DE102015004570A1 - Additive Manufacturing Method and apparatus for carrying out the additive manufacturing process - Google Patents

Additive Manufacturing Method and apparatus for carrying out the additive manufacturing process

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DE102015004570A1 DE201510004570 DE102015004570A DE102015004570A1 DE 102015004570 A1 DE102015004570 A1 DE 102015004570A1 DE 201510004570 DE201510004570 DE 201510004570 DE 102015004570 A DE102015004570 A DE 102015004570A DE 102015004570 A1 DE102015004570 A1 DE 102015004570A1
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Abstract

Bei einem Additive Manufacturing Verfahren werden auf eine Auflagefläche Pulverschichten aufgetragen. In an additive manufacturing process powder layers are applied to a support surface. Anschließend wird in Bereichen Pulver wieder aus der Schicht entfernt und diese damit konturiert. Powder is subsequently again removed from the layer, and this is contoured so that in areas. Schließlich und dann wird die Schicht fixiert. Finally, and then the layer is fixed. Dazu dient eine Vorrichtung zur Durchführung eines Additive Manufacturing Verfahrens mit einer Auflagefläche, einem Pulverentferner und einem Fixierer. Serves an apparatus for carrying out an additive manufacturing process with a support surface, a Pulverentferner and a fixer.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Additive Manufacturing (AM) Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to an additive manufacturing (AM) method and apparatus for performing the method.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung ein Additive Manufacturing (AM)/3D-Druckverfahren. In particular, the invention relates to a Additive Manufacturing (AM) / 3D printing process. Additive Manufacturing ist ein Herstellungsverfahren, bei dem 3D-Objekte auf der Basis von Daten aus einer CAD-Quelle Schicht für Schicht aufgebaut werden. Additive Manufacturing is a manufacturing method to be constructed on the basis of data from a CAD source layer by layer in the 3D objects.
  • Derartige Verfahren haben den Nachteil, dass Laser verwendet werden, die einerseits teuer sind und andererseits potentiell gefährliche Einheiten bilden. Such methods have the disadvantage that lasers are used that are both expensive and potentially dangerous form the other hand units.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Additive Manufacturing Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzustellen, die es auch einem ungeübten Anwender ermöglichen, das Verfahren anzuwenden und dies mit einer einfachen Anlage. The invention is therefore based on the object, an additive manufacturing process and to provide a device for implementing the method which allow even a novice user to apply the method and this with a simple system.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Additive Manufacturing Verfahren werden auf eine Auflagefläche Pulverschichten aufgetragen und anschließend wird in Bereichen Pulver wieder aus der Schicht entfernt und so die Schicht konturiert. In the inventive additive manufacturing process powder layers are applied to a supporting surface, and then powder is removed from the layer and contoured in the layer areas. Dann wird die Schicht fixiert. Then the layer is fixed.
  • Das erfindungsgemäße AM Verfahren funktioniert somit ähnlich wie andere pulverbasierte AM-Technologien, bei denen das Ausgangsmaterial in Pulverform eingesetzt und in einem Pulverbett sequenziell auf einer beweglichen Plattform aufgebracht wird. thus the AM method of the invention works similarly to other powder-based AM-technologies, is where the starting material used in powder form and is applied in a powder bed sequentially on a movable platform. Anschließend werden während des Bauprozesses einer jeden Schicht basierend auf den CAD-Daten der unerwünschte Bereich oder mehrere unerwünschte Bereiche des Pulverbettes mit einem beweglichen Gegenstand entfernt. of each layer are then removed based on the CAD data for the unwanted region or more unwanted areas of the powder bed with a movable object during the construction process. Das Material, das am Ende des Entfernungsprozesses jeder Schicht verbleibt, entspricht der gewünschten Kontur der Schicht, die anschließend unter Verwendung eines Heizelementes gesintert oder geschmolzen und durch Erstarren oder durch eine chemische Reaktion fixiert wird. The material of each layer remains at the end of the removal process, corresponding to the desired contour of the layer, which is then sintered or melted using a heating element, and fixed by solidifying or by a chemical reaction. Alternativ oder kumulativ zur Bewegung des beweglichen Gegenstandes kann auch die Auflagefläche bewegt werden, um unerwünschtes Pulver oder unerwünschte Bereiche des Pulverbettes zu entfernen. Alternatively or in addition to the movement of the moving object and the supporting surface can be moved in order to remove unwanted powder or unwanted areas of the powder bed.
  • Dies entspricht einem pulverbasierten Additive Manufacturing Verfahren auf einer Anlage, die nicht mit einem Laser arbeitet. This corresponds to a powder-based additive manufacturing process on a plant that does not work with a laser.
  • Die Sinterphase oder Schmelze kann mit verschiedenen Heizmethoden wie elektrischen Heizelementen, Infrarot, Mikrowelle etc. erzielt werden. The sintering or melt phase can be achieved using various heating methods such as electric heating elements, infrared, microwave, etc..
  • Zur Herstellung eines Objektes müssen diese Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt werden. To produce an object these steps need to be executed repeatedly. Nach dem ersten Schritt des Auftragens, partiellen Entfernens und Fixierens wird somit ähnlich der ersten Schicht eine neue Pulverschicht aufgebracht, konturiert und fixiert und so die nächste Schicht gebaut. After the first step of applying, partial removal and fixing of the first layer is thus similar to a new powder layer, contoured and fixed and so built the next layer. Dieser Zyklus wird wiederholt bis das Objekt vollständig aufgebaut ist This cycle is repeated until the fully constructed object
  • Anschließend kann die Plattform in die Ausgangsposition zurückgeführt werden, um aus dem Pulver die darin integrierten Objekte entnehmen zu können. Subsequently, the platform may be returned to the starting position in order to remove the built-in objects from the powder.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Pulver mit einem Magneten entfernt wird. A preferred embodiment provides that the powder is removed with a magnet. Eine magnetische Scannereinheit wird dazu genutzt, aus der Pulverschicht die unerwünschten Konturbereiche des Materials zu entnehmen und in einem Behältnis oder an einem entfernten Ort zu separieren, bevor die Schicht fixiert wird. A magnetic scanner unit is used to remove from the powder layer the undesired contour regions of the material to be separated in a container or at a remote location before the layer is fixed. Die magnetische Scannereinheit basiert auf dem physikalischen Funktionsprinzip Magnetkraft, um das Material, ggf. in Kombination mit dem Einsatz von Magnetbürsten zu entfernen. The magnetic scanner unit based magnetic force on the physical principle of operation, in order possibly to remove the material in combination with the use of magnetic brushes.
  • Alternativ oder kumulativ kann auch das entnommene Material mittels eines zweiten stärkeren Magnetkopfes von der Magneteinheit des Scanners abgenommen werden, um es zu separieren. Alternatively or cumulatively, the removed material can be removed by means of a second stronger magnetic head from the magnetic unit of the scanner, in order to separate it. Hierzu ist ein Elektromagnet mit elektromagnetischen Impulsen vorteilhaft For this purpose, an electromagnet with electromagnetic pulses is advantageous
  • Alternativ oder kumulativ zum Magneten wird vorgeschlagen, das Pulver mit einer Vakuumpumpe zu entfernen. Alternatively or in addition to the magnet, it is proposed to remove the powder with a vacuum pump. Außerdem kann das Pulver mit einem Schieber oder einem Pinsel entfernt werden. Further, the powder can be removed with a slider or a brush. Je nach Anwendungsfall kann es auch vorteilhaft sein, das Pulver mit einem Gebläse zu entfernen. Depending on the application, it may be advantageous to remove the powder with a blower.
  • Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass das Pulver durch Verdampfen entfernt wird. A specific embodiment provides that the powder is removed by evaporation.
  • Die Fixierung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. The fixing can be done in different ways. Vorteilhaft ist es, wenn die Fixierung mittels eines Wärmeeintrags erfolgt, der zumindest Teilbereiche der Außenfläche der Pulverpartikel schmilzt oder aktiviert. It is advantageous if the fixing by means of a heat input is made, the melt or activate at least partial regions of the outer surface of the powder particles. Beispielsweise können die Partikel auch eine durch Wärme, Strahlung oder chemische Stoffe aktivierbare Oberfläche aufweisen, die eine zeitlich gesteuerte Fixierung ermöglicht. For example, the particles may also comprise an activatable by heat, radiation or chemicals interface that allows a timed fixation.
  • Diejenigen Partikel, die nicht fixiert werden sollen, werden vorher so weit entfernt, dass sie während des Fixierungsprozesses nicht mehr im Wirkbereich der Fixierungsanlage liegen. Those particles that do not want to be fixed, previously so far away that they are no longer in the active region of the fixing system during the fixation process. Die Fixierungsanlage muss daher nicht mehr punktuell bestimmte Partikelbereiche ansteuern, sondern sie kann flächig über einem Pulverbett alle Partikel fixieren, die nicht vorher entfernt wurden. therefore, the fixing system does not have to selectively actuate certain particle areas, but they can fix flat over a bed of powder all the particles that have not been removed beforehand.
  • Das verwendete Pulver kann ein Metall, ein Polymer oder ein Keramikpulver sein. The powder used may be a metal, a polymer or a ceramic powder. Besonders bevorzugt ist ein Stoff, der mit einem Magneten entfernbar ist. Particularly preferred is a material which is removable with a magnet.
  • Um unerwünschte Oxidationen zu vermeiden, wird die Verwendung eines Schutzgases insbesondere beim Einsatz ferromagnetischer Metalle vorgeschlagen. To avoid undesirable oxidation, the use of a protective gas is proposed in particular ferromagnetic metals during use.
  • Da das Heizelement ein gleichzeitiges Sintern oder Schmelzen der gesamten Schicht ermöglicht, wird die Bauzeit im Vergleich zu selektiven Additivverfahren wie Selective Laser Melting (SLM) oder Fused Deposition Modelling (FDM) erheblich reduziert. Since the heating element allows simultaneous sintering or melting of the entire layer, the construction time as compared to selective additive processes such as Selective Laser Melting (SLM) or Fused Deposition Modeling (FDM) is significantly reduced. Alternativ kann die Heizeinrichtung auch nach und nach die gesamte Fläche des Pulverbettes erhitzen. Alternatively, the heating device can also gradually heat to the entire surface of the powder bed. Auch wenn die Heizeinrichtung beispielsweise langsam über das Pulverbett gefahren wird, um das gesamte Pulverbett nach und nach dem gleichen Wärmeeintrag auszusetzen, ist das Verfahren weit schneller als wenn gezielt alle Konturen des Objektes, beispielsweise mit einem Laser, angesteuert behandelt werden. Even if the heater is driven, for example, slowly over the powder bed in order to expose all of the powder bed according to and according to the same heat input, the method is far faster than if deliberately treated all contours of the object, for example with a laser driven.
  • Bei den Fixiereinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um einen Flächenstrahler. The fixing of the device according to the invention is a surface emitter. Damit ist die Intensität der homogen strahlenden Querschnittsfläche der Wärmequelle groß genug, um das Pulver aufzuschmelzen, ohne dass extrem hohe Leistungsdichten benötigt werden, wodurch die Notwendigkeit für die Verwendung von Laser- oder anderen kostenintensiven Wärmequellen vermieden werden kann. Thus the intensity of homogeneous radiant cross-sectional area of ​​the heat source is large enough to melt the powder without extremely high power densities are required, eliminating the need for the use of laser or other costly heat sources can be avoided.
  • Je nach gewünschter Genauigkeit beim Entfernen von Bereichen der Schicht können unterschiedliche Magnetgrößen und Magnetgestaltungen zur Entfernung des Pulvers verwendet werden. Depending on the desired accuracy in removing portions of the layer have different magnet sizes and magnet configurations may be used for the removal of the powder.
  • Als Alternative zu einem Magneten können auch Mikrosauger, Druckluft, mechanische Bürstensysteme oder Verdampfungseinrichtungen verwendet werden, um die Konturen in der Pulverschicht herzustellen. As an alternative to a magnet and micro suction, compressed air, mechanical brush systems or evaporation devices can be used to make the contours in the powder layer.
  • Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert (Die Erläuterung betrifft mehrere Schichten). An inventive embodiment is illustrated in the drawings and will hereinafter be explained in more detail (The explanation relates to multiple layers). Es zeigt It shows
  • 1 1 eine Grundplatte, in der eine Bauplattform eingelassen ist, die in z-Richtung verfahren werden kann, a base plate, in which a build platform is inserted, which can be moved in the z direction,
  • 2 2 die Bauplattform aus the build platform from 1 1 mit einer Pulverschicht auf ihrer Oberfläche, bei der in Teilbereichen Pulver entfernt wurde und with a powder layer on its surface, in which has been removed in some areas powder and
  • 3 3 die in in the 2 2 gezeigte Bauplattform nachdem das Pulver in einem zentralen Bereich fixiert wurde. Construction platform shown after the powder has been fixed in a central area.
  • Die The 1 1 zeigt eine Grundplatte shows a base plate 1 1 , in die eine beispielsweise rechteckige Bauplattform In which a for example rectangular building platform 2 2 eingelassen ist und die mit Pulver is recessed and the powder 3 3 bedeckt ist. is covered. An einem Arm On an arm 4 4 ist ein Magnet is a magnet 5 5 (oder ein anderes zur Entfernung des jeweils verwendeten Pulvers geeignetes Werkzeug) befestigt und dieser Arm (Or another for the removal of the powder used in each case suitable tool) attached and this arm 4 4 kann gesteuert derart über die Pulverschicht can be controlled in such a way over the powder layer 3 3 gefahren werden, dass mit ihm aus speziellen Bereichen Pulver von der Bauplattform be driven, that with it from specific areas of the building platform powder 2 2 entfernt wird. Will get removed. Hierzu wird ein metallisches Pulver verwendet, das mit dem Magnet For this purpose, a metallic powder is used, with the magnet 5 5 entfernbar ist. is removable.
  • Alternativ kann auch der Block Alternatively, the block 2 2 durch eine Bewegung der Grundfläche by a movement of the base 1 1 relativ zum Arm relative to the arm 4 4 bewegt werden, um in speziellen Bereichen Pulver zu entfernen. be moved in order to remove in particular areas powder.
  • Die The 2 2 zeigt diesen Block nach Entfernung von Pulver in den Bereichen shows this block after the removal of powder in the regions 5 5 , . 6 6 , . 7 7 und and 8 8th . , Dadurch entsteht insbesondere ein klar begrenzter mittlerer Bereich This particular creates a clear limited central area 9 9 , der anschließend fixiert werden kann. , Which can then be fixed. In dem in Where in 3 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde auch auf den Flächen Embodiment shown has also been on the surfaces 10 10 bis to 17 17 das Pulver entfernt, sodass nach der Fixierung nur eine zentrale mittlere quadratische Fläche the powder removed so that after fixing only a central mean square surface 12 12 verbleibt. remains.
  • Anschließend kann nochmals Pulver aufgetragen werden. Powder may then be applied once again. Danach wird wiederum in speziellen Bereichen Pulver entfernt und anschließend gesintert. Thereafter, it is again removed powder in specific areas and then sintered. Hierdurch entsteht Schicht für Schicht ein dreidimensionales Objekt. This results in layer by layer a three dimensional object. Die Geometrie jeder Schicht und damit des gesamten Objektes wird durch einen digitalen Datensatz definiert und gesteuert. The geometry of each layer and thus of the entire object is defined by a digital data set and controlled.
  • Diese Technologie kann auf der Erde und insbesondere auch auf dem Mond oder Mars verwendet werden. This technology can be used on Earth and in particular on the moon or Mars. Da Mond- oder Marsregolith magnetische Eigenschaften haben, kann auf einer Raumfahrtmission mittels eines Magnetscanners aus dem auf dem Mond oder dem Mars vorhandenen Material ein Körper hergestellt werden. Since moon or Marsregolith have magnetic properties, a body can be produced on a space mission by a magnetic scanner of the present on the moon or Mars material. Das Fehlen von Sauerstoff in der Atmosphäre des Mondes oder des Mars vereinfacht den Prozess, da kein Schutzglas benötigt wird. The lack of oxygen in the atmosphere of the moon or Mars simplifies the process because there is no protective glass is required. Außerdem können Solarheizungen verwendet werden, um die notwendige Energie zum Aufbau der Körper bereit zu stellen. In addition, solar heating systems can be used to provide the energy required to build up the body ready.

Claims (12)

  1. Additive Manufacturing Verfahren, bei dem auf eine Auflagefläche Pulverschichten aufgetragen werden und anschließend in Bereichen Pulver wieder aus der Schicht entfernt wird und die verbleibende Schicht fixiert wird. Additive manufacturing method, in which applied to a support surface layers of powder and then powder is removed from the layer in regions, and the remaining layer is fixed.
  2. Additive Manufacturing Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor genannten Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt werden. Additive Manufacturing method according to claim 1, characterized in that the above process steps are repeatedly executed.
  3. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem Magneten entfernt wird. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is removed with a magnet.
  4. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einer Vakuumpumpe entfernt wird. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is removed with a vacuum pump.
  5. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem Schieber oder Pinsel entfernt wird. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is removed with a pusher or brush.
  6. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem Gebläse entfernt wird. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is removed with a blower.
  7. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver durch Verdampfen des Pulvers entfernt wird. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is removed by evaporation of the powder.
  8. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung mittels eines Wärmeeintrags erfolgt, der zumindest Teilbereiche der Außenfläche der Pulverpartikel schmelzt oder aktiviert. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the fixation by means of a heat input takes place, which melts or activates at least portions of the outer surface of the powder particles.
  9. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein Polymer ist. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is a polymer.
  10. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein Keramikpulver ist. Additive Manufacturing method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder is a ceramic powder.
  11. Additive Manufacturing Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein Metall ist. Additive Manufacturing method according to any of the preceding claims, characterized in that the powder is a metal.
  12. Vorrichtung zur Durchführung eines Additive Manufacturing Verfahrens, mit einer Auflagefläche, einem Pulverentferner und einem Fixierer. Apparatus for performing a additive manufacturing process, with a bearing surface, a Pulverentferner and a fixer.
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