DE102015109515A1

DE102015109515A1 - Method for the generative production of a three-dimensional object

Info

Publication number: DE102015109515A1
Application number: DE102015109515.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog; Florian Bechmann; Tim Döhler; Jochen Mahr
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 2 durch schichtweise selektive Verfestigung eines verfestigbaren partikulären Baumaterials 3 einer gegebenen Partikelgrößenverteilung vermittels eines von einer Strahlerzeugungseinrichtung 4 erzeugten Energiestrahls 5, wobei ein verfestigbares partikuläres Baumaterial 3 verwendet wird, welches eine Partikelgrößenverteilung mit einem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, aufweist.The invention relates to a method for the generative production of a three-dimensional object 2 by layerwise selective solidification of a solidifiable particulate building material 3 of a given particle size distribution by means of an energy beam 5 generated by a beam generating device 4, wherein a solidifiable particulate building material 3 is used, which has a particle size distribution with a quantitative proportion on building material particles having a particle size above 50 microns of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts. The invention relates to a method for the generative production of a three-dimensional object.

Derartige Verfahren sind zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien an und für sich bekannt. Herzustellende dreidimensionale Objekte werden dabei durch schichtweises selektives Verfestigen eines verfestigbaren partikulären Baumaterials in jeweiligen Querschnittsbereichen der jeweils herzustellenden dreidimensionalen Objekte entsprechenden Bereichen vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls sukzessive generativ aufgebaut. Die selektive schichtweise Verfestigung des verfestigbaren partikulären Baumaterials erfolgt auf Grundlage von die geometrische Gestalt, d. h. insbesondere die schichtbezogenen Querschnittsgeometrien, des herzustellenden dreidimensionalen Objekts beschreibenden Baudaten.Such methods are known per se for the generative production of three-dimensional objects with different cross-sectional geometries. Three-dimensional objects to be produced are constructed successively generatively by layer-wise selective solidification of a solidifiable particulate building material in respective cross-sectional areas of the respective three-dimensional objects to be produced by means of an energy beam generated by a radiation generating device. The selective layerwise solidification of the solidifiable particulate building material is based on the geometric shape, d. H. In particular, the layer-related cross-sectional geometries of the three-dimensional object to be produced descriptive Baudaten.

Bis dato werden üblicherweise partikuläre Baumaterialien mit einer Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 10 und 45 µm eingesetzt. Die verwendeten Baumaterialpartikel weisen sonach Partikelgrößen bzw. Partikeldurchmesser zwischen 10 und 45 µm auf. Mit derartigen Baumaterialpartikeln kann sich eine gewisse Restporosität der hergestellten dreidimensionalen Objekte ergeben, welche die strukturellen Eigenschaften der hergestellten dreidimensionalen Objekte beeinträchtigen kann. Unter einer solchen Restporosität ist insbesondere auch ein als Wasserstoffporosität bezeichnetes Phänomen zu verstehen, welches auf die Anlagerung von Feuchtigkeit an den Oberflächen der Baumaterialpartikel und eine daraus resultierende Wasserstoffbildung während des generativen Bauprozesses, insbesondere während eines Aufschmelz- oder Sinterprozesses, zurückzuführen ist. To date, particulate building materials with a particle size distribution in a range between 10 and 45 microns are usually used. The building material particles used therefore have particle sizes or particle diameters between 10 and 45 μm. With such building material particles, a certain residual porosity of the produced three-dimensional objects can arise, which can impair the structural properties of the produced three-dimensional objects. Such a residual porosity is to be understood in particular as a phenomenon known as hydrogen porosity, which is due to the accumulation of moisture on the surfaces of the building material particles and a resulting hydrogen formation during the generative construction process, in particular during a melting or sintering process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts anzugeben. The invention has for its object to provide a contrast improved method for the generative production of a three-dimensional object.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die auf Anspruch 1 rückbezogenen abhängigen Ansprüche betreffen zweckmäßige Ausführungsformen des Verfahrens. Die Aufgabe wird auch durch ein verfestigbares partikuläres Baumaterial gemäß Anspruch 8 gelöst. Die auf Anspruch 8 rückbezogenen Ansprüche betreffen zweckmäßige Ausführungsformen des verfestigbaren partikulären Baumaterials.The object is achieved by a method according to claim 1. The dependent claims related to claim 1 relate to expedient embodiments of the method. The object is also achieved by a solidifiable particulate building material according to claim 8. The claims based on claim 8 relate to expedient embodiments of the solidifiable particulate building material.

Das hierin beschriebene Verfahren dient der generativen Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises selektives Verfestigen wenigstens eines verfestigbaren partikulären, d. h. aus einzelnen Baumaterialpartikeln und/oder Baumaterialpartikelagglomeraten bestehenden, Baumaterials vermittels wenigstens eines von wenigstens einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls. Bei einem entsprechenden verfestigbaren partikulären Baumaterial, im Weiteren abgekürzt als Baumaterial bezeichnet, handelt es sich sonach typischerweise um ein Pulver. The method described herein is for generatively producing at least one three-dimensional object by layer-wise selectively solidifying at least one solidifiable particulate, i. H. building material consisting of individual building material particles and / or building material particle agglomerates by means of at least one energy beam generated by at least one radiation generating device. A corresponding solidifiable particulate building material, hereinafter abbreviated as building material, is therefore typically a powder.

Bei einer im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Strahlungserzeugungseinrichtung kann es sich z. B. um eine Lasererzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls, kurz einen Laser, handeln bzw. kann die verwendete Strahlungserzeugungseinrichtung wenigstens eine(n) solche(n) umfassen. In diesem Fall kann das Verfahren z. B. als selektives Lasersinterverfahren, kurz SLS-Verfahren, zur Durchführung selektiver Lasersinterprozesse oder als selektives Laserschmelzverfahren, kurz SLM-Verfahren, zur Durchführung selektiver Laserschmelzprozesse implementiert sein. Selbstverständlich kann es sich bei einer im Rahmen des Verfahrens verwendeten Strahlungserzeugungseinrichtung z. B. auch um eine Teilchenerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Teilchenstrahlung, handeln bzw. kann die verwendete Strahlungserzeugungseinrichtung wenigstens eine solche umfassen. In a radiation generating device used in the method described herein, it may, for. Example, to a laser generating device for generating a laser beam, in short, a laser act, or the radiation generating device used may comprise at least one (n) such (n). In this case, the method z. B. as a selective laser sintering method, short SLS method, for performing selective laser sintering processes or as a selective laser melting method, short SLM method, implemented for performing selective laser melting processes. Of course, it may be in a radiation generating device used in the process z. B. also to a particle generating device for generating a particle radiation act, or the radiation generating device used may comprise at least one such.

Wesentlich an dem hierin beschriebenen Verfahren ist die Partikelgröße bzw. die Partikelgrößenverteilung der das verwendete Baumaterial bildenden Baumaterialpartikel. Essential to the method described herein is the particle size or the particle size distribution of the building material particles forming the building material used.

Unter dem Begriff „Partikel“ sind insbesondere einzelne, nicht agglomerierte Baumaterialpartikel zu verstehen. Unter dem Begriff „Partikel“ können jedoch auch zu Baumaterialpartikelagglomeraten agglomerierte Baumaterialpartikel verstanden werden. The term "particles" is to be understood in particular as meaning individual, non-agglomerated building material particles. However, the term "particles" can also be understood to mean building material particle agglomerates agglomerated building material particles.

Der Begriff „Partikelgröße“ kann sich je nach geometrischer Form bzw. Gestalt, allgemein der Morphologie, eines Baumaterialpartikels auf unterschiedliche geometrische Parameter des Baumaterialpartikels beziehen. Bei (im Wesentlichen) runden bzw. rundlichen Baumaterialpartikeln bezieht sich die Partikelgröße typischerweise auf den Durchmesser eines jeweiligen Baumaterialpartikels. Bei länglichen bzw. spratzigen Baumaterialpartikeln, d. h. bei Baumaterialpartikeln, die eine definierbare bzw. definierte Längsachse aufweisen, welche geradlinig und/oder gewölbt durch einen jeweiligen Baumaterialpartikel verläuft, bezieht sich die Partikelgröße typischerweise auf die Längserstreckung eines jeweiligen Baumaterialpartikels. Sofern das verwendete Baumaterial in geometrischer Hinsicht unterschiedlich geformte Baumaterialpartikel umfasst, ist die Partikelgröße typischerweise statistisch zu ermitteln. The term "particle size" may refer to different geometric parameters of the building material particle depending on the geometric shape or shape, in general the morphology, of a building material particle. For (essentially) round or round building material particles, the particle size typically refers to the diameter of a respective building material particle. In elongated or spratzigen building material particles, ie in building material particles that a definable or defined longitudinal axis which is straight and / or curved through a respective building material particle, the particle size typically refers to the longitudinal extent of a respective building material particle. If the building material used geometrically comprises differently shaped building material particles, the particle size is typically determined statistically.

Das im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendete Baumaterial weist eine Partikelgrößenverteilung mit einem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, auf. Mit anderen Worten weisen wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, der das Baumaterial bildenden Baumaterialpartikel eine Partikelgröße von mehr als 50 µm auf. Im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens wird im Gegensatz und somit in Abkehr zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik sowie zu der weitgehend in der einschlägigen Fachliteratur beschriebenen Lehre, gemäß welchem im Rahmen entsprechender generativer Verfahren Baumaterialien mit einer Partikelgrößenverteilung im Bereich von 10 bis 45 µm verwendet werden, sonach eine, gegebenenfalls deutlich, höhere Partikelgrößenverteilung und somit, gegebenenfalls deutlich, größere Baumaterialpartikel verwendet. The building material used in the process described herein has a particle size distribution with a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 μm of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%. In other words, at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%, of the building material particles forming the building material have a particle size of more than 50 μm. In the context of the method described herein, in contrast to the prior art described at the outset and to the teaching described extensively in the relevant specialist literature, building materials with a particle size distribution in the range from 10 to 45 .mu.m are used as part of corresponding generative methods become, therefore one, if necessary, higher particle size distribution and thus, if necessary, significantly larger building material particles used.

Die Verwendung größerer Baumaterialpartikel lässt sich insbesondere an dem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm erkennen, welcher mengenmäßige Anteil bei wenigstens 20% bezogen auf den Gesamtanteil liegt. Es werden also im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens im Allgemeinen Baumaterialien mit Partikelgrößenfraktionen mit im Vergleich größeren Baumaterialpartikeln verwendet. Der mengenmäßige Anteil der Partikelgrößen oberhalb 50 µm umfassenden Partikelgrößenfraktion(en) liegt dabei bei wenigstens 20%. Entsprechend liegt der mengenmäßige Anteil der Partikelgrößen unterhalb 50 µm umfassenden Partikelgrößenfraktion(en) bei höchstens 80%. Der mengenmäßige Anteil der Partikelgrößen oberhalb 50 µm umfassenden Partikelgrößenfraktion(en) liegt jedenfalls, gegebenenfalls deutlich, höher als bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik.The use of larger building material particles can be seen in particular on the quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns, which quantitative proportion is at least 20% based on the total proportion. Thus, building materials having particle size fractions with relatively larger building material particles are generally used in the process described herein. The quantitative fraction of particle sizes above 50 μm particle size fraction (s) is at least 20%. Accordingly, the quantitative proportion of particle sizes below 50 microns comprehensive particle size fraction (s) is at most 80%. The quantitative proportion of the particle sizes above 50 microns comprehensive particle size fraction (s) is in any case, if necessary, higher than in the prior art described above.

Anhand von diversen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von im Vergleich größeren Baumaterialpartikeln, d. h. eines im Vergleich höheren mengenmäßigen Anteils an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, eine Vielzahl an Vorteilen sowohl für die Durchführung des Verfahrens, insbesondere die Auf- und Vorbereitung sowie Handhabung des verwendeten Baumaterials, als auch Vorteile für die strukturellen Eigenschaften eines vermittels des Verfahrens herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekts, mit sich bringt:
Die Verwendung größerer Baumaterialpartikel weist bei einer Vielzahl an metallischen Baumaterialien aufgrund eines günstigeren Verhältnisses zwischen Partikeloberfläche und Partikelvolumen ein günstigeres Verhältnis zwischen vorhandenem Reinmaterial und entsprechenden durch Sauerstoffeinwirkung bzw. Oxidation an den Partikeloberflächen gebildeten Metalloxiden auf. Bei entsprechenden Metalloxiden handelt es sich typischerweise um hochschmelzende, typischerweise hydrophile bzw. hygroskopische, Verbindungen, welche beim Erstarrungsprozess der Baumaterialschmelze zu Problemen führen. Die Metalloxide liegen in der Baumaterialschmelze als Fremdpartikel vor und erschweren das Ausgasen von sich in der Baumaterialschmelze bildenden Gasen bzw. Poren (Wasserstoffporen bei Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen). Wie eingangs erwähnt, stellt an den Partikeloberflächen angelagerte Feuchtigkeit und eine daraus resultierende Wasserstoffbildung während des generativen Bauprozesses, insbesondere während des Aufschmelz- oder Sinterprozesses der Baumaterialpartikel, welcher Wasserstoff bei Erstarrung der aufgeschmolzenen Baumaterialpartikel in dem erstarrten Baumaterial verbleibt, ein die strukturellen Eigenschaften des herzustellenden bzw. hergestellten Objekts beeinträchtigendes, als Wasserstoffporosität bezeichnetes Phänomen dar. Die strukturellen Eigenschaften des herzustellenden bzw. hergestellten Objekts werden beeinträchtigt, da im Baumaterial verbleibender Wasserstoff zu einer Materialversprödung (Wasserstoffversprödung) führen kann. Diesem Phänomen kann durch die Verwendung größerer Baumaterialpartikel, insbesondere aufgrund des günstigeren Verhältnisses zwischen Partikeloberfläche und Partikelvolumen größerer Baumaterialpartikel, begegnet werden. On the basis of various investigations it could be shown that the use of comparatively larger building material particles, ie a comparatively higher quantity of building material particles with a particle size above 50 μm of at least 20%, offers a multiplicity of advantages both for the implementation of the method, in particular Aufauf and preparation and handling of the building material used, as well as advantages for the structural properties of a producible by the method or produced three-dimensional object, entails:
The use of larger building material particles has a more favorable ratio between existing pure material and corresponding metal oxides formed by the action of oxygen or oxidation on the particle surfaces in a variety of metallic building materials due to a better ratio between particle surface and particle volume. Corresponding metal oxides are typically high-melting, typically hydrophilic or hygroscopic, compounds which lead to problems during the solidification process of the building material melt. The metal oxides are present in the building material melt as foreign particles and complicate the outgassing of in the building material melt forming gases or pores (hydrogen pores in aluminum or aluminum alloys). As mentioned at the outset, moisture attached to the particle surfaces and resulting hydrogen formation during the generative building process, in particular during the melting or sintering process of the building material particles, which hydrogen remains on solidification of the molten building material particles in the solidified building material, provides the structural properties of the material to be produced The structural properties of the object to be manufactured or manufactured are impaired because hydrogen remaining in the building material can lead to material embrittlement (hydrogen embrittlement). This phenomenon can be countered by the use of larger building material particles, in particular due to the more favorable relationship between particle surface and particle volume of larger building material particles.

Im Hinblick auf den Erstarrungsprozess der Schmelze findet die Primärkristallisation zudem bevorzugt an den Keimzentren bildenden, vorwiegend oxidischen, Fremdpartikeln statt. Wird der Anteil an entsprechenden Fremdpartikeln reduziert, werden weniger Erstarrungsfronten aufgrund einer reduzierten Anzahl an Keimzentren generiert, wodurch aufgrund einer länger aufrechterhaltenen Baumaterialschmelze das Ausgasen von Poren (Wasserstoffporen) begünstigt wird. With regard to the solidification process of the melt, the primary crystallization also preferably takes place at the nucleation-forming, predominantly oxidic, foreign particles. If the proportion of corresponding foreign particles is reduced, fewer solidification fronts are generated due to a reduced number of germinal centers, which promotes the outgassing of pores (hydrogen pores) due to a longer-lasting building material melt.

Für das Beispiel eines auf einer Aluminiumlegierung, wie z. B. AlSi10Mg, basierenden Baumaterials ist der Anteil des an durch Sauerstoffeinwirkung an den Partikeloberflächen gebildeten Aluminiumoxids (Al₂O₃) sonach deutlich geringer. Es liegt ein günstigeres Volumenverhältnis an in dem Baumaterial vorhandenen Reinmaterial, d. h. der Aluminiumlegierung, und oxidiertem Reinmetall, d. h. Aluminiumoxid (Al₂O₃), vor. Bei Aluminiumoxid handelt es sich um eine hochschmelzende, hygroskopische Verbindung, welche beim Erstarrungsprozess der Baumaterialschmelze zu Problemen führt, da sie in der Baumaterialschmelze als Fremdpartikel vorliegt und das Ausgasen von während des Aufschmelz- oder Sinterprozesses der Baumaterialpartikel entstehenden Poren bzw. Wasserstoffporen erschwert. Des Weiteren werden durch eine Reduzierung des Anteils an Aluminiumoxid aufgrund einer reduzierten Anzahl an Keimzentren weniger Erstarrungsfronten generiert, wodurch aufgrund einer länger aufrechterhaltenen Baumaterialschmelze das Ausgasen von Poren (Wasserstoffporen) begünstigt wird. For the example of one on an aluminum alloy, such. B. AlSi10Mg, based building material, the proportion of aluminum oxide formed by the action of oxygen on the particle surfaces (Al ₂ O ₃ ) is therefore much lower. There is a more favorable volume ratio of pure material present in the building material, ie the aluminum alloy, and oxidized pure metal, ie aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). at Aluminum oxide is a high-melting, hygroscopic compound which leads to problems during the solidification process of the building material melt, since it is present in the building material melt as foreign particles and makes it difficult to outgass pores or hydrogen pores formed during the melting or sintering process of the building material particles. Furthermore, a reduction in the proportion of alumina due to a reduced number of germinal centers generates fewer solidification fronts, which promotes the outgassing of pores (hydrogen pores) due to a longer-lasting building material melt.

Die insbesondere bei auf Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen basierenden Baumaterialien auftretende Bildung von Wasserstoffporen ist im Wesentlichen materialbedingt. Gasförmiger Wasserstoff ist in Aluminium im Vergleich zu anderen Baumaterialien in großen Mengen löslich. Andere gasförmige Stoffe, wie z. B. atmosphärische Gase, beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff, bilden in Verbindung mit Aluminium dagegen feste Verbindungen, beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Aluminiumnitrid (AlN). The formation of hydrogen pores, which occurs in particular in construction materials based on aluminum or aluminum alloys, is essentially material-related. Gaseous hydrogen is soluble in aluminum in large amounts compared to other building materials. Other gaseous substances, such as. For example, atmospheric gases such as oxygen or nitrogen, however, form solid compounds in conjunction with aluminum, such as alumina (Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (AlN).

Das mit der Verwendung größerer Baumaterialpartikel einhergehende günstigere Verhältnis zwischen Partikeloberfläche und Partikelvolumen unterscheidet sich von dem Verhältnis zwischen Partikeloberfläche und Partikelvolumen des im Rahmen des eingangs beschriebenen Stands der Technik verwendeten Baumaterials typischerweise um mehrere Faktoren. Die im Vergleich größeren Baumaterialpartikel sind deutlich beständiger gegenüber adsorbierter Feuchtigkeit, welche im Rahmen generativer Bauprozesse als starke Wasserstoffquelle zu dem eingangs beschriebenen Phänomen der Wasserstoffporosität führt. The more favorable relationship between particle surface and particle volume associated with the use of larger building material particles typically differs from the ratio between particle surface and particle volume of the building material used in the context of the above-described prior art by several factors. The relatively larger building material particles are much more resistant to adsorbed moisture, which leads in the context of generative building processes as a strong source of hydrogen to the phenomenon of hydrogen porosity described above.

Überraschenderweise verbessert sich durch die Verwendung größerer Baumaterialpartikel auch das Förderverhalten, d. h. insbesondere das Fließ- bzw. Rieselverhalten, und somit auch das Aufzugverhalten des Baumaterials. Dies konnte anhand von Hall-Flow-Meter-Untersuchungen gezeigt werden. Eine Erklärung hierfür liegt in den im Vergleich schwächeren, insbesondere elektrostatischen, Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Baumaterialpartikeln.Surprisingly, the use of larger building material particles also improves the conveying behavior, ie. H. in particular the flow or trickling behavior, and thus also the elevator behavior of the building material. This was demonstrated by Hall flow meter studies. One explanation for this lies in the comparatively weaker, in particular electrostatic, interactions between the individual building material particles.

Durch die Verwendung größerer Baumaterialpartikel verbessert sich zudem das Trocknungsverhalten des Baumaterials, da die Packungsdichte der Baumaterialpartikel im Vergleich geringer ist. Durch eine Verbesserung des Trocknungsverhaltens lässt sich zudem die Anlagerung von Feuchtigkeit an den Oberflächen der Baumaterialpartikel und somit die darauf zurückzuführende Wasserstoffporosität reduzieren. By using larger building material particles also improves the drying behavior of the building material, since the packing density of the building material particles is lower in comparison. By improving the drying behavior, it is also possible to reduce the accumulation of moisture on the surfaces of the building material particles and thus the hydrogen porosity attributable thereto.

Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass mit der Verwendung größerer Baumaterialpartikel, d. h. durch einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, in überraschender Weise eine Vielzahl an sich sowohl auf die Durchführung des Verfahrens als auch auf die strukturellen Eigenschaften der vermittels des Verfahrens herstellbaren bzw. hergestellten Objekte positiv auswirkende Vorteile verbunden sind. From the above, it follows that with the use of larger building material particles, i. H. by a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 microns of at least 20%, in a surprising way a variety of both on the implementation of the method and on the structural properties of the producible by the process or produced objects positively impacting benefits are connected ,

Nachfolgend werden beispielhaft unterschiedliche mengenmäßige Zusammensetzungen des im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Baumaterials angegeben. Gemein ist diesen, dass der mengenmäßige Anteil an Baumaterialpartikel mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm wenigstens 20%, gegebenenfalls wenigstens 25%, gegebenenfalls wenigstens 30%, gegebenenfalls wenigstens 35%, gegebenenfalls wenigstens 40%, gegebenenfalls wenigstens 45%, gegebenenfalls wenigstens 50%, gegebenenfalls wenigstens 65%, gegebenenfalls wenigstens 70%, gegebenenfalls wenigstens 75%, gegebenenfalls wenigstens 80%, gegebenenfalls wenigstens 85%, gegebenenfalls wenigstens 90% oder mehr beträgt. Selbstverständlich sind sämtliche nicht ausdrücklich genannten, zwischen zwei aufeinanderfolgend genannten Prozentwerten liegenden Prozentwerte ebenso umfasst, so dass das Baumaterial z. B. auch einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm z. B. von wenigstens 22%, 43%, 64%, etc. aufweisen kann. By way of example, different quantitative compositions of the building material used in the process described herein are given below. Common to this is that the quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 microns at least 20%, optionally at least 25%, optionally at least 30%, optionally at least 35%, optionally at least 40%, optionally at least 45%, optionally at least 50%, optionally at least 65%, optionally at least 70%, optionally at least 75%, optionally at least 80%, optionally at least 85%, optionally at least 90% or more. Of course, all not expressly mentioned, lying between two successive percentages percentages are also included, so that the building material z. B. also a quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns z. B. of at least 22%, 43%, 64%, etc. may have.

Typischerweise weist das im Rahmen des hierein beschriebenen Verfahrens verwendete Baumaterial Baumaterialpartikel mit Partikelgrößen zwischen 30 und 125 µm, insbesondere zwischen 35 und 100 µm, bevorzugt zwischen 40 und 90 µm, auf. Selbstverständlich können einzelne Baumaterialpartikel auch Partikelgrößen unterhalb 30 µm bzw. oberhalb 125 µm aufweisen.Typically, the building material used in the process described herein comprises building material particles having particle sizes between 30 and 125 microns, more preferably between 35 and 100 microns, preferably between 40 and 90 microns. Of course, individual building material particles may also have particle sizes below 30 .mu.m or above 125 .mu.m.

Eine beispielhafte anteils- bzw. mengenmäßige Zusammensetzung bzw. eine beispielhafte Partikelgrößenverteilung eines im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Baumaterials kann einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich unterhalb 30 µm in einem Bereich zwischen 0 und 10%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 30 und 45 µm von wenigstens 5%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 20%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 45 und 60 µm von wenigstens 30%, insbesondere in einem Bereich zwischen 30 und 50%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 60 und 75 µm von wenigstens 15%, insbesondere in einem Bereich zwischen 15 und 30%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 75 und 90 µm von wenigstens 5%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 20%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 90 und 125 µm zwischen 0 und 15%, einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich zwischen 90 und 125 µm zwischen 0 und 15% und einen mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße in einem Bereich oberhalb 125 µm zwischen 0 und 5% auf. Selbstverständlich addiert sich der Gesamtanteil jeweiliger Partikelgrößenfraktionen stets zu 100%. Vorstehende beispielhafte anteils- bzw. mengenmäßige Zusammensetzung eines Ausführungsbeispiels eines Baumaterials ist in nachfolgender Tabelle nochmals anschaulich zusammengefasst. Partikelgrößenfraktion [µm] Mengenmäßiger Anteil [%] < 30 0–10 30–45 5–20 45–60 30–50 60–75 15–30 75–90 5–20 90–125 0–15 > 125 0–5 ∑ = 100 An exemplary proportion or particle size distribution of a building material used in the method described herein may include a quantified amount of building material particles having a particle size in a range below 30 microns in a range between 0 and 10% Building material particles having a particle size in a range between 30 and 45 microns of at least 5%, in particular in a range between 5 and 20%, a quantitative proportion of building material particles having a particle size in a range between 45 and 60 microns of at least 30%, in particular in a range between 30 and 50%, a quantitative proportion of building material particles having a particle size in a range between 60 and 75 microns of at least 15%, in particular in a range between 15 and 30%, a quantitative proportion of building material particles having a particle size in a range between 75 and 90 microns of at least 5%, in particular in a range between 5 and 20%, a quantitative Share of building material particles with a particle size in a range between 90 and 125 microns between 0 and 15%, a quantitative proportion of building material particles with a particle size in a range between 90 and 125 microns between 0 and 15% and a quantitative proportion of building material particles with a particle size in a range above 125 microns between 0 and 5%. Of course, the total proportion of respective particle size fractions always adds up to 100%. The above exemplary proportion or quantitative composition of an embodiment of a building material is summarized in the following table again vividly. Particle size fraction [μm] Quantitative share [%] <30 0-10 30-45 5-20 45-60 30-50 60-75 15-30 75-90 5-20 90-125 0-15 > 125 0-5 Σ = 100

Selbstverständlich können die in der Tabelle angegebenen mengenmäßigen Anteile einzelner, mehrerer oder aller Partikelgrößenfraktionen in Ausnahmefällen geringfügig nach oben bzw. unten variieren. Die in der Tabelle angegebenen Partikelgrößenfraktionen wurden anhand einer Partikelgrößenanalyse mittels Laserbeugung gemäß DIN ISO 13320:2009 bestimmt.It goes without saying that the quantitative proportions of individual, several or all particle size fractions given in the table may in exceptional cases vary slightly upwards or downwards. The particle size fractions indicated in the table were determined by means of a particle size analysis by means of laser diffraction according to DIN ISO 13320: 2009 certainly.

Zweckmäßig wird ein Baumaterial verwendet, welches zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, Partikel mit einer zumindest abschnittsweise länglichen Partikelform bzw. -gestalt, d. h. (im Wesentlichen) längliche bzw. spratzige Partikel, aufweist. Derart zeigen sich die weiter oben beschriebenen Vorteile des Baumaterials besonders deutlich. Wie erwähnt, handelt es sich bei länglichen bzw. spratzigen Baumaterialpartikeln um solche, die eine definierbare bzw. definierte Längsachse aufweisen, welche geradlinig und/oder gewölbt durch einen jeweiligen Baumaterialpartikel verläuft. Suitably, a building material is used, which at least partially, in particular predominantly, particles with an at least partially elongated particle shape or shape, d. H. (Substantially) elongated or spiky particles. In this way, the advantages of the building material described above are particularly clear. As mentioned, elongate or spiky building material particles are those which have a definable or defined longitudinal axis, which extends in a straight line and / or curved through a respective building material particle.

Im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens wird typischerweise ein aus Metall oder einer Metalllegierung gebildetes oder wenigstens ein Metall oder wenigstens eine Metalllegierung umfassendes Baumaterial verwendet. As part of the process described herein, a building material formed of metal or metal alloy or comprising at least one metal or at least one metal alloy is typically used.

Metallische Baumaterialien können aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung gebildet sein bzw. bestehen oder wenigstens ein Leichtmetall oder wenigstens eine Leichtmetalllegierung umfassen. Als Leichtmetalle bzw. Leichtmetalllegierungen kommen prinzipiell sämtliche zur Verwendung im Rahmen generativer Verfahren geeigneten Leichtmetalle, d. h. z. B. Aluminium, Magnesium, Titan, bzw. Leichtmetalllegierungen, z. B. basierend auf Aluminium und/oder Magnesium und/oder Titan, in Betracht. Entsprechend kann als Leichtmetall z. B. Aluminium oder Titan bzw. als Leichtmetalllegierung z. B. eine Aluminiumlegierung oder eine Titanlegierung verwendet werden.Metallic construction materials may be formed of a light metal or a light metal alloy or comprise at least one light metal or at least one light metal alloy. In principle, all light metals which are suitable for use in generative processes as light metals or light metal alloys, ie. H. z. As aluminum, magnesium, titanium, or light metal alloys, eg. B. based on aluminum and / or magnesium and / or titanium, into consideration. Accordingly, as a light metal z. As aluminum or titanium or as a light metal alloy z. As an aluminum alloy or a titanium alloy can be used.

Metallische Baumaterialien können auch aus einem Eisenwerkstoff oder einer Eisenwerkstofflegierung, insbesondere Stahl, gebildet sein bzw. bestehen oder wenigstens einen Eisenwerkstoff oder wenigstens eine Eisenwerkstofflegierung umfassen.Metallic building materials may also be formed of a ferrous or ferrous alloy, particularly steel, or comprise at least one ferrous material or at least one ferrous material alloy.

Selbstverständlich können prinzipiell auch Baumaterialien aus anderen Materialgruppen, d. h. aus Keramikmaterialien und/oder Kunststoffmaterialien gebildete bzw. bestehende oder wenigstens ein Keramikmaterial und/oder wenigstens ein Kunststoffmaterial umfassende Baumaterialien verwendet werden. Of course, in principle, building materials from other material groups, d. H. made of ceramic materials and / or plastic materials or existing or at least one ceramic material and / or at least one plastic material comprising building materials may be used.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche die Erfindung ebenso betrifft, umfasst als wesentliche Funktionskomponenten eine Strahlerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Energiestrahls, gegebenenfalls eine der Strahlerzeugungseinrichtung nachgeschaltete Strahlablenkeinrichtung zur Ablenkung eines von der Strahlerzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls auf einen Abschnitt einer Schicht eines zu verfestigenden Baumaterials. Daneben umfasst die Vorrichtung weitere Funktionskomponenten, welche zur Realisierung generativer Bauprozesse und somit zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte typischerweise erforderlich sind. Unter Funktionskomponenten der Vorrichtung sind im Allgemeinen Komponenten oder Komponentengruppen zu verstehen, welche, typischerweise unmittelbar, im Zusammenhang mit einem generativen An apparatus for carrying out the method, which also relates to the invention, comprises as essential functional components a beam generating device for generating an energy beam, optionally a beam deflecting device downstream of the beam generating device for deflecting an energy beam generated by the beam generating device onto a section of a layer of a building material to be solidified. In addition, the device comprises further functional components which are typically required for the realization of generative building processes and thus for the generative production of three-dimensional objects. Functional components of the device are generally to be understood as meaning components or component groups which, typically directly, are associated with a generative one

Bauprozess stehen. Hierzu zählt insbesondere eine Gehäuseeinrichtung mit wenigstens einer Bau- oder Prozesskammer, im Allgemeinen einem abgeschlossenen Volumen, in welchem generative Bauprozesse zur Herstellung dreidimensionaler Objekte stattfinden, wenigstens eine Trageinrichtung zum Tragen herzustellender bzw. hergestellter dreidimensionaler Objekte, wobei die Trageinrichtung wenigstens ein (höhen)beweglich gelagertes Tragelement umfassen kann, wenigstens eine Baumaterialaufbring- und/oder Dosiereinrichtung zur Aufbringung und/oder Dosierung von Baumaterial auf eine Baufläche sowie wenigstens eine Beschichtungseinrichtung zur Ausbildung einer definierten Schicht von Baumaterial auf eine Baufläche. In einer entsprechenden Bau- oder Prozesskammer herrscht typischerweise eine inerte Schutzgasatmosphäre, d. h. die Prozesskammer ist typischerweise mit einem inerten Schutzgas, z. B. Argon, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, etc., befüllt bzw. wird von einem solchen durchströmt. Die vorstehende Aufzählung entsprechender Funktionskomponenten der Vorrichtung ist nicht abschließend. Construction process stand. This includes, in particular, a housing device with at least one construction or process chamber, generally a closed volume, in which generative building processes for producing three-dimensional objects take place, at least one support device for carrying or producing three-dimensional objects, the support device being movable at least one (height) mounted support member may comprise at least one Baumaterialaufbring- and / or metering device for applying and / or metering of building material on a building surface and at least one coating device for forming a defined layer of building material on a building surface. In an appropriate construction or process chamber typically there is an inert inert gas atmosphere, d. H. the process chamber is typically filled with an inert shielding gas, e.g. As argon, carbon dioxide, nitrogen, etc., filled or is flowed through by such. The above enumeration of corresponding functional components of the device is not exhaustive.

Die Erfindung betrifft ferner ein verfestigbares partikuläres Baumaterial zur Verwendung in einem Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweise selektive Verfestigung des verfestigbaren partikulären Baumaterials mit einer gegebenen Partikelgrößenverteilung vermittels eines von einer Strahlerzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls, insbesondere in einem Verfahren wie vorstehend beschrieben. Das Baumaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Partikelgrößenverteilung mit einem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, aufweist.The invention further relates to a solidifiable particulate building material for use in a method for generatively producing a three-dimensional object by layerwise selective solidification of the solidifiable particulate building material having a given particle size distribution by means of an energy beam generated by a beam generating device, in particular in a method as described above. The building material is characterized in that it has a particle size distribution with a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 μm of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%.

Im Zusammenhang mit dem Baumaterial gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren analog. In connection with the building material, all statements in connection with the method apply analogously.

Das Baumaterial besteht demnach insbesondere aus Baumaterialpartikeln mit Partikelgrößen zwischen 30 und 125 µm, insbesondere zwischen 35 und 100 µm, bevorzugt zwischen 40 und 90 µm. Selbstverständlich kann das Baumaterial gegebenenfalls auch Baumaterialpartikel kleiner als 30 µm bzw. größer als 125 µm aufweisen. The building material accordingly consists in particular of building material particles having particle sizes between 30 and 125 μm, in particular between 35 and 100 μm, preferably between 40 and 90 μm. Of course, if necessary, the building material may also have building material particles smaller than 30 μm or larger than 125 μm.

Das Baumaterial weist zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, Baumaterialpartikel mit einer zumindest abschnittsweise länglichen Partikelform- bzw. -gestalt auf.The building material has at least partially, in particular predominantly, building material particles with an at least partially elongate particle shape or shape.

Das Baumaterial kann aus Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein bzw. bestehen oder wenigstens ein Metall oder wenigstens eine Metalllegierung umfassen. The building material may be formed of metal or a metal alloy or comprise at least one metal or at least one metal alloy.

Das Baumaterial kann sonach aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung gebildet sein bzw. bestehen oder wenigstens ein Leichtmetall oder wenigstens eine Leichtmetalllegierung umfassen. Das Baumaterial kann dabei z. B. aus Aluminium oder Titan oder einer Aluminiumlegierung oder einer Titanlegierung gebildet sein bzw. bestehen oder Aluminium oder Titan oder wenigstens eine Aluminiumlegierung oder wenigstens eine Titanlegierung umfassen. The building material may accordingly be formed of a light metal or a light metal alloy or consist of or comprise at least one light metal or at least one light metal alloy. The building material can be z. For example, be formed of aluminum or titanium or an aluminum alloy or a titanium alloy or comprise aluminum or titanium or at least one aluminum alloy or at least one titanium alloy.

Das Baumaterial kann auch aus einem Eisenwerkstoff oder einer Eisenwerkstofflegierung, insbesondere Stahl, gebildet sein bzw. bestehen oder wenigstens einen Eisenwerkstoff oder wenigstens eine Eisenwerkstofflegierung umfassen. The building material may also be or consist of a ferrous material or a ferrous alloy, in particular steel, or comprise at least one ferrous material or at least one ferrous material alloy.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is explained in more detail with reference to embodiments in the drawing figures. Showing:

1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a schematic representation of an apparatus for performing a method according to an embodiment of the invention;

2–4 je ein Diagramm zur Veranschaulichung der Partikelgrößenverteilung eines Ausführungsbeispiels eines Baumaterials zur Verwendung im Rahmen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 2 - 4 in each case a diagram for illustrating the particle size distribution of an exemplary embodiment of a building material for use in a method according to one exemplary embodiment of the invention; and

5 eine mikroskopische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Baumaterials zur Verwendung im Rahmen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 a microscopic view of an embodiment of a building material for use in a method according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Durchführung eines generativen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 1 dient der generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 durch schichtweises selektives Verfestigen wenigstens eines verfestigbaren partikulären Baumaterials 3, nämlich eines Metallpulvers, vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung 4, nämlich einer Lasererzeugungseinrichtung, erzeugten Energiestrahls 5, nämlich eines Laserstrahls. 1 shows a schematic diagram of a device 1 for carrying out a generative method according to an embodiment of the invention. The device 1 serves the generative production of three-dimensional objects 2 by layer-wise selective solidification of at least one solidifiable particulate building material 3 namely a metal powder, by means of one of a radiation generating device 4 , namely a laser generating device, generated energy beam 5 namely, a laser beam.

Die Vorrichtung 1 kann als selektive Lasersintervorrichtung, kurz SLS-Vorrichtung, zur Durchführung selektiver Lasersinterprozesse oder als selektive Laserschmelzvorrichtung, kurz SLM-Vorrichtung, zur Durchführung selektiver Laserschmelzprozesse ausgebildet sein. Bei dem mit der Vorrichtung 1 implementierbaren Verfahren handelt es sich sonach um ein selektives Lasersinterverfahren, kurz SLS-Verfahren, oder um ein selektives Laserschmelzverfahren, kurz SLM-Verfahren. The device 1 can be configured as a selective laser sintering device, in short SLS device, for carrying out selective laser sintering processes or as a selective laser melting device, in short SLM device, for carrying out selective laser melting processes. In the case of the device 1 Thus, implementable processes are a selective laser sintering process, SLS process for short, or a selective laser melting process, SLM process for short.

Der Strahlungserzeugungseinrichtung 4 ist eine Strahlablenkeinrichtung 6 zur gezielten Ablenkung des von der Strahlungserzeugungseinrichtung 4 erzeugten Energiestrahls 5 auf einen bestimmten Bereich innerhalb einer Prozesskammer 7 der Vorrichtung 1. Hierfür umfasst die Strahlablenkeinrichtung 6 eine Anzahl an geeigneten Strahlablenkelementen (nicht gezeigt), wie z. B. Ab- oder Umlenkspiegeln. Da es sich bei der Strahlungserzeugungseinrichtung 4 um eine Lasererzeugungseinrichtung handelt, kann die Strahlablenkeinrichtung 6 als Laserscanner, kurz Scanner, bezeichnet bzw. erachtet werden. Die Strahlablenkeinrichtung 6 ist in dem Strahlengang des von der Strahlungserzeugungseinrichtung 4 erzeugten Energiestrahls 5 angeordnet. The radiation generator 4 is a beam deflector 6 for targeted deflection of the radiation generating device 4 generated energy beam 5 to a specific area within a process chamber 7 the device 1 , For this purpose, the beam deflection device comprises 6 a number of suitable beam deflecting elements (not shown), such as. B. deflection or deflecting mirrors. Since it is the radiation generator 4 is a laser generating device, the beam deflecting device 6 be referred to as a laser scanner, short scanner, or considered. The beam deflector 6 is in the beam path of the radiation generator 4 generated energy beam 5 arranged.

Neben den bisher genannten Funktionskomponenten der Vorrichtung 1 umfasst die Vorrichtung 1 selbstverständlich weitere Funktionskomponenten, welche zur Realisierung generativer Bauprozesse und somit zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 erforderlich sind. Hierzu zählt insbesondere eine Gehäuseeinrichtung 8 mit der Prozesskammer 7, eine Trageinrichtung 9 zum Tragen herzustellender bzw. hergestellter dreidimensionaler Objekte 2, wobei die Trageinrichtung 9, wie durch den vertikal ausgerichteten Doppelpfeil angedeutet, ein (höhen)beweglich gelagertes Tragelement 10 umfasst, eine Baumaterialaufbring- und/oder Dosiereinrichtung (nicht gezeigt) zur Aufbringung und/oder Dosierung von Baumaterial 3 auf eine Baufläche sowie eine entlang einer durch den horizontal ausgerichteten Doppelpfeil angedeutete Bewegungsbahn über die Baufläche bewegbare Beschichtungseinrichtung 11 zur Ausbildung einer definierten Schicht von Baumaterial 3 auf der Baufläche. In der Prozesskammer 7 herrscht eine inerte Schutzgasatmosphäre, d. h. die Prozesskammer 7 ist mit einem inerten Schutzgas, z. B. Argon, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, etc., befüllt bzw. wird von einem solchen durchströmt. In addition to the previously mentioned functional components of the device 1 includes the device 1 Of course, further functional components which are used to realize generative building processes and thus for the generative production of three-dimensional objects 2 required are. This includes in particular a housing device 8th with the process chamber 7 , a carrying device 9 for carrying or producing three-dimensional objects 2 , wherein the carrying device 9 as indicated by the vertically aligned double arrow, a (height) movably mounted support member 10 comprises a building material application and / or metering device (not shown) for applying and / or metering building material 3 on a construction surface and along a movement path indicated by the horizontally oriented double arrow movement path over the building surface movable coating device 11 for forming a defined layer of building material 3 on the construction area. In the process chamber 7 There is an inert protective gas atmosphere, ie the process chamber 7 is with an inert protective gas, for. As argon, carbon dioxide, nitrogen, etc., filled or is flowed through by such.

Das im Rahmen des mit der Vorrichtung 1 implementierbaren Verfahrens verwendete Baumaterial 3 weist eine Partikelgrößenverteilung mit einem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, insbesondere wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50%, auf. Mit anderen Worten weisen wenigstens 20% der das Baumaterial bildenden Baumaterialpartikel eine Partikelgröße von mehr als 50 µm auf. Im Rahmen des Verfahrens wird im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, gemäß welchem im Rahmen entsprechender generativer Verfahren Baumaterialien mit einer Partikelgrößenverteilung im Bereich von 10 bis 45 µm verwendet werden, sonach eine, gegebenenfalls deutlich, höhere Partikelgrößenverteilung und somit, gegebenenfalls deutlich, größere Baumaterialpartikel verwendet. Dies lässt sich insbesondere an dem mengenmäßigen Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm erkennen, welcher mengenmäßige Anteil bei wenigstens 20% bezogen auf den Gesamtanteil liegt. That under the device 1 implementable method used building material 3 has a particle size distribution with a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 μm of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%. In other words, at least 20% of the building material particles forming the building material have a particle size of more than 50 μm. In the context of the method, in contrast to the prior art described at the outset, according to which building materials with a particle size distribution in the range from 10 to 45 μm are used within the context of corresponding generative methods, ie a, possibly clearly, higher particle size distribution and thus, if appropriate, clearly used larger building material particles. This can be seen in particular in the quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns, which quantitative proportion is at least 20% based on the total proportion.

Anhand von diversen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von im Vergleich größeren Baumaterialpartikeln, d. h. eines im Vergleich hohen mengenmäßigen Anteils an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm von wenigstens 20%, eine Vielzahl an Vorteilen sowohl für die Durchführung des Verfahrens, insbesondere die Auf- und Vorbereitung des verwendeten Baumaterials, als auch Vorteile für die strukturellen Eigenschaften eines vermittels des Verfahrens herstellbaren bzw. hergestellten dreidimensionalen Objekts, mit sich bringt. Entsprechende Vorteile sind weiter oben bereits genannt und werden an dieser Stelle nur teilweise für das Beispiel eines auf einer Aluminiumlegierung basierenden Baumaterials 3 wiederholt. On the basis of various investigations it could be shown that the use of comparatively larger building material particles, ie a comparatively high quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 μm of at least 20%, offers a multiplicity of advantages both for the implementation of the method, in particular the Preparation and preparation of the building material used, as well as advantages for the structural properties of a producible by the method or produced three-dimensional object brings with it. Corresponding advantages have already been mentioned above and will be discussed here only partially for the example of a building material based on an aluminum alloy 3 repeated.

Bei einem auf einer Aluminiumlegierung, wie z. B. AlSi10Mg, basierenden Baumaterial 3 ist der Anteil an durch Sauerstoffeinwirkung an den Partikeloberflächen gebildeten Aluminiumoxids (Al₂O₃) vergleichsweise gering. Es liegt ein günstiges Volumenverhältnis an in dem Baumaterial 3 vorhandenem Reinmaterial, d. h. der Aluminiumlegierung, und oxidiertem Reinmetall, d. h. Aluminiumoxid (Al₂O₃), vor. Bei Aluminiumoxid handelt es sich um eine hochschmelzende, hygroskopische Verbindung, welche beim Erstarrungsprozess der Baumaterialschmelze zu Problemen führt, da sie in der Baumaterialschmelze als Fremdpartikel vorliegt und das Ausgasen von im Schmelz- bzw. Sinterprozess zwangsläufig entstehenden Poren bzw. Wasserstoffporen erschwert. Zusätzlich „starten“ durch eine Reduzierung des Anteils an Aluminiumoxid weniger Erstarrungsfronten aufgrund einer reduzierten Anzahl an Keimzentren, wodurch aufgrund einer länger aufrechterhaltenen Baumaterialschmelze das Ausgasen von Poren bzw. Wasserstoffporen begünstigt wird. When on an aluminum alloy, such. B. AlSi10Mg, based building material 3 the proportion of aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) formed by the action of oxygen on the particle surfaces is comparatively low. There is a favorable volume ratio in the building material 3 existing pure material, ie the aluminum alloy, and oxidized pure metal, ie alumina (Al ₂ O ₃ ), before. Aluminum oxide is a high-melting, hygroscopic compound, which leads to problems in the solidification process of the building material melt, since it is present in the building material melt as foreign particles and the outgassing of pores or hydrogen pores inevitably formed in the melting or sintering process. In addition, reducing the proportion of alumina will "start" less solidification fronts due to a reduced number of nucleation sites, thereby favoring the outgassing of pores or hydrogen pores due to a longer-lasting building material melt.

Überraschenderweise verbessert sich durch die Verwendung größerer Baumaterialpartikel auch das Förderverhalten, d. h. insbesondere das Fließ- bzw. Rieselverhalten, und somit auch das Aufzugverhalten des Baumaterials 3. Surprisingly, the use of larger building material particles also improves the conveying behavior, ie in particular the flow or trickling behavior, and thus also the elevator behavior of the building material 3 ,

Ergebnisse aus Fließfähigkeitsuntersuchungen von auf Aluminiumlegierungen basierenden Baumaterialien 3 mit einer entsprechenden Partikelgrößenverteilung ergaben bei Durchfluss durch einen Trichter mit einem Durchmesser von ca. 5 mm ein Ergebnis von 18s / 50g und bei Durchfluss durch einen Trichter mit einem Durchmesser von ca. 2,5 mm ein Ergebnis von 57s / 50g. Der Durchfluss von 50g des Baumaterials 3 benötigte bei dem großen Trichter sonach 18 Sekunden und bei dem kleinen Trichter 57 Sekunden. Die Ergebnisse sprechen für ein hervorragendes Fließ- und somit Aufzugverhalten des Baumaterials 3. Die Fließfähigkeitsuntersuchungen wurden gemäß DIN EN ISO 4490 durchgeführt. Die Ergebnisse lassen sich mit den im Vergleich schwächeren, insbesondere elektrostatischen, Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Baumaterialpartikeln erklären.Results from Flowability Studies of Aluminum Alloy Based Building Materials 3 with a corresponding particle size distribution resulted in flow through a funnel with a diameter of about 5 mm, a result of 18s / 50g and when flow through a funnel with a diameter of about 2.5 mm, a result of 57s / 50g. The flow of 50g of building material 3 It took 18 seconds for the big funnel and 57 seconds for the small funnel. The results speak for an excellent flow and thus elevator behavior of the building material 3 , The flowability tests were carried out according to DIN EN ISO 4490 carried out. The results can be explained by the comparatively weaker, especially electrostatic, interactions between the individual building material particles.

Typischerweise weist das im Rahmen des Verfahrens verwendete Baumaterial 3 Baumaterialpartikel mit Partikelgrößen zwischen 30 und 125 µm, insbesondere zwischen 35 und 100 µm, bevorzugt zwischen 40 und 90 µm, auf. Selbstverständlich können einzelne Baumaterialpartikel auch Partikelgrößen unterhalb 30 µm bzw. oberhalb 125 µm auf. Typically, the building material used in the process has 3 Building material particles with particle sizes between 30 and 125 .mu.m, in particular between 35 and 100 .mu.m, preferably between 40 and 90 .mu.m, on. Of course, individual building material particles also particle sizes below 30 microns or above 125 microns on.

Eine beispielhafte anteils- bzw. mengenmäßige Zusammensetzung bzw. eine beispielhafte Partikelgrößenverteilung eines im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens der Erfindung verwendeten Baumaterials 3 ist in nachfolgender Tabelle zusammengefasst: Partikelgrößenfraktion [µm] Mengenmäßiger Anteil [%] < 30 0–10 30–45 5–20 45–60 30–50 60–75 15–30 75–90 5–20 90–125 0–15 > 125 0–5 ∑ = 100 An exemplary proportion or quantitative composition or an exemplary particle size distribution of a building material used in the context of an embodiment of a method of the invention 3 is summarized in the following table: Particle size fraction [μm] Quantitative share [%] <30 0-10 30-45 5-20 45-60 30-50 60-75 15-30 75-90 5-20 90-125 0-15 > 125 0-5 Σ = 100

Die in der Tabelle angegebenen Partikelgrößenfraktionen wurden anhand einer Partikelgrößenanalyse einer Charge des Baumaterials 3 mittels Laserbeugung gemäß DIN ISO 13320:2009 bestimmt.The particle size fractions indicated in the table were determined by means of a particle size analysis of a batch of the building material 3 by means of laser diffraction according to DIN ISO 13320: 2009 certainly.

In diesem Zusammenhang ist auch auf die in den in den 2–4 gezeigten Diagrammen gezeigten Graphen 12–17 zu verweisen. In den in den 2–4 gezeigten Diagrammen ist jeweils die Summenverteilung Q3 bzw. Verteilungssumme Q3 in Prozent (rechte y-Achse) und die Verteilungsdichte q3* ohne Einheit (linke y-Achse) gegenüber der auf der x-Achse logarithmisch aufgetragenen Partikelgröße in µm aufgetragen. Die Graphen 12, 14 und 16 beziehen sich jeweils auf die auf der jeweiligen rechten y-Achse aufgetragene Summenverteilung Q3 bzw. Verteilungssumme Q3, die Graphen 13, 15, 17 beziehen sich jeweils auf die auf der jeweiligen linken y-Achse aufgetragene Verteilungsdichte q3*.In this context is also on in the in the 2 - 4 shown graphs 12 - 17 to refer. In the in the 2 - 4 In the diagrams shown, the sum distribution Q3 or distribution sum Q3 in percent (right y-axis) and the distribution density q3 * without unity (left y-axis) are plotted against the particle size in μm applied logarithmically on the x-axis. The graphs 12 . 14 and 16 in each case refer to the cumulative distribution Q3 or distribution sum Q3, which is plotted on the respective right y-axis, the graphs 13 . 15 . 17 each refer to the distribution density q3 * plotted on the respective left y-axis.

Die Verteilungsdichte q3* berechnet sich gemäß DIN 66141 . Aufgrund der logarithmischen Darstellung der Partikelgröße werden in die Berechnung der Verteilungsdichte q3* Normierungs- bzw. Korrekturfaktoren miteinbezogen. The distribution density q3 * is calculated according to DIN 66141 , Due to the logarithmic representation of the particle size, q3 * normalization or correction factors are included in the calculation of the distribution density.

Anhand des in 2 gezeigten Graphen 12 ist eine Partikelgrößenverteilung, bei welcher 50% der Baumaterialpartikel eine Größe von ca. 58 µm aufweisen, erkennbar. Die einer Verteilungssumme von 50% entsprechende Partikelgröße liegt bei ca. 58 µm. 50% der Baumaterialpartikel weisen sonach eine Partikelgröße oberhalb 50 µm auf. Der mengenmäßige Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm liegt sonach deutlich oberhalb 20%. Anhand des in 2 gezeigten Graphen 13 zeigt sich ein deutlicher Anstieg der Verteilungsdichte und somit der Häufigkeit entsprechender Baumaterialpartikel mit einer Partikelgröße von wenigstens 30 µm ab ca. 30 µm, das Maximum der Verteilungsdichte liegt bei ca. 58 µm. Based on the in 2 shown graphs 12 is a particle size distribution at which 50% of the building material particles have a size of about 58 microns, recognizable. The particle size corresponding to a distribution sum of 50% is about 58 μm. 50% of the building material particles therefore have a particle size of more than 50 μm. The quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns is therefore well above 20%. Based on the in 2 shown graphs 13 shows a significant increase in the distribution density and thus the frequency of corresponding building material particles having a particle size of at least 30 microns from about 30 microns, the maximum of the distribution density is about 58 microns.

Anhand des in 3 gezeigten Graphen 14 ist eine Partikelgrößenverteilung, bei welcher 50% der Baumaterialpartikel eine Größe von ca. 60 µm aufweisen, erkennbar. Die einer Verteilungssumme von 50% entsprechende Partikelgröße liegt bei ca. 60 µm. 50% der Baumaterialpartikel weisen sonach eine Partikelgröße oberhalb 60 µm auf. Der mengenmäßige Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm liegt sonach auch hier deutlich oberhalb 20%. Anhand des in 3 gezeigten Graphen 15 zeigt sich ein deutlicher Anstieg der Verteilungsdichte und somit der Häufigkeit entsprechender Baumaterialpartikel mit einer Partikelgröße von wenigstens 30 µm ab ca. 30 µm, das Maximum der Verteilungsdichte liegt bei ca. 60 µm. Based on the in 3 shown graphs 14 is a particle size distribution in which 50% of the building material particles have a size of about 60 microns, recognizable. The particle size corresponding to a distribution sum of 50% is about 60 μm. 50% of the building material particles therefore have a particle size above 60 μm. The quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns is thus well above 20%. Based on the in 3 shown graphs 15 shows a significant increase in the distribution density and thus the frequency of corresponding building material particles having a particle size of at least 30 microns from about 30 microns, the maximum of the distribution density is about 60 microns.

Anhand des in 4 gezeigten Graphen 16 ist eine Partikelgrößenverteilung, bei welcher 50% der Baumaterialpartikel eine Größe von ca. 57,5 µm aufweisen, erkennbar. Die einer Verteilungssumme von 50% entsprechende Partikelgröße liegt bei ca. 57,5 µm. 50% der Baumaterialpartikel weisen sonach eine Partikelgröße oberhalb 57,5 µm auf. Der mengenmäßige Anteil an Baumaterialpartikeln mit einer Partikelgröße oberhalb 50 µm liegt sonach auch hier deutlich oberhalb 20%. Anhand des in 4 gezeigten Graphen 17 zeigt sich ein deutlicher Anstieg der Verteilungsdichte und somit der Häufigkeit entsprechender Baumaterialpartikel mit einer Partikelgröße von wenigstens 30 µm ab ca. 35 µm, das Maximum der Verteilungsdichte liegt bei ca. 57,5 µm. Based on the in 4 shown graphs 16 is a particle size distribution in which 50% of the building material particles have a size of about 57.5 microns, recognizable. The particle size corresponding to a distribution sum of 50% is approximately 57.5 μm. 50% of the building material particles therefore have a particle size above 57.5 μm. The quantitative proportion of building material particles with a particle size above 50 microns is thus well above 20%. Based on the in 4 shown graphs 17 shows a significant increase in the distribution density and thus the frequency of corresponding building material particles with a particle size of at least 30 microns from about 35 microns, the maximum of the distribution density is about 57.5 microns.

Anhand der in 5 gezeigten (raster)mikroskopischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Baumaterials 3 zur Verwendung im Rahmen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung lässt sich die bevorzugte Morphologie der Baumaterialpartikel erkennen. Ersichtlich weist ein Großteil der Baumaterialpartikel eine zumindest abschnittsweise längliche Partikelform bzw. -gestalt auf. Die Baumaterialpartikel können ihrer Morphologie nach (im Wesentlichen) als länglich bzw. spratzig bezeichnet bzw. erachtet werden. Die Baumaterialpartikel weisen eine definierbare bzw. definierte Längsachse A auf, welche geradlinig und/oder gewölbt durch die jeweiligen Baumaterialpartikel verläuft. Die Längsachse A ist für eine Anzahl an Baumaterialpartikeln exemplarisch dargestellt. Anhand des eingetragenen Maßstabs zeigt sich, dass die Baumaterialpartikel eine die Partikelgröße bestimmende Länge von mehr als 50 µm aufweisen. On the basis of in 5 shown (raster) microscopic representation of an embodiment of a building material 3 for use in a method according to an embodiment of the invention, the preferred morphology of the building material particles can be recognized. Obviously, a majority of the building material particles have an at least partially elongated particle shape or shape. According to their morphology, the building material particles may be (substantially) described as oblong or sparse. The building material particles have a definable or defined longitudinal axis A, which extends in a straight line and / or curved through the respective building material particles. The longitudinal axis A is exemplified for a number of building material particles. The registered scale shows that the building material particles have a particle size determining length of more than 50 microns.

Die im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Baumaterialien 3 erweisen sich im Vergleich zu bekannten Baumaterialien zudem hinsichtlich des Explosionsschutzes als deutlich ungefährlicher. Die notwendige Zündenergie mit Induktivität steigt um einen Faktor 30–100 (je nach Material, insbesondere bei auf bestimmten Aluminiumlegierungen basierenden Baumaterialien 3) auf ca. 1000 mJ. Die untere Explosionsgrenze steigt von ca. 30 g/m² bei bekannten Baumaterialien auf ca. 250 g/m² bei den im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Baumaterialien 3. Die Zündtemperatur der im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendeten Baumaterialien 3 liegt typischerweise bei wenigstens 850°C, bei bekannten Baumaterialien liegt die Zündtemperatur üblicherweise bei ca. 700 °C.The building materials used in the process described herein 3 Compared to known building materials, they also prove to be much more harmless in terms of explosion protection. The necessary ignition energy with inductance increases by a factor of 30-100 (depending on the material, in particular for building materials based on certain aluminum alloys 3 ) to about 1000 mJ. The lower explosive limit increases from about 30 g / m ² in known building materials to about 250 g / m ² in the building materials used in the process described herein 3 , The ignition temperature of the building materials used in the process described herein 3 is typically at least 850 ° C, with known building materials, the ignition temperature is usually about 700 ° C.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung contraption
22: Objekt object
33: Baumaterial building materials
44: Strahlungserzeugungseinrichtung Radiation producing device
55: Energiestrahl energy beam
66: Strahlablenkeinrichtung Beam deflector
77: Prozesskammer process chamber
88th: Gehäuseeinrichtung housing means
99: Trageinrichtung support means
10 10: Tragelement supporting member
1111: Beschichtungseinrichtung coater
12–1712-17: Graph graph
AA: Längsachse longitudinal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN ISO 13320: 2009 [0024]
DIN EN ISO 4490 [0051]
DIN ISO 13320: 2009 [0054]
DIN 66141 [0056]

Claims

Method for the generative production of a three-dimensional object ( 2 ) by layerwise selective solidification of a solidifiable particulate building material ( 3 ) of a given particle size distribution by means of one of a beam generating device ( 4 ) generated energy beam ( 5 ), characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ), which has a particle size distribution with a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 μm of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%.

A method according to claim 1, characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ), which consists of building material particles having particle sizes of between 30 and 125 μm, in particular between 35 and 100 μm, preferably between 40 and 90 μm.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ) is used, which at least partially building material particles having an at least partially elongated particle shape.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ) formed of metal or a metal alloy or comprising at least one metal or at least one metal alloy.

A method according to claim 4, characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ), which is formed of a light metal or a light metal alloy or comprises at least one light metal or at least one light metal alloy.

A method according to claim 5, characterized in that is used as the light metal or light alloy aluminum or at least one aluminum alloy or light metal alloy titanium or at least one titanium alloy.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that a solidifiable particulate building material ( 3 ), which is formed from an iron material or an iron material alloy, in particular steel, or comprises at least one iron material or at least one iron material alloy.

Solidifiable particulate building material ( 3 ) for use in a method of generatively producing a three-dimensional object ( 2 ) by layerwise selective solidification of the solidifiable particulate building material ( 3 ) with a given particle size distribution by means of one of a beam generating device ( 4 ) generated energy beam ( 5 ), in particular in a method according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a particle size distribution with a quantitative proportion of building material particles having a particle size above 50 microns of at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 50%.

Solidifiable particulate building material according to claim 8, characterized in that it consists of building material particles having particle sizes between 30 and 125 .mu.m, in particular between 35 and 100 .mu.m, preferably between 40 and 90 .mu.m.

A solidifiable particulate building material according to claim 8 or 9, characterized in that it comprises at least partially building material particles having an at least partially elongated particle shape.

A solidifiable particulate building material according to any one of claims 8 to 10, characterized in that it is formed of metal or a metal alloy or comprises at least one metal or at least one metal alloy.

A solidifiable particulate building material according to claim 11, characterized in that it is formed from a light metal or a light metal alloy or comprises at least one light metal or at least one light metal alloy.

A solidifiable particulate building material according to claim 12, characterized in that it is formed from aluminum or at least one aluminum alloy or aluminum or at least one Aluminum alloy comprises or that it is made of titanium or at least one titanium alloy or comprises titanium or at least one titanium alloy.

A solidifiable particulate building material according to claim 12 or 13, characterized in that it is formed from an iron material or an iron material alloy, in particular steel, or comprises at least one iron material or at least one iron material alloy.