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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial.
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Verfahren und Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen ”Selektives Lasersintern oder Laserschmelzen” bekannt. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 057 866 A1 bekannt. Das Maschinengehäuse der Vorrichtung ist in zwei Gehäuseabschnitte getrennt. Im ersten Abschnitt ist ein Behälter vorgesehen mit einem Bauraum, in welchem das dreidimensionale Objekt hergestellt wird, sowie einem Pulvervorrat und einer Pulver-Aufbringvorrichtung. Zur Entnahme des fertigen Objekts ist der Behälter in den zweiten Gehäuseabschnitt verfahrbar. In der beschriebenen Vorrichtung können sich jedoch Dämpfe und Gase, welche beim Lasersintern entstehen, an dem Deckel des Behälters niederschlagen und somit die Funktionstüchtigkeit der am Deckelangeordneten Scannervorrichtung beeinträchtigen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative, bevorzugt verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, sowie ein derartiges Verfahren bereitzustellen. Insbesondere wird dabei auf ein einfacheres Be- und Entladen der Vorrichtung sowie deren Reinigung abgezielt. Ferner trägt die Erfindung bevorzugt dazu bei, den Herstellungsvorgang dreidimensionaler Objekte durch Zeitersparnis wirtschaftlicher zu gestalten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselkammer gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können die Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Wechselkammer ist geeignet für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial, insbesondere pulverförmigem Aufbaumaterial, an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung. Die Wechselkammer umfasst einen Bauraum mit einer Bauplattform, auf welcher das dreidimensionale Objekt herstellbar ist, einen Vorratsbehälter zum Bevorraten von Aufbaumaterial, eine Beschichtervorrichtung zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials auf der Bauplattform oder auf einer bereits selektiv verfestigten Schicht des Aufbaumaterials und ein Fenster zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung.
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Dadurch, dass die Wechselkammer ein eigener, geschlossener Raum innerhalb der Vorrichtung ist, das Pulver während des gesamten Bauvorganges in diesem Raum verbleibt und während des Bauvorganges entstehende Gase und Schmutzpartikel nicht austreten können, ist die Vorrichtung vor Verunreinigungen geschützt. Dies reduziert den Reinigungsaufwand erheblich, da lediglich die Reinigung der Wechselkammer erforderlich ist und diese der Vorrichtung für eine einfache Reinigung vollständig entnommen werden kann.
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Vorzugsweise weist die Wechselkammer einen abnehmbaren Deckel auf, der weiter bevorzugt das Einkoppelfenster aufweist. Der abnehmbare Deckel ermöglicht einen guten Zugang zu den im Inneren der Wechselkammer angeordneten Elementen und somit ein einfaches Eingreifen in die Wechselkammer, beispielsweise zum Auffüllen des Pulvervorrats vor dem Herstellungsvorgang und die Entnahme des Objektes oder das Reinigen der Elemente nach dem Herstellungsvorgang. Zudem ist es möglich die Belichtungsvorrichtung in der Vorrichtung außerhalb der Wechselkammer anzuordnen, da der Energiestrahl durch das Einkoppelfenster in die Wechselkammer gelangen kann. Dies verhindert, dass sich während des Bauvorganges entstehende Gase an der Belichtungsvorrichtung niederschlagen und so deren Funktion beeinträchtigen.
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Vorzugsweise ist die Wechselkammer mit aufgesetztem Deckel im Wesentlichen gasdicht verschließbar. Als „im Wesentlichen gasdicht” wird dabei ein Zustand verstanden, bei dem höchstens vernachlässigbar Gas in die Wechselkammer eindringen bzw. aus ihr austreten kann, wenn der Gasdruck in einer für den Betrieb der Vorrichtung gebräuchlichen Wertebereich liegt. Dadurch wird ein Entweichen von in die Wechselkammer eingeleiteten und während des Bauvorganges entstehenden Gasen verhindert.
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Ferner kann die Wechselkammer Anschlüsse zum Zu- und/oder Ableiten eines Schutzgases aufweisen. Somit ist es möglich, den Bauvorgang unter einer definierten Prozessatmosphäre durchzuführen. Des Weiteren können während des Bauvorganges entstehende Gase und Schmutzpartikel durch einen Schutzgasstrom abgesaugt und somit aus dem Bauraum entfernt werden.
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Vorzugsweise ist die Beschichtervorrichtung an der zum Bauraum weisenden Seite des Deckels angebracht. Dadurch wird ein Austragen des Aufbaumaterials aus der Wechselkammer heraus, und somit eine Verunreinigung der Vorrichtung, vermieden. Zudem ist eine an dem Deckel angeordnete Beschichtervorrichtung gut über den Bauraum und den Vorratsbehälter verfahrbar.
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Zusätzlich kann die Wechselkammer einen Überlaufbehälter zur Aufnahme von überschüssigem Aufbaumaterial umfassen. Das nicht verwendete Aufbaumaterial kann so gesammelt und für einen weiteren Bauvorgang verwendet werden.
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Vorzugsweise ist der Bauraum als Bauschacht ausgeführt und/oder der Vorratsbehälter als Vorratsschacht ausgeführt und/oder der Überlaufbehälter als Überlaufschacht ausgeführt. Die Ausgestaltung der genannten Behälter als Schächte in der Wechselkammer ist einfach zu realisieren. Zudem kann eine an dem Deckel angeordnete Beschichtervorrichtung das Aufbaumaterial auf einfache Art und Weise aus dem Vorratsschacht in dem Bauschacht auftragen.
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Vorzugsweise ist in dem Vorratsbehälter eine in vertikale Richtung verschiebbare Plattform angeordnet. Abhängig von der bereits aus dem Vorratsbehälter entfernten Menge an Aufbaumaterial kann die verschiebbare Plattform derart nach oben verschoben werden, dass die Oberfläche des bevorrateten Aufbaumaterials im Wesentlichen in der Ebene des Behälterrandes liegt, oder das Aufbaumaterial durch nach oben Bewegen der Plattform aus dem Behälter ausgetragen wird. So kann ein Benutzer die Beschichtervorrichtung das Aufbaumaterial auf einfache Art und Weise entnehmen.
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Vorzugsweise weisen die in dem Vorratsbehälter vorgesehene Plattform und/oder die Bauplattform Dichtungen auf, um den Vorratsbehälter bzw. den Bauraum zu dessen Boden hin abzudichten. Dadurch wird verhindert, dass unverfestigtes Aufbaumaterial aus dem Vorratsbehälter bzw. dem Bauraum austritt.
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Vorzugsweise weisen die in dem Vorratsbehälter vorgesehene Plattform und/oder die Bauplattform an ihrer Unterseite eine Befestigungsvorrichtung auf zum mechanischen Koppeln der Plattform an eine in der Vorrichtung vorgesehenen Trägervorrichtung, wobei die Befestigungsvorrichtung bevorzugt als mechanisches Schnellspannsystem ausgebildet ist. Damit ist es möglich, die Plattform an einer in der Vorrichtung vorgesehenen Trägervorrichtung auf einfache Art und Weise zu befestigen.
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Zusätzlich kann die Wechselkammer an ihrer Außenseite eine Kopplungsvorrichtung aufweisen, insbesondere zum Koppeln an eine Transportvorrichtung. Damit wird ein einfaches Einbringen und Herausnehmen der Wechselkammer in die Vorrichtung bzw. aus dieser heraus ermöglicht.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen umfasst eine Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, und eine Wechselkammer, welche aus der Vorrichtung heraus entnehmbar ist. Somit können die Schritte des Befüllens des Vorratsbehälters mit Aufbaumaterial vor dem Bauvorgang, sowie das Abkühlen, die Entnahme des fertigen Objekts und das Reinigen der Wechselkammer nach Beendigung des Bauvorganges bei entnommener Wechselkammer außerhalb der Vorrichtung erfolgen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung wird unter Verwendung einer Wechselkammer durchgeführt. Die Wechselkammer umfasst einen Bauraum mit einer Bauplattform, auf der das dreidimensionale Objekt hergestellt wird, einen Vorratsbehälter, in welchem Aufbaumaterial bevorratet wird, eine Beschichtervorrichtung, die eine Schicht des Aufbaumaterials auf der Bauplattform oder auf einer bereits selektiv verfestigten Schicht des Aufbaumaterials aufbringt und ein Fenster zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung. Bei diesem Verfahren erfolgt das gesamte Pulverhandling in der Wechselkammer, so dass kein Pulver in den Außenbereich bzw. in die Vorrichtung gelangt.
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Vorzugsweise wird die Wechselkammer in verschlossenem Zustand in eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts eingebracht und/oder in verschlossenem Zustand aus der Vorrichtung entfernt. Dadurch wird verhindert, dass Pulver in die Vorrichtung und/oder Verunreinigungen in die Wechselkammer gelangen.
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Vorzugsweise wird die Wechselkammer im Wesentlichen direkt nach Abschluss des selektiven schichtweisen Verfestigens des Aufbaumaterials in allen Schichten aus einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts entfernt und im Wesentlichen außerhalb der Vorrichtung abgekühlt. Dadurch kann die Vorrichtung unmittelbar nach Beendigung des Bauvorganges für einen weiteren Bauvorgang genutzt werden. Diese Zeitersparnis erhöht die Effizienz und somit die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Vorrichtung.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
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1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts.
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2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer in der in 1 gezeigten Vorrichtung enthaltenen Wechselkammer.
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3 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Ansicht der Wechselkammer von oben ohne Deckel.
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4a ist eine schematische Ansicht der Wechselkammer von der Seite und 4b eine Schnittansicht entlang der in 4a gezeigten Linie A-A.
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5a–5c sind schematische Außenansichten der in 1 gezeigten Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Wechselkammer 3 mit einer Wandung 4.
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In der Wechselkammer 3 sind ein Vorratsschacht 6 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Aufbaumaterial 13, ein Überlaufschacht 7 zur Aufnahme von überschüssigem Aufbaumaterial 16, sowie ein Bauschacht 5 angeordnet. In dem Bauschacht 5, welcher den Bauraum definiert, ist eine Bauplattform 9 angeordnet, die den Bauschacht 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Zum Abdichten des Bauschachtes 5 nach unten hin umfasst die Bauplattform 9 vorzugsweise Dichtungen, welche in 1 nicht gezeigt sind. Das dreidimensionale Objekt 2 ist in dem Bauschacht 5 auf der Bauplattform 9 aufbaubar. Die Bauplattform 9 ist auf oder an einer außerhalb der Wechselkammer 3 in der Vorrichtung 1 vorgesehenen in einer vertikalen Richtung V bewegbaren Trägervorrichtung 8 befestigt. In 1 ist das in dem Bauschacht 5 auf der Bauplattform 9 zu bildende Objekt 2 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 11.
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In dem Vorratsschacht 6 ist eine weitere Plattform 36 angeordnet, die den Vorratsschacht 6 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Zum Abdichten des Vorratsschachtes 6 nach unten hin umfasst die Plattform 36 vorzugsweise Dichtungen, welche in 1 nicht näher gezeigt sind. Die Plattform 36 ist auf oder an einer weiteren außerhalb der Wechselkammer 3 in der Vorrichtung 1 vorgesehenen in einer vertikalen Richtung V bewegbaren Trägervorrichtung 37 befestigt. Die Trägervorrichtung 37 und die Bauplattform 9 können auch einstückig ausgebildet sein.
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Des Weiteren weist die Wandung 4 der Wechselkammer 3 an ihrer Unterseite zwei Ausnehmungen 39, 40 auf, durch welche in der Vorrichtung 1 vorgesehene Trägervorrichtungen 8, 37 in die Wechselkammer eingreifen können. Die Ausnehmungen 39, 40 sind dabei mindestens so groß wie die maximale horizontale Erstreckung der Trägervorrichtungen 8, 37 bzw. der (Bau)plattform(en) 9, 36.
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Durch den oberen Rand des Bauschachts 5 ist eine Arbeitsebene 10 definiert. Vorzugsweise sind der Vorratsschacht 6 und/oder der Überlaufschacht 7 derart in der Wechselkammer 3 angeordnet, dass der obere Rand des Vorratsschachtes 6 und/oder der obere Rand des Überlaufschachtes 7 in der Arbeitsebene liegen.
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Die Wechselkammer 3 enthält weiter eine in einer horizontalen Richtung H bewegbare Beschichtervorrichtung 14 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 13 auf die Arbeitsebene 10. Zum Bewegen der Beschichtervorrichtung 14 ist ein nicht näher gezeigter Antrieb außerhalb der Wandung 4 der Wechselkammer 3 vorgesehen. Die Beschichtervorrichtung 14 ist mittels einer in 1 nicht gezeigten Antriebsachse 31 mit dem Antrieb verbunden.
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Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 15, das in der Oberseite der Wandung 4 der Wechselkammer 3 angeordnet ist, auf die Arbeitsebene 10 fokussiert wird.
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Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann.
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Wie in 2 gezeigt umfasst die Wechselkammer einen abnehmbaren Deckel 12, welcher das Einkoppelfenster 15 zum Einkoppeln der Laserstrahlung 22 aufweist. Die Wechselkammer 3 ist vorzugsweise mit aufgesetzten Deckel 12 im Wesentlichen gasdicht verschließbar, so dass im Wesentlichen kein Gasaustausch mit der Umgebungsluft erfolgt. Zudem sind in der Wandung 4 der Wechselkammer 3 eine Gaszufuhr 41 sowie ein Gasauslass 42 vorgesehen zum Zu- bzw. Ableiten eines Schutzgases. Damit ist es möglich, in der Wechselkammer 3 während des Bauvorganges eine definierte Gasatmo-sphäre aufrecht zu erhalten. Die Kopplungsvorrichtung 30 sowie die Antriebsachse 31 werden später in Bezug auf 5a–5c bzw. 4a–4b näher beschrieben.
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3 zeigt eine Ansicht der Wechselkammer 3 von oben ohne aufgesetzten Deckel 12. Die Wechselkammer 3 umfasst einen Bauschacht 5, welcher mittig in der Wechselkammer 3 angeordnet ist, sowie einen Vorratsschacht 6 und einen Überlaufschacht 7. Der Vorratsschacht 6 und der Überlaufschacht 7 grenzen an gegenüberliegenden Seiten des Bauschachts 5 an diesen an. An zwei gegenüberliegenden Außenseiten der Wandung 4 sind eine Gaszufuhr 41 sowie ein Gasauslass 42 vorgesehen zum Zu- bzw. Ableiten eines Schutzgases.
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Die Beschichtervorrichtung 14 ist wie in den 4a–4b gezeigt an der zum Bauschacht 5 weisenden Seite des Deckels 12, d. h. an dessen Unterseite, angeordnet. Um die Verfahrbarkeit der Beschichtervorrichtung 14 in eine horizontale Richtung H, welche in 4a in der Zeichenebene und in 4b senkrecht zu dieser verläuft, zu gewährleisten, ist die Beschichtervorrichtung 14 mittels einer Antriebsachse 31 mit einem nicht näher gezeigten Antrieb verbunden. Die Antriebsachse 31 verläuft in 4a senkrecht zur Zeichenebene und in 4b parallel zur Zeichenebene. Die Antriebsachse 31 ist so bewegbar, dass die Beschichtervorrichtung 14 in einer horizontalen Richtung H zwischen dem Vorratsschacht 6 und dem Überlaufschacht 7 hin und her bewegbar ist.
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Der in 4b gezeigte Bauschacht 5 ist nach unten hin durch die Bauplattform 9 abgeschlossen oder abgedichtet. An der Unterseite der Bauplattform 9, d. h. an der dem Bauschacht 5 abgewandten Seite, ist eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen an einer in der Vorrichtung 1 vorgesehenen Trägervorrichtung 8 angeordnet. Die in 4b gezeigte Befestigungsvorrichtung ist ein Zapfen 32 oder mehrere Zapfen 32, welche dazu geeignet ist bzw. sind, in Buchsen der Trägervorrichtung 8 einzugreifen und somit die Bauplattform 9 mechanisch an die Trägervorrichtung 8 zu koppeln.
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5a–5c zeigt weitere schematische Ansichten der in 1 gezeigten Vorrichtung 1. Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 38 auf dem die Belichtungseinheit 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 38 weist eine Öffnung 34 auf, welche vorzugsweise durch eine nicht gezeigte Tür oder eine andere Verschlussvorrichtung verschließbar ist. Die Wechselkammer 3 ist durch die Öffnung 34 in die Vorrichtung 1 einbringbar und entnehmbar. Dazu weist die Wechselkammer 3 eine Kopplungsvorrichtung 30 auf, an welcher eine Transportvorrichtung angreifen kann. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 eine Trägervorrichtung 37 auf, welche an ihrer Oberseite, d. h. der der Wechselkammer 3 zugewandten Seite, Buchsen 35 aufweist zum mechanischen Koppeln der Plattform 36 des Vorratsschachtes 6 an die Trägervorrichtung 37, sowie eine Trägervorrichtung 8, welche an ihrer Oberseite, d. h. der der Wechselkammer 3 zugewandten Seite, Buchsen 35 aufweist zum mechanischen Koppeln der Bauplattform 9 an die Trägervorrichtung 8. Die Trägervorrichtungen 8, 37 sind nebeneinander und unterhalb der Wechselkammer 3 angeordnet und mittels nicht gezeigter Antriebe in eine vertikale Richtung V verfahrbar. An der der Öffnung 34 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 38 ist ein Anschluss 33 zum Zu- und Abführen eines Schutzgases in die Wechselkammer 3 bzw. aus dieser heraus vorgesehen. Der Anschluss 33 muss jedoch nicht an der der Öffnung 34 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 38 angeordnet sein, er kann vielmehr an jeder beliebigen Seite des Gehäuses 38 angeordnet sein. Der Anschluss 33 kann auch als zwei getrennte Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des Gases ausgestaltet sein.
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Im Betrieb wird eine Wechselkammer 3 außerhalb der Vorrichtung 1 für den Bauvorgang vorbereitet. Dazu wird beispielsweise die Plattform 36 des Vorratsschachtes 6 in die unterste Position gebracht und der Vorratsschachte 6 mit Aufbaumaterial 13 befällt. Anschließend wird die Wechselkammer 3 mit dem Deckel 12 verschlossen, vorzugsweise gasdicht verschlossen, und mittels einer Transportvorrichtung durch die Öffnung 34 der Vorrichtung 1 in diese eingebracht. Die Transportvorrichtung kann beispielsweise als Hubwagen ausgestaltet sein und greift an der Kopplungsvorrichtung 30, welche an der Außenseite der Wechselkammer vorgesehen ist, an. Es ist jedoch auch möglich, die Wechselkammer 3 ohne Verwendung einer Transportvorrichtung in die Vorrichtung 1 einzubringen. So kann die Wechselkammer 3 beispielsweise auch per Hand in die Vorrichtung 1 eingebracht werden.
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Nun werden die Trägervorrichtungen 8, 37 so verfahren, dass die Zapfen 32 an den Unterseiten der Bauplattform 9 und der Plattform 36 in den Buchsen 35 der Trägervorrichtungen 8, 37 einrasten und die Bauplattform 9 und der Plattform 36 somit an den Trägervorrichtungen 8, 37 befestigt sind und damit in eine vertikale Richtung V verfahren werden können. Zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials 13 wird zunächst die Bauplattform 9 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht, und die Plattform 36 wird nach oben verfahren um der Beschichtervorrichtung 14 eine ausreichende Menge an Aufbaumaterial 13 zuzuführen. Dabei kann die Plattform 36 entweder so weit nach oben verschoben werden, dass die Oberfläche des bevorrateten Aufbaumaterials 13 im Wesentlichen in der Arbeitsebene 10 liegt, oder dass das Aufbaumaterial 13 durch nach oben Bewegen der Plattform 36 aus dem Vorratsschacht 6 ausgetragen und somit der Beschichtervorrichtung 14 zugeführt wird.
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Durch Verfahren der Beschichtervorrichtung 14 über die Arbeitsebene 10 wird dann eine Schicht des Aufbaumaterials 13 auf der Bauplattform 9 bzw. auf einer bereits selektiv verfestigten Schicht des Aufbaumaterials 13 aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld, also den Bereich der Arbeitsebene 10, der innerhalb der oberen Öffnung des Bauschachtes 5 liegt. Überschüssiges Aufbaumaterial 16 kann dabei dem Überlaufschacht 7 zugeführt werden. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 13 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist.
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Unmittelbar nach Beendigung des Bauvorganges werden die Trägervorrichtungen 8, 37 in eine untere Position verfahren und die Bauplattform 9 und die Plattform 36 von den Trägervorrichtungen 8, 37 abgekoppelt. Anschließend wird die Wechselkammer 3 mittels der Transportvorrichtung durch die Öffnung 34 aus der Vorrichtung 1 heraus entnommen. Unmittelbar nach Entnahme der Wechselkammer 3 kann eine weitere Wechselkammer 3 in die Vorrichtung 1 eingebracht werden um einen weiteren Bauvorgang durchzuführen.
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Die Wechselkammer 3 bzw. das fertige Objekt 2 können nun nach Bedarf weitere Prozessschritte durchlaufen. Diese können folgende Schritte oder eine Auswahl davon in im Wesentlichen beliebiger Reihenfolge enthalten:
- – Entfernen des Deckels 12 von der Wechselkammer 3,
- – Abkühlen des hergestellten Objekts 2,
- – Entfernen des das Objekt 2 umgebenden unverfestigten Aufbaumaterials 11,
- – Entnehmen des Objekts 2 aus der Wechselkammer 3,
- – Entfernen des Aufbaumaterials 13 aus dem Überlaufschacht und/oder aus dem Vorratsschacht, und
- – Reinigen der Wechselkammer 3 und der darin angeordneten Elemente.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen einer Wechselkammer sind ein Bauschacht, ein Vorratsschacht und (optional) ein Überlaufschacht vorgesehen. Es können aber auch mehrere Bauschächte und/oder mehrere Vorratsschächte und/oder mehrere Überlaufschächte in der Wechselkammer vorgesehen sein. So kann beispielsweise je ein Vorratsschacht auf je einer Seite des Bauschachts angeordnet sein, so dass die Beschichtervorrichtung zum Auftragen einer ersten Schicht von dem auf der ersten Seite des Bauschachts angeordneten Vorratsschacht über den Bauschacht hin zu dem auf der gegenüberliegenden Seite des Bauschachts liegenden zweiten Vorratsschacht verfahren wird. zum Auftragen der nachfolgenden Schicht wird die Beschichtervorrichtung dann von dem zweiten Vorratsschacht über den Bauschacht zurück zu dem ersten Vorratsschacht verfahren. Dadurch ist es nicht notwendig, die Beschichtervorrichtung nach dem Auftragen einer Schicht wieder über das Baufeld zurück zu dem Vorratsschacht zu fahren, was den Bauvorgang zeiteffizienter gestaltet. Ferner können beispielsweise auch mehrere Bauschächte vorgesehen sein, so dass in einer Wechselkammer mehrere dreidimensionale Objekte gleichzeitig auf verschiedenen Bauplattformen hergestellt werden können.
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Des Weiteren kann der Deckel des Wechselbehälters als nicht abnehmbarer Deckel ausgestaltet sein und zum Eingriff in die Wechselkammer eine Tür oder ein anderes Verschlusselement in der Wandung der Wechselkammer vorgesehen sein.
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Auch kann zumindest eine der Ausnehmungen 39, 40 nicht an der Unterseite der Wechselkammer vorgesehen sein, sondern beispielsweise in der Seitenwandung der Wechselkammer. Somit greift zumindest eine der Trägervorrichtungen 8, 37 nicht von unten, sondern z. B. seitlich in die Wechselkammer ein. Die Befestigungsvorrichtung der Bauplattform bzw. der Plattform des Vorratsschachtes kann daran angepasst sein und z. B. seitlich der Bauplattform bzw. der Plattform vorgesehen sein.
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Die Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Bauplattform und/oder der Plattform an der entsprechenden Trägervorrichtung muss nicht als Zapfen ausgeführt sein, welcher in eine Buchse eingreift. Es ist vielmehr jedes mechanische Befestigungssystem, insbesondere Schnellkoppelsystem, denkbar. So kann die Bauplattform bzw. Plattform beispielsweise mittels eines Kipphebels an der Trägervorrichtung befestigt werden. Ferner sind auch nicht mechanische, wie beispielsweise magnetische, Befestigungsmechanismen denkbar.
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Die Kopplungsvorrichtung der Wechselkammer, an welcher die Transportvorrichtung angreift, muss nicht seitlich der Wechselkammer angeordnet sein. So kann die Wechselkammer z. B. auch an der durch die Öffnung in dem Gehäuse der Vorrichtung sichtbaren Vorderseite der Wechselkammer angeordnet sein.
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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 Aufbaumaterials durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung angewendet werden.
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Der Laser kann beispielsweise einen Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser umfassen. Allgemein kann jede Einrichtung verwendet werden, mit der elektromagnetische Strahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. 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.
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Es können verschiedene Arten von Aufbaumaterial verwendet werden, insbesondere pulverförmiges Aufbaumaterial wie Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004057866 A1 [0003]
