DE102015114959A1

DE102015114959A1 - Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts

Info

Publication number: DE102015114959A1
Application number: DE102015114959.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Herzog; Florian Bechmann; Fabian Zeulner
Original assignee: CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Current assignee: Concept Laser GmbH
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (2) durch sukzessive selektive Verfestigung einzelner Baumaterialschichten (3) aus verfestigbarem partikulären Baumaterial (4) vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6), umfassend wenigstens eine Strahlungserzeugungseinrichtung (5) zur Erzeugung eines Energiestrahls (6) und wenigstens eine Beschichtereinrichtung (9) zur Ausbildung einer zu verfestigenden Baumaterialschicht (3) in einer Bauebene sowie wenigstens eine Schwingungseinrichtung (10), welche eingerichtet ist, in wenigstens eine vermittels eines von der Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6) selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht (3) zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur zumindest bereichsweisen Verdichtung der Baumaterialschicht (3) einzubringen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive selektive Verfestigung einzelner Baumaterialschichten aus verfestigbarem partikulären Baumaterial vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls. Die Vorrichtung umfasst u. a. wenigstens eine Strahlungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Energiestrahls und wenigstens eine Beschichtereinrichtung zur Ausbildung einer zu verfestigenden Baumaterialschicht in einer Bauebene.
Derartige Vorrichtungen sind zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte an und für sich bekannt. Vermittels entsprechenden Vorrichtungen werden herzustellende dreidimensionale Objekte durch selektives Verfestigen von in einer Bauebene aufgebrachten Baumaterialschichten aus verfestigbarem partikulären Baumaterials in jeweiligen Querschnittsbereichen der jeweils herzustellenden Objekte entsprechenden Bereichen vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls sukzessive generativ aufgebaut. Die selektive schichtweise Verfestigung der zu verfestigenden Baumaterialschichten erfolgt auf Grundlage von die geometrische Gestalt, d. h. insbesondere die schichtbezogenen Querschnittsgeometrien, des herzustellenden dreidimensionalen Objekts beschreibenden Baudaten.
Die Verdichtung der zu verfestigenden Baumaterialschichten stellt ein wesentliches Qualitätskriterium für den Verfestigungsvorgang und die Qualität eines herzustellenden dreidimensionalen Objekts dar. So ist es beispielsweise möglich, dass es bei einer nicht ausreichend verdichteten Baumaterialschicht vor oder während des Verfestigungsvorgangs zu Einbrüchen der Oberfläche kommt, welche sich, insbesondere aufgrund einer Änderung des Auftreffpunkts des Energiestrahls auf die zu verfestigende Baumaterialschicht, negativ auf den Verfestigungsvorgang und somit das herzustellende dreidimensionale Objekt auswirken.
Bekannte Vorrichtungen stellen, wenn überhaupt, lediglich weiterentwicklungsbedürftige Ansätze zur Verdichtung von Baumaterialschichten bereit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen besondere Ausführungsformen der Vorrichtung. Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die hierin beschriebene Vorrichtung dient im Allgemeinen der generativen Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts, d. h. typischerweise eines technischen Bauteils bzw. einer technischen Bauteilgruppe, durch sukzessive selektives Verfestigen einzelner Baumaterialschichten aus einem verfestigbaren partikulären Baumaterial vermittels wenigstens eines von wenigstens einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls.
Die sukzessive schichtweise selektive Verfestigung der zu verfestigenden Baumaterialschichten erfolgt auf Grundlage von Baudaten. Entsprechende Baudaten beschreiben im Allgemeinen die geometrische bzw. geometrisch-konstruktive Gestalt des jeweils generativ herzustellenden dreidimensionalen Objekts (im Weiteren abgekürzt als „Objekt“ bezeichnet). Entsprechende Baudaten können beispielsweise CAD-Daten des herzustellenden Objekts sein bzw. solche beinhalten.
Die Vorrichtung umfasst die typischen erforderlichen Funktionskomponenten zur Durchführung generativer Bauprozesse, d. h. insbesondere eine Strahlungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Energiestrahls, insbesondere eines Laser- oder Elektronenstrahls, zur selektiven Verfestigung einzelner Baumaterialschichten aus einem partikulären Baumaterial, insbesondere einem Metall-, Kunststoff- oder Keramikpulver, und eine Beschichtereinrichtung zur Ausbildung zu verfestigender Baumaterialschichten in einer Bauebene. Bei einer Bauebene kann es sich um eine Oberfläche eines, typischerweise (in vertikaler Richtung) bewegbar gelagerten, Trägerelements einer Trägereinrichtung oder eine bereits verfestigte Baumaterialschicht handeln.
Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens eine Schwingungseinrichtung. Eine entsprechende Schwingungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen in eine zu verfestigende Baumaterialschicht (im Weiteren abgekürzt als „Baumaterialschicht“ bezeichnet) einzubringen. Die in die Baumaterialschicht eingebrachten mechanischen Schwingungen resultieren in einer zumindest bereichsweisen (gegebenenfalls weiteren) Verdichtung der Baumaterialschicht. Die Verdichtung der Baumaterialschicht beruht auf einer zumindest bereichsweisen mechanischen Anregung des partikulären Baumaterials durch die in die Baumaterialschicht eingebrachten mechanischen Schwingungen. Die mechanische Anregung des partikulären Baumaterials führt typischerweise zu einer Auflockerung bzw. „Verflüssigung“ des partikulären Baumaterials, welche eine zumindest bereichsweise Neuanordnung bzw. Neuausrichtung des partikulären Baumaterials bedingt. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln ermöglicht das Ausfüllen bestehender „Leerstellen“ in der Mikro- bzw. Makrogefügestruktur der Baumaterialschicht und so eine dichtere Anordnung von Baumaterialpartikeln aneinander. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln resultiert daher in einer im Vergleich dichteren Packung der Baumaterialschicht. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln hat also direkten Einfluss auf die Mikro- bzw. Makrogefügestruktur der Baumaterialschicht, als diese eine Verdichtung des Gefüges der Baumaterialschicht bedingt.
Unter mechanischen Schwingungen (Vibrationen) können beispielsweise akustische Schwingungen, d. h. Schallschwingungen, zu verstehen sein. Die mechanischen Schwingungen können verschiedenartig sein; es kann sich dabei beispielsweise um periodische oder aperiodische bzw. um lineare oder nicht lineare mechanische Schwingungen handeln. Die Eigenschaften, d. h. Art, Form, Amplitude, Frequenz, etc., der zur Verdichtung einer Baumaterialschicht konkret einzusetzenden bzw. eingesetzten mechanischen Schwingungen sind insbesondere in Abhängigkeit verschiedener Baumaterialparameter, d. h. insbesondere Verdichtungsgrad, Partikelart(verteilung), Partikelform(verteilung), Partikelgröße(nverteilung), etc., der Baumaterialschicht und/oder Prozessparameter festzulegen. Selbstverständlich kann sich eine mechanische Schwingung aus mehreren einander überlagerten bzw. miteinander kombinierten Einzelschwingungen zusammensetzen, sodass sich ein aus der Überlagerung bzw. Kombination der Einzelschwingungen resultierendes Schwingungsspektrum ergibt.
Die Frequenz (periodischer) mechanischer Schwingungen kann in einem Bereich zwischen 10 Hz und 100 kHz, insbesondere in einem Bereich zwischen 50 Hz und 100 kHz, liegen. Selbstverständlich sind Ausnahmen nach oben und/oder unten denkbar, da die Frequenz als wesentliche Eigenschaft periodischer mechanischer Schwingungen selbstverständlich in Abhängigkeit verschiedener Paramater, z. B. der Baumaterialschicht, festzulegen ist.
Die oder wenigstens eine Schwingungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, in verschiedenen zeitlichen Intervallen hinsichtlich ihrer Schwingungseigenschaften unterschiedliche mechanische Schwingungen in eine Baumaterialschicht einzubringen. In einem ersten Zeitintervall können z. B. mechanische Schwingungen mit einer ersten Schwingungscharakteristik bzw. ersten Schwingungseigenschaften, d. h. z. B. einer bestimmten Amplitude und Frequenz, und in einem folgenden zweiten Zeitintervall mechanische Schwingungen mit einer von der ersten Schwingungscharakteristik unterschiedlichen zweiten bzw. zweiten Schwingungseigenschaften in eine Baumaterialschicht eingebracht werden. Über eine zeitlich abfolgende Einbringung unterschiedlicher mechanischer Schwingungen kann das Verdichtungsergebnis gegebenenfalls gezielt positiv beeinflusst werden.
Selbstverständlich können zur Realisierung einer zeitlich abfolgenden Einbringung unterschiedlicher mechanischer Schwingungen auch verschiedene, insbesondere zeitlich abfolgend betriebene, Schwingungseinrichtungen eingesetzt werden.
Die Einbringung mechanischer Schwingungen kann bereichsweise erfolgen, sodass sich gegebenenfalls nur eine bereichsweise Verdichtung der Baumaterialschicht ergibt. Typischerweise werden mechanische Schwingungen jedoch in die gesamte Baumaterialschicht eingebracht, um diese insgesamt zu verdichten. Wie sich im Weiteren ergibt, kann dies insbesondere sukzessive erfolgen, d. h. in einzelne Bereiche einer Baumaterialschicht werden sukzessive nacheinander mechanische Schwingungen eingebracht, sodass die Baumaterialschicht sukzessive nacheinander verdichtet wird.
Zur Erzeugung und Übertragung mechanischer Schwingungen umfasst eine entsprechende Schwingungseinrichtung typischerweise wenigstens ein Schwingungserzeugungselement zur Erzeugung mechanischer Schwingungen mit wenigstens einer bestimmten Schwingungscharakteristik bzw. bestimmten Schwingungseigenschaften und wenigstens ein Schwingungsübertragungselement zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen an bzw. in eine Baumaterialschicht oder ein Übertragungsmedium umfasst. Die mechanischen Schwingungen können sonach über ein der Schwingungseinrichtung zugehöriges Schwingungserzeugungselement, d. h. z. B. ein Generator- bzw. Wandlerelement, erzeugt und über ein diesem nachgeschaltetes Schwingungsübertragungselement, d. h. z. B. ein Membranelement, in eine Baumaterialschicht oder ein Übertragungsmedium, d. h. z. B. ein Schutzgas oder Luft zwischen dem Übertragungselement und der Baumaterialschicht, übertragen werden.
Ein Schwingungserzeugungselement kann konkret z. B. als ein elektromechanisches, insbesondere akustisches oder piezoelektrisches, Wandlerelement ausgebildet sein oder wenigstens ein solches umfassen. Ein akustisches Wandlerelement ist z. B. ein Schallwandler, ein piezoelektrisches Wandlerelement ist z. B. ein Piezowandler.
Entsprechend dem oben beispielhaft genannten Frequenzbereich (periodischer) mechanischer Schwingungen kann das Schwingungserzeugungselement zur Erzeugung mechanischer Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen 10 Hz und 100 kHz, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 100 kHz, eingerichtet sein. Wie erwähnt, ist die Frequenz als wesentliche Eigenschaft periodischer mechanischer Schwingungen selbstverständlich in Abhängigkeit verschiedener Paramater, z. B. der Baumaterialschicht, festzulegen.
Im Zusammenhang mit der Einbringung der mechanischen Schwingungen in eine Baumaterialschicht kann die Schwingungseinrichtung, insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungserzeugungs- bzw. Schwingungsübertragungselement, derart angeordnet oder eingerichtet sein, mechanische Schwingungen senkrecht, waagrecht oder unter einem zwischen einer Vertikalen und ein Waagrechten liegenden Winkel bezüglich einer Haupterstreckungsebene der Baumaterialschicht in die Baumaterialschicht einzubringen. Die Haupterstreckungsebene einer Baumaterialschicht definiert sich aus der typischerweise flächigen, im Wesentlichen zweidimensionalen Geometrie einer Baumaterialschicht, welche – bei isolierter Betrachtung der Baumaterialschicht – typischerweise eine flächenmäßig große (freiliegende) Ober- und Unterseite und flächenmäßig kleine Seiten bzw. Ränder aufweist. Im Allgemeinen können mechanische Schwingungen unter verschiedenen Winkeln, insbesondere lotrecht, über deren (freiliegende) Oberseite bzw. über deren Seiten bzw. Ränder in eine Baumaterialschicht eingebracht werden. Prinzipiell ist es selbstverständlich auch denkbar, mechanische Schwingungen unter verschiedenen Winkeln, insbesondere lotrecht, (auch) über deren Unterseite in eine Baumaterialschicht einzubringen. Dies kann beispielsweise durch Anordnung oder Ausbildung einer Schwingungseinrichtung, d. h. insbesondere eines Schwingungserzeugungselements bzw. eines Schwingungsübertragungselements, in ein Trägerelement einer, insbesondere vertikal, bewegbar gelagerten Trägereinrichtung realisiert sein. Das Trägerelement kann dabei als Schwingungsübertragungselement dienen, sodass mechanische Schwingungen unmittelbar über das Trägerelement in eine Baumaterialschicht einbringbar sind.
Die Schwingungseinrichtung bzw. ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement kann eine Baumaterialschicht zumindest während der Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht zumindest bereichsweise kontaktieren, sodass erzeugte mechanische Schwingungen unmittelbar über das Schwingungsübertragungselement in die Baumaterialschicht einbringbar sind. Mechanische Schwingungen können sonach rein mechanisch in eine Baumaterialschicht eingebracht werden.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die Schwingungseinrichtung bzw. ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement eine Baumaterialschicht zumindest während der Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht nicht kontaktiert, sodass erzeugte mechanischen Schwingungen mittelbar über ein Übertragungsmedium, wie erwähnt z. B. ein Schutzgas, in die Baumaterialschicht einbringbar sind. Mechanische Schwingungen können sonach rein akustisch bzw. kontaktfrei in eine Baumaterialschicht eingebracht werden.
Im Hinblick auf die Anordnung der bzw. einer Schwingungseinrichtung bzw. dieser zugehörige Schwingungserzeugungs- bzw. Schwingungsübertragungselemente sind verschiedene Möglichkeiten denkbar:
Grundsätzlich kann eine entsprechende Schwingungseinrichtung, insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar gelagert sein und/oder nicht bewegbar gelagert sein. Die Anordnung und Ausrichtung der Schwingungseinrichtung relativ zu einer Baumaterialschicht kann sonach variabel sein, sofern die Schwingungseinrichtung bewegbar gelagert ist, oder fix sein, sofern die Schwingungseinrichtung nicht bewegbar gelagert ist.
In der Ausführungsform, gemäß welcher eine entsprechende Schwingungseinrichtung, d. h. insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement, in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar gelagert ist, kann die Schwingungseinrichtung bzw. das Schwingungsübertragungselement mit der typischerweise zumindest entlang einer Bauebene bewegbar gelagerten Beschichtereinrichtung bewegungsgekoppelt sein. Die Bewegungskopplung zwischen der Schwingungseinrichtung bzw. dem Schwingungsübertragungselement und der Beschichtereinrichtung kann dadurch realisiert sein, dass diese(s) an bzw. in der Beschichtereinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist. Hierdurch ist gleichermaßen eine sehr kompakte Anordnung bzw. Integration der Schwingungseinrichtung bzw. des Schwingungsübertragungselements in der bzw. in die Vorrichtung gegeben.
Die bewegbare Lagerung der Beschichtereinrichtung kann z. B. über eine Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, bzw. eine Kopplung der Beschichtereinrichtung mit einer Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, realisiert sein, vermittels welcher die Beschichtereinrichtung zur Ausbildung einer Baumaterialschicht in einer Bauebene zumindest entlang der Bauebene in einer Bau- oder Prozesskammer der Vorrichtung bewegbar ist.
Eine zweckmäßige Ausführungsform ist sonach gegeben, wenn die Schwingungseinrichtung in einem der Beschichtereinrichtung zugehörigen, insbesondere klingenförmigen, Beschichterelement oder parallel zu einem solchen angeordnet ist. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist gegeben, wenn ein der Beschichtereinrichtung zugehöriges, insbesondere klingenförmiges, Beschichterelement selbst als Schwingungsübertragungselement ausgebildet ist bzw. als solches dient. Mechanische Schwingungen können sonach unmittelbar über ein entsprechendes Beschichterelement in eine Baumaterialschicht eingebracht werden. Das Beschichterelement wird hierzu durch entsprechende mechanische Schwingungen in mechanische Anregungen versetzt. Die Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht erfolgt über das entsprechend angeregte Beschichterelement.
Alternativ zu der Anordnung oder Ausbildung einer Schwingungseinrichtung bzw. eines Schwingungserzeugungselements an oder in der Beschichtereinrichtung ist es selbstverständlich auch denkbar, dass eine entsprechende Schwingungseinrichtung, insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, mit einer in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere zumindest entlang einer Bauebene, bewegbar gelagerten gesonderten Halteeinrichtung bewegungsgekoppelt, d. h. insbesondere an bzw. in der Halteeinrichtung angeordnet oder ausgebildet, ist. Die bewegbar gelagerte Halteeinrichtung kann der Beschichtereinrichtung während der Ausbildung einer entsprechenden Baumaterialschicht nachgeführt werden, sodass sich ähnliche oder gleiche Bewegungsbahnen, insbesondere entlang einer Bauebene, ergeben.
Die bewegbare Lagerung der Halteeinrichtung kann z. B. über eine Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, bzw. eine Kopplung der Halteeinrichtung mit einer Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, realisiert sein, vermittels welcher die Halteeinrichtung in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere entlang einer Bauebene, in einer Bau- oder Prozesskammer der Vorrichtung bewegbar ist.
In der Ausführungsform einer nicht bewegbar gelagerten Schwingungseinrichtung kann eine entsprechende Schwingungseinrichtung, insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, an einer nicht bewegbar gelagerten Halteeinrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Es handelt sich hierbei um eine, insbesondere in konstruktiver Hinsicht, vergleichsweise einfache Ausführungsform.
Insbesondere in den Ausführungsformen, gemäß welchen eine Schwingungserzeugungseinrichtung bzw. ein Schwingungsübertragungselement an bzw. in der Beschichtereinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist, ist es zweckmäßig, wenn die Schwingungseinrichtung eingerichtet ist, mechanische Schwingungen in einer linienförmigen Ausbreitung, insbesondere parallel zu einem der Beschichtereinrichtung zugehörigen, insbesondere klingenförmigen, Beschichterelement, zu erzeugen bzw. in die Baumaterialschicht zu übertragen. Derart ist es möglich, zu einem entsprechenden, typischerweise klingenförmigen Beschichterelement parallel ausgerichtete mechanische Schwingungen bzw. ein zu einem entsprechenden, typischerweise klingenförmigen Beschichterelement parallel ausgerichtetes mechanisches Schwingungsprofil zu erzeugen, was zu einer besonders vorteilhaften Verdichtung der Baumaterialschicht führt. Die Schwingungseinrichtung bzw. ein entsprechendes Schwingungsübertragungselement kann hierzu als so genannter Linienstrahler ausgebildet sein bzw. wenigstens einen solchen umfassen.
Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht eine wenigstens den Verdichtungsgrad einer Baumaterialschicht beschreibende Verdichtungsinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Verdichtungsinformation zu steuern. Die Ermittlung des Verdichtungsgrads einer Baumaterialschicht bzw. die Ermittlung einer entsprechenden Verdichtungsinformation kann z. B. auf Grundlage einer optischen Vermessung, insbesondere der (freiliegenden) Oberfläche, der Baumaterialschicht erfolgen, wobei anhand optischer Aufnahmen der Baumaterialschicht, insbesondere der Oberfläche(ngüte), Rückschlüsse auf einen vor der Einbringung mechanischer Schwingungen bestehenden Verdichtungsgrad der Baumaterialschicht gezogen werden können. Selbstverständlich kann hierbei auf in einem mit der Steuereinrichtung kommunizierenden Speicher hinterlegte Referenzinformationen zurückgegriffen werden, welche bestimmte optische Aufnahmen bestimmter Baumaterialschichten mit bestimmten Verdichtungsgraden referenzieren. In jedem Fall kann in Abhängigkeit einer entsprechenden Verdichtungsinformation ein individuell angepasstes mechanisches Schwingungsprofil bzw. -spektrum erzeugt werden, sodass im Hinblick auf eine konkrete Baumaterialschicht ein möglichst optimales Verdichtungsergebnis realisiert werden kann.
Die oder eine weitere Steuereinrichtung der Vorrichtung kann (ferner) dazu eingerichtet sein, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht eine wenigstens einen Baumaterialparameter der Baumaterialschicht beschreibende Baumaterialinformation und/oder eine wenigstens einen Prozessparameter im Rahmen der Verfestigung der Baumaterialschicht beschreibende Prozessinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Baumaterialinformation und/oder der Prozessinformation zu steuern. Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass entsprechende Baumaterialparameter der Erzeugung mechanischer Schwingungen bestimmter Schwingungseigenschaften zugrunde gelegt werden. Gleiches gilt selbstverständlich für Prozessparameter, d. h. insbesondere Strahlungsparameter, insbesondere Fokusweite, Intensität, etc., und Verfestigungsparameter, insbesondere eine herzustellende Soll-Verfestigung der Baumaterialschicht. In jedem Fall kann (auch) in Abhängigkeit einer entsprechenden Baumaterialinformation bzw. einer entsprechenden Prozessinformation ein individuell angepasstes mechanisches Schwingungsprofil bzw. -spektrum erzeugt werden, sodass im Hinblick auf eine konkrete Baumaterialschicht ein möglichst optimales Verdichtungsergebnis realisiert werden kann.
Die Erfindung betrifft neben der Vorrichtung auch ein Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch sukzessive selektive schichtweise Verfestigung einzelner Baumaterialschichten aus verfestigbarem partikulären Baumaterial vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in wenigstens eine vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur zumindest bereichsweisen Verdichtung der Baumaterialschicht eingebracht werden. Mit anderen Worten werden in wenigstens eine vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten Energiestrahls selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur mechanischen Anregung von Baumaterialpartikeln eingebracht, wobei sich die mechanisch angeregten Baumaterialpartikel bedingt durch die eingebrachte mechanische Anregung dichter aneinander anordnen. Das Verfahren lässt sich insbesondere mit einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchführen.
Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gelten demnach analog für das Verfahren.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigen:
1–3 je eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In den Fig. ist jeweils eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Vorrichtung 1 dient der generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 2, d. h. typischerweise eines technischen Bauteils bzw. einer technischen Bauteilgruppe, durch selektives Verfestigen von Baumaterialschichten 3 aus einem verfestigbaren partikulären Baumaterial 4 vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugten Energiestrahls 6.
Eine schichtweise selektive Verfestigung einer vermittels einer, wie durch den horizontal ausgerichteten Pfeil angedeutet, bewegbar gelagerten Beschichtereinrichtung 8 gebildeten, zu verfestigenden Baumaterialschicht 3 erfolgt derart, dass der von der Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugte Energiestrahl 6 über eine Strahlablenkeinrichtung 7 bzw. Scannereinrichtung selektiv auf bestimmte zu verfestigende, jeweiligen schichtbezogenen Querschnittsgeometrien des herzustellenden Objekts 2 entsprechende Bereiche der Baumaterialschicht 3 gelenkt wird. Die Ausbildung und selektive Verfestigung von Baumaterialschichten 3 erfolgt in einer Baukammer 9 der Vorrichtung 1. In der Baukammer 9 herrscht typischerweise eine Schutzgasatmosphäre, d. h. z. B. eine Argon- oder Stickstoffatmosphäre.
Bei dem von der Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugten Energiestrahl 6 handelt es sich um elektromagnetische Strahlung, d. h. um einen Laserstrahl, kurz einen Laser. Bei der Strahlungserzeugungseinrichtung 5 handelt es sich sonach um eine Lasererzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls. Die Vorrichtung 1 kann sonach eine selektive Lasersintervorrichtung, kurz SLS-Vorrichtung, zur Durchführung selektiver Lasersinterprozesse zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 oder eine selektive Laserschmelzvorrichtung, kurz SLM-Vorrichtung, zur Durchführung selektiver Laserschmelzprozesse zur generativen Herstellung dreidimensionaler Objekte 2 sein.
Bei dem verfestigbaren partikulären Baumaterial 4 kann es sich um ein vermittels eines entsprechenden Energiestrahls 6 verfestigbares Metallpulver(gemisch), d. h. z. B. um ein Aluminiumpulver, und/oder um ein vermittels eines entsprechenden Energiestrahls 6 verfestigbares Kunststoffpulver(gemisch), d. h. z. B. um ein Polyetheretherketonpulver, und/oder um ein vermittels eines entsprechenden Energiestrahls 6 verfestigbares Keramikpulver(gemisch), d. h. z. B. um ein Aluminiumoxidpulver, handeln.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Schwingungseinrichtung 10. Die Schwingungseinrichtung 10 ist dazu eingerichtet, zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen in eine zu verfestigende Baumaterialschicht 3 einzubringen. Die in die Baumaterialschicht 3 eingebrachten mechanischen Schwingungen resultieren in einer zumindest bereichsweisen (gegebenenfalls weiteren) Verdichtung der Baumaterialschicht 3. Die Verdichtung der Baumaterialschicht 3 beruht auf einer zumindest bereichsweisen mechanischen Anregung des partikulären Baumaterials 4 durch die in die Baumaterialschicht 3 eingebrachten mechanischen Schwingungen. Die mechanische Anregung des partikulären Baumaterials 4 führt zu einer Auflockerung bzw. „Verflüssigung“ des partikulären Baumaterials 4, welche eine zumindest bereichsweise Neuanordnung bzw. Neuausrichtung des partikulären Baumaterials 4 bedingt. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln ermöglicht das Ausfüllen bestehender „Leerstellen“ in der Mikro- bzw. Makrogefügestruktur der jeweiligen Baumaterialschicht 3 und so eine dichtere Anordnung von Baumaterialpartikeln aneinander. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln resultiert daher in einer im Vergleich dichteren Packung der jeweiligen Baumaterialschicht 3. Die durch die mechanischen Schwingungen induzierte Neuanordnung bzw. Neuausrichtung von Baumaterialpartikeln hat also direkten Einfluss auf die Mikro- bzw. Makrogefügestruktur der Baumaterialschicht 3, als diese eine Verdichtung des Gefüges der Baumaterialschicht 3 bedingt.
Die mechanischen Schwingungen können verschiedenartig sein; es kann sich dabei beispielsweise um periodische oder aperiodische bzw. um lineare oder nicht lineare mechanische Schwingungen handeln. Die Eigenschaften, d. h. Art, Form, Amplitude, Frequenz, etc., der zur Verdichtung einer Baumaterialschicht 3 konkret einzusetzenden bzw. eingesetzten mechanischen Schwingungen sind insbesondere in Abhängigkeit verschiedener Baumaterialparameter, d. h. insbesondere Verdichtungsgrad, Partikelart(verteilung), Partikelform(verteilung), Partikelgröße(nverteilung), etc., der Baumaterialschicht 3 und/oder Prozessparameter festzulegen. Eine mechanische Schwingung kann sich aus mehreren einander überlagerten bzw. miteinander kombinierten Einzelschwingungen zusammensetzen, sodass sich ein aus der Überlagerung bzw. Kombination der Einzelschwingungen resultierendes Schwingungsspektrum ergibt.
Die Schwingungseinrichtung 10 kann dazu eingerichtet sein, in verschiedenen zeitlichen Intervallen hinsichtlich ihrer Schwingungseigenschaften unterschiedliche mechanische Schwingungen in eine Baumaterialschicht 3 einzubringen. In einem ersten Zeitintervall können z. B. mechanische Schwingungen mit einer ersten Schwingungscharakteristik bzw. ersten Schwingungseigenschaften, d. h. z. B. einer bestimmten Amplitude und Frequenz, und in einem folgenden zweiten Zeitintervall mechanische Schwingungen mit einer von der ersten Schwingungscharakteristik unterschiedlichen zweiten bzw. zweiten Schwingungseigenschaften in eine Baumaterialschicht 3 eingebracht werden. Über eine zeitlich abfolgende Einbringung unterschiedlicher mechanischer Schwingungen kann das Verdichtungsergebnis gegebenenfalls gezielt positiv beeinflusst werden.
Die Einbringung mechanischer Schwingungen kann bereichsweise erfolgen, sodass sich gegebenenfalls nur eine bereichsweise Verdichtung einer Baumaterialschicht 3 ergibt. Typischerweise werden mechanische Schwingungen jedoch in die gesamte Baumaterialschicht 3 eingebracht, um diese insgesamt zu verdichten. Wie sich im Weiteren ergibt, kann dies insbesondere sukzessive erfolgen, d. h. in einzelne Bereiche einer Baumaterialschicht 3 werden sukzessive nacheinander mechanische Schwingungen eingebracht, sodass die Baumaterialschicht 3 sukzessive nacheinander verdichtet wird.
Die Schwingungseinrichtung 10 umfasst ein Schwingungserzeugungselement 11 zur Erzeugung mechanischer Schwingungen mit einer bestimmten Schwingungscharakteristik bzw. bestimmten Schwingungseigenschaften und ein Schwingungsübertragungselement 12 zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen an bzw. in eine Baumaterialschicht 3 oder ein Übertragungsmedium.
In den in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Schwingungserzeugungselement 11 zur Erzeugung mechanischer Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen 10 Hz und 100 kHz, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 100 kHz, eingerichtet. Die tatsächlich eingesetzte Frequenz ist als wesentliche Eigenschaft periodischer mechanischer Schwingungen jedoch grundsätzlich in Abhängigkeit verschiedener Paramater, z. B. der Baumaterialschicht 3, festzulegen.
Das Schwingungserzeugungselement 11 kann z. B. als ein elektromechanisches, insbesondere akustisches oder piezoelektrisches, Wandlerelement ausgebildet sein. Ein akustisches Wandlerelement ist z. B. ein Schallwandler, ein piezoelektrisches Wandlerelement ist z. B. ein Piezowandler.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungseinrichtung 10 bewegbar gelagert. Die Schwingungseinrichtung 10 ist mit der zumindest entlang einer Bauebene bewegbar gelagerten Beschichtereinrichtung 8 bewegungsgekoppelt. Die Bewegungskopplung zwischen der Schwingungseinrichtung 10 und der Beschichtereinrichtung 8 ist dadurch realisiert, dass die Schwingungseinrichtung 10 an bzw. in der Beschichtereinrichtung 8 angeordnet ist.
Die bewegbare Lagerung der Beschichtereinrichtung 8 ist über eine Führungseinrichtung (nicht gezeigt), insbesondere eine Linearführungseinrichtung, bzw. eine Kopplung der Beschichtereinrichtung 8 mit einer Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, realisiert, vermittels welcher die Beschichtereinrichtung 8 zur Ausbildung einer Baumaterialschicht 3 in einer Bauebene zumindest entlang der Bauebene in der Baukammer 9 der Vorrichtung 1 bewegbar ist.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schwingungsübertragungselement 12 in einem der Beschichtereinrichtung 8 zugehörigen, insbesondere klingenförmigen, Beschichterelement 13 angeordnet bzw. ausgebildet. Denkbar wäre es auch, dass das Beschichterelement 13 selbst als Schwingungsübertragungselement 12 ausgebildet ist bzw. als solches dient.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden mechanische Schwingungen unmittelbar über das Beschichterelement 13 in eine Baumaterialschicht 3 eingebracht. Das Beschichterelement 13 wird hierzu durch entsprechende mechanische Schwingungen in mechanische Anregungen versetzt. Die Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht 3 erfolgt über das entsprechend angeregte Beschichterelement 13. Die Schwingungseinrichtung 10 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12 kontaktiert die Baumaterialschicht 3 während der Einbringung mechanischer Schwingungen daher, sodass erzeugte mechanische Schwingungen unmittelbar über die Schwingungseinrichtung 10 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12 in die Baumaterialschicht 3 einbringbar sind.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungseinrichtung 10 ebenso bewegbar gelagert. Alternativ zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Anordnung bzw. Ausbildung der Schwingungseinrichtung 10 an bzw. in der Beschichtereinrichtung 8 ist die Schwingungseinrichtung 10, insbesondere das Schwingungsübertragungselement 12, mit einer in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere zumindest entlang einer Bauebene, bewegbar gelagerten gesonderten Halteeinrichtung 14 bewegungsgekoppelt, d. h. an bzw. in der Halteeinrichtung 14 angeordnet bzw. ausgebildet. Die bewegbar gelagerte Halteeinrichtung 14 kann der Beschichtereinrichtung 8 während der Ausbildung einer entsprechenden Baumaterialschicht 3 nachgeführt werden, sodass sich ähnliche oder gleiche Bewegungsbahnen, insbesondere entlang einer Bauebene, ergeben.
Die bewegbare Lagerung der Halteeinrichtung 14 ist über eine Führungseinrichtung (nicht gezeigt), insbesondere eine Linearführungseinrichtung, bzw. eine Kopplung der Halteeinrichtung 14 mit einer Führungseinrichtung, insbesondere einer Linearführungseinrichtung, realisiert, vermittels welcher die Halteeinrichtung 14 in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere entlang einer Bauebene, in der Baukammer 9 der Vorrichtung 1 bewegbar ist.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden mechanische Schwingungen mittelbar über ein Übertragungsmedium, d. h. z. B. das Schutzgas zwischen dem Schallübertragungselement 12 und einer Baumaterialschicht 3, in die Baumaterialschicht 3 eingebracht. Das Übertragungsmedium wird hierzu durch entsprechende mechanische Schwingungen in mechanische Anregungen versetzt. Die Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht 3 erfolgt über das entsprechend angeregte Übertragungsmedium. Die Schwingungseinrichtung 10 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12 kontaktiert die Baumaterialschicht 3 während der Einbringung mechanischer Schwingungen daher nicht, sodass erzeugte mechanischen Schwingungen mittelbar über das Übertragungsmedium in die Baumaterialschicht 3 einbringbar sind. Mechanische Schwingungen können sonach akustisch bzw. kontaktfrei in eine Baumaterialschicht 3 eingebracht werden.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungseinrichtung 10 nicht bewegbar gelagert. Die Schwingungseinrichtung 10 ist an einer nicht bewegbar gelagerten Halteeinrichtung 14 in der Baukammer 9 der Vorrichtung 1 angeordnet bzw. ausgebildet.
Auch in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden mechanische Schwingungen mittelbar über ein Übertragungsmedium, d. h. z. B. das Schutzgas zwischen dem Schallübertragungselement 12 und einer Baumaterialschicht 3, in die Baumaterialschicht 3 eingebracht. Das Übertragungsmedium wird hierzu durch entsprechende mechanische Schwingungen in mechanische Anregungen versetzt. Die Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht 3 erfolgt über das entsprechend angeregte Übertragungsmedium. Die Schwingungseinrichtung 10 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12 kontaktiert die Baumaterialschicht 3 während der Einbringung mechanischer Schwingungen daher nicht, sodass erzeugte mechanischen Schwingungen mittelbar über das Übertragungsmedium in die Baumaterialschicht 3 einbringbar sind.
In den in den 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schwingungseinrichtung 10, insbesondere das Schwingungserzeugungselement 11 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12, derart angeordnet bzw. eingerichtet, mechanische Schwingungen senkrecht bezüglich einer Haupterstreckungsebene der Baumaterialschicht 3 in die Baumaterialschicht 3, d. h. in die freiliegende Oberseite der Baumaterialschicht 3, einzubringen. Die Haupterstreckungsebene der Baumaterialschicht 3 definiert sich aus der typischerweise flächigen, im Wesentlichen zweidimensionalen Geometrie einer Baumaterialschicht 3, welche – bei isolierter Betrachtung der Baumaterialschicht 3 – typischerweise eine flächenmäßig große (freiliegende) Ober- und Unterseite und flächenmäßig kleine Seiten bzw. Ränder aufweist.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungseinrichtung 10, insbesondere das Schwingungserzeugungselement 11 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12, derart angeordnet bzw. eingerichtet, mechanische Schwingungen schräg bzw. winklig bezüglich der Haupterstreckungsebene der Baumaterialschicht 3 in die Baumaterialschicht 3, d. h. in die freiliegende Oberseite der Baumaterialschicht 3, einzubringen.
Im Allgemeinen können mechanische Schwingungen unter verschiedenen Winkeln, insbesondere lotrecht, über deren (freiliegende) Oberseite bzw. über deren Seiten bzw. Ränder in eine Baumaterialschicht 3 eingebracht werden. Prinzipiell ist es auch denkbar, mechanische Schwingungen unter verschiedenen Winkeln, insbesondere lotrecht, (auch) über deren Unterseite in eine Baumaterialschicht 3 einzubringen. Dies kann beispielsweise durch Integration einer Schwingungseinrichtung 10, d. h. insbesondere eines Schwingungserzeugungselements 11 bzw. eines Schwingungsübertragungselements 12, in ein Trägerelement 15 einer, insbesondere vertikal, bewegbar gelagerten Trägereinrichtung 16 realisiert sein. Das Trägerelement 15 kann dabei als Schwingungsübertragungselement 12 dienen, sodass mechanische Schwingungen unmittelbar über das Trägerelement 15 in eine Baumaterialschicht 3 einbringbar sind.
Insbesondere in der in 1 gezeigten Ausführungsform, gemäß welcher die Schwingungserzeugungseinrichtung 10 an bzw. in der Beschichtereinrichtung 8 angeordnet bzw. ausgebildet ist, ist es zweckmäßig, wenn die Schwingungseinrichtung 10 eingerichtet ist, mechanische Schwingungen in einer linienförmigen Ausbreitung, insbesondere parallel zu dem Beschichterelement 13 zu erzeugen bzw. in die Baumaterialschicht 3 zu übertragen. Derart ist es möglich, zu dem Beschichterelement 13 parallel ausgerichtete mechanische Schwingungen bzw. ein zu dem Beschichterelement 13 parallel ausgerichtetes mechanisches Schwingungsprofil zu erzeugen, was zu einer besonders vorteilhaften Verdichtung der Baumaterialschicht 3 führt. Die Schwingungseinrichtung 10 bzw. das Schwingungsübertragungselement 12 kann hierzu als so genannter Linienstrahler ausgebildet sein bzw. wenigstens einen solchen umfassen.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Vorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 17 umfasst, welche dazu eingerichtet ist, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht 3 eine wenigstens den Verdichtungsgrad einer Baumaterialschicht 3 beschreibende Verdichtungsinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht 3 einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Verdichtungsinformation zu steuern. Die Ermittlung des Verdichtungsgrads einer Baumaterialschicht 3 bzw. die Ermittlung einer entsprechenden Verdichtungsinformation kann z. B. auf Grundlage einer optischen Vermessung, insbesondere der (freiliegenden) Oberfläche, der Baumaterialschicht 3 erfolgen, wobei anhand optischer Aufnahmen der Baumaterialschicht 3, insbesondere der Oberfläche(ngüte), Rückschlüsse auf einen vor der Einbringung mechanischer Schwingungen bestehenden Verdichtungsgrad der Baumaterialschicht 3 gezogen werden können. Selbstverständlich kann hierbei auf in einem mit der Steuereinrichtung 17 kommunizierenden Speicher (nicht gezeigt) hinterlegte Referenzinformationen zurückgegriffen werden, welche bestimmte optische Aufnahmen bestimmter Baumaterialschichten 3 mit bestimmten Verdichtungsgraden referenzieren. In jedem Fall kann in Abhängigkeit einer entsprechenden Verdichtungsinformation ein individuell angepasstes mechanisches Schwingungsprofil bzw. -spektrum erzeugt werden, sodass im Hinblick auf eine konkrete Baumaterialschicht 3 ein möglichst optimales Verdichtungsergebnis realisiert werden kann.
Die Steuereinrichtung 17 kann ferner dazu eingerichtet sein, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht 3 eine wenigstens einen Baumaterialparameter der Baumaterialschicht 3 beschreibende Baumaterialinformation und/oder eine wenigstens einen Prozessparameter im Rahmen der Verfestigung der Baumaterialschicht 3 beschreibende Prozessinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht 3 einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Baumaterialinformation und/oder der Prozessinformation zu steuern. Der Erzeugung mechanischer Schwingungen bestimmter Schwingungseigenschaften können sonach entsprechende Baumaterialparameter zugrunde gelegt werden. Gleiches gilt selbstverständlich für Prozessparameter, d. h. insbesondere Strahlungsparameter, insbesondere Fokusweite, Intensität, etc., und Verfestigungsparameter, insbesondere eine herzustellende Soll-Verfestigung der Baumaterialschicht 3. In jedem Fall kann (auch) in Abhängigkeit einer entsprechenden Baumaterialinformation bzw. einer entsprechenden Prozessinformation ein individuell angepasstes mechanisches Schwingungsprofil bzw. -spektrum erzeugt werden, sodass im Hinblick auf eine konkrete Baumaterialschicht 3 ein möglichst optimales Verdichtungsergebnis realisiert werden kann.
Vermittels der in den Fig. gezeigten Vorrichtungen 1 lässt sich ein Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 2 durch selektive Verfestigung einzelner Baumaterialschichten 3 aus verfestigbarem partikulären Baumaterial 4 vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugten Energiestrahls 6 implementieren. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in wenigstens eine vermittels eines von der Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugten Energiestrahls 6 selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht 3 zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur zumindest bereichsweisen Verdichtung der Baumaterialschicht 3 eingebracht werden. Mit anderen Worten werden in wenigstens eine vermittels eines von der Strahlungserzeugungseinrichtung 5 erzeugten Energiestrahls 6 selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht 3 zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur mechanischen Anregung von Baumaterialpartikeln eingebracht, wobei sich die mechanisch angeregten Baumaterialpartikel bedingt durch die eingebrachte mechanische Anregung dichter aneinander anordnen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Objekt
3: Baumaterialschicht
4: Baumaterial
5: Strahlungserzeugungseinrichtung
6: Energiestrahl
7: Strahlablenkeinrichtung
8: Beschichtereinrichtung
9: Baukammer
10: Schwingungseinrichtung
11: Schwingungserzeugungselement
12: Schwingungsübertragungselement
13: Beschichterelement
14: Halteeinrichtung
15: Trägerelement
16: Trägereinrichtung
17: Steuereinrichtung

Claims

Vorrichtung (1) zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (2) durch sukzessive selektive Verfestigung einzelner Baumaterialschichten (3) aus verfestigbarem partikulären Baumaterial (4) vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6), umfassend wenigstens eine Strahlungserzeugungseinrichtung (5) zur Erzeugung eines Energiestrahls (6) und wenigstens eine Beschichtereinrichtung (9) zur Ausbildung einer zu verfestigenden Baumaterialschicht (3) in einer Bauebene, gekennzeichnet durch wenigstens eine Schwingungseinrichtung (10), welche eingerichtet ist, in wenigstens eine vermittels eines von der Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6) selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht (3) zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur zumindest bereichsweisen Verdichtung der Baumaterialschicht (3) einzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10) wenigstens ein Schwingungserzeugungselement (11) zur Erzeugung mechanischer Schwingungen mit einer bestimmten Schwingungscharakteristik und wenigstens ein Schwingungsübertragungselement (12) zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen an eine Baumaterialschicht (3) oder ein Übertragungsmedium umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungserzeugungselement (11) dazu eingerichtet ist, mechanische Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen 10 Hz und 100 kHz, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 100 kHz, zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10) eingerichtet ist, mechanische Schwingungen senkrecht, waagrecht oder unter einem zwischen einer Vertikalen und einer Waagrechten liegenden Winkel bezüglich einer Haupterstreckungsebene einer Baumaterialschicht (3) in die Baumaterialschicht (3) einzubringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schwingungsübertragungselement (12) die Baumaterialschicht (3) zumindest während der Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht (3) zumindest bereichsweise kontaktiert, sodass erzeugte mechanische Schwingungen unmittelbar über das Schwingungsübertragungselement (12) in die Baumaterialschicht (3) einbringbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schwingungsübertragungselement (12) die Baumaterialschicht (3) zumindest während der Einbringung mechanischer Schwingungen in die Baumaterialschicht (3) nicht kontaktiert, sodass erzeugte mechanische Schwingungen mittelbar über ein Übertragungsmedium in die Baumaterialschicht (3) einbringbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungserzeugungselement (11) als ein elektromechanisches, insbesondere akustisches oder piezoelektrisches, Wandlerelement ausgebildet ist oder wenigstens ein solches umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10), insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement (12) zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar gelagert ist oder nicht bewegbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10), insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement (12) zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar gelagert ist, wobei die Schwingungseinrichtung (10) mit der zumindest entlang einer Bauebene bewegbar gelagerten Beschichtereinrichtung (8) bewegungsgekoppelt, insbesondere an oder in der Beschichtereinrichtung (8) angeordnet oder ausgebildet, ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10), insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement (12) zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar gelagert ist, wobei die Schwingungseinrichtung (10) mit einer in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere zumindest entlang einer Bauebene, bewegbar gelagerten Halteeinrichtung (14) bewegungsgekoppelt, insbesondere an oder in der Halteeinrichtung (14) angeordnet oder ausgebildet, ist.
Vorrichtung nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10), insbesondere ein dieser zugehöriges Schwingungsübertragungselement (12) zur Übertragung erzeugter mechanischer Schwingungen, nicht bewegbar gelagert ist, wobei die Schwingungseinrichtung (10) an einer nicht bewegbar gelagerten Halteeinrichtung (14) angeordnet oder ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinrichtung (10) eingerichtet ist, mechanische Schwingungen in einer linienförmigen Ausbreitung, insbesondere parallel zu einem der Beschichtereinrichtung (8) zugehörigen, insbesondere klingenförmigen, Beschichterelement (13), zu erzeugen bzw. zu übertragen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (17), welche eingerichtet ist, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht (3) eine wenigstens den Verdichtungsgrad der Baumaterialschicht (3) beschreibende Verdichtungsinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht (3) einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Verdichtungsinformation zu steuern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (17), welche eingerichtet ist, vor der zumindest bereichsweisen Einbringung mechanischer Schwingungen in eine Baumaterialschicht (3) eine wenigstens einen Baumaterialparameter der Baumaterialschicht (3) beschreibende Baumaterialinformation und/oder eine wenigstens einen Prozessparameter im Rahmen der Verfestigung der Baumaterialschicht (3) beschreibende Prozessinformation zu ermitteln und die Erzeugung in die Baumaterialschicht (3) einzubringender mechanischer Schwingungen in Abhängigkeit der Baumaterialinformation und/oder in Abhängigkeit der Prozessinformation zu steuern.
Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts (2) durch sukzessive selektive Verfestigung einzelner Baumaterialschichten (3) aus verfestigbarem partikulären Baumaterial (4) vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6), dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens eine vermittels eines von einer Strahlungserzeugungseinrichtung (5) erzeugten Energiestrahls (6) selektiv zu verfestigende Baumaterialschicht (3) zumindest bereichsweise mechanische Schwingungen zur zumindest bereichsweisen Verdichtung der Baumaterialschicht (3) eingebracht werden.