DE102016010504A1

DE102016010504A1 - Verfahren und Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks auf einem Träger mit Laserstrahlung eines Lasers, Werkstoffzufuhr mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen

Info

Publication number: DE102016010504A1
Application number: DE102016010504.6A
Authority: DE
Inventors: Robby Ebert
Original assignee: Hochschule Mittweida FH
Current assignee: Hochschule Mittweida FH
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-01
Also published as: WO2018041291A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Aufbau eines Werkstücks auf einem Träger mit Laserstrahlung eines Lasers, Werkstoffzufuhr mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen. Die Verfahren und Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Werkstücke mit hoher Präzision einfach und extrem schnell realisierbar sind. Dazu werden mit der Fördereinrichtung nacheinander einzelne Tropfen oder Portionen oder Partikel eines Werkstoffs auf den Träger aufgebracht. Die Tropfen oder die Portionen oder die Partikel werden sofort nach Auftrag auf den Träger mit der durch den Werkstoff und den Tropfen oder der Portion oder des Partikels bestimmten Laserstrahlungsenergie beaufschlagt, wobei jeweils der Tropfen oder die Portion erwärmt oder das Partikel aufgeschmolzen wird und sich der Werkstoff des Tropfens oder der Portion oder des Partikels mit dem Träger, dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger, wenigstens einer Schicht des Werkstoffs oder dem vorgeordneten Werkstoff und der Schicht verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Aufbau eines Werkstücks auf einem Träger mit Laserstrahlung eines Lasers, Werkstoffzufuhr mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen.
Bei Verfahren und Einrichtungen zum Laserauftragschweißen werden Pulverstrahlen mit statistisch verteilten Pulverkörnern aller Größen verwendet. Ein kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahl, der einfach hineinstrahlt wird zum Schweißen der Pulverkörner genutzt. Eine Zuordnung von Pulverkorn und Laserpuls ist unmöglich.
So ist durch die Druckschrift DE 11 2014 004 561 T5 ein Laserauftragschweißen mit programmierter Strahlgrößenjustierung bekannt. Dabei wird der Laserstrahl verwendet, um pulverförmiges Metall auf einer Oberfläche aufzuschmelzen und zu verfestigen. Der Laserstrahl wird dazu in einem Raster über die mit Pulver bedeckte Oberfläche verfahren, um den Werkstoff über einer Fläche abzuscheiden, die größer als die Grundfläche des Laserstrahls ist.
Die Druckschrift DE 20 2008 013 569 U1 beinhaltet eine Einrichtung zum Aufbringen von Schichtstrukturen auf wenigstens ein Substrat mittels Laserauftragschweißen. Die Einrichtung besteht aus einer feststehenden Zufuhrvorrichtung für Partikel, einem festplatzierten Scanner für die Laserstrahlen eines Lasers, einer bewegbaren Positioniereinrichtung für das Substrat und einem Datenverarbeitungssystem. Mittels des Scanners werden die Laserstrahlen bereichsweise auf dem Substrat schnell abgelenkt und fokussiert, wobei zugeführte Partikel auf dem Substrat oder bereits entstandene Schweißpunkte geschweißt werden. Damit werden vorbestimmte geschlossene Schichten, Schichten in Linienform, Schichten als Punktraster, dreidimensionale Schichtstrukturen einzeln oder in wenigstens einer Kombination ausgebildet. Das Aufbringen der Schicht erfolgt bereichsweise mittels einer Breitstrahldüse.
Der in den Patentansprüchen 1 und 5 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkstücke hoher Präzision einfach und extrem schnell zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 5 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Verfahren und Einrichtungen zum Aufbau eines Werkstücks auf einem Träger mit Laserstrahlung eines Lasers, Werkstoffzufuhr mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Werkstücke mit hoher Präzision einfach und extrem schnell realisierbar sind.
Dazu werden mit der Fördereinrichtung nacheinander einzelne Tropfen oder Portionen oder Partikel eines Werkstoffs auf den Träger aufgebracht. Die Tropfen oder die Portionen oder die Partikel werden sofort nach Auftrag auf den Träger mit der durch den Werkstoff und den Tropfen oder der Portion oder des Partikels bestimmten Laserstrahlungsenergie beaufschlagt, wobei jeweils der Tropfen oder die Portion erwärmt oder das Partikel aufgeschmolzen wird und sich der Werkstoff des Tropfens oder der Portion oder des Partikels mit dem Träger, dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger, wenigstens einer Schicht des Werkstoffs oder dem vorgeordneten Werkstoff und der Schicht verbindet.
Die Fördereinrichtung zur Werkstoffzufuhr ist ein mit einem Behälter des Werkstoffes und einem Verdichter gekoppelte Düse zum nacheinanderfolgenden Austritt jeweils eines Tropfens oder einer Portion oder eines Partikels, wobei der Ausgang der Düse über oder auf dem Träger angeordnet ist. Die Düse und/oder der Träger sind oder ist an wenigstens einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Antrieb als eine Bewegungseinrichtung gekoppelt, so dass die Tropfen oder die Portionen oder die Partikel nacheinander auf den Träger gelangen. Weiterhin ist eine mit dem Laser verbundene Laserstrahlung auskoppelnde Einrichtung so angeordnet, dass Laserstrahlung zeitlich und räumlich genau auf den Tropfen oder die Portion oder das Partikel auf dem Träger gelangt. Damit wird der Tropfen oder die Portion erwärmt oder das Partikel aufgeschmolzen. Der Werkstoff des Tropfens oder der Portion oder des Partikels verbindet sich dabei mit dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger oder wenigstens einer Schicht des Werkstoffs. Der Ugebung wird so wenig wie möglich Energie zugeführt.
Der Träger kann auch eine Schicht, eine Scheibe oder ein Körper des Werkstoffs oder eines anderen Werkstoffs sein. Damit kann ein dreidimensionaler Druck zur Realisierung eines Körpers erfolgen oder ein dreidimensionaler Druck auf einem Körper realisiert werden. Die Einrichtung kann damit auch als dreidimensionaler Drucker bezeichnet werden.
Die Einrichtung und das Verfahren zeichnen sich damit insbesondere dadurch aus, dass ein Tropfen einer Flüssigkeit, eine Portion einer Flüssigkeit, Suspension oder Paste oder ein Partikel aufgebracht wird und danach sofort mit der Laserstrahlung definiert beaufschlagt wird. Das Partikel ist dazu ein Korn eines Pulvers. Das erfolgt vorteilhafterweise synchron, das bedeutet, ein Tropfen oder eine Portion oder ein Partikel wird jeweils nur mit einem Laserpuls phasengenau beaufschlagt. Somit können beispielsweise 666.000 Pulverkörner pro Sekunde aufgebracht und eine Laserfrequenz von 666 kHz verwendet werden. Dies führt zu einem extrem schnellen und effektiven Verfahren.
Tropfen oder Portionen oder Partikel verschiedener Werkstoffe können natürlich auch aufgebracht werden, wobei entsprechende Behälter über einen gesteuerten Verschluss an die Werkstoffzufuhr gekoppelt sind.
Mit dem Verfahren und der Einrichtung sind einerseits durch die sehr kleinen Tropfen, Portionen oder Partikel präzise Werkstücke realisierbar. Das betrifft insbesondere Miniaturkörper oder Mikrostrukturen auf Körpern. Andererseits können durch die effektive Nutzung der Laserstrahlenergie makroskopische Körper extrem schnell generiert werden. Bezogen auf die eingesetzte Laserstrahlleistung kann eine zehnfache Baurate gegenüber bekannten Verfahren erzielt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 und 5 bis 15 angegeben.
Der aufgebrachte Tropfen oder die aufgebrachte Portion oder das aufgebrachte Partikel wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 genau mit einem Laserpuls beaufschlagt.
Die zeitliche Folge des Aufbringens der Tropfen oder der Portionen oder der Partikel und die zeitliche Pulsfolge der Laserpulse sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 phasengleich. Das Werkstück wird somit kontinuierlich durch zeitlich exakte Hinzufügung jeweils eines Tropfens oder einer Portion oder eines Partikels aufgebaut.
Durch wenigstens eine gesteuerte Bewegung wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 ein dreidimensionaler Körper als Werkstück generiert.
Der Durchmesser der Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 maximal 67% größer als der mittlere Durchmesser der Portionen oder Partikel. Damit wird zur gleichen Zeit maximal eine Portion oder ein Partikel zugeführt.
Der Laser als ein gepulster Laser und der Antrieb sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mit der Steuereinrichtung so verbunden, dass pro Tropfen oder Portion oder Partikel des Werkstoffs ein Laserpuls einwirkt.
Der Laser ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ein kontinuierlicher Laser. Weiterhin ist im Strahlengang nach der die Laserstrahlung auskoppelnden Einrichtung ein akustooptischer Modulator angeordnet. Darüber hinaus sind der Laser, der Antrieb und der akustooptische Modulator mit der Steuereinrichtung so verbunden, dass der Tropfen, die Portion oder das Partikel mit einer bestimmten Energie zu einer bestimmten Zeit beaufschlagt wird.
Die Düse weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 eine optische, magnetische und/oder akustische Messeinrichtung zum Erfassen des den Tropfen bildenden Fluids, der Portion oder des Partikels auf, die weiterhin mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Dadurch können der Fluss von Tropfen oder Portionen oder Partikel und die Frequenz der Laserstrahlung aufeinander abgestimmt werden. Die durch den Tropfen oder die Portion oder den Partikel bei Vorhandensein verursachte Unterbrechung oder Veränderung der elektromagnetischen Strahlen bei einer optischen Messeinrichtung, des magnetischen Feldes bei einer magnetischen Messeinrichtung und/oder der Schallwellen bei einer akustischen Messeinrichtung kann gemessen werden. Die Messeinrichtung kann sich dazu vorteilhafterweise am Austritt der Düse befinden. In Verbindung mit der Fördereinrichtung, dem wenigstens einen Antrieb und dem Laser kann damit vorteilhafterweise die Förderung zur Ausbildung des Tropfens, der Portion oder des Partikels, der Antrieb und der Laser so gesteuert werden, dass eine kontinuierliche und synchrone Förderung, Bewegung des Trägers und Beaufschlagung mit Laserstrahlung erfolgt.
Die magnetische Messeinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 eine die periodische Störung eines Magnetfeldes durch die vorbeiströmenden Portionen oder die Partikel erfassende Messeinrichtung.
Die akustische Messeinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 eine den Ultraschall beim Austritt der Tropfen oder der Portionen oder der Partikel erfassende Messeinrichtung.
Die Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ein aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material bestehendes Röhrchen. Die Düse ist gleichzeitig eine die Laserstrahlung führende und am Ende so auskoppelnde Düse, dass die Laserstrahlung auf den Tropfen, die Portion oder das Partikel gelangt.
Das die Laserstrahlung auskoppelnde Ende der Düse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 weiterhin ein die Laserstrahlung fokussierendes Ende der Düse.
Das Ende der Düse ist in Fortführung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 eine Mikrooptik zur Auskopplung und Fokussierung der Laserstrahlung.
Die optische Messeinrichtung weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 einen das transparente Röhrchen senkrecht durchstrahlenden fokussierten Laserstrahl und einen durch die vorbeiströmenden Tropfen oder die Portionen oder die Partikel verursachten periodischen Änderungen der Strahlung messenden Detektor auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks,
2 eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks in einer Draufsicht und
3 eine Düse aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks 1 auf einem Träger 2 mit Laserstrahlung 3 eines Lasers 4, Werkstoffzufuhr 6 mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen 5 zusammen näher erläutert.
Eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks 1 besteht im Wesentlichen aus dem Träger 2 für das Werkstück 1, dem Laser 4 in Verbindung mit einer die Laserstrahlung 3 auskoppelnden Einrichtung 7, einer Werkstoffzufuhr 6 mit einer Fördereinrichtung als eine mit einem Behälter 8 des Werkstoffs und einem Verdichter 9 gekoppelte Düse 10 mit einer Messeinrichtung 11, Bewegungseinrichtungen 5 in Form von Antrieben und einer Steuereinrichtung.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks 1 in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Fördereinrichtung zur Werkstoffzufuhr 6 ist ein mit dem Behälter 8 des Werkstoffes und dem Verdichter 9 gekoppelte Düse 10 zum nacheinanderfolgenden Austritt jeweils eines Partikels 12. Die Düse 10 selbst kann dazu als Röhrchen ausgeführt sein, wobei der Durchmesser der Düse 10 maximal 67% größer als der mittlere Durchmesser der Partikel 12 ist. Der Ausgang der Düse 10 wird zur Ausbildung des Werkstücks 1 über die Oberfläche des Trägers 2 geführt. Dabei kann die Düse 10 und/oder der Träger 2 an eine mit der Steuereinrichtung verbundene in x-, y- und z-Richtung wirkende Bewegungseinrichtung gekoppelt sein. Die Bewegungseinrichtung kann dazu drei Antriebe jeweils für eine Bewegungsrichtung aufweisen. Die Werkstoffzufuhr 6 als Zufuhr von Partikeln 12 ist damit so ausgebildet, dass die Partikel 12 nacheinander auf den Träger 2 gelangen.
Die Einrichtung besitzt weiterhin die mit dem Laser 4 verbundene Laserstrahlung 3 auskoppelnde Einrichtung 7. Diese ist so angeordnet, dass Laserstrahlung 3 unmittelbar auf das aus der Düse 10 ausgetretene und sich auf dem Träger 2 befindende Partikel 12 gelangt, so dass das Partikel 12 aufgeschmolzen wird und sich der Werkstoff des Partikels 12 mit dem Träger 2, dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger 2, wenigstens einer Schicht des Werkstoffs oder dem vorgeordneten Werkstoff und der Schicht verbindet.
Der Laser 4 kann ein gepulster oder kontinuierlicher Laser 4 sein. Der gepulste Laser 4 und der wenigstens eine Antrieb sind mit der Steuereinrichtung so verbunden, dass pro Partikel 12 des Werkstoffs genau ein Laserpuls auf das Partikel 12 einwirkt. Der kontinuierliche Laser 4, ein im Strahlengang nach der die Laserstrahlung 3 auskoppelnden Einrichtung 7 angeordneter akustooptischer Modulator und der wenigstens eine Antrieb sind so mit der Steuereinrichtung verbunden, dass das Partikel 12 mit einer bestimmten Energie beaufschlagt wird. Der Antrieb kann entweder eine separate Bewegungseinrichtung oder die Bewegungseinrichtung 5 für die Düse 10 sein. Natürlich können der Träger 2, der Behälter 8, der Verdichter 9, die Düse 10, die Laserstrahlung 3 auskoppelnde Einrichtung 7 und der Laser 4 einzeln an Bewegungseinrichtungen oder in wenigstens einer Kombination an Bewegungseinrichtungen gekoppelt sein.
Die Düse 10 weist eine optische und/oder magnetische und/oder akustische Messeinrichtung 11 zum Erfassen des Partikels 12 auf, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Die magnetische Messeinrichtung 11 ist eine die periodische Störung eines Magnetfeldes durch die vorbeiströmenden Portionen oder die Partikel 12 erfassende Messeinrichtung 11. Die akustische Messeinrichtung 11 ist eine den Ultraschall beim Austritt der Tropfen oder der Portionen oder der Partikel 12 erfassende Messeinrichtung 11. Die optische Messeinrichtung 11 besteht aus einer elektromagnetische Strahlung aussendenden Einrichtung und einem Detektor, wobei die auf den Detektor fallende elektromagnetische Strahlung bei Durchtritt eines Partikels 12 verringert oder unterbrochen wird.
Die 2 zeigt eine Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks 1 in einer prinzipiellen Draufsicht.
Mit dem Verfahren und der Einrichtung werden die Partikel 12 nacheinander auf den Träger 2 aufgebracht, so dass nach Beaufschlagung der Partikel 12 mit der Laserstrahlung 3 ein raupenförmiges Werkstück 1 realisiert wird. Durch nebeneinander angeordnete Raupen entsteht eine Schicht. Mit aufeinander angeordneten Schichtbereichen wird ein dreidimensionaler Körper aufgebaut.
Die 3 zeigt eine Düse aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material in einer prinzipiellen Darstellung.
In einer Ausführungsform kann die Düse 10 ein aus einem für die Laserstrahlung 3 transparenten Material bestehendes Röhrchen sein. Die Düse 10 ist dabei gleichzeitig eine die Laserstrahlung 3 führende und am Ende so auskoppelnde Düse 10, dass die Laserstrahlung 3 auf das Partikel 12 gelangt. Das Ende der Düse 10 kann weiterhin ein die Laserstrahlung 3 fokussierendes Ende der Düse 10 sein. Dazu ist das Ende der Düse 10 eine Mikrooptik 13 zur Auskopplung und Fokussierung der Laserstrahlung 3.
Zum einen kann damit ein Metallmikrodruck mit einem extern gepulsten Laser 4 und extrem hoher Auflösung ausgeführt werden. Der dazu vorgesehene Mikrodruckkopf kann einen Monomode-Diodenlaser mit einer Pulsleistung von 4 W und einer Durchschnittsleistung von 600 mW oder ein cw-Laser mit einer Leistung von 4 W in Verbindung mit einem akustooptischen Modulator, der mit einer Frequenz von 666 kHz moduliert ist, aufweisen. In der Laserstrahlung 3 ist eine Fokussierlinse für einen Fokusdurchmesser von 12 μm platziert. Das einzusetzende Metallpulver besteht aus Partikeln 12 mit einem Durchmesser von jeweils einschließlich 5 μm bis 6 μm. Das Röhrchen als Düse 10 besitzt einen Innendurchmesser von 9 μm, so dass nur ein Partikel 12 durchführbar ist. Der Partikeltransport erfolgt mit Gas mit einem Überdruck von 0,2 bar gegenüber Normaldruck und einer Geschwindigkeit von 4 m/s (laminare Strömung). Es werden 666.000 Partikel 12 pro Sekunde befördert und auf dem Träger 2 platziert. Dabei beträgt die Laserfrequenz 666 kHz bei einer Pulsdauer von 200 ns. Bei einem Volumen von 1,2·10^–8 mm³ je Partikel 12 und einer daraus resultierenden Masse von 9,6·10^–11 g je Partikel 12 kann eine Baurate von 30 mm³/h erzielt werden.
Zum anderen kann damit ein Metallmakrodruck mit einem gepulsten Laser 4, hoher Auflösung und extrem hoher Baurate ausgeführt werden. Der dazu vorgesehene Makrodruckkopf kann einen Faserlaser mit einer Pulsleistung von 700 W und einer Durchschnittsleistung von 300 W oder ein cw-Laser mit einer Leistung von 700 W in Verbindung mit einem akustooptischen Modulator, der mit einer Frequenz von 1 MHz moduliert ist, aufweisen. In der Laserstrahlung 3 ist eine Fokussierlinse für einen Fokusdurchmesser von 120 μm angeordnet. Das einzusetzende Metallpulver besteht aus Partikeln 12 mit einem Durchmesser von jeweils einschließlich 50 μm bis 60 μm. Die Pulverzuführung erfolgt mittels eines Röhrchens als Düse 10 mit einem Innendurchmesser von 90 μm, so dass nacheinander nur ein Partikel 12 durchführbar ist. Der Partikeltransport erfolgt mit Gas mit einem Überdruck von 0,1 bar gegenüber Normaldruck und einer Geschwindigkeit von 50 m/s (laminare Strömung). Es werden 1.000.000 Partikel 12 pro Sekunde befördert und auf dem Träger 2 platziert. Die Laserfrequenz beträgt 1 MHz bei einer Pulsdauer von 400 ns. Bei einem Volumen von 6,5·10^–5 mm³ je Partikel 12 und einer daraus resultierenden Masse von 5,2·10^–7 g je Partikel 12 kann eine Baurate von 234 cm³/h erzielt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112014004561 T5 [0003]
DE 202008013569 U1 [0004]

Claims

Verfahren zum Aufbau eines Werkstücks (1) auf einem Träger (2) mit Laserstrahlung (3) eines Lasers (4), Werkstoffzufuhr (6) mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen (5), dadurch gekennzeichnet, dass mit der Fördereinrichtung nacheinander einzelne Tropfen oder Portionen oder Partikel (12) eines Werkstoffs auf den Träger (2) aufgebracht werden, dass die Tropfen, die Portionen oder die Partikel (12) sofort nach Auftrag auf den Träger (2) mit der durch den Werkstoff und den Tropfen oder der Portion oder des Partikels (12) bestimmten Laserstrahlungsenergie beaufschlagt werden, wobei jeweils der Tropfen oder die Portion erwärmt oder das Partikel (12) aufgeschmolzen wird und sich der Werkstoff des Tropfens oder der Portion oder des Partikels (12) mit dem Träger (2), dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger (2), wenigstens einer Schicht des Werkstoffs oder dem vorgeordneten Werkstoff und der Schicht verbindet.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgebrachte Tropfen oder die aufgebrachte Portion oder das aufgebrachte Partikel (12) mit genau einem Laserpuls beaufschlagt wird.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Folge des Aufbringens der Tropfen oder der Portionen oder der Partikel (12) und die zeitliche Pulsfolge der Laserpulse phasengleich sind.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch wenigstens eine gesteuerte Bewegung ein dreidimensionaler Körper als Werkstück (1) generiert wird.
Einrichtung zum Aufbau eines Werkstücks (1) auf einem Träger (2) mit Laserstrahlung (3) eines Lasers (4), Werkstoffzufuhr (6) mit einer an eine Steuereinrichtung gekoppelten Fördereinrichtung und Bewegungseinrichtungen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung zur Werkstoffzufuhr (6) ein mit einem Behälter (8) des Werkstoffes und einem Verdichter (9) gekoppelte Düse (10) zum nacheinanderfolgenden Austritt jeweils eines Tropfens oder einer Portion oder eines Partikels (12) ist, wobei der Ausgang der Düse (10) über oder auf dem Träger (2) angeordnet ist, dass die Düse (10) und/oder der Träger (2) an wenigstens einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Antrieb gekoppelt ist oder sind, so dass die Tropfen oder die Portionen oder die Partikel (12) nacheinander auf den Träger (2) gelangen, dass eine mit dem Laser (4) verbundene Laserstrahlung (3) auskoppelnde Einrichtung (7) so angeordnet ist, dass Laserstrahlung (3) auf den Tropfen oder die Portion oder das Partikel (12) auf dem Träger (2) gelangt, so dass der Tropfen oder die Portion erwärmt oder das Partikel (12) aufgeschmolzen wird und sich der Werkstoff des Tropfens oder der Portion oder des Partikels (12) mit dem Träger (2), dem vorgeordneten Werkstoff und dem Träger (2), wenigstens einer Schicht des Werkstoffs oder dem vorgeordneten Werkstoff und der Schicht verbindet.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Düse (10) maximal 67% größer als der mittlere Durchmesser der Portionen oder Partikel (12) ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4) als ein gepulster Laser (4) und der Antrieb mit der Steuereinrichtung so verbunden sind, dass pro Tropfen, Portion oder Partikel (12) des Werkstoffs genau ein Laserpuls einwirkt.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4) ein kontinuierlicher Laser (4) ist und dass im Strahlengang nach der die Laserstrahlung (3) auskoppelnden Einrichtung (7) ein akustooptischer Modulator angeordnet ist, dass der Laser (4), der Antrieb und der akustooptische Modulator mit der Steuereinrichtung so verbunden sind, dass der Tropfen, die Portion oder das Partikel (12) mit einer bestimmten Energie und Zeit beaufschlagt wird.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) eine optische und/oder magnetische und/oder akustische Messeinrichtung (11) zum Erfassen des den Tropfen bildenden Fluids, der Portion oder des Partikels (12) aufweist und dass die Messeinrichtung (11) mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Messeinrichtung (11) eine die periodische Störung eines Magnetfeldes durch die vorbeiströmenden Portionen oder die Partikel (12) erfassende Messeinrichtung (11) ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die akustische Messeinrichtung (11) eine den Ultraschall beim Austritt der Tropfen oder der Portionen oder der Partikel (12) erfassende Messeinrichtung (11) ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) ein aus einem für die Laserstrahlung (3) transparenten Material bestehendes Röhrchen ist, dass die Düse (10) gleichzeitig eine die Laserstrahlung (3) führende und am Ende so auskoppelnde Düse (10) ist, dass die Laserstrahlung (3) auf den Tropfen, die Portion oder das Partikel (12) gelangt.
Einrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Laserstrahlung (3) auskoppelnde Ende der Düse (10) weiterhin ein die Laserstrahlung (3) fokussierendes Ende der Düse (10) ist.
Einrichtung nach den Patentansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Düse (10) eine Mikrooptik (13) zur Auskopplung und Fokussierung der Laserstrahlung (3) ist.
Einrichtung nach den Patentansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messeinrichtung (11) einen das transparente Röhrchen senkrecht durchstrahlenden fokussierten Laserstrahl und einen durch die vorbeiströmenden Tropfen oder die Portionen oder die Partikel (12) verursachten periodischen Änderungen der Strahlung messenden Detektor aufweist.