DE102015017175B4

DE102015017175B4 - Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte

Info

Publication number: DE102015017175B4
Application number: DE102015017175.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog; Florian Bechmann; Fabian Zeulner
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: DE102015017175A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung dreidimensionaler Objekte (2) durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, mittels Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (3) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, insbesondere SLM- oder SLS-Vorrichtung, mit einem Gehäuse (7), in welchem eine Prozesskammer (8) und wenigstens eine Baukammer (5, 6) angeordnet sind, mit einer Tragevorrichtung (9) zum Tragen des Objektes (2) innerhalb der Baukammer (5, 6), einer Dosierkammer (4) zum Bevorraten des Aufbaumaterials (3), einer Beschichtungsvorrichtung (10) zum Aufbringen des Aufbaumaterials (3) und einer Bestrahlungsvorrichtung (11) zum Bestrahlen der aufgetragenen Schichten des Aufbaumaterials (3), wobei die Beschichtungsvorrichtung (10) wenigstens über der Baukammer (5, 6) hin und her verfahrbar gelagert ist, wozu die Beschichtungsvorrichtung (10) wenigstens einseitig in einer Führungseinrichtung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte und/oder eine weitere Führungsvorrichtung für weitere innerhalb der Prozesskammer (8) verfahrbare Elemente als im Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) angeordnete, insbesondere hängende Gantry (15, 25) ausgebildet ist, wobei die Gantry eine Basis-Gantry (25) bildet, an der ein oder mehrere Unter-Gantrys oder Wechsel-Gantrys (26) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, mittels Strahlung oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, insbesondere eine generative Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung.
Bekannte Vorrichtungen dieser Art weisen ein Gehäuse auf, in welchem eine Prozesskammer und eine Baukammer angeordnet sind. Innerhalb der Baukammer ist eine höhenverstellbare Tragevorrichtung zum Tragen des Objektes vorgesehen, außerdem ist eine Dosierkammer zum Bevorraten des Aufbaumaterials meist neben der Baukammer angeordnet. Eine Beschichtungsvorrichtung dient zum Aufbringen des Aufbaumaterials, eine Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen der aufgetragenen Schichten des Aufbaumaterials innerhalb der Baukammer, wobei die Beschichtungsvorrichtung wenigstens über der Baukammer hin und her verfahrbar gelagert ist, wozu die Beschichtungsvorrichtung wenigstens einseitig in einer Führungseinrichtung gelagert ist.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 10 2012 012 412 A1 bekannt. Dort ist die Führungseinrichtung für den Beschichter im Seitenbereich der Prozesskammer angeordnet.
Grundsätzlich ist es aus anderen technischen Bereichen bekannt, Führungselemente für technische Apparate und Geräte wie beispielsweise Röntgenapparate in einem Raum für Röntgenuntersuchungen, als Gantry auszubilden und eine derartige Gantry entweder als Bodengestell oder auch hängend unter einer Decke des Raumes anzuordnen. Im Bereich der generativen Herstellungstechnik haben hängende Gantry-Anordnungen noch keinen Eingang gefunden.
US 2005/0280185 A1 offenbart eine additive Fertigungsanlage, umfassend eine Bauplatte und einen relativ zu dieser bewegbar gelagerten Druckkopf.
US 2002/0195746 A1 offenbart eine Beschichtungseinrichtung zur Ausbildung von im Rahmen eines additiven Fertigungsvorgangs zu verfestigenden Baumaterialschichten.
US 2004/0265413 A1 offenbart eine additive Fertigungsanlage, umfassend eine drehbar gelagerte Bauplatte und einen Druckkopf.
DE 10 2012 022 859 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Modelle, umfassend einen Beschichter mit Abwurföffnung und einem Druckkopf, der an einer Druckachse angebracht ist.
US 2009/0035411 A1 offenbart eine additive Fertigungsanlage mit einem bewegbar gelagerten Pulverreservoir.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, dass die Baufelder im Bereich der Prozesskammer flexibel an den jeweiligen Baujob ausgebildet werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine hängende Gantry im Bereich einer Prozesskammer einer generativen Bauvorrichtung wie einer SLM- oder SLS-Vorrichtung ist insbesondere insoweit vorteilhaft, als der Baubereich einer Prozesskammer von Führungselementen völlig frei gehalten werden kann, an denen Beschichter, Scanner, Sensoren, Diodenarrays, Pulverzuführungen, Pulverabsaugungen oder sonstige Reinigungselemente für die Baukammer und die Prozesskammer, Lufteindüsungen und dgl. frei verfahrbar angeordnet werden können. Durch die Überkopf-Ausbildung der Gantry im Deckenbereich der Baukammer bleibt der untere Baukammerbereich frei zugänglich, Stützen, Strebenelemente oder langgestreckte Führungselemente im Prozesskammerboden oder Baukammerseitenbereich können entfallen. Die Führungselemente liegen im oberen Bereich der Baukammer und sind deswegen auch für Servicezwecke relativ einfach zugänglich.
Die Gantry kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung als Mehrfach-Gantry komplex ausgebildet sein und eine Mehrzahl von übereinander oder nebeneinander angeordneten Führungsbereichen für unterschiedliche, unabhängig voneinander bewegbare Elemente aufweisen. Grundsätzlich ist es möglich, in ein und demselben Führungselement auch unterschiedliche Elemente wie beispielsweise eine Kamera und einen Sensor gesondert zu verfahren, z. B. die Kamera von einer linken Seite der Gantry über den gesamten Gantry-Verfahrbereich und einen Sensor von der rechten Seite der Gantry über einen gesamten Verfahrbereich der Gantry.
Die Gantry kann im Deckenbereich der Prozesskammer auch austauschbar angeordnet werden. Insbesondere bietet sich eine Gantry-Einschubtechnik oder Einhängetechnik an, sodass eine Gantry im Bereich einer Prozesskammer an den jeweiligen Führungs- und Befestigungsanforderungen des anstehenden Baujobs angepasst werden kann. Die Gantry kann auch verschiebbar unter dem Deckenbereich der Prozesskammer angeordnet werden, d. h. sie kann je nach Bedarf nach links, rechts, vorne oder hinten verschoben werden oder gar durch eine Öffnung der Prozesskammer nach Art einer Schublade nach außen herausfahrbar oder durch eine Deckenöffnung der Prozesskammer nach oben aushebbar ausgebildet sein, damit sie einerseits für Servicezwecke frei zugänglich ist, andererseits aber auch zum Bestücken mit Sensormodulen, Beschichtermodulen und dgl. frei liegt. Ist eine Gantry völlig aus einer Prozesskammer entnehmbar gestaltet, dann kann sie als „Wechsel-Gantry“ auch in eine andere Prozesskammer eingesetzt werden.
Die Gantry kann vorteilhafter Weise zumindest teilweise verdrehbar unter dem Deckenbereich der Prozesskammer angeordnet werden und an der Gantry können ein oder mehrere Wechselmontagemodule oder unterschiedliche verfahrbare Elemente angeordnet werden. Die Wechselmontagemodule können z. B. Lochplatten sein, die an der Gantry verschiebbar und automatisch verfahrbar angeordnet werden, aber so ausgebildet sind, dass auf einfache Weise dort Sensoren, Kameras Scanner, Reinigungselemente, Beschichter und dgl. angebracht werden können.
Die Gantry kann insgesamt oder wenigstens ein Abschnitt von ihr in einer nicht horizontalen Stellung angeordnet sein oder in eine nicht horizontale Stellung gebracht werden. Mit anderen Worten kann eine Gantry für besondere Zwecke auch schräg unter der Decke des Bauraums angeordnet werden, wenn der Baujob dies als vorteilhaft erscheinen lässt. Die Gantry bildet eine Basis-Gantry, an der ein oder mehrere Unter-Gantrys oder Wechsel-Gantrys angeordnet sind. Dadurch ergibt sich ein komplexes Verschiebungssystem zum Anbringen unterschiedlicher Elemente unter der Decke, sodass jede Stelle des Baufeldes durch unterschiedliche Elemente bedarfsweise unabhängig voneinander angefahren werden kann. Die wenigstens eine Unter- oder Wechsel-Gantry kann verschiebbar, verdrehbar, verkippbar und dgl. an der Basis-Gantry angeordnet werden.
Die Unter- oder Wechsel-Gantrys können in Gruppen über der Fläche des Bauraumes verteilt oder verteilbar angeordnet werden.
Die Führungselemente mehrerer Gantrys können derart ineinander angeordnet werden, dass an ihnen geführte, in der Prozesskammer hin und her verfahrbare Elemente über den gesamten Bereich der Prozesskammer verfahrbar sind.
Weiterhin kann es von großem Vorteil sein, wenn der Deckenbereich der Prozesskammer oberhalb der Gantry aufklappbar oder entnehmbar ausgebildet wird, sodass die Gantry von oben frei zugänglich wird. Gegebenenfalls ist es auch sinnvoll, die Gantry ebenfalls nach oben aus der sich dann ergebenden Deckenöffnung ausklappbar zu lagern, sodass sie -wie unten bereits erwähnt - zum Zwecke der Bestückung mit neuen oder anderen Modulen leicht zugänglich ist.
Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Diese zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Dosierkammer, zwei Baukammern, einem Überlaufbehälter und einer unter dem Deckenbereich angeordneten hängenden Gantry mit mehreren Führungsbereichen;
2 eine schematische Teil-Schnittdarstellung eines Deckenbereichs einer Prozesskammer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gem. 1 mit einer hängenden Gantry, die austauschbar und verschiebbar angeordnet ist;
3 eine schematische Teil-Schnittdarstellung eines Deckenbereiches ähnlich 2, mit einer hängenden, drehbar angeordneten Gantry;
4 eine Teil-Schnittdarstellung durch einen Deckenbereich ähnlich 2 und 3 mit einer hängenden, drehbaren und verkippbaren Gantry;
5 eine schematische Teil-Schnittdarstellung eines Deckenbereiches einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer hängenden Basis-Gantry und einer Mehrzahl von Unter-Gantrys;
6 eine schematische Seitendarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Deckenbereich der Prozesskammer aufklappbar ist und an dem aufklappbaren Deckenbereich eine hängende Gantry angeordnet ist;
7 eine Darstellung ähnlich 6, wobei der Deckenbereich der Prozesskammer aufklappbar ist und eine gesondert hochklappbare Gantry durch die sich ergebene Deckenöffnung ausklappbar ist.

Die in den Zeichnungsfiguren schematisch dargestellte Vorrichtung 1 dient zur Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, mittels Strahlung oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 3, das in einer Dosierkammer 4 der Vorrichtung 1 bereitgehalten wird. Der Bauvorgang erfolgt in zwei Baukammern 5, 6, wobei eine Vorrichtung 1 mit nur einer oder mit mehr als zwei Baukammern 5, 6 ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt.
Übliche Vorrichtungen dieser Art weisen ein Gehäuse 7 auf, in dem eine Prozesskammer 8 mit den Baukammern 5 und 6 angeordnet ist. Den Baukammern 5, 6 ist jeweils eine Tragevorrichtung, die höhenverstellbar ausgebildet ist und im Laufe des Bauverfahrens nach unten abgesenkt werden kann, zugehörig. Das Aufbaumaterials 3 aus der Dosierkammer 4 wird über eine Beschichtungsvorrichtung 10 schichtweise innerhalb der Baukammern 5, 6 aufgetragen und durch eine Bestrahlungsvorrichtung 11, umfassend z. B. einen Laser 12 und einen Scanner 13 aufgeschmolzen, sodass sich nach Abkühlung und Aushärtung der Schmelze das Objekt 2 ergibt.
Im Deckenbereich 14 der Prozesskammer 8 ist eine hängende Gantry 15 angeordnet, die als Führungsvorrichtung z. B. für die Beschichtungsvorrichtung 10, einen verfahrbaren Scanner 13 oder weitere verfahrbare Elemente wie beispielsweise Sensoren, Pulverzuführungen, Diodenarrays, Pulverabsaugungen, Lufteindüsungen usw. frei verfahrbar angeordnet werden können.
Grundsätzlich ist es möglich, an einer Gantry 15 eine Mehrzahl von übereinander angeordneten oder nebeneinander angeordneten Führungsbereichen 16 für unterschiedliche bewegliche Elemente der genannten Art vorzusehen.
Aus dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ersichtlich, dass die Gantry 15 im Deckenbereich 14 der Prozesskammer 8 austauschbar angeordnet ist. Dazu sind im Deckenbereich, unmittelbar an der Deckenunterseite Führungsschienen 17 befestigt, in die Halteelemente 18 eingeschoben werden können, sodass die Gantry 15 unter dem Deckenbereich 14 der Prozesskammer 8 insgesamt verschiebbar ist oder durch eine Öffnung der Prozesskammer 8 nach Art einer Schublade nach Außen herausfahrbar ist. Die Führungsschienen 17 und die Halteelemente 18 der Gantry 15 können ähnlich von Schubladenführungen ausgebildet werden.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass die Gantry 15 wenigstens teilweise verdrehbar unter dem Deckenbereich 14 der Prozesskammer angeordnet ist. An der Gantry 15 können im Rahmen der Erfindung auch ein oder mehrere Wechselmontagemodule 19 verschiebbar vorgesehen werden, wobei die Wechselmontagemodule 19 z. B. Lochbleche oder mit Schnapp-Rastverbindungen versehene Elemente sind, sodass Sensoren, Scanner und dgl. auf einfache Weise an den Wechsel-Montagemodulen 19 vorgesehen werden können.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin zu sehen, dass die Gantry 15 oder zumindest Abschnitte der Gantry 15 in eine nicht horizontale Stellung gekippt werden können oder von vorne herein in einer solchen schrägen Stellung angeordnet sein können.
5 zeigt eine komplexere Ausbildung einer Gantry 15, die aus einer Basis-Gantry 25 und einer Mehrzahl von Unter-Gantrys oder Wechsel-Gantrys 26 besteht. Die Basis-Gantry 25 ist so ausgebildet, dass sie mehrere Unter- oder Wechselgantrys 26 tragen kann, die ihrerseits auch verschiebbar an der Basis-Gantry 25 angeordnet werden können. An den Wechsel-Gantrys 26 oder Unter-Gantrys sind dann wiederum verschiebbar z. B. über die genannten Montagemodule unterschiedliche Elemente wie Sensoren, Beschichter, Scanner, Absaugungen und dgl. angeordnet. Durch diese Kombination von wenigstens einer Basis-Gantry 25 und einer Mehrzahl von Wechsel- oder Unter-Gantry ergibt sich eine Vielzahl von Montage- und Verfahrmöglichkeiten für unabhängig voneinander bewegbare oder verschiebbare Elemente wie beispielsweise Sensorelemente, Scanner, Beschichter und dgl.
Die Unter- oder Wechsel-Gantry 26 können entsprechend den 3 und 4 jeweils auch verdrehbar oder verkippbar an der Basis-Gantry 25 angebracht werden. Wechsel- oder Unter-Gantrys können über die Fläche des Bauraums oder auch der Prozesskammer 8 verteilt oder verteilbar angeordnet werden. Die Basis-Gantry 25 oder die Mehrzahl von Gantrys und/oder Wechsel- oder Unter-Gantrys können motorisch verstellt werden, sodass eine prozessgesteuerte automatische Verstellung der Gantrys 15, 25 und der an Ihnen befestigten Elemente möglich ist.
Die 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen, bei denen der Deckenbereich 14 der Prozesskammer 8 aufklappbar gestaltet ist, sodass entweder eine an dem Deckenbereich befestigte Gantry 15 (6) mit dem Deckenbereich 14 hochgeklappt wird und dann zu Servicezwecken oder zur Neubestückung mit geeigneten Elementen freiliegt oder gemäß 7 der Deckenbereich 14 gesondert aufgeklappt wird und dann die Gantry 15 gesondert hochgeklappt werden kann. Es sei angemerkt, dass jede Gantry in 1, in 2, 6 und 7 verschiebbar, verdrehbar, verkippbar, als Einfach- oder Mehrfach-Gantry, als Basis-Gantry mit Unter-Gantrys und dgl. ausgebildet sein kann. Aus Gründen der Vereinfachung wird davon abgesehen, z. B. in 6 und 7 eine Basis-Gantry mit Unter-Gantrys darzustellen. Dennoch liegt es im Rahmen der Erfindung, derartige komplexe Gantrys 15 unter einem aufkappbaren Deckel vorzusehen, wobei auch eine Verdrehbarkeit und Verkippbarkeit dieser Gantrys 15 im Rahmen der Erfindung liegt.

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung dreidimensionaler Objekte (2) durch sukzessives Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, mittels Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (3) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, insbesondere SLM- oder SLS-Vorrichtung, mit einem Gehäuse (7), in welchem eine Prozesskammer (8) und wenigstens eine Baukammer (5, 6) angeordnet sind, mit einer Tragevorrichtung (9) zum Tragen des Objektes (2) innerhalb der Baukammer (5, 6), einer Dosierkammer (4) zum Bevorraten des Aufbaumaterials (3), einer Beschichtungsvorrichtung (10) zum Aufbringen des Aufbaumaterials (3) und einer Bestrahlungsvorrichtung (11) zum Bestrahlen der aufgetragenen Schichten des Aufbaumaterials (3), wobei die Beschichtungsvorrichtung (10) wenigstens über der Baukammer (5, 6) hin und her verfahrbar gelagert ist, wozu die Beschichtungsvorrichtung (10) wenigstens einseitig in einer Führungseinrichtung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte und/oder eine weitere Führungsvorrichtung für weitere innerhalb der Prozesskammer (8) verfahrbare Elemente als im Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) angeordnete, insbesondere hängende Gantry (15, 25) ausgebildet ist, wobei die Gantry eine Basis-Gantry (25) bildet, an der ein oder mehrere Unter-Gantrys oder Wechsel-Gantrys (26) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) eine Mehrzahl von übereinander angeordneten oder nebeneinander angeordneten Führungsbereichen für unterschiedliche bewegliche Elemente aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) im Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) austauschbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) verschiebbar unter dem Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) insbesondere durch eine Öffnung der Prozesskammer (8) nach Art einer Schublade nach außen herausfahrbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) wenigstens teilweise verdrehbar unter dem Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gantry (15, 25) ein oder mehrere WechselMontagemodule (19) für unterschiedliche verfahrbare Elemente angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) insgesamt oder Abschnitte der Gantry in einer nicht horizontalen Stellung angeordnet oder in eine solche Stellung bringbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Unter- oder Wechsel-Gantry (26) verschiebbar, verdrehbar oder verkippbar an der Basis-Gantry (25) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unter- oder Wechsel-Gantrys (26) in Gruppen über der Fläche des Bauraums verteilt oder verteilbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente mehrerer Gantrys (15, 25) derart ineinander angeordnet sind, dass an ihnen geführte, in der Prozesskammer (8) hin- und herfahrbare Elemente über den gesamten Bereich der Prozesskammer (8) verfahrbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) und/oder die wenigstens eine Wechsel-Gantry (26) motorisch verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) oberhalb der Gantry (15, 25) aufklappbar oder entnehmbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gantry (15, 25) durch den geöffneten Deckenbereich (14) der Prozesskammer (8) nach außen ausklappbar gelagert ist.