DE102015214690A1 - Method and device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes (2) weist die folgenden Schritte auf: einen Materialauftragsschritt des Bereitstellens einer Schicht eines Baumaterials (13) auf einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials, einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, wobei der Materialauftragsschritt und der Verfestigungsschritt so oft wiederholt werden, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind, wobei zumindest ein Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mittels einer Heizvorrichtung (16) erwärmt wird, wobei die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mit einer Temperaturmesseinrichtung (17) in einem Messbereich (17a) gemessen wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung (16) gesteuert wird, wobei ermittelt wird, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich (17a) liegen, und falls dies der Fall ist, sichergestellt wird, dass diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit zugeführt wird.A method for layering at least one three-dimensional object (2) comprises the steps of: a material applying step of providing a layer of building material (13) on a previously provided layer of the building material, a solidifying step of solidifying the applied layer by electromagnetic radiation or particle radiation, wherein the material application step and the solidification step are repeated until all cross sections of the at least one three-dimensional object are solidified, wherein at least a portion of an applied layer of the building material is heated by a heater (16), the temperature of an applied layer of the building material a temperature measuring device (17) in a measuring range (17 a) is measured and in dependence on the determined temperature, the heating power of the heating device (16) is controlled, it being determined whether it is z u solidifying points of the layer, which are in the measuring range (17a), and if so, it is ensured that the radiation is supplied to these points only after the lapse of a predetermined delay time.
Description
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum generativen schichtweisen Aufbau von dreidimensionalen Objekten mittels einer generativen Schichtbauvorrichtung sowie auf eine Steuervorrichtung, welche die generative Schichtbauvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens steuert.The present invention is directed to a method for the generative layer-wise construction of three-dimensional objects by means of a generative layer construction device as well as to a control device which controls the generative layer construction device for carrying out the method.
Die europäische Patentschrift
Da die von den Heizstrahlern abgegebene Strahlungswärme eine neu aufgetragene Pulvermaterialschicht nur an der Oberfläche erwärmt, dauert es eine gewisse Zeit, bis die gesamte Schicht durch Wärmetransport innerhalb der Schicht auf die gewünschte Temperatur gebracht ist. Ferner ändert sich die Temperatur der Schicht auch während des selektiven Belichtens der Schicht mit dem Laser, einerseits durch Wärmeenergieeintrag durch den Laser, andererseits durch Wärmeabflüsse. Daher wird in
Eine Möglichkeit diesem Problem zu begegnen ist ganz einfach jene, eine Pulververfestigung durch Belichtung mit dem Laser im Messfleck des Pyrometers zu vermeiden. Wählt man nicht ein aufwändiges Pyrometer mit im Baufeld von Schicht zu Schicht variablem Messbereich, so liegt der Messbereich in jeder Schicht an der gleichen Stelle. In solch einem Fall muss man dann in Kauf nehmen, dass in einem Teil des Baufelds, nämlich dort wo der Messbereich des Pyrometers liegt, keine herzustellenden Bauteile angeordnet sein können. Dies schränkt die Nutzung einer generativen Schichtbauvorrichtung ein.One way to overcome this problem is simply to avoid powder compaction by exposure to the laser in the spot of the pyrometer. If one does not choose a complicated pyrometer with a variable measuring range from layer to layer in the construction field, then the measuring range lies in the same place in each layer. In such a case one must then accept that in a part of the construction field, namely where the measuring range of the pyrometer is located, no components to be produced can be arranged. This limits the use of a generative layer construction device.
Es ist aufgrund des Obigen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die generative schichtweise Herstellung von Objekten bereitzustellen, durch welche Einschränkungen bei der Herstellung infolge der Anordnung der herzustellenden Objekte beseitigt werden.It is, therefore, an object of the present invention to provide a method and apparatus for the generative layered production of objects which eliminates manufacturing constraints due to the arrangement of the objects to be manufactured.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes nach Anspruch 1, durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 11, durch eine generative Schichtbauvorrichtung nach Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm nach Anspruch 15.The object is achieved by a method for the layered construction of at least one three-dimensional object according to
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können Merkmale aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, die sich auf das erfindungsgemäße Verfahren beziehen, auch zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung bzw. erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung verwendet werden oder umgekehrt, es sei denn, dies wird explizit ausgeschlossen.Further developments of the invention are specified in the subclaims. Features of the subclaims and the following description, which relate to the method according to the invention, can also be used for the further development of the inventive control device or inventive generative layer construction device or vice versa, unless this is explicitly excluded.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes aus einem Baumaterial mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird weist die folgenden Schritte auf:
einen Materialauftragsschritt des Bereitstellens einer Schicht eines Baumaterials auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei der Materialauftragsschritt und der Verfestigungsschritt so oft wiederholt werden, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
wobei zumindest ein Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mittels einer Heizvorrichtung erwärmt wird,
wobei die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials mit einer Temperaturmesseinrichtung in einem Messbereich, der einen Teilbereich der Schicht umfasst, gemessen wird und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung gesteuert wird,
wobei in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt wird, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich liegen, und falls dies der Fall ist, sichergestellt wird, dass diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zugeführt wird.A method according to the invention for layering at least one three-dimensional object from a building material by sequentially consolidating layers of the building material respectively at those locations of a layer corresponding to the cross-section of the at least one object, solidification being accomplished by introducing thermal energy comprises the following steps :
a material application step of providing a layer of a building material on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification step of solidifying the coated layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, in which the Radiation acts on sites of the layer to be consolidated, so that the building material is solidified at these points by the heat energy introduced by the radiation,
wherein the material application step and the solidification step are repeated until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
wherein at least a portion of a deposited layer of the building material is heated by a heater,
wherein the temperature of an applied layer of the building material is measured with a temperature measuring device in a measuring region which comprises a partial region of the layer, and the heating power of the heating device is controlled as a function of the determined temperature,
wherein, in at least one solidification step, it is determined whether there are sites of the layer to be consolidated in the measurement area and, if so, that the radiation is supplied to these sites only after the lapse of a predetermined delay time after the start of the solidification step becomes.
Die Erfindung macht es damit möglich, während der generativen schichtweisen Herstellung von Objekten eine Schicht auch im Messbereich einer Temperaturmesseinrichtung zu verfestigen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, dass jener zu verfestigende Teil einer Schicht, der im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung liegt, erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach Beginn des Verfestigungsschritts verfestigt wird. Das Vorsehen der Verzögerungszeit führt dadurch zu einer einfacheren und genaueren Steuerung der Heizleistung, dass zum Einen möglich ist, während der Verzögerungszeit Informationen über den zeitlichen Verlauf der Temperatur der Schicht zu sammeln. Hierdurch ist es möglich, diese Informationen für die Temperaturregelung während der Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung zu verwenden. Zum Anderen tritt infolge der Verzögerungszeit eine Beeinflussung der Temperaturregelung durch die Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung nicht schon zu Beginn der Verfestigung einer Schicht auf, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt. Dadurch kann sich eine Fehlregelung der Heizleistung der Heizvorrichtung lediglich auf die belichteten Stellen im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung und die nach der Belichtung des Messbereichs belichteten Stellen der Schicht auswirken. Je länger die Verzögerungszeit dabei ist, umso weniger Stellen der Schicht werden erst nach der Belichtung im Messbereich belichtet. Je länger die Verzögerungszeit also ist, umso weniger Stellen der Schicht sind von einer beeinträchtigten Regelung der Heizleistung betroffen.The invention thus makes it possible, during the generative layer-by-layer production of objects, to solidify a layer even in the measuring range of a temperature measuring device. According to the invention, this is made possible by solidifying that part of a layer which is to be consolidated in the measuring range of the temperature measuring device only after the lapse of a predetermined delay time after the beginning of the solidification step. The provision of the delay time thereby leads to a simpler and more accurate control of the heating power, that on the one hand possible to collect information about the time course of the temperature of the layer during the delay time. This makes it possible to use this information for the temperature control during the exposure in the measuring range of the temperature measuring device. On the other hand, due to the delay time, an influence of the temperature regulation by the exposure in the measuring range of the temperature measuring device does not occur at the beginning of the solidification of a layer, but only at a later time. As a result, a maladjustment of the heating power of the heating device can only affect the exposed points in the measuring range of the temperature measuring device and the exposed areas of the layer after the exposure of the measuring range. The longer the delay time, the fewer spots of the layer are exposed in the measuring area after exposure. Thus, the longer the delay time, the fewer points of the layer are affected by impaired control of the heating power.
Die Sicherstellung einer vorbestimmten Verzögerungszeit kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass die Reihenfolge, in der die dem mindestens einen Objektquerschnitt entsprechenden Stellen der Schicht durch Strahlungseintrag verfestigt werden, so abgeändert wird, dass die Strahlung auf den Messbereich der Temperaturmesseinrichtung erst nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeit gerichtet wird. Der Begriff ”vorbestimmt” bringt hier zum Ausdruck, dass die Verzögerungszeit sich nicht willkürlich von Schicht zu Schicht ändert, sondern bewusst eine bestimmte Länge der Verzögerungszeit sichergestellt wird. Zum Einen kann dies durch eine Festlegung der Verzögerungszeit bereits vor dem Beginn eines generativen Schichtbauverfahrens auf einen festen Wert geschehen, zum Anderen kann eine Steuereinrichtung die Länge der Verzögerungszeit für jede Schicht in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie z. B. der Gesamtdauer eines Verfestigungsschritts für diese Schicht, festlegen.Securing a predetermined delay time can be ensured, for example, by modifying the order in which the locations of the layer corresponding to the at least one object cross-section are determined by radiation input so that the radiation is directed to the measuring range of the temperature measuring device only after the predetermined delay time has elapsed becomes. The term "predetermined" expresses here that the delay time does not change arbitrarily from layer to layer, but deliberately ensures a certain length of the delay time. On the one hand this can be done by setting the delay time before the start of a generative layer construction process to a fixed value, on the other hand, a control device, the length of the delay time for each layer in dependence on other parameters, such. B. the total duration of a solidification step for this layer set.
Bevorzugt wird an einen Benutzer ein Warnsignal bzw. eine Warnung ausgegeben, wenn sich die die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit durch das Einfügen der vorbestimmten Verzögerungszeit um einen Betrag vergrößert, der einen vordefinierten Maximalbetrag übersteigt. In weiter bevorzugter Weise wird das Warnsignal bzw. die Warnung ausgegeben, wenn die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit oder die vorbestimmte Verzögerungszeit einen größeren Betrag aufweist als eine Zeit, die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendig ist.Preferably, a warning signal or a warning is output to a user if the time necessary for carrying out the solidification step in a shift increases by the insertion of the predetermined delay time by an amount which exceeds a predefined maximum amount. In a further preferred manner, the warning signal or the warning is issued if the time required for carrying out the solidification step in a layer or the predetermined delay time has a greater amount than a time which is necessary for carrying out the solidification step in a layer.
Gerade wenn es in einer Schicht nur wenige zu verfestigende Stellen gibt, kann die hierfür erforderliche Gesamtdauer eines Verfestigungsschrittes sehr klein sein. In solch einem Falle würde das Vorsehen einer vorgegebenen Verzögerungszeit eventuell dazu führen, dass die infolge der Verzögerungszeit tatsächlich benötigte Dauer für den Verfestigungsschritt erheblich länger als die eigentlich erforderliche Gesamtdauer für den Verfestigungsschritt ist, unter Umständen sogar die Verzögerungszeit selbst länger ist als die Zeitdauer für den Verfestigungsschritt. Dies liegt daran, dass erst die vorgegebene Verzögerungszeit abgewartet wird, bevor innerhalb des Messbereichs der Temperaturmesseinrichtung verfestigt wird.Especially if there are only a few places to be consolidated in a layer, the total duration of a solidification step required for this can be very small. In such a case, the provision of a predetermined delay time could eventually result in the duration actually required by the delay time for the solidification step being significantly longer than the actual total time required for the solidification step, even the delay time itself may be longer than the time duration for the solidification step consolidation step. This is because only the predetermined delay time is awaited before it is solidified within the measuring range of the temperature measuring device.
Alternativ oder zusätzlich wird an den Bediener der generativen Schichtbauvorrichtung eine Warnung ausgegeben, wenn sich die die zur Durchführung des Verfestigungsschrittes in einer Schicht notwendige Zeit durch das Einfügen der Verzögerungszeit um einen Prozentsatz vergrößert, der einen vordefinierten Maximalprozentsatz übersteigt. Der Maximalprozentsatz ist dabei beispielsweise jener Prozentsatz, um den sich die Dauer des Verfestigungsschritts vergrößern darf, ohne dass nicht mehr tolerierbare Temperaturunterschiede innerhalb einer zu belichtenden Schicht resultieren. Weiterhin kann der Maximalprozentsatz auch dadurch festgelegt wird, dass mittels einer Simulation von Umgebungsparametern (z. B. die Stärke oder Richtung einer Schutzgasströmung) am Ort des Messbereichs eine gerade noch tolerierbare Fluktuation derselben ermittelt wird und der Maximalprozentsatz kleiner als der Prozentsatz festgelegt wird, bei dem die gerade noch tolerierbare Fluktuation auftritt.Alternatively or additionally, a warning is issued to the operator of the generative layer building apparatus if the time required to perform the solidification step in a layer increases by the addition of the delay time by a percentage exceeding a predefined maximum percentage. The maximum percentage is, for example, that percentage by which the duration of the Grouting step may increase without resulting intolerable temperature differences within a layer to be exposed. Furthermore, the maximum percentage may also be determined by a just tolerable fluctuation thereof being determined by means of a simulation of environmental parameters (eg the strength or direction of a protective gas flow) at the location of the measuring range and the maximum percentage being set smaller than the percentage which the just tolerable fluctuation occurs.
Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, wird die Warnung an den Bediener gleich zu Beginn des Bauprozesses ausgegeben, damit dieser entscheiden kann, ob der Herstellungsvorgang trotz etwaiger Qualitätseinbußen fortgesetzt werden soll oder ob der Herstellungsvorgang besser abgebrochen werden soll.Preferably, but not necessarily, the warning is given to the operator right at the beginning of the building process, so that he can decide whether the production process should continue despite any loss of quality or whether the production process should be better stopped.
In einer weiteren Variante wird eine Maximalverzögerungszeit ermittelt und einem Benutzer eine Warnung, z. B. ein Warnsignal, ausgegeben, wenn die vorbestimmte Verzögerungszeit einen größeren Betrag aufweist als die Maximalverzögerungszeit.In a further variant, a maximum delay time is determined and a warning to a user, for. As a warning signal, output when the predetermined delay time has a greater amount than the maximum delay time.
Das Einfügen der vorbestimmten Verzögerungszeit könnte dazu führen, dass sich die Temperaturunterschiede innerhalb der zu belichtenden Schicht grundlegend ändern, da dem Messbereich und seiner Umgebung zu einem anderen Zeitpunkt als dem ursprünglich vorgesehenen Zeitpunkt Wärmeenergie zugeführt wird. Dies kann durch die Berechnung einer Maximalverzögerungszeit, bevorzugt für jede Schicht, berücksichtigt werden. Die Maximalverzögerungszeit ist dabei beispielsweise jene Verzögerungszeit, deren Einfügung in den Belichtungsablauf zu gerade noch tolerierbaren Temperaturunterschieden innerhalb einer zu belichtenden Schicht führt. Weiterhin kann die Maximalverzögerungszeit auch eine Zeit sein, innerhalb derer die simulierten Umgebungsparameter (z. B. die Stärke oder Richtung einer Schutzgasströmung) am Ort des Messbereichs eine gerade noch tolerierbare Fluktuation zeigen. Auf ein Warnsignal hin könnte ein Bediener der Vorrichtung beispielsweise nicht mehr tolerierbaren Temperaturinhomogenitäten durch Änderungen der Belichtungsreihenfolge in nachfolgenden Schichten entgegenwirken.The inclusion of the predetermined delay time could cause the temperature differences within the layer to be exposed to change fundamentally, since heat energy is supplied to the measurement area and its surroundings at a time other than the originally scheduled time. This can be taken into account by calculating a maximum delay time, preferably for each layer. The maximum delay time is, for example, that delay time whose insertion into the exposure process results in barely tolerable temperature differences within a layer to be exposed. Furthermore, the maximum delay time may also be a time within which the simulated environmental parameters (eg the strength or direction of a protective gas flow) at the location of the measuring range show a fluctuation which is still tolerable. In response to a warning signal, an operator of the device could, for example, counteract intolerable temperature inhomogeneities by changes in the exposure order in subsequent layers.
Bevorzugt wird für den Fall, dass während eines Verfestigungsschritts einer Schicht eine Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung stattfindet, ein Ablauf des Verfestigungsschritts so angepasst, dass die Strahlung den Stellen im Messbereich im Wesentlichen erst am Ende des Verfestigungsschritts zugeführt wird.In the event that an exposure takes place in the measuring range of the temperature measuring device during a solidification step of a layer, a sequence of the solidification step is preferably adjusted so that the radiation is supplied to the points in the measuring region essentially only at the end of the solidification step.
Wenn die Strahlung den Stellen im Messbereich im Wesentlichen erst am Ende des Verfestigungsschritts zugeführt wird, dann spielt es keine Rolle, wenn der Regelung für die Heizleistung überhöhte Temperaturen zugrunde gelegt werden. Selbst wenn die Heizleistung in zu hohem Maße verringert wird, hat dies keine Auswirkungen, da nach dem Ende des Verfestigungsschrittes eine neue Schicht des Aufbaumaterials aufgetragen wird und der Heizleistungsregelung dann die Temperaturmessdaten für die neue Schicht zugrunde gelegt werden.If the radiation is supplied to the points in the measuring range substantially only at the end of the solidification step, then it does not matter if the regulation for the heating power is based on excessive temperatures. Even if the heating power is reduced too much, this has no effect since, after the end of the solidification step, a new layer of the building material is applied and the heating power control is then based on the temperature measurement data for the new layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach Ablauf der Verzögerungszeit die Heizleistung der Heizvorrichtung bis zum Ende des Verfestigungsschritts in Abhängigkeit von einem extrapolierten zeitlichen Verlauf der Heizleistung bzw. von extrapolierten Temperaturwerten gesteuert. Die extrapolierten Temperaturwerte werden dabei aus dem zeitlichen Verlauf der von der Temperaturmesseinrichtung während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte ermittelt.In a preferred embodiment of the invention, after the end of the delay time, the heating power of the heating device is controlled until the end of the solidification step as a function of an extrapolated time profile of the heating power or of extrapolated temperature values. The extrapolated temperature values are determined from the time profile of the temperature values measured by the temperature measuring device during the delay time.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Regelung der Heizleistung ein Temperaturwert zugrunde gelegt, der höchstwahrscheinlich ermittelt worden wäre, wenn zu diesem Zeitpunkt die Belichtung nicht im Messbereich sondern an einer anderen Stelle der Schicht stattgefunden hätte. Dies ermöglicht eine weitestgehend realistische Regelung der Heizleistung.According to this preferred embodiment of the invention, the regulation of the heating power is based on a temperature value which would most likely have been determined if the exposure had not taken place in the measuring area but at another point of the layer at that time. This allows a largely realistic control of the heating power.
Bevorzugt bilden die extrapolierten Temperaturwerte die Fortsetzung des zeitlichen Verlaufs der von der Temperaturmesseinrichtung während der Verzögerungszeit gemessenen Temperaturwerte. Damit kann die Extrapolation auf einfache Weise dadurch stattfinden, dass an den zeitlichen Verlauf der Temperaturmesswerte während der Verzögerungszeit eine Kurve (beispielsweise basierend auf einem Polynom) angefittet wird und der Kurvenverlauf in den Zeitraum der Belichtung des Messbereichs hinein verlängert wird.The extrapolated temperature values preferably form the continuation of the time profile of the temperature values measured by the temperature measuring device during the delay time. Thus, the extrapolation can take place in a simple manner by fitting a curve (for example based on a polynomial) to the time profile of the temperature measured values during the delay time and extending the curve into the period of exposure of the measuring range.
Weiter bevorzugt wird bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte zusätzlich noch die zeitliche Änderung von Umgebungsparametern während des Verfestigungsschrittes berücksichtigt. Die Extrapolation der Temperaturwerte wird dadurch besser der Realität angepasst, da mehr Parameter, die sich mit der Zeit ändern können, berücksichtigt werden.In addition, when determining the extrapolated temperature values, the temporal change of ambient parameters during the solidification step is additionally taken into account. The extrapolation of the temperature values is thereby better adapted to the reality, as more parameters that can change over time are taken into account.
Insbesondere kann bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte eine Änderung eines Parameters einer Schutzgasströmung, die über die aufgetragene Schicht geführt wird, berücksichtigt werden. Beispielsweise kann sich die Richtung oder Stärke einer Schutzgasströmung verändern, welche über die zu verfestigende Pulverschicht geführt wird zur Verhinderung von Reaktionen des Aufbaumaterials mit Sauerstoff oder aber auch. zur Beseitigung von Dämpfen, die dem verfestigten Material entweichen. Insbesondere wenn es bei einer Schutzgasströmung zu Turbulenzen kommt, kann sich die Strömung kurzfristig lokal ändern. Bei einer Überwachung des Strömungsverhaltens kann dann solch eine Fluktuation bei der Extrapolation von Temperaturwerten mitberücksichtigt werden.In particular, when determining the extrapolated temperature values, a change in a parameter of an inert gas flow which is conducted over the applied layer can be taken into account. For example, the direction or strength of an inert gas flow, which is passed over the powder layer to be solidified to prevent reactions of the building material with oxygen or else. for elimination vapors that escape the solidified material. In particular, when turbulence occurs in a protective gas flow, the flow can change locally in the short term. When monitoring the flow behavior, such a fluctuation in the extrapolation of temperature values can then be taken into account.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird während eines Teils der Verzögerungszeit im Wesentlichen keine Zufuhr von Strahlung zu der aufgetragenen Schicht durchgeführt.In a preferred variant of the invention substantially no supply of radiation to the applied layer is carried out during a part of the delay time.
Für den Fall, dass die eigentliche Zeitdauer des Verfestigungsschrittes so gering ist, dass keine vernünftige Extrapolation innerhalb solch einer kurzen Zeitdauer möglich ist, kann die Zeitdauer eines Verfestigungsschrittes dadurch künstlich verlängert werden, dass zur Gewinnung einer hinreichend langen Verzögerungszeit zur Ermittlung des Temperaturverlaufs eine Wartezeit eingefügt wird, in der keine Verfestigung von Stellen der aufgetragenen Schicht stattfindet. Auf diese Weise kann trotz geringer Zeitdauer des Verfestigungsschrittes dennoch ein verlässlicher Temperaturwert für die Zeitdauer der Belichtung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung gewonnen werden. Ebenso kann durch eine Verlängerung der Verzögerungszeit eine Anpassung der Temperaturverhältnisse innerhalb einer Schicht an die gewünschte Temperaturverteilung sichergestellt werden.In the event that the actual duration of the solidification step is so small that no reasonable extrapolation is possible within such a short period of time, the time duration of a solidification step can be artificially prolonged by inserting a waiting time to obtain a sufficiently long delay time to determine the temperature profile in which no solidification of sites of the applied layer takes place. In this way, despite a short time duration of the solidification step, a reliable temperature value for the duration of the exposure in the measuring range of the temperature measuring device can still be obtained. Likewise, by extending the delay time, an adaptation of the temperature conditions within a layer to the desired temperature distribution can be ensured.
Bevorzugt wird die Position des Messbereichs der Temperaturmesseinrichtung während eines Verfestigungsschrittes, insbesondere während des gesamten Herstellungsvorgangs des mindestens einen Objekts, nicht verändert.Preferably, the position of the measuring range of the temperature measuring device is not changed during a solidification step, in particular during the entire production process of the at least one object.
Natürlich wäre es möglich, im Falle einer Verfestigung im vorbestimmten Messbereich der Temperaturmesseinrichtung einfach die Temperaturmesseinrichtung in einem anderen Bereich der Schicht eine Temperaturmessung durchführen zu lassen. Dies wäre aber aufwendiger, da für eine Möglichkeit gesorgt werden müsste, die Temperaturmesseinrichtung, beispielsweise ein berührungslos messendes Punktpyrometer, auf einen anderen Bereich der Schicht richten zu können. Hier ermöglicht die Erfindung die Beibehaltung einer einfachen Konstruktion für die Temperaturmesseinrichtung.Of course, in the case of solidification in the predetermined measuring range of the temperature measuring device, it would be possible simply to have the temperature measuring device carry out a temperature measurement in another region of the layer. However, this would be more expensive, since there would have to be a possibility of being able to direct the temperature measuring device, for example a point pyrometer measuring without contact, to another area of the layer. Here, the invention makes it possible to maintain a simple construction for the temperature measuring device.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine generative Schichtbauvorrichtung zum schichtweisen Aufbau mindestens eines dreidimensionalen Objektes aus einem Baumaterial mittels aufeinanderfolgenden Verfestigens von Schichten des Baumaterials jeweils an jenen Stellen einer Schicht, die dem Querschnitt des mindestens einen Objekts entsprechen, wobei die Verfestigung durch Einbringen von Wärmeenergie bewerkstelligt wird und die generative Schichtbauvorrichtung mindestens aufweist:
eine Materialauftragseinrichtung zum Bereitstellen einer Schicht eines Baumaterials in einem Materialauftragsschritt auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
eine Verfestigungseinrichtung, die im Betrieb einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung durchführt, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei die generative Schichtbauvorrichtung ausgebildet ist, den Materialauftragsschritt und den Verfestigungsschritt so oft zu wiederholen, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Heizvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist zumindest einen Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials zu erwärmen,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung umfasst, die im Betrieb die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials in einem Messbereich misst, der einen Teilbereich der Schicht umfasst,
ist so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Heizleistung der Heizvorrichtung steuert und in mindestens einem Verfestigungsschritt ermittelt, ob es zu verfestigende Stellen der Schicht gibt, die im Messbereich liegen, und falls dies der Fall ist, diesen Stellen die Strahlung erst nach dem Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Beginn des Verfestigungsschritts zuführt.A generative layer constructing apparatus according to the invention for stacking at least one three-dimensional object of a building material by successively solidifying layers of the building material respectively at those locations of a layer corresponding to the cross-section of the at least one object, wherein the solidification is accomplished by introducing thermal energy; the generative layer building apparatus comprises at least:
a material application device for providing a layer of a building material in a material application step on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification device, which in operation performs a solidification step of solidifying the applied layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation in which the radiation acts on sites of the layer to be solidified, so that the building material is solidified at these locations by the thermal energy introduced by the radiation,
wherein the generative layer building apparatus is configured to repeat the material application step and the solidification step until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
and wherein the generative layer building apparatus comprises a heating device configured to heat at least a portion of an applied layer of the building material.
and wherein the generative layer building apparatus comprises a temperature measuring device, which in operation measures the temperature of a deposited layer of the building material in a measuring area comprising a portion of the layer,
is designed so that it controls the heating power of the heating device in dependence on the determined temperature and determines in at least one solidification step, if there are sites of the layer to be consolidated, which are within the measuring range, and if this is the case, the radiation only after the lapse of a predetermined delay time after the start of the solidification step.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren automatisch durchzuführen. In aller Regel wird eine generative Schichtbauvorrichtung einen modularen Aufbau aufweisen und die Steuervorgänge werden in einer eigens vorgesehenen Steuereinrichtung ablaufen. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann dabei eine eigene Steuereinrichtung sein, die mit einem Steuermodul einer generativen Schichtbauvorrichtung zusammenwirkt, oder aber ein Teil des Steuermoduls einer generativen Schichtbauvorrichtung sein.The control device according to the invention is suitable for carrying out the method according to the invention automatically. As a rule, a generative layer construction device will have a modular design and the control processes will take place in a control device provided specifically for this purpose. In this case, the control device according to the invention can be a separate control device which cooperates with a control module of a generative layer construction device, or it can be a part of the control module of a generative layer construction device.
Eine erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung weist auf:
eine Materialauftragseinrichtung zum Bereitstellen einer Schicht eines Baumaterials in einem Materialauftragsschritt auf einer Bauunterlage oder einer zuvor bereitgestellten Schicht des Baumaterials,
eine Verfestigungseinrichtung, die im Betrieb einen Verfestigungsschritt des Verfestigens der aufgetragenen Schicht mittels elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung durchführt, bei dem die Strahlung auf zu verfestigende Stellen der Schicht einwirkt, so dass das Baumaterial an diesen Stellen durch die durch die Strahlung eingebrachte Wärmeenergie verfestigt wird,
wobei die generative Schichtbauvorrichtung ausgebildet ist, den Materialauftragsschritt und den Verfestigungsschritt so oft zu wiederholen, bis alle Querschnitte des mindestens einen herzustellenden dreidimensionalen Objekts verfestigt sind,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Heizvorrichtung umfasst, die ausgebildet ist zumindest einen Bereich einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials zu erwärmen,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung eine Temperaturmesseinrichtung umfasst, die im Betrieb die Temperatur einer aufgetragenen Schicht des Baumaterials in einem Messbereich misst, der einen Teilbereich der Schicht umfasst,
und wobei die generative Schichtbauvorrichtung weiter die erfindungsgemäße Steuereinrichtung aufweist.A generative layer construction device according to the invention has:
a material application device for providing a layer of a building material in a material application step on a building substrate or a previously provided layer of the building material,
a solidification device, which in operation comprises a solidification step of solidifying the coated layer by means of electromagnetic radiation or particle radiation, in which the radiation acts on sites of the layer to be solidified, so that the building material is solidified at these locations by the heat energy introduced by the radiation,
wherein the generative layer building apparatus is configured to repeat the material application step and the solidification step until all cross sections of the at least one three-dimensional object to be produced have solidified,
and wherein the generative layer building apparatus comprises a heating device configured to heat at least a portion of an applied layer of the building material.
and wherein the generative layer building apparatus comprises a temperature measuring device, which in operation measures the temperature of a deposited layer of the building material in a measuring area comprising a portion of the layer,
and wherein the generative layer construction device further comprises the control device according to the invention.
Auch wenn es theoretisch möglich ist, dass die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit einer generativen Schichtbauvorrichtung über ein Kabel oder Netzwerk zusammenwirkt, also außerhalb der generativen Schichtbauvorrichtung angeordnet ist, so wird es doch von Vorteil sein, wenn die erfindungsgemäße Steuereinrichtung unmittelbar in der generativen Schichtbauvorrichtung angeordnet ist, um die Signalwege kurz zu halten, so dass möglichst eine Echtzeitverarbeitung von Temperaturmesswerten stattfinden kann und ebenfalls in den Ablauf eines Verfestigungsschrittes durch Einfügen einer Verzögerungszeit in Echtzeit eingegriffen werden kann.Although it is theoretically possible that the control device according to the invention interacts with a generative layer construction device via a cable or network, ie is arranged outside the generative layer construction device, it will nevertheless be advantageous if the control device according to the invention is arranged directly in the generative layer construction device, in order to keep the signal paths short so that as far as possible a real-time processing of temperature measured values can take place and also in the course of a solidification step by inserting a delay time in real time can be intervened.
Bevorzugt umfasst die Temperaturmesseinrichtung in der erfindungsgemäßen generativen Schichtbauvorrichtung ein Pyrometer. Auch wenn es theoretisch möglich ist, dass es sich bei der Temperaturmesseinrichtung um eine großflächige, Bilder liefernde Infrarotkamera handelt, so bringen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße generative Schichtbauvorrichtung dann den meisten Nutzen, wenn als Temperaturmesseinrichtung ein Pyrometer vorhanden ist, das einen festen Messbereich (Messort) innerhalb des Baufeldes der generativen Schichtbauvorrichtung besitzt.Preferably, the temperature measuring device in the generative layer construction device according to the invention comprises a pyrometer. Although it is theoretically possible that the temperature measuring device is a large-area image-providing infrared camera, the method according to the invention and the generative layer construction device according to the invention bring the most benefit if a pyrometer is present as a temperature measuring device that has a fixed measuring range ( Measuring location) within the construction field of the generative layer construction device has.
Insbesondere wird eine generative Schichtbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann.In particular, a generative layer construction device according to the present invention will be designed so that it can carry out the method according to the invention.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst eine Abfolge von Befehlen, durch welche ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinrichtung oder einer generativen Schichtbauvorrichtung ausgeführt wird.A computer program according to the invention comprises a sequence of instructions by which a method according to the invention is carried out when the computer program is executed in a control device or a generative layer construction device.
Auch wenn es möglich ist, eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung allein mittels Hardware-Komponenten so auszulegen, dass diese ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen kann, so wird es in aller Regel zweckdienlicher sein, mittels eines Computerprogramms, das in einer Datenverarbeitungseinrichtung abläuft, die einzelnen Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Verfahren zu implementieren.Even if it is possible to design a control device according to the invention solely by means of hardware components in such a way that it can carry out a method according to the invention, it will generally be more expedient to use a computer program that runs in a data processing device to determine the individual method steps of the method according to the invention to implement.
Im Folgenden wird mit Bezug auf
In der Prozesskammer
Die Lasersintervorrichtung
Die Strahlungsheizung
Bei der Temperaturmesseinrichtung
Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung
Weiter enthält die Vorrichtung
Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels der in
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren prüft vor Beginn des Verfestigungsschritts einer Schicht die Steuereinrichtung
Das Resultat dieses Eingriffs in den Ablauf des Verfestigungsschrittes ist in der
Ein automatisches Herunterregeln der Heizleistung infolge zu hoher Temperaturmesswerte des Pyrometers durch eine Belichtung im Messbereich
An automatic shutdown of the heating power due to high temperature readings of the pyrometer by an exposure in the
Natürlich ist keine Umstellung der Belichtungsreihenfolge notwendig, wenn bereits vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens feststeht, dass der Pyrometermessbereich erst zu eifern späten Zeitpunkt während des Verfestigungsschritts, also insbesondere erst nach der erfindungsgemäß vorbestimmten Verzögerungszeit, belichtet wird. Der Sinn des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in solch einem Fall jedoch der, dass explizit abgeprüft wird, ob die vorbestimmte Verzögerungszeit für die Belichtung des Messbereichs eingehalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren garantiert also die Einhaltung der vorbestimmten Verzögerungszeit. Die vorbestimmte Verzögerungszeit definiert sich bevorzugt daraus, wie viel Zeit notwendig ist, um eine ausreichend genaue Extrapolation (s. u.) zu gewährleisten.Of course, no adjustment of the exposure order is necessary if it has already been established prior to carrying out the method according to the invention that the pyrometer measuring area is only exposed to a late time during the solidification step, ie in particular only after the delay time determined according to the invention. However, in such a case, the purpose of the method according to the invention is that it is explicitly checked whether the predetermined delay time for the exposure of the measuring range is maintained. The inventive method thus guarantees compliance with the predetermined delay time. The predetermined delay time is preferably defined by how much time is necessary to ensure sufficiently accurate extrapolation (see below).
Auch für den Fall, dass lediglich ein einziges großes Bauteil gefertigt wird und eine Belichtung mit dem Laserstrahl im Messbereich
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird während einer Verfestigung im Messbereich
Wenn zum Zeitpunkt t1 die Verfestigung im Messbereich
Der bis jetzt beschriebene Verlauf, der in der
Während des Zeitraums zwischen t1 und t2 werden der Regelung für die Heizleistung Temperatureingangswerte nicht von der Temperaturmesseinrichtung zugeführt, sondern von der Steuereinrichtung
During the period between t 1 and t 2 , the regulation for the heating power is not supplied to the temperature input values by the temperature measuring device but by the
Für die Erfassung des Temperaturverlaufs zwischen t0 und t1 muss dieser Zeitraum genügend lang sein. In der Steuereinrichtung
Statt die Belichtungsreihenfolge der Schicht umzuändern zur Gewinnung einer genügend großen Zeit t1–t0 ist es bei der ersten und zweiten Ausführungsform alternativ auch möglich, die Reihenfolge, in der die Stellen der Schicht belichtet werden, beizubehalten und lediglich eine Wartezeit einzufügen, in der keine Belichtung stattfindet zur Verlängerung des Zeitraums t1–t0.Alternatively, instead of changing the exposure order of the layer to obtain a sufficiently large time t 1 -t 0 , in the first and second embodiments, it is also possible to maintain the order in which the locations of the layer are exposed and to insert only one waiting time no exposure takes place to extend the period t 1 -t 0 .
Natürlich ist es auch möglich, die erste und zweite Ausführungsform miteinander zu kombinieren: Die Belichtungsreihenfolge kann dergestalt abgeändert werden, dass eine Belichtung der Schicht innerhalb des Messbereichs
In einer Abwandlung der Erfindung, die auf beide Ausführungsformen anwendbar ist, wird an einen Benutzer der generativen Schichtbauvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben für den Fall, dass der Zeitraum t1–t0, also die Zeit zwischen Beginn des Verfestigungsschritts und Beginn der Verfestigung im Messbereich der Temperaturmesseinrichtung, größer als eine vordefinierte Maximalverzögerungszeit ist. Der Grund hierbei ist folgender:
Wenn durch die Steuereinrichtung
If through the
In einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform wird bei der Bestimmung der extrapolierten Temperaturwerte zusätzlich noch auf andere Prozessparameter zurückgegriffen. Beispielsweise kann es zu Temperaturänderungen aufgrund von Änderungen in einer Schutzgasströmung, die über das Baufeld streicht, kommen. Greift die Steuereinrichtung
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials angewendet werden.Although the present invention has been described with reference to a laser sintering or laser melting apparatus, it is not limited to laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of manufacturing a three-dimensional object by layering and selectively solidifying a powdery building material.
Der Laser kann beispielsweise einen Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser umfassen. Allgemein kann jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine Mehrzahl von Lasern, eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das Absorptions- bzw. Inhibitionssintern kann die Erfindung angewendet werden.The laser may include, for example, a gas or solid state laser or any other type of laser. In general, any means by which energy can be applied selectively to a layer of building material can be used. Instead of a laser, for example, a plurality of lasers, another light source, an electron beam or any other source of energy or radiation suitable for solidifying the building material may be used. The invention can also be applied to selective mask sintering using an extended light source and a mask, or to absorption sintering.
Als pulverförmiges Aufbaumaterial können alle Pulver bzw. Pulvermischungen verwendet werden, die durch einen Wärmeenergieeintrag erweicht, angeschmolzen oder aufgeschmolzen werden, und nach dem Wiedererkalten sich zu einem Festkörper verbunden haben. Solche Pulver umfassen z. B. Kunststoffpulver wie Polyamid oder Polystyrol, PAEK (Polyaryl Ether Ketone), Elastomere, wie PEBA (Polyether Block Amide), kunststoffbeschichteten Sand, Keramikpulver oder Metallpulver, z. B. Edelstahlpulver oder andere, an den jeweiligen Zweck angepasste Metallpulver, insbesondere Legierungen.As powdered building material, all powders or powder mixtures can be used, which are softened by a heat energy input, melted or melted, and have joined after refolding to a solid. Such powders include, for. As plastic powder such as polyamide or polystyrene, PAEK (polyaryl ether ketones), elastomers such as PEBA (polyether block amides), plastic-coated sand, ceramic powder or metal powder, eg. As stainless steel powder or other, adapted to the particular purpose metal powder, in particular alloys.
Als Schutzgas eignet sich je nach verwendetem Aufbaumaterial ein Gas, das mit dem Aufbaumaterial im Wesentlichen keine chemische Reaktion eingeht, beispielsweise bei Kunststoffpulver vorzugsweise Stickstoff oder bei Metallpulver vorzugsweise Argon und/oder Stickstoff.Depending on the building material used, a suitable gas is a gas which essentially does not undergo any chemical reaction with the building material, for example preferably nitrogen in the case of plastic powder or preferably argon and / or nitrogen in the case of metal powder.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0764079 B1 [0002, 0003, 0004] EP 0764079 B1 [0002, 0003, 0004]
Claims (15)
Priority Applications (1)
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DE102015214690.1A DE102015214690A1 (en) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | Method and device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
DE102016211313A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Automatic adjustment of a heating control in a generative layer construction device |
CN110774407A (en) * | 2019-10-21 | 2020-02-11 | 浙江大学 | Construction method of space aggregate reinforced 3D printed concrete structure |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0764079B1 (en) | 1995-05-09 | 1998-07-22 | EOS GmbH ELECTRO OPTICAL SYSTEMS | Device for producing a three-dimensional article by laser sintering |
DE102005026884A1 (en) * | 2004-08-13 | 2006-03-23 | 3D Systems, Inc., Valencia | Continuous calibration of a non-contact thermal sensor for laser sintering |
DE102005015870B3 (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Device and method for producing a three-dimensional object |
-
2015
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0764079B1 (en) | 1995-05-09 | 1998-07-22 | EOS GmbH ELECTRO OPTICAL SYSTEMS | Device for producing a three-dimensional article by laser sintering |
DE102005026884A1 (en) * | 2004-08-13 | 2006-03-23 | 3D Systems, Inc., Valencia | Continuous calibration of a non-contact thermal sensor for laser sintering |
DE102005015870B3 (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Device and method for producing a three-dimensional object |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016211313A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Automatic adjustment of a heating control in a generative layer construction device |
US10953601B2 (en) | 2016-06-23 | 2021-03-23 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Automatic adjustment of a heater control in an additive manufacturing device |
US11712852B2 (en) | 2016-06-23 | 2023-08-01 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Automatic adjustment of a heater control in an additive manufacturing device |
CN110774407A (en) * | 2019-10-21 | 2020-02-11 | 浙江大学 | Construction method of space aggregate reinforced 3D printed concrete structure |
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