gestaltet, dass die Scanner sowohl in X- und Y-Richtung, d. h. im Wesentlichen parallel über dem Baufeld verfahren werden können, aber auch bedarfsweise bezüglich ihrer Höhe über dem Baufeld verfahren werden können, z. B. in Z-Richtung, d. h. rechtwinklig zum Baufeld, wobei auch schräge Verfahrrichtungen der Scanner miteinbezogen sind, z. B. dann, wenn ein Scanner gleichzeitig in X- und/oder Y-Richtung sowie in Z-Richtung verfahren wird. Dies schließt auch ein, dass eine Verfahrachse zur Höhenverstellung über dem Baufeld grundsätzlich schräg angeordnet ist.As the core of the invention, it is considered to provide at least four scanners over the construction field of the construction chamber and thereby arrange and movable so that each point of the construction field can be exposed as needed with the radiation from at least two scanners, preferably three scanners simultaneously, including the Scanner from a above the construction field z. B. equally distributed basic position individually, together, in pairs or in groups in an off-center exposure demand position are movable. The traversability is designed so that the scanners in both the X and Y direction, d. H. can be moved substantially parallel to the construction field, but can also be moved as needed with respect to their height on the construction field, z. B. in the Z direction, d. H. at right angles to the construction field, whereby oblique Verfahrrichtungen the scanner are included, z. B. when a scanner is moved simultaneously in the X and / or Y direction and in the Z direction. This also includes that a travel axis for height adjustment on the construction field is basically arranged obliquely.

Der Erfindung liegt damit folgender Gedanke zugrunde:
In der Grundposition sind die Scanner zunächst über dem Baufeld z. B. gleich verteilt, d. h. die wenigstens vier Scanner sind z. B. zentral über vier ihnen zugeordneten Quadranten des Baufeldes angeordnet und können dort ihrer Belichtungsaufgabe nachkommen, sofern Belichtungstätigkeit in allen vier Quadranten erforderlich ist.
The invention is therefore based on the following idea:
In the basic position, the scanners are initially above the construction field z. B. evenly distributed, ie the at least four scanners are z. B. arranged centrally over four assigned to them quadrant of the construction field and can there fulfill their exposure task, if exposure activity in all four quadrants is required.

Verlagert sich aufgrund der Bauteilgeometrie nun die Belichtungstätigkeit in drei, zwei oder gar nur einen Quadranten des Baufeldes, dann sollen die vier Scanner entweder gemeinsam oder paarweise so verschiebbar sein, dass sie in eine Position gebracht werden können, wo beispielsweise die Scanner des ersten, des zweiten und des dritten Quadranten Belichtungsstellen im vierten Quadranten erreichen können, ohne mit Strahlen arbeiten zu müssen, die eine allzu große Winkelabweichung von einer senkrechten Linie zum Baufeld haben.If, due to the component geometry, the exposure activity now shifts to three, two or even only one quadrant of the construction field, then the four scanners should either be displaceable together or in pairs so that they can be brought into a position where, for example, the scanners of the first, the second and third quadrants can reach exposure points in the fourth quadrant without having to work with beams that have too great an angular deviation from a vertical line to the construction field.

Sobald Belichtungstätigkeit in weiteren Quadranten erforderlich ist, werden die Scanner einzeln, paarweise, in Gruppen oder gemeinsam in eine andere Position verfahren, wo sie die Belichtungsstellen ohne große Winkelabweichungen erreichen können. Wird beispielsweise dann wieder in allen vier Quadranten belichtet, dann wird eine gleich verteilte Grundposition zu bevorzugen sein und jeder Scanner bearbeitet Belichtungsstellen in dem ihm zugeordneten Quadranten. Zudem ist eine zusätzliche Höhenverfahrbarkeit wenigstens eines Scanners von Vorteil.Once exposure is required in further quadrants, the scanners are moved individually, in pairs, in groups, or together in a different position, where they can reach the exposure sites without large angular deviations. If, for example, then exposed again in all four quadrants, then an equally distributed basic position to be preferred and each scanner operates exposure points in its associated quadrant. In addition, an additional height mobility of at least one scanner is advantageous.

Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit der geschilderten Vorgehensweise wird eine erhebliche Beschleunigung der Bauverfahren erreicht. In ihren Baufeldabschnitten nicht benötigte Scanner können von dort abgezogen und als Zusatzscanner in einem anderen Quadranten zusammen mit wenigstens einem anderen Scanner eingesetzt werden, ggf. an Stellen, die relativ nahe beieinander liegen, sofern dies aus thermischen Gründen sinnvoll ist.By this device according to the invention in conjunction with the described approach, a significant acceleration of the construction process is achieved. Scanners that are not needed in their construction field sections can be removed from there and used as additional scanners in another quadrant together with at least one other scanner, possibly at locations that are relatively close to each other, if this makes sense for thermal reasons.

Hinsichtlich der Montage und der Verfahrbarkeit der Scanner gibt es mehrere Möglichkeiten; z. B. ist es denkbar, dass wenigstens zwei der wenigstens vier Scanner immer den gleichen Abstand aufweisen und gemeinsam verfahrbar sind. Dies bedeutet, dass die Scanner paarweise auf einem Scannerträger montiert sind. Die Scannerträger können dann gesondert verfahren werden. Es ist aber auch möglich, dass die wenigstens vier Scanner gemeinsam über dem Baufeld angeordnet und verfahrbar sind, wobei die unverfahrene Grundposition der Scanner jeweils einem zentral unter ihnen liegenden Abschnitt des Baufelds, d. h. einem Quadranten im Falle von vier Scannern zugeordnet ist. There are several possibilities with regard to the mounting and traversability of the scanners; z. B. it is conceivable that at least two of the at least four scanners always have the same distance and are movable together. This means that the scanners are mounted in pairs on a scanner carrier. The scanner carrier can then be moved separately. However, it is also possible for the at least four scanners to be arranged and moved together over the construction field, wherein the unconstrained basic position of the scanners is respectively assigned to a section of the construction field located centrally below them, ie to a quadrant in the case of four scanners.

Grundsätzlich ist es möglich, jeden Einzelscanner oder Scannerträger mit einer linearen Verschiebung in X-, Y- und Z-Richtung auch um eine Hochachse zu verdrehen. Dies erhöht den Freiheitsgrad des Scanners oder der auf einem Träger montierten Scanner und damit die Einsatzmöglichkeiten der Scanner in unterschiedlichen Bereichen des Baufeldes. Grundsätzlich ist es auch möglich, die wenigstens zwei Scannerträger um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar zu lagern und ggf. auch in X- und Y-Richtung zu verschieben. Gleiches gilt für nur einen Scannerträger für alle (vier) Scanner, auch dieser kann sowohl in X- und Y-Richtung verfahrbar als auch um eine vertikale Achse verdrehbar gelagert sein. Wenn von einer X- und Y-Richtung gesprochen wird, so sind dies zwei Koordinaten, die frei über dem Baufeld definierbar sind und eine im Wesentlichen horizontale Verschiebung der Scanner definieren.In principle, it is possible to rotate each individual scanner or scanner carrier with a linear displacement in the X, Y and Z directions also about a vertical axis. This increases the degree of freedom of the scanner or the scanner mounted on a carrier and thus the possibilities of using the scanner in different areas of the construction field. In principle, it is also possible for the at least two scanner carriers to be mounted rotatably about a common axis of rotation and possibly also to be displaced in the X and Y directions. The same applies to only one scanner carrier for all (four) scanners, this also can be moved both in the X and Y directions as well as rotatable about a vertical axis. When talking about an X and Y direction, these are two coordinates which are freely definable over the construction field and define a substantially horizontal displacement of the scanners.

Eine weitere Erhöhung der Einsatzbereiche ergibt sich dann, wenn jeder in X/Y- und Z-Richtung verfahrbare und/oder um eine Vertikale Achse verdrehbare Scanner(träger) zusätzlich aus einer Horizontalstellung in eine verkippte Schrägstellung verschwenkbar ist. Dann können z. B. mehrere Scanner alleine durch Verkippen in einen äquidistanten Abstand zu einer Verfestigenden Stelle auf dem Baufeld gebracht werden. Auch kann ein schräger Einfall der Strahlung auf das Baufeld in Sonderfällen von Vorteil sein.A further increase of the fields of application results when each in X / Y and Z-direction movable and / or rotatable about a vertical axis scanner (carrier) is additionally pivotable from a horizontal position into a tilted inclined position. Then z. B. several scanners are brought by tilting alone in an equidistant distance to a solidifying point on the construction field. An oblique incidence of the radiation on the construction field may also be advantageous in special cases.

Mehrere Scanner können von einem gemeinsamen Laser mit Laserstrahlung versorgt werden, wozu entsprechende Strahlteilung eingesetzt wird. Der Laser kann dann auf dem Scannerträger montiert und mit diesem verfahren und ggf. verschwenkt werden. Natürlich ist es auch möglich, die Scanner mit dem Ausgang eines oder mehrerer Laser mit optischen Faserleitern zu verbinden.Several scanners can be supplied with laser radiation from a common laser using appropriate beam splitting. The laser can then be mounted on the scanner carrier and moved with this and possibly pivoted. Of course, it is also possible to connect the scanners to the output of one or more lasers with optical fiber guides.

Der maximale Verschiebeweg eines Scannerträgers soll derart bemessen und steuerbar sein, dass alle auf dem Scannerträger montierten Scanner zu einem im Randbereich des Baufeldes angeordneten Belichtungspunkt den gleichen Abstand aufweisen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein gemeinsamer Scannerträger so verfahren wird, dass von vier darauf montierten Scannern wenigstens einer soweit verfahren wird, dass er in einem Bereich außerhalb des Baufeldes über diesem angeordnet ist und von dort aus quasi zurück auf das Baufeld den Randbereich bestrahlt.The maximum displacement of a scanner carrier should be dimensioned and controllable such that all scanners mounted on the scanner carrier have the same distance to an exposure point arranged in the edge region of the construction field. In other words, this means that a common scanner carrier is moved so that at least one of four scanners mounted thereon is moved so far that it is arranged in an area outside the construction field above it and from there virtually irradiates the edge region back onto the construction field ,

In Weiterbildung der Erfindung ist es mit Vorteil möglich, auch einzelne Scanner auf einem insgesamt verschiebbaren Scannerträger zueinander bezüglich ihres Abstandes verschiebbar höhenverstellbar oder verschwenkbar anzuordnen.In a further development of the invention, it is advantageously possible to arrange even individual scanners on a total of displaceable scanner carrier with respect to their distance displaceable height adjustable or pivotable.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren geschützt, das die Vorrichtung nach Anspruch 1 verwendet und folgende Verfahrensschritte aufweist:
Zunächst wird die Verteilung der zu verfestigenden Baumaterialabschnitte auf dem Baufeld innerhalb der nächsten Schicht oder Schichten bestimmt, sodann erfolgt eine gemeinsame Verschiebung mehrerer Scanner oder aller Scanner über einen Abschnitt des Baufeldes, der die größte Dichte an zu verfestigendem Baumaterialabschnitten aufweist derart, dass die zu verfestigen Baumaterialabschnitte gleichzeitig durch mehrere Scanner bearbeitet werden können und sodann Rückführung der Scanner in eine über dem Baufeld gleich verteilte Grundposition oder eine neue Verschiebungsposition. Insbesondere wird die Grundposition dann angewählt, wenn nachfolgend zu verfestigende Abschnitte auf dem Baufeld verteilt angeordnet sind, d. h. dass wenigstens ein zu verfestigender Abschnitt in jedem Quadranten des Baufeldes vorhanden ist, wenn dem Baufeld Scanner zugeordnet sind.
In a development of the invention, a method is protected which uses the device according to claim 1 and has the following method steps:
First, the distribution of the building material sections to be solidified on the construction field within the next layer or layers is determined, then a common displacement of multiple scanners or all scanners over a portion of the construction field, which has the highest density of building material sections to be consolidated such that the solidify Building material sections can be processed simultaneously by multiple scanners and then return the scanner in an over the construction field evenly distributed base position or a new shift position. In particular, the basic position is selected when subsequently to be solidified sections are distributed on the construction field, ie that at least one section to be solidified in each quadrant of the construction field is present when the building site scanners are assigned.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:The invention is explained in more detail with reference to an embodiment in the drawing figures. These show:

1 eine schematische Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten nach dem Stand der Technik; 1 a schematic device for the production of three-dimensional objects by successive solidification of layers according to the prior art;

2 eine schematische Draufsicht auf ein Baufeld mit einem darüber angeordneten plattenartigen Scannerträger mit vier Scannern in Grundposition und in einer verschobenen Belichtungsbedarfsposition; 2 a schematic plan view of a construction field with an overlying plate-like scanner carrier with four scanners in basic position and in a shifted exposure demand position;

3 eine schematische Draufsicht auf ein Baufeld mit zwei Scannerträgern mit vier Scannern in Grundposition und in einer verschobenen Belichtungsbedarfsposition; 3 a schematic plan view of a construction site with two scanner carriers with four scanners in basic position and in a shifted exposure demand position;

3a3c Ansichten, bei welchen die beiden Scannerträger in ihrer Längsrichtung zueinander verschoben oder verschwenkt sind. 3a - 3c Views in which the two scanner carrier are shifted or pivoted in their longitudinal direction to each other.

4 eine schematische Darstellung von sechs Scannern, die auf drei Scannerträgern montiert sind, wobei die Scannerträger in X- und Y-Richtung horizontal verschiebbar und zusätzlich um eine gemeinsame Schwenkachse verschwenkbar sind; 4 a schematic representation of six scanners, which are mounted on three scanner carriers, wherein the scanner carrier in the X and Y directions are horizontally displaceable and additionally pivotable about a common pivot axis;

5 eine schematische Darstellung eines plattenartigen Scannerträgers mit vier Scannern, die in X- und Y-Richtung horizontal verfahrbar und zudem in eine Schrägstellung verkippt ist. 5 a schematic representation of a plate-like scanner carrier with four scanners, which is horizontally movable in the X and Y directions and also tilted in an inclined position.

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung 3 verfestigbaren pulverartigen Baumaterials 4 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 5 aufweist, in dem eine Prozesskammer 6 angeordnet ist am Boden Prozesskammer 6 ist eine Baukammer 7 angeschlossen, in welcher eine Tragevorrichtung 8 mit einem höhenverstellbaren Träger 9 untergebracht ist. Auf der Trägervorrichtung 8 befindet sich entweder unmittelbar oder getrennt durch eine nicht näher dargestellt Bauplatte das pulverartige Baumaterial 4. Die Tragevorrichtung 8 umfasst einen z. B. als Spindel 10 ausgebildeten Vertikalantrieb, mit welchem der Träger 9 angehoben und abgesenkt werden kann.In 1 Fig. 1 schematically shows a prior art device for producing three-dimensional objects 2 by successively solidifying layers of one by means of radiation 3 solidifiable powdery building material 4 at the respective cross section of the object 2 represented corresponding points, wherein the device 1 a housing 5 in which a process chamber 6 is arranged at the bottom process chamber 6 is a construction chamber 7 connected, in which a carrying device 8th with a height-adjustable support 9 is housed. On the carrier device 8th is located either directly or separately through a building board, not shown, the powdery building material 4 , The carrying device 8th includes a z. B. as a spindle 10 trained vertical drive, with which the carrier 9 can be raised and lowered.

Das Baumaterial 4 wird von einer neben der Baukammer 7 angeordneten Dosiereinrichtung 11 mittels einer Beschichtervorrichtung 12 schichtweise auf die Tragevorrichtung oder eine zuvor gebildete Schicht im Bereich der Baukammer aufgetragen. Dazu weist die Beschichtervorrichtung 12 eine horizontal verfahrbare Beschichterklinge 13 auf, die von der Oberfläche der Dosiereinrichtung 11 Baumaterial 4 aufnimmt und nach links transportiert und im Bereich der Baukammer 7 als Schicht ablegt. Es sei angemerkt, dass auch andere Dosiereinrichtungen und Beschichtereinrichtungen im Rahmen der Erfindung möglich sind, z. B. Siebbeschichter und dgl., die aus einer darüber angeordneten Dosiereinrichtung gespeist werden.The building material 4 is from one next to the building chamber 7 arranged metering device 11 by means of a coater device 12 Layer by layer applied to the support device or a previously formed layer in the region of the building chamber. For this purpose, the coater device 12 a horizontally movable coater blade 13 on top of the surface of the dosing device 11 building materials 4 picks up and transports to the left and in the area of the building chamber 7 as a layer deposits. It should be noted that other metering devices and coating devices are possible within the scope of the invention, for. As Siebbeschichter and the like., Which are fed from a metering device arranged above.

Die Verfestigung des Baumaterials 4 erfolgt über eine Bestrahlungseinrichtung, 14 die die Schichten aus Baumaterial 4 auf- oder anschmilzt und dadurch in Folge eines Schmelz- und Abkühlprozesses verfestigt. Die Bestrahlungsvorrichtung 14 besteht im Wesentlichen aus einem Laser 15, dessen Strahl 16 über einen Scanner 17 mit in der Regel zwei beweglichen Spiegeln abgelenkt wird und als Strahlung 3 gegen die Oberfläche des Baumaterials 4 gelenkt wird.The consolidation of the building material 4 via an irradiation device, 14 the layers of building material 4 or melts and thereby solidified as a result of a melting and cooling process. The irradiation device 14 consists essentially of a laser 15 whose ray 16 via a scanner 17 With usually two moving mirrors is deflected and called radiation 3 against the surface of the building material 4 is steered.

Darüber hinaus ist eine Gaseindüsung 18 vorgesehen, mit welcher ein Gasstrom in die Prozesskammer 6 eingedüst wird, und über die Bauebene 19 geführt und auf der gegenüberliegenden Seite der Prozesskammer 6 abgesaugt wird.In addition, a gas injection 18 provided with which a gas flow into the process chamber 6 is injected, and over the construction level 19 guided and on the opposite side of the process chamber 6 is sucked off.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Scanner 17, deren Verfahrbarkeit und Anordnung auf Scannerträgern.The present invention particularly relates to the scanners 17 , their mobility and arrangement on scanner carriers.

In Zeichnungsfigur 2 ist schematisch in Draufsicht von oben ein Baufeld 20 der Baukammer 7 dargestellt, wobei vier Scanner 17a – d gemeinsam auf einem Scannerträger 24 montiert sind, sodass sich die Scanner 17a17d im wesentlichen zentral über den Ihnen zugeordneten Quadranten 26a26d befinden. Mit Bezugsziffer 22 ist der Scannerträger 24, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine plattenartige Form hat, jedoch beliebig ausgeführt sein kann, z. B. in Gitterbauweise, als Rahmen, als einzelne Leisten und dgl. in der Grundposition, mit Bezugsziffer 23 ist eine Belichtungsbedarfsposition dargestellt, in die der Scannerträger 24 verfahren ist, sodass die Scanner 17a17c z. B. problemlos und gemeinsam einen zu belichtenden Bereich 27 auf dem Baufeld erreichen können. Alle vier Scanner 17 können dann diesen Bereich 27 bearbeiten, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird. Es ist natürlich möglich, dass der Bereich 27 größer ist und eine Mehrzahl von einzelnen zu belichtenden Unterbereichen aufweist, die dann von den Scannern bedarfsweise belichtet werden.In drawing figure 2 is a schematic plan view from above a construction field 20 the construction chamber 7 shown, with four scanners 17a - d together on a scanner carrier 24 are mounted, so that the scanner 17a - 17d essentially centrally over the quadrant assigned to you 26a - 26d are located. With reference number 22 is the scanner carrier 24 , which in the embodiment according to 2 has a plate-like shape, but may be arbitrary, z. B. in lattice construction, as a frame, as individual strips and the like. In the basic position, with reference numeral 23 an exposure demand position is shown in which the scanner carrier 24 procedure, so the scanners 17a - 17c z. B. easily and together a field to be exposed 27 can reach on the construction field. All four scanners 17 then can this area 27 edit, which increases the processing speed. It is of course possible that the area 27 is larger and has a plurality of individual sub-areas to be exposed, which are then exposed as needed by the scanners.

Beim Verfahren des Scannerträgers 24 von der Grundposition 22 in die Belichtungsbedarfsposition 23 verlagert sich das Zentrum 25 des Scannerträgers 24 in die Position 25', die in diesem gezeigten Falle über dem zu belichtenden Bereich 27 liegt.When moving the scanner carrier 24 from the basic position 22 in the exposure demand position 23 the center shifts 25 of the scanner carrier 24 in the position 25 ' in this case shown above the area to be exposed 27 lies.

Ist beispielsweise im Quadranten 26b noch ein Bereich 27b zu belichten, wird es zweckmäßig sein, dass der Scannerträger mit seinem Zentrum 25' in eine Position verfahren wird, die etwas weiter rechts liegt, sodass der Scanner 17d im Bereich 27b belichten kann.Is for example in the quadrant 26b another area 27b To expose, it will be appropriate that the scanner carrier with its center 25 ' will move to a position slightly further to the right, so the scanner 17d in the area 27b can expose.

Die Position des Scannerträgers 24 wird bedarfsweise abhängig von der Lage der zu belichtenden Bereiche auf dem Baufeld 20 gesteuert.The position of the scanner carrier 24 is required, depending on the location of the areas to be exposed on the construction field 20 controlled.

In Zeichnungsfigur 3 sind vier Scanner 17a17d auf zwei Scannerträgern 24a24b angeordnet, die beiden Scannerträger 24a und 24b können hinsichtlich ihres Abstandes 30 verlagert werden, d. h. sie können einen geringeren Abstand 30' einnehmen, es ist aber auch möglich, dass die beiden Scannerträger parallel so verschoben werden, wie dies in 3a dargestellt ist.In drawing figure 3 are four scanners 17a - 17d on two scanner carriers 24a - 24b arranged, the two scanner carrier 24a and 24b can in terms of their distance 30 they can be relocated, ie they can have a smaller distance 30 ' However, it is also possible that the two scanner carrier are moved in parallel, as in 3a is shown.

Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass alle Scannerträger 24 auch um eine Vertikalachse verdrehbar angeordnet sein können, d. h. z. B. die Scannerträger 24a und 24b eine Position einnehmen können, wie sie in 3b dargestellt ist.In addition, it should be noted that all scanner carriers 24 can also be arranged rotatable about a vertical axis, ie, for example, the scan support 24a and 24b can take a position as they are in 3b is shown.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Scannerträger 24a sich ganz oder teilweise überkreuzen, so wie dies in 3c dargestellt ist. Dazu können die Scannerträger 24a und 24b in geringfügig unterschiedlichen Ebenen in dem Bauraum angeordnet werden.In principle, it is also possible that the scanner carrier 24a to cross in whole or in part, as in 3c is shown. These can be the scanner carrier 24a and 24b be arranged in slightly different levels in the space.

Zu den 3 sei noch angemerkt, dass die Scannerträger 24a und 24b mit den darauf angeordneten Scannern 17a17d sowohl in X- als auch in Y-Richtung horizontal über dem Baufeld verfahren werden können als auch um Ihre Drehachsen verdreht werden können. Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, die Scannerträger aus der Horizontalen heraus zu verschwenken, damit die Scanner in einem Bereich 17 in eine optimale Position gebracht werden können.To the 3 It should be noted that the scanner carrier 24a and 24b with the scanners thereon 17a - 17d Both in the X and in the Y direction can be moved horizontally above the site as well as can be rotated around their axes of rotation. In addition, it is within the scope of the invention to pivot the scanner carrier out of the horizontal, so that the scanner in one area 17 can be brought into an optimal position.

In 4 sind Scannerträger 24a, 24b und 24c dargestellt, die z. B. auf einer gemeinsamen Drehachse in ihrem Zentrum 25 angeordnet sind. Selbstverständlich kann auch das Zentrum mit der gemeinsamen Drehachse in X- und Y-Richtung verfahren. Selbstverständlich kann auch das Zentrum mit der gemeinsamen Drehachse in X- und Y-Richtung verfahren werden. Auch eine Verschwenkung dieser drei dargestellten Scannerträger ist möglich. Natürlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, nur zwei Scannerträger auf einer gemeinsamen Drehachse anzuordnen und gemeinsam in X- und Y-Richtung zu verschieben.In 4 are scanner carriers 24a . 24b and 24c shown, the z. B. on a common axis of rotation in its center 25 are arranged. Of course, the center can also be moved with the common axis of rotation in the X and Y directions. Of course, the center can be moved with the common axis of rotation in the X and Y directions. A pivoting of these three illustrated scanner carrier is possible. Of course, it is also within the scope of the invention to arrange only two scanner carrier on a common axis of rotation and to move together in the X and Y directions.

In 5 ist noch dargestellt, wie ein plattenartiger Scannerträger 24 sowohl in X- und Y-Richtung verschoben werden kann, wozu die sich kreuzenden Pfeile beim Zentrum 25 des Scannerträgers 24 dargestellt sind. Außerdem kann der Scannerträger 24 aus der gezeigten Horizontallage in eine Schräglage verschwenkt werden, beispielsweise durch Verkippen um eine Achse 40 des Scannerträgers, sodass der Scannerträger gegenüber der Horizontallage einen Winkel α einschließt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den Scannerträger auch um eine Achse 41 zu verkippen, was allerdings in Zeichnungsfigur 5 nur angedeutet, aber nicht im Einzelnen dargestellt ist. Durch das Verkippen um die Achse 40 können alle vier Scanner in einen im Wesentlichen äquidistanten Abstand zu einem Bereich 27 auf dem Baufeld 20 gebracht werden, ohne den Scannerträger 24 in Horizontalrichtung zu verfahren. Eine derartige Schrägstellung kann in Sonderfällen günstig sein, um möglichst schnell kritisch liegende Bereiche 27 auf dem Baufeld zu erreichen, außerdem kann durch einen Schrägeinfall ein Nachbelichtungsvorgang optimiert werden, beispielsweise um eine Oberfläche zu glätten, sofern z. B. bereits das Pulver entnommen ist.In 5 is still shown as a plate-like scanner carrier 24 can be moved in both the X and Y direction, including the crossing arrows at the center 25 of the scanner carrier 24 are shown. In addition, the scanner carrier 24 be pivoted from the horizontal position shown in an inclined position, for example by tilting about an axis 40 the scanner carrier, so that the scanner carrier with respect to the horizontal position forms an angle α. Additionally or alternatively, it is also possible for the scanner carrier to be around an axis 41 to tilt, which, however, in drawing figure 5 only hinted but not shown in detail. By tilting around the axis 40 All four scanners can be in a substantially equidistant distance to an area 27 on the construction field 20 be brought without the scanner carrier 24 to move in the horizontal direction. Such an inclination can be favorable in special cases, as quickly as possible critical areas 27 can be achieved on the construction field, also can be optimized by an oblique incidence, a Nachbelichtungsvorgang, for example, to smooth a surface, if z. B. already taken the powder.

Grundsätzlich ist es möglich, den Laser 15 auf einem Scannerträger 24 zu installieren, sodass die Strahlführung zu den Scannern 17a17d mit hoher Präzision durchgeführt werden kann.Basically it is possible to use the laser 15 on a scanner carrier 24 to install, so that the beam guidance to the scanners 17a - 17d can be performed with high precision.

Die Erfindung ist nicht auf vier Scanner beschränkt, sondern umfasst auch eine größere Anzahl von Scannern, die auf einer größeren Anzahl von Scannerträgern montiert sein können, als in den Zeichnungsfiguren dargestellt. Bedeutungsvoll für die Erfindung ist, dass in einer Grundstellung gleichverteilte Scanner aus dieser Grundstellung herausgefahren werden können und bedarfsweise paarweise zu dritt zu viert oder in einer größeren Mehrzahl dort auf dem Baufeld eingesetzt werden können, wo sie gerade für eine Beschleunigung und Intensivierung des Bauprozesses gebraucht werden. Eine Optimierung der Position der Mehrzahl der Scanner über dem Baufeld wird abhängig davon errechnet, wie die zu belichtenden Bereiche 27 auf dem Baufeld verteilt sind. Durch Verschiebung und/oder Verdrängung oder Verschwenkung der Scannerträger gegenseitig oder um eine Horizontalachse können die Scanner optimal in Position gebracht werden, sodass sich bei Auswahl einer Mehrscanner-Belichtungsstrategie der Bauprozess wesentlich beschleunigt.The invention is not limited to four scanners, but also includes a larger number of scanners that can be mounted on a larger number of scanner carriers than shown in the drawing figures. Significant for the invention is that in a basic position equally distributed scanner can be moved out of this basic position and, if necessary, in pairs of three or four in a larger majority there on the construction field can be used where they are currently needed for acceleration and intensification of the construction process , An optimization of the position of the majority of scanners over the construction field is calculated depending on how the areas to be exposed 27 are distributed on the construction field. By displacement and / or displacement or pivoting of the scanner carrier each other or about a horizontal axis, the scanner can be optimally positioned in position, so that significantly accelerates the construction process when selecting a multi-scanner exposure strategy.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Objektobject
33
Strahlungradiation
44
Baumaterialbuilding materials
55
Gehäusecasing
66
Prozesskammerprocess chamber
77
BaukammerConstruction Chamber
88th
Tragevorrichtungcarrying device
99
Trägercarrier
1010
Spindelspindle
1111
Dosiereinrichtungmetering
1212
BeschichtervorrichtungBeschichtervorrichtung
1313
Beschichterklingeapplication blade
1414
Bestrahlungsvorrichtungirradiator
1515
Laserlaser
1616
Strahlbeam
1717
Scannerscanner
1818
Gaseindüsunggas injection
2020
BaufeldBaufeld
2222
Grundpositionbasic position
2323
BelichtungsbedarfspositionExposure required position
2424
Scannerträgerscan support
2525
Zentrumcenter
2626
Quadrantquadrant
2727
BereichArea
3030
Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10053742 [0004] DE 10053742 [0004]

Claims (16)

Vorrichtung (1) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (2) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung (3) verfestigbaren pulverartigen Baumaterials (4) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, insbesondere SLS oder SLM Vorrichtung mit – einem Gehäuse (5), in dem eine Prozesskammer (6) angeordnet ist, – einer darin untergebrachten Baukammer (7), in welcher eine Tragevorrichtung (8) zum Tagen des Objekts (2) mit einem höhenverstellbaren Träger (9) angeordnet ist, – einer Beschichtervorrichtung (12) zum Aufbringen von Schichten des Baumaterials (4) auf die Tragevorrichtung (8) oder eine zuvor gebildete Schicht, – einer Dosiereinrichtung (11) zum Zuführen des Baumaterials (4) und – einer Bestrahlungsvorrichtung (14) zum Bestrahlen von Schichten des Baumaterials (4) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, wobei die Bestrahlungsvorrichtung wenigstens einen verfahrbaren Scanner (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Scanner (17) über dem Baufeld (20) der Baukammer (7) derart angeordnet und verfahrbar sind, dass jede Stelle des Baufeldes (20) bedarfsweise mit der Strahlung aus wenigstens drei Scannern gleichzeitig belichtbar ist, wozu die Scanner aus einer über dem Baufeld liegenden Grundposition einzeln, gemeinsam, paarweise oder in Gruppen in eine außenmittige Belichtungs-Bedarfsposition in X- und Y-Richtung im Wesentlichen parallel zum Baufeld und/oder höhenvariabel zum Baufeld, insbesondere in Z-Richtung verfahrbar angeordnet sind.Contraption ( 1 ) for producing three-dimensional objects ( 2 ) by successively solidifying layers of one by means of radiation ( 3 ) solidifiable powdery building material ( 4 ) at the respective cross section of the object ( 2 ), in particular SLS or SLM device, comprising - a housing ( 5 ), in which a process chamber ( 6 ), - a building chamber housed therein ( 7 ) in which a carrying device ( 8th ) to the day of the object ( 2 ) with a height-adjustable support ( 9 ), - a coating device ( 12 ) for applying layers of the building material ( 4 ) on the carrying device ( 8th ) or a previously formed layer, - a metering device ( 11 ) for supplying the building material ( 4 ) and - an irradiation device ( 14 ) for irradiating layers of the building material ( 4 ) at the respective cross section of the object ( 2 ), wherein the irradiation device comprises at least one movable scanner ( 17 ), characterized in that at least four scanners ( 17 ) above the construction field ( 20 ) of the building chamber ( 7 ) are arranged and moved such that each point of the construction field ( 20 ), if necessary, with the radiation from at least three scanners simultaneously exposable, including the scanner from a lying above the building site basic position individually, together, in pairs or in groups in an outdoor exposure demand position in the X and Y direction substantially parallel to the building field and / or variable in height to the construction field, in particular arranged to be movable in the Z direction. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der wenigstens vier Scanner (17) einen konstanten Abstand aufweisen und gemeinsam verfahrbar sind.Device according to claim 1, characterized in that at least two of the at least four scanners ( 17 ) have a constant distance and are movable together. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens vier Scanner (17) gemeinsam verfahrbar über dem Baufeld (20) angeordnet sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the at least four scanners ( 17 ) can be moved together over the construction field ( 20 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens vier Scanner (17) in der unverfahrenen Grundposition jeweils einem zentral unter ihnen liegenden Abschnitt des Baufelds (20) zugeordnet sind.Device according to one of claims 1-3, characterized in that the at least four scanners ( 17 ) in the unprocessed basic position in each case a centrally located section of the construction field ( 20 ) assigned. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens vier Scanner (17) auf wenigstens zwei gesonderten Scannerträgern (24) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least four scanners ( 17 ) on at least two separate scanner carriers ( 24 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scannerträger (24) gegenseitig verfahrbar sind.Apparatus according to claim 5, characterized in that the at least two scanner carrier ( 24 ) are mutually movable. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstes zwei Scannerträger (24) auf Drehachsen gelagert und durch Verdrehung verfahrbar sind.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the least two scanner carrier ( 24 ) are mounted on axes of rotation and can be moved by rotation. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scannerträger (24) sowohl um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar als auch in X-/Y-Richtung verfahrbar sind.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the at least two scanner carrier ( 24 ) are both about a common axis of rotation rotatable and movable in the X / Y direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Scanner (17) auf einem gemeinsamen Scannerträger (24) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that all the scanners ( 17 ) on a common scanner carrier ( 24 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Scannerträger (24) sowohl in XY-Richtung verfahrbar als auch um eine vertikale Achse verdrehbar gelagert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one scanner carrier ( 24 ) Is mounted both in the XY direction movable and rotatable about a vertical axis. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder verfahrbare und/oder um eine vertikale Achse verdrehbare Scannerträger (24) zusätzlich aus einer Horizontalstellung in eine verkippte Schrägstellung verschwenkbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that each movable and / or rotatable about a vertical axis scanner carrier ( 24 ) is additionally pivotable from a horizontal position in a tilted inclination. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Scanner (17) von einem gemeinsamen Laser (15) mit Laserstrahlung versorgt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of scanners ( 17 ) from a common laser ( 15 ) are supplied with laser radiation. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (15) auf dem Scannerträger (24) montiert und mit diesem verfahrbar und gegebenenfalls verschwenkbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser ( 15 ) on the scanner carrier ( 24 ) is mounted and with this movable and optionally pivotable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Verschiebeweg eines Scannerträgers (24) derart steuerbar ist, dass alle auf dem Scannerträger (24) montierten Scanner (17) zu einem in einem Randbereich des Baufeldes (20) angeordneten Belichtungspunkt den gleichen Abstand aufweisen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum displacement of a scanner carrier ( 24 ) is controllable so that all on the scanner carrier ( 24 ) mounted scanner ( 17 ) to a in an edge region of the construction field ( 20 ) have the same distance. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Scanner (17) auf einem insgesamt verschiebbaren Scannerträger (24) zueinander bezüglich ihres Abstandes verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that individual scanners ( 17 ) on a total of displaceable scanner carrier ( 24 ) are arranged with respect to each other with respect to their displaceable displaceable, rotatable or pivotable. Verfahren 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 unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bestimmung der Verteilung der zu verfestigenden Baumaterialabschnitte auf dem Baufeld (20), – gemeinsame Verschiebung mehrerer Scanner (17) über einen Abschnitt des Baufeldes (20), der die größte Dichte an zu verfestigenden Baumaterialabschnitten aufweist derart, dass die zu verfestigenden Baumaterialabschnitte gleichzeitig durch mehrere Scanner (17) bearbeitbar sind und – gegebenenfalls Rückführung der Scanner (17) in eine über dem Baufeld (30) insbesondere gleich verteilte Grundposition für den Fall, dass nachfolgend zu verfestigende Abschnitte auf dem Baufeld (20) verteilt angeordnet sind. Method for producing three-dimensional objects by successively solidifying layers of a radiation-hardenable powdery building material at the locations corresponding to the respective cross section of the object using a device according to claim 1, characterized by the following method steps: determining the distribution of the building material sections to be solidified on the construction field ( 20 ), - common movement of multiple scanners ( 17 ) over a section of the construction field ( 20 ), which has the greatest density of building material sections to be consolidated such that the building material sections to be consolidated are simultaneously exposed by a plurality of scanners ( 17 ) are editable and - if necessary, return the scanner ( 17 ) in one above the construction field ( 30 ) in particular evenly distributed basic position in the event that subsequently to be consolidated sections on the construction field ( 20 ) are arranged distributed.
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