DE102018109131A1

DE102018109131A1 - Additiver Fertigungsprozess und Vorrichtung zur Herstellung von transparenten dreidimensionalen Körpern aus anorganischen Materialien

Info

Publication number: DE102018109131A1
Application number: DE102018109131.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan Behle; Bernd Hoppe; Czaba Debreczeny
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes umfassend oder bestehend aus Glas- oder Glaskeramik mittels additiver Fertigung aus zumindest einer ersten Schicht eines Druckmaterials und einer zweiten Schicht eines Druckmaterials, wobei die zweite Schicht zumindest teilweise auf der ersten Schicht abgeschieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:Bereitstellen zumindest eines Druckmaterials aus Glas oder Glaskeramik,wobei die Heizzone durchBeförderung des Druckmaterials in einen Druckkopf und durch die Druckdüse des Druckkopfesin eine Heizzone, wobei die Heizzone durch zumindest einen Laserstrahlengang gebildet wird, Erwärmen des Druckmaterials in der Heizzone undAbscheiden des erwärmten Druckmaterials auf einem Substrat, wobei das Druckmaterial die erste Schicht auf dem Substrat bildet. Die einzelnen Schritte werden wiederholt. Das Abscheiden beim wiederholten Druckvorgang erwärmten Druckmaterials erfolgt teilweise auf der ersten Schicht. Weiterhin erfolgt beim Druckvorgang eineMessung und Regelung der Temperatur der Heizzone, so dass das Druckmaterial in der Heizzone (6) eine Viskosität im Bereich von 10dPas und 10dPas aufweist und/oder es erfolgt eine Bearbeitung oder Reinigung der Oberfläche des Druckmaterials vor dem Druckvorgang.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes aus Glas- oder Glaskeramik.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern aus Glas oder Glaskeramik. Im speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern aus Glas oder Glaskeramik mittels additiver Fertigungstechnik sowie einen dreidimensionalen Körper aus Glas- oder Glaskeramik.
Aus dem Stand der Technik sind additive Fertigungsverfahren, beispielsweise der sog. „3D-Druck“, bekannt, bei denen als Druckmaterial Metalle, Kunststoffe oder Keramiken eingesetzt werden. Die Anwendung entsprechender Verfahren auf gläserne Druckmaterialien gestaltet sich jedoch als anspruchsvoll.
So sind aus dem Stand der Technik Herstellungsverfahren zur additiven Fertigung bekannt, bei denen als Druckmaterialien Glaspulver oder Pasten eingesetzt werden. Zusätzlich zum Glaspulver bzw. der Glaspaste kann das Druckmaterial Binder, beispielsweise photosensitive Binder enthalten. Bisher können jedoch mit den auf Pulver oder Pasten basierenden Verfahren wie beispielsweise dem selektiven Laser-Sintern (SLS) oder dem selektiven Laser Schmelzen (SLM) keine dreidimensionale Objekte mit einer hohen Transparenz, optischen Qualität, Formgenauigkeit oder mechanischen Stabilität erhalten werden.
In der WO 2016/137956 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen beschrieben, bei dem mit einem photosensitiven Binder versetzte Glaspulver vorab im Vakuum entgast und anschließend lagenweise aufgebracht werden. Der photosensitive Binder wird mittels Strahlung ausgehärtet. Es erfolgt ein Ausbrand des Binders mit anschließender Sinterung des entsprechenden Grünkörpers. Nachteilig hierbei ist jedoch die Vielzahl der notwendigen Verfahrensschritte. Zudem muss der beim Sintern des Grünkörpers auftretende Schrumpf berücksichtigt werden, d.h. das in der WO 2016/137956 A1 beschriebene Verfahren ermöglicht keine maßgenaue Herstellung bzw. nur eine eingeschränkte Maßhaltigkeit.
Andere, aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren sehen den Einsatz von Glasstäben, Glasrohren oder Fasern als Druckmaterial vor. Glasstäbe, -rohre oder - fasern, auch als Filamente bezeichnet, werden beispielsweise als Druckmaterial in additiven Glasdruckverfahren wie dem Fused Deposition Modeling (FDM) oder der Fused Filament Fabrication (FFF) eingesetzt. Im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren erfolgt ein direkter Auftrag (direct deposition (DED)-Verfahren) des gläsernen Druckmaterials ohne den Umweg über einen Sinterprozess.
Mit entsprechenden DED-Verfahren können mit oder ohne weitere Formgebungswerkzeuge dreidimensional Halbzeuge bzw. Gegenstände aus Glas hergestellt werden, die eine hohe chemische und mechanische Stabilität aufweisen. Hierzu werden die Gegenstände additiv durch lagenweises Aufbringen von Druckmaterial hergestellt. Hierbei wird dem Druckmaterial, beispielsweise einem Glaspulver, mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise in Form eines Lasers oder eines Elektronenstrahls, berührungsfrei zugeführt, so dass das Druckmaterial soweit aufschmilzt, dass sich das Druckmaterial tropfen- oder strangweise zu dem herzustellenden Gegenstand verbindet. Somit wird der dreidimensionale Körper Lage für Lage aufgebaut, wobei die geometrische Position des einzelnen Tropfens bzw. des Strangs hierbei durch die Bewegung des entstehenden Substrates im Raum und/oder die Bewegung des Druckkopfes zum entstehenden Substrat festgelegt wird.
In der WO 2017/027784 A1 wird ein DED-Verfahren beschrieben, bei dem das Druckmaterial in Form von Glasstäben oder flachem Glas mit einem Laser erwärmt und abgeschieden wird.
Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren weisen jedoch mehrere Nachteile auf. So ist beispielsweise das Auftreten von Rissen, Inhomogenitäten oder Fehlstellen, beispielsweise Löchern im dreidimensionalen Körper bzw. im dreidimensionalen Objekt problematisch. Ein weiterer Nachteil liegt in der relativ langsamen Druckgeschwindigkeit und der damit verbundenen langen Fertigungszeit des Körpers. Zudem lassen sich mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren Gegenstände aus Misch- oder Kompositmaterialien nicht oder nur schwer realisieren. Zudem wirken sich die beim Fertigungsprozess entstehenden Blasen im Druckmaterial nachteilig auf die optischen Eigenschaften des Gegenstandes, insbesondere auf dessen Transparenz auf.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens bereit zu stellen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines optisch homogenen, dreidimensionalen Glas- oder Glaskeramikgegenstandes mit einer hohen Transparenz bereitzustellen, welches zumindest weitgehend blasenfrei ist. Des Weiteren besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Glas- oder Glaskeramikgegenstandes, welcher zumindest zwei verschiedene Materialien aufweist sowie in der Bereitstellung einer entsprechenden Vorrichtung.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein dreidimensionaler Körper bzw. ein dreidimensionales Objekt umfassend oder bestehend aus Glas- oder Glaskeramik erhalten werden, welches aus zumindest zwei Schichten eines Druckmaterials oder mehrerer Druckmaterialen aufgebaut ist. Hierbei wird die zweite Schicht des Objektes zumindest teilweise auf der Oberfläche der ersten Schicht abgeschieden. Somit wird das Objekt durch eine lagenweise Abscheidung von Druckmaterial aus Glas oder Glaskeramik erhalten.
Ein geeignetes Herstellungsverfahren zur Herstellung eines entsprechenden dreidimensionalen Objektes mittels additiver Fertigung umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen einer Anweisung zur Herstellung des dreidimensionalen Objektes mit Hilfe zumindest eines Druckkopfes mit zumindest einer Druckdüse,
b) Bereitstellen zumindest eines Druckmaterials aus Glas oder Glaskeramik,
c) Bereitstellen einer Heizzone als Fertigungszone
d) Beförderung des Druckmaterials in den Druckkopf
e) Beförderung des Druckmaterials durch die Druckdüse des Druckkopfes mit einer Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub in die Heizzone,
f) Erwärmen des Druckmaterials in der Heizzone,
g) Abscheiden des in Schritt f) erwärmten Druckmaterials auf einem Substrat, wobei

h) Wiederholung der Schritte d) bis f) und
j) Abscheiden des in Schritt f) erwärmten Druckmaterials zumindest teilweise auf der ersten Schicht, wobei das Druckmaterial die zweite Schicht bildet, die Anordnung des Druckmaterials auf der ersten Schicht gemäß der in Schritt a) bereit gestellten Anordnung erfolgt und die Anweisung durch eine Relativbewegung von Druckkopf und Substrat ausgeführt wird,

Die in Schritt a) bereitgestellte Anweisung beinhaltet eine Vorschrift zur Ausführung der im Abscheideprozess ausgeführten Relativbewegungen von Substrat und Druckkopf in x,y und z-Richtung. Somit sind durch die in Schritt a) bereit gestellten Anweisung die Geometrie sowie die räumlichen Dimensionen des abzuscheidenden Objektes festgelegt und werden im Herstellungsprozess in entsprechende Prozessparameter übersetzt.
Die in Schritt c) bereit gestellte Fertigungszone wird dabei durch zumindest einen Laserstrahlengang erzeugt. Hierbei wird ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge entweder an der Oberfläche oder im Volumen des zugeführten Druckmaterials adsorbiert wird und somit zu einer Erwärmung des Druckmaterials führt. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei abhängig vom verwendeten Druckmaterial Laser mit einer Wellenlänge < 400 nm oder > 1900 nm herausgestellt. Bei den langwelligen Lasern mit einer Wellenlänge > 1900 nm sind insbesondere Laser mit einer Wellenlänge > 2500 nm, >4,4µm oder sogar > 9 µm vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist zudem zumindest eines der folgenden drei Merkmale auf, wobei jedes der einzelnen Merkmale die optischen Eigenschaften des erhaltenden Gegenstandes signifikant verbessert und insbesondere das Auftreten von Schlieren und Blasen im Erzeugnis verhindert oder zumindest verringert:

- Messung und Regelung bzw. Steuerung der Temperatur der Heizzone in Schritt c), so dass die Temperatur in der Heizzone zwischen der Erweichungstemperatur des eingesetzten Druckmaterials bei einer Viskosität von 10^7,6 dPas und der Verarbeitungstemperatur des eingesetzten Druckmaterials bei einer Viskosität von 10⁴ dPas liegt
- dem Schritt b) ist ein weiterer Verfahrensschritt vorgelagert, in dem eine Bearbeitung der Oberfläche des Druckmaterials, insbesondere eine Oberflächenvergütung erfolgt und/oder
- dem Schritt b) ist ein weiterer Verfahrensschritt vorgelagert, in dem eine Reinigung des Druckmaterials erfolgt.

Durch die Regelung der Temperatur in der Heizzone können Temperaturen eingestellt werden, bei denen das eingesetzte Druckmaterial Viskositäten im Bereich von 10⁴ dPas und 10^7,6 dPas aufweist. Je nach verwendetem Druckmaterial können die Temperaturen in der Heizzone daher im Bereich 150°C bis 2000°C liegen, die tatsächlich eingestellte Temperaturen richtet sich nach dem jeweils verwendeten Druckmaterial bzw. der verwendeten Glaszusammensetzung. Mit dem Verfahren können somit sowohl sehr niedrig schmelzende Gläser, beispielsweise Chalcogenid-Gläser als auch sehr hoch schmelzende Gläser wie Kieselglas (SiO₂) verarbeitet werden.
Durch den ausgewählten Temperaturbereich wird somit gewährleistet, dass die Abscheidung des Druckmaterials stets bei einer für das jeweilige Material optimalen Verarbeitungstemperatur stattfindet. Insbesondere liegt die Temperatur in der Heizzone unterhalb des Siedepuktes. Somit wird die Bildung von Blasen oder Schlieren, beispielsweise durch einen sog. „reboil“-Prozess, d.h. durch ein Erreichen des Siedepunktes des Glases, oder durch Einschlüsse von Gasen oder Partikeln sowohl im Druckmaterial als auch im hergestellten Erzeugnis vermieden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die optischen Eigenschaften des Erzeugnisses aus. Gleichzeitig erlaubt die eingestellte Temperatur in der Heizzone die Ausbildung von Tropfen des Druckmaterials bzw. eines Strangs aus Druckmaterial sowie deren Abscheidung und Verbindung mit der Unterlage bzw. einer bereits abgeschiedenen Schicht. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Temperaturen herausgestellt, bei der das Druckmaterial bzw. das Glas Viskositäten im Bereich von 10^7,6 dPas bis 10⁴ dPas aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Temperaturmessung in Schritt c) mit einem Pyrometer. Alternativ oder zusätzlich wird die Temperatur in der Heizzone so geregelt, dass diese um höchstens 50 K, bevorzugt sogar nur um 10 K von der gewünschten Temperatur abweicht. Eine entsprechende Temperaturregelung kann beispielsweise über die Regelung der eingestrahlten Laserleistung erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen Temperaturregelung in Schritt c) kann dem Schritt b) ein zusätzlicher Verfahrensschritt vorgelagert sein, in dem eine Bearbeitung der Oberfläche des Druckmaterials, insbesondere eine Oberflächenvergütung erfolgt. Unter einer Oberflächenvergütung werden dabei Verfahrensschritte verstanden, mit denen Oberflächendefekte des verwendeten Druckmaterials reduziert oder sogar ganz behoben bzw. ausgeheilt werden können. So kann das Druckmaterial, beispielsweise in Form von Glasstäben oder Glasrohren, in einem dem Schritt b) vorgelagerten Schritt poliert, feuerpoliert oder geätzt werden. Durch die Verwendung von Druckmaterial mit einer entsprechend hohen Oberflächengüte kann ebenfalls die Bildung von Schlieren sowohl im erweichten Druckmedium als auch im abgeschiedenen Objekt verringert werden. Insbesondere weist das Druckmaterial nach diesem Verfahrensschritt eine Oberflächenrauheit von Ra<10µm, bevorzugt sogar Ra<100nm auf.
Alternativ oder zusätzlich kann dem Schritt b) ein zusätzlicher Verfahrensschritt vorgelagert sein, in dem eine Reinigung der Oberfläche des Druckmaterials erfolgt. Dies kann insbesondere durch Wasch- und Sprühprozesse, Ultraschallreinigung oder Reinigung mittels UV-Strahlung erfolgen. Hierbei werden eventuell am Druckmaterial anhaftende Fremdkörper und/oder -substanzen von der Oberfläche entfernt. Diese Vorbehandlung des Druckmaterials führt ebenfalls zu einer verminderten Bildung von Blasen oder Schlieren. Des Weiteren kann somit ein Einschluss von Partikeln ganz oder zumindest weitgehend vermieden werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt in Schritt b) eine Vorheizung des Druckmaterials. Hierbei kann das Druckmaterial sowohl im Reservoir als auch im Druckkopf vorgeheizt werden. Dies kann beispielsweise durch Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung und/oder durch eine induktive Heizung erfolgen. Die Vorheizung des Druckmaterials kann zu einer Beschleunigung des Abscheideprozesse führen, da in Schritt c) Druckmaterial und Heizzone eine geringere Temperaturdifferenz aufweisen. Neben einer Beschleunigung des gesamten Druckprozesses kann eine Vorheizung des Druckmaterials zudem zu einer verbesserten Abscheidegenauigkeit führen. Genauigkeiten bis in den 10 µg Bereich sind dabei möglich.
Das in Schritt b) bereit gestellte Druckmaterial liegt in einer Ausführungsform als rohrförmiges oder stabförmiges Filamente vor. Bevorzugt weisen die Filamente des Druckmaterials eine Länge im Bereich von 1000 mm bis 3000 mm, vorzugsweise im Bereich 1500 mm bis 2000 mm und/oder einen Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm auf. Die Filamente können einen ovalen, runden, eckigen oder polyedrischen Querschnitt aufweisen. Alternativ kann das Druckmaterial auch als Faser, beispielsweise als Glasfaser mit einem Durchmesser im Bereich von 0,05mm bis 0,5mm, bevorzugt im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm vorliegen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Druckmaterial durch eine Düse appliziert wird, bei der das Verhältnis des Durchmessers des Druckmaterials und der Düsenöffnung im Bereich von 1 bis 4, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 liegt. Hierdurch kann das Druckmaterial besonders gezielt appliziert werden, so dass dreidimensionale Objekte mit einer hohen Detailtreue und Maßhaltigkeit hergestellt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt b) als Druckmaterial stabförmig ausgebildete Filamente bereitgestellt und die Laserleistung zur Erwärmung der Heizzone so gewählt, dass die Laserleistung pro mm Stabdurchmesser ≤ 100 W, bevorzugt ≤ 20 W ist. Durch die Anpassung der eingestrahlten Laserleistung in die Heizzone an den Durchmesser der eingesetzten Filamente wird der unterschiedlich schnelle Erweichungsprozess bei Filamenten mit verschiedenen Durchmessern berücksichtigt.
Die in Schritt b) bereit gestellten Filamente befinden sich vorzugsweise in einem Reservoir und werden dem Druckkopf zugeführt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Zuführung des Druckmaterials so gestaltet, dass Materialcodierungen ausgelesen werden können. Bei den Materialcodierungen kann es sich beispielsweise um einen Datamatrixcode, Barcodes oder NFC-Codes handeln. Durch die Codierung kann beispielsweise gewährleistet werden, dass dem Drucker nur Material zugeführt und verdruckt werden kann, welches für den Drucker und die jeweilige Anwendung geeignet ist und entsprechend freigegeben wurde. Des Weiteren kann durch die Codierung das jeweilige Material durch die Druckersoftware erkannt werden, so dass die in Schritt a) bereit gestellte Anweisung an die materialspezifischen Kenndaten und Parameter des verwendeten Druckmaterials angepasst werden kann. Somit können automatisch die Verfahrensparameter wie beispielsweise Vorschubgeschwindigkeit, Abscheidegeschwindigkeit, Temperatur der Heizzone und/oder die Laserleistung für ein optimales Druckergebnis eingestellt werden.
Bei der Verwendung von Fasern oder stab- bzw. rohrförmigen Filamenten als Druckmaterial hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das Druckmaterial in den Schritten f) und/oder j) mit einem Abscheidewinkel Θ < 90° dem Substrat zugeführt bzw. der ersten Schicht abgeschieden wird. Ein Abscheidewinkel Θ < 90° hat sich hierbei als besonders vorteilhaft in Hinblick auf die Anhaftung des erweichten, abzuscheidenden Druckmaterials auf dem Substrat bzw. einer bereits abgeschiedenen Schicht herausgestellt, weil damit die Richtung und Genauigkeit der Abscheidung vorgegeben und geregelt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Zuführung von stabförmigen, rohrförmigen Filamenten oder Fasern als Druckmaterial durch einen geschwindigkeitsgeregelten Vorschub, vorzugsweise über Andruckrollen oder einer Kombination aus Band- und Rollentransportförderer. Hierbei sind diese zumindest auf zwei Seiten des Filamentes bzw. der Faser angeordnet, um einen gleichmäßigen Vorschub zu gewährleisten. Der Transportmechanismus ist hierbei so flexibel ausgelegt, dass Filamente mit unterschiedlichen Durchmessern und Querschnittsgeometrien als Druckmaterial eingesetzt werden können. Der jeweilige Andruck sowie der Vorschub können hierbei prozess- und materialspezifisch in die Prozesssteuerung eingebunden und geregelt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Vorschubgeschwindigkeit in Schritt d) dabei so gewählt, dass für das Verhältnis von Vorschubgeschwindigkeit und Stabdurchmesser gilt: $F O M = V o r s c h u b g e s c h w i n d i g k e i t / S t a b d u r c h m e s s e r = 0,1 s^{- 1} b i s 1000 s^{- 1}$
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht die Zuführung von stabförmigen Filamenten in Schritt d) durch ein rotierendes Stabmagazin vor. Ein derartiges Stabmagazin kann gemäß einer Ausführungsform zumindest 24 Filamente aufnehmen. In einer Ausführungsform ist das Stabmagazin mit einer sog. Fusionstation verbunden. Diese erwärmt beim Filament- bzw. Stabwechsel die Enden der Filamente, so dass die einzelnen Stäbe in den Schritten e) und j) an den Enden durch Fusingprozesse miteinander verbunden werden. Dies ermöglichst eine kontinuierliche Zuführung von Druckmaterial und vermeidet Unterbrechungen im Druckbild.
Alternativ kann in Schritt d) Druckmaterial in Form von langen Fasern, beispielsweise über eine Materialrolle oder -spule mit einer Faserlänge von mehreren Kilometern erfolgen. Auch hier können die Enden der jeweiligen Materialrolle beim Rollenwechsel durch Fusingprozesse miteinander verbunden werden, so dass eine kontinuierliche Zuführung gewährleistet ist.
Alternativ oder zusätzlich liegt das in Schritt b) bereitgestellte Druckmedium in Form eines Glas- oder Glaskeramikpulvers vor. Das Pulver kann sich hierbei in einer codierten Pulverkammer befinden.
Bevorzugt weist das Pulver Korngrößen im Bereich von 0,1 µm bis 500µm, bevorzugt im Bereich von 1 µm bis 100 µm auf. Gemäß einer Ausführungsform wird das Pulver durch beheizte Zuführdüsen vom Reservoir auf den Bearbeitungspunkt in der Heizzone gesprüht. Die Zuführdüsen können hierbei durch einen Laser- oder Elektronenstrahl und/oder durch Induktion beheizt werden. Hierbei wird das Pulver auf dem Weg zum Abscheidepunkt und/oder im Abscheidepunkt aufgeschmolzen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt b) zumindest ein zweites Druckmaterial bereitgestellt, welches in Schritt d) gemeinsam mit dem ersten Druckmaterial in einer gemeinsamen Schicht abgeschieden wird. Bevorzugt werden die beiden Druckmaterialien mit Hilfe von unterschiedlichen Druckköpfen und/oder Druckdüsen abgegeben. So kann beispielsweise in Schritt b) ein erstes Druckmedium in Form von stab- oder rohrförmigen Filamenten oder als Faser und als zweites Druckmaterial ein Glas- oder Glaskeramikpulver bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Druckmaterial beispielsweise Pigmente oder Metallpartikel enthalten. Hierdurch kann beispielsweise eine Pigmentierung des abgeschiedenen Objekts erzeugt werden. Die Pigmentierung kann hierbei im gesamten Erzeugnis oder auch nur lokal begrenzt erfolgen. Auch die Herstellung von Objekten aus Kompositmaterialien, beispielsweise durch die gemeinsame Abscheidung von Glasfilamenten und Glaskeramikpulvern, ist somit möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht die Verwendung von zumindest zwei Laserstrahlengängen und/oder von zumindest zwei Lasern vor. Diese können gemeinsam in Schritt c) die Heizzone erzeugen. Alternativ kann durch die Kombination zumindest zweier Laser in Schritt c) neben der Abscheidung des Materials eine Bearbeitung der abgeschiedenen Schicht bzw. der abgeschiedenen Schichten erfolgen. So kann ein zweiter Laser beispielsweise zum Glätten, Homogenisieren, Strukturieren oder Laserpolieren der jeweils abgeschiedenen Schicht oder des bereits aus mehreren Schichten bestehenden Gegenstandes verwendet werden. Auch kann eine Ablation an den in Schritt f) und j) abgeschiedenen Schichten mit Hilfe eines weiteren Lasers durchgeführt werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Verfahrensschritte c) bis j) in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 800 °C, bevorzugt bei Temperaturen im Viskositätsbereich von 10⁴ dPas bis 10^7,6 dPas des Druckmediums durchzuführen. Hierzu können die Verfahrensschritte c) bis j) beispielsweise in einem temperaturregelbaren Ofen durchgeführt werden. Eine Abscheidung bei höheren Temperaturen vermindert hierbei die Bildung von Rissen und Spannungen während des Abscheideprozesses. Zur Entspannung des abgeschiedenen Objektes oder zur Entspannung einzelner abgeschiedener Schichten kann die Temperatur im Ofen entsprechend geregelt werden. Bevorzugt wird das fertiggestellte Objekt bzw. die abgeschiedene Schicht auf Temperaturen im Bereich 0 K bis 200 K oberhalb der Transformationstemperatur Tg des Druckmediums erwärmt. Alternativ kann das abgeschiedene Objekt oder auch einzelne Schichten nach der Abscheidung schnell abgekühlt und somit eine thermische Vorspannung erzielt werden. Hierzu kann beispielsweise kalte Luft eingeblasen werden. Eine Weiterbildung sieht die Abscheidung in einer klima- und/oder druckgeregelten Umgebung vor.
Alternativ oder zusätzlich wird das Substrat in Schritt g) auf eine Temperatur im Bereich 0 K bis 200 K oberhalb der Transformationstemperatur Tg des Druckmediums erwärmt. So werden Spannungen und Risse im abgeschiedenen Objekt bzw. den abgeschiedenen Schichten weiter vermindert. Des Weiteren kann über eine Temperaturregelung des Substrats ein dauerhaftes Anhaften der abgeschiedenen Schichten bzw. des abgeschiedenen Objektes auf dem Substrat vermieden werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen Heizzone und Substrat daher eine Temperaturdifferenz ΔT = T_Heizzone - T_Substrat ≤200 K, bevorzugt ≤10 K auf.
Unter dem Substrat wird dabei die Oberfläche verstanden, auf der die erste Schicht des Druckmaterials abgeschieden wird. Hierbei kann es sich um ein separates Substrat, beispielsweise ein Flachglas, handeln, welches während des Abscheide- bzw. Druckprozesses auf einem Drucktisch fixiert wird. Das Substrat kann dabei dauerhaft mit dem abgeschiedenen Objekt verbunden bleiben oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt vom Objekt getrennt werden. Alternativ kann jedoch auch die erste Schicht des Druckmaterials unmittelbar auf die Oberfläche eines Drucktisches abgeschieden werden. In diesem Fall wird unter dem Substrat der Drucktisch selber verstanden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte umfassend oder bestehend aus Glas- oder Glaskeramik mittels additiver Fertigungstechnik. Die Vorrichtung umfasst hierbei zumindest folgende Bauteile:

- eine Steuereinheit zur Prozessteuerung,
- ein Reservoir zur Bereitstellung von Druckmaterial aus Glas oder Glaskeramik,
- zumindest einen Druckkopf mit zumindest einer Druckdüse,
- eine Vorrichtung zur Zuführung des Druckmaterials aus dem Reservoir zum Druckkopf,
- eine Laserquelle zur Bildung einer Heizzone in einem Bereich unterhalb des Druckkopfes,
- ein Drucktisch mit einem Substrat zur Abscheidung des Druckmaterials,

- das Druckmaterial aus der Druckdüse des Druckkopfes austritt, in der Heizzone erwärmt wird, so dass die Viskosität des Druckmaterials verringert wird und das Druckmaterial in Form von Tropfen oder in Form eines Stranges auf dem Substrat bzw. einer bereits abgeschiedenen Schicht des Druckmaterials abgeschieden werden kann,
-die Heizzone zwischen dem Druckkopf und dem Substrat angeordnet ist und der Druckkopf und das Substrat zueinander eine Relativbewegung in x-,y- und z-Richtung ausführen und die Vorrichtung zumindest eines der folgenden Bauteile aufweist:
- eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur in der Heizzone sowie zur Regelung bzw. Steuerung der Temperatur in der Heizzone, so dass in der Heizzone eine Temperatur erreicht wird, bei der die Viskosität des Druckmaterials im Bereich von 10^7,6 dPas bis 10⁴ dPas liegt,
- eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberfläche des Druckmaterials, insbesondere zur Oberflächenvergütung des Druckmaterials und/oder
- eine Vorrichtung zur Reinigung des Druckmaterials.

Das Druckmaterial wird in einem Reservoir oder Materialdepot bereitgestellt. Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgefertigte Gläser oder Glaskeramiken in Form von Filamenten, d.h. in Form von Stäben, Rohren oder Fasern, eingesetzt werden. Die Verwendung von entsprechend vorgeformten Materialien, sog. „preformed materials“, ist besonders vorteilhaft, da somit eine Vielzahl unterschiedlicher Druckmaterialien in einer einfachen Weise bereitgestellt und verwendet werden können. So kann ein Wechsel zwischen verschiedenen Druckmaterialien, beispielsweise zwischen Gläsern mit unterschiedlichen Glaszusammensetzungen, leicht erfolgen, ohne dass größere Umbauten an der Vorrichtung vorgenommen werden müssen. Der Druckkopf ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass als Druckmaterialien Filamente mit unterschiedlichen Durchmessern und Geometrien eingesetzt werden können.
Die Zuführung des Druckmaterials erfolgt bei stab- oder rohrförmigen Filamenten oder Fasern vorzugsweise über Andruckrollen oder einer Kombination aus Band- und Rollentransportförderern, wobei diese zumindest auf zwei Seiten des Filaments angeordnet sind. Die Zuführgeschwindigkeit sowie der Andruck sind prozess- und materialspezifisch in die Druckerprozesssteuerung eingebunden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Zuführung hierzu eine Vorrichtung auf, mit welcher Materialcodierungen, beispielsweise in Form von Datamatrixcodes, Barcodes oder NFC-Codes ausgelesen werden können. Somit kann das jeweilige Druckermaterial von der Druckersoftware erkannt werden, so dass sowohl für die Zuführung als auch für den Abscheideprozess die jeweiligen materialspezifischen Kenndaten und Parameter des verwendeten Druckmaterials ausgewählt werden können.
Der Druckkopf weist zumindest eine Druckdüse auf. Diese kann insbesondere eine runde, ovale, rechteckige, polyedrische oder sternförmige Düsenöffnung aufweist. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verhältnis des mittleren Düsendurchmessers zum Durchmesser des verwendeten Druckmaterials 1 bis 4, oder vorzugsweise 1 bis 3 beträgt. Hierdurch kann eine besonders ortsgetreue Abscheidung des Druckmaterials erfolgen.
Als Düsenmaterial hat sich besonders die Verwendung von temperaturbeständigen Materialien wie beispielsweise Platin oder platinhaltige Legierungen, beispielsweise PtRh10 mit einem Rhodiumanteil von 10 Gew.-% oder PtAu5 mit einem Goldanteil von 5 Gew.-% als vorteilhaft herausgestellt.
In einer Weiterbildung weist der Druckkopf eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Druckmaterials auf. Hierdurch kann die Abscheidung des Druckmaterials beschleunigt und die Abscheidegenauigkeit verbessert werden. Vorzugsweise wird das Druckmaterial so erhitzt, dass es beim Eintreten in die Heizzone bereits eine Temperatur aufweist, die maximal 150 K unter der Temperatur in der Heizzone oder sogar nur maximal 10 K unter der Temperatur in der Heizzone liegt. Die Vorheizung des Druckmaterials im Druckkopf kann insbesondere als induktive Heizeinrichtung, als Laserheizvorrichtung oder als eine Heizvorrichtung mittels Elektronenstrahl ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine Einrichtung zur Reinigung des Druckmaterials auf. Diese kann in die Zuführungsvorrichtung integriert sein oder sich beispielsweise zwischen Reservoir und Zuführungsvorrichtung befinden. Die Reinigungseinrichtung kann zur Reinigung der Oberfläche des Druckmaterials beispielsweise als Wasch- und Sprühvorrichtung, Ultraschallreinigung und/oder Reinigung mittels UV-Strahlung ausgebildet sein. Die Reinigungsvorrichtung führt zu einer verminderten Bildung von Blasen, Schlieren oder Partikeleinschlüssen im abgeschiedenen Objekt.
Alternativ oder zusätzlich weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bearbeitung der Oberfläche der Druckmaterialfilamente, insbesondere zur Oberflächenvergütung des Druckmaterials auf. Dies kann beispielsweise eine Vorrichtung zur Ätzung und/oder Politur der Oberfläche des Druckmaterials umfassen. Auch eine Einrichtung zur Feuerpolitur kann Bestandteil der Vorrichtung sein. Die Einrichtung zur Oberflächenvergütung kann in die Zuführungsvorrichtung integriert sein oder sich beispielsweise zwischen Reservoir und Zuführungsvorrichtung befinden.
Hierdurch stehen Glas- oder Glaskeramikfilamente mit einer besonders hohen Oberflächengüte als Druckmaterial zur Verfügung, was ebenfalls die Bildung von Schlieren im abgeschiedenen Objekt verringert.
Alternativ oder zusätzlich weist die Heizzone eine Vorrichtung zur Temperaturmessung sowie eine Temperaturregelung auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung, beispielsweise ein Pyrometer, herausgestellt. Durch die Regelung bzw. Steuerung der Temperatur in der Heizzone können Temperaturen eingestellt werden, bei denen das eingesetzte Druckmaterial Viskositäten im Bereich von 10⁴ dPas bis 10^7,6 dPas aufweist. Die jeweils eingestellte Temperatur richtet sich nach dem verwendeten Druckmaterial bzw. der verwendeten Glaszusammensetzung.
Insbesondere liegt die Temperatur in der Heizzone bei dieser Ausführungsform unterhalb des Siedepunktes. Somit wird die Bildung von Blasen oder Schlieren, beispielsweise durch einen sogenannten Reboil-Prozess, d.h. durch ein erneutes Erhitzen des Glases über den Siedepunkt, oder durch Einschlüsse von Gasen oder Partikeln sowohl im Druckmaterial als auch im hergestellten Erzeugnis vermieden, was sich vorteilhaft auf die optischen Eigenschaften des Erzeugnisses auswirkt. Gleichzeitig erlaubt die eingestellte Temperatur in der Heizzone die Ausbildung von Tropfen bzw. eines Strangs sowie deren Abscheidung und Verbindung mit der Unterlage bzw. einer bereits abgeschiedenen Schicht. Eine entsprechende Temperaturregelung bzw. Steuerung kann über die Regelung der eingestrahlten Laserleistung erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Heizregelung auf, mit der die Temperatur in der Heizzone mit einer Genauigkeit von zumindest ± 10 K eingestellt werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht ein rotierendes Stabmagazin als Teil der Zuführungseinrichtung vor. Bevorzugt ist das Stabmagazin zur Aufnahme von zumindest 24 Filamenten, insbesondere von Filamenten mit einer Länge im Bereich von 1500 mm bis 2000 mm, ausgebildet. In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Zuführungseinrichtung neben dem Stabmagazin eine Vorrichtung auf, welche beim Filamentwechsel die jeweiligen Enden der Filamente durch Fusingprozesse miteinander verbindet.
Alternativ kann die Zuführung von faserförmigen Filamenten über eine Materialrolle oder -spule erfolgen.
Als Laserquellen weist die Vorrichtung insbesondere Laser mit einer Wellenlänge < 400 nm oder > 1900 nm, bevorzugt > 2500 nm, besonders bevorzugt > 9 µm auf. Abhängig von der Wellenlänge des eingesetzten Lasers weist die Vorrichtung zur Strahlführung zum Applikationspunkt Festoptiken, Scanner oder bewegliche Fasern auf. So hat sich bei Verwendung eines CO₂-Lasers oder eines CO-Lasers die Verwendung eines Scanners als besonders vorteilhaft herausgestellt. Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Erbium-YAG Laser oder einen Erbium-Tullium-YAG Laser oder artgleichen Erbium-, Tullium- oder Holmium-dotierten Laser sowie bewegliche Fasern zur Strahlleitung auf.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest zwei Laserquellen auf, welche bevorzugt separat geregelt werden können. Durch Kombination mehrerer Laserstrahlen besteht die Möglichkeit, einzelne abgeschiedene Schichten und/oder ein mehrere abgeschiedene Schichten umfassendes Objekt zusätzlich zu bearbeiten. So kann beispielsweise das abgeschiedene Objekt in der Vorrichtung in einem dem Druckvorgang nachfolgenden Prozessschritt nachbearbeitet werden, ohne neu positioniert werden zu müssen.
Die Vorrichtung weist gemäß einer Ausführungsform einen Druckkopf mit zumindest zwei Druckdüsen auf. Die Druckdüsen können sowohl dieselben Druckmaterialien abscheiden, aber auch alternativ scheiden die Düsen unterschiedliche Druckmaterialien ab.
Alternativ weist die Vorrichtung zumindest einen ersten und einen zweiten Druckkopf auf. Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass dem ersten Druckkopf als Druckmaterial Glas- oder Glaskeramikfilamente in Form von Stäben, Rohren oder Fasern zugeführt werden. Der zweite Druckkopf ist hierbei derart ausgestaltet, dass pulverförmiges Druckmaterial abgegeben werden kann. Als pulverförmiges Druckmaterial kann beispielsweise Glaspulver, Glaskeramikpulver, Metallpulver oder pulverförmige Pigmente eingesetzt werden. Bevorzugt ist der zweite Druckkopf in der Vorrichtung seitlich zum ersten Druckkopf angeordnet. Hierbei kann die Vorrichtung eine zusätzliche Düse oder zusätzliche Düsen aufweisen, welche durch einen gerichteten Gasstrom, beispielsweise Druckluft, das aus dem zweiten Druckkopf austretende Pulver seitlich dem Abscheidepunkt des Filamentes zuführen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Heizeinheit mit Temperaturregelung auf, mit welcher die Umgebungstemperatur beim Druckprozess eingestellt wird. So kann die Vorrichtung beispielsweise einen temperaturgeregelten Ofen umfassen. Zur Entspannung des abgeschiedenen Objektes bzw. einzelner abgeschiedener Schichten kann die Temperatur im Ofen geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine oder mehrere Düsen umfassen, mit welchen kalte Luft zum schnellen Abkühlen der abgeschiedenen Schicht bzw. der abgeschiedenen Schichten eingeleitet werden kann.
Die Vorrichtung weist eine Halterung auf, die während des Druckvorgangs die abgeschiedenen Schichten bzw. das abgeschiedene Objekt fixiert. Die erste Schicht kann dabei auf einem separaten Substrat, beispielsweise auf einem Flachglas, abgeschieden werden. Es ist jedoch auch eine Abscheidung der Schichten direkt auf dem Drucktisch möglich. In diesem Fall bildet der Drucktisch das Substrat für den Druckvorgang. Vorzugsweise weist der Drucktisch eine Temperaturregelung auf. Bevorzugt ist der Drucktisch so gestaltet, dass sich das abgeschiedene Druckmaterial nicht mit der Oberfläche des Drucktisches verbindet, da dies im Zuge der notwendigen Ablösungen zu Defekten am abgeschiedenen Objekt führen kann.
Eine Ausführungsform sieht daher einen Drucktisch aus einem porösen Material vor, bei dem das abgeschiedene Objekt bzw. die abgeschiedenen Schichten mittels Unterdruck fixiert werden. Bevorzugt können somit dreidimensionale Objekte bei Achsenbeschleunigungen bis zumindest 0,5 g oder sogar bis 2 g präzise fixiert werden. Die Abkürzung g bezeichnet dabei die Erdbeschleunigung mit 9,81 m/s2. Drucktische aus poliertem, kohlenstoffarmen Edelstahl mit einem Kohlenstoffgehalt < 5 % mit Vakuumbohrungen oder Drucktische aus porösem Graphit haben sich hier als vorteilhaft herausgestellt.
Weiterhin ist ein dreidimensionales Objekt bzw. ein dreidimensionaler Körper aus Glas oder Glaskeramik, umfassend zumindest eine erste und eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht zumindest teilweise auf der ersten Sicht abgeschieden ist, Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist das Objekt mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt oder herstellbar. Bevorzugt weist das Objekt eine Transmission von zumindest 10 % oder sogar zumindest 50 % für elektromagnetische Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts auf, wobei auch gestreute Strahlung in Vorwärtsrichtung einbezogen ist. Die Wandungen des Objektes sind hermetisch dicht und weisen Zug- und Druckspannungen von weniger als 10 MPa auf. Eine typische minimale Strukturgröße beträgt 100 µm x 100 µm. Abhängig von den beim Herstellungsprozess verwendeten Düsen können jedoch auch noch bessere Auflösungen erreicht werden. So kann die Verwendung von kleineren Düsen beispielsweise zu einer besseren Auflösung führen. Die maximalen Abmessungen sind abhängig von den Verfahrwegen des Drucktisches und des Bauraumes des 3D-Druckers und bewegen sich im Bereich von 500 mm x 500 mm x 500 mm.
Im Unterscheid dazu sind aus dem Stand der Technik lediglich Objekte aus Multikomponentengläsern bekannt, bei denen das Licht am Objekt gestreut wird. Hierdurch sind die Objekte transluzent und weisen keine Streulänge größer als 5 mm auf. Dies führt dazu, dass alle Objekte, die sich weiter als 5 mm von der Oberfläche des Objekts befinden nicht mehr klar zu erkennen sind.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der 1 bis 6 näher erläutert.
Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher als Druckmaterial stabförmige Glas- oder Glaskeramikfilamente eingesetzt werden,
2 eine schematische Darstellung eines abgeschiedenen Objektes,
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der der Abscheideprozess in einem temperaturregelbaren Ofen erfolgt,
4 eine schematische Darstellung eines Druckkopfes zum Abscheiden von pulverförmigem Druckmaterialien,
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher als Druckmaterial in Form von Glas- oder Glaskeramikfasern verwendet wird,
6 eine Weiterbildung der Erfindung mit zwei Druckköpfen,
7 eine schematische Darstellung eines induktiv beheizten Druckkopfes und
8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einer Vorrichtung zur Vorbehandlung des Druckmaterials.

In 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung gezeigt, bei welcher als Druckmaterial stabförmige Filamente 2 verwendet werden. Die Filamente 2 aus Glas oder Glaskeramik weisen eine Länge von 1500 mm bis 2000 mm und einen mittleren Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 5 mm auf. Die Filamente 2 können hierbei einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt aufweisen. Die Filamente 2 werden in einem Reservoir 1 bereitgestellt. Das Reservoir 1 kann hierbei eine Codierung (nicht dargestellt) aufweisen, welche durch die Druckersoftware ausgelesen werden kann, so dass die jeweils optimalen Druckparameter für das im Reservoir 1 enthaltene Druckmaterial eingestellt werden können. Das Druckmaterial 2 gelangt über die Zuführung 3 in den Druckkopf 4. Die Zuführung 3 kann hierbei als Rollen- und/oder Bandtransportsystem ausgebildet sein und ist an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten des Druckmaterials angeordnet.
In 1 wird dies durch die Rollen 3a und 3b symbolisiert. Die Zuführgeschwindigkeit des Filamentes 2 in den Druckkopf 4 kann geregelt werden.
Der Druckkopf 4 weist zumindest eine Druckdüse 5 auf. Abhängig davon, welche Geometrie der abgeschiedene Glas- oder Glaskeramiktropfen bzw. der abgeschiedene Glas- oder Glaskeramikstrang aufweisen soll, kann der Querschnitt der Düse 5 rund, oval, eckig oder sternförmig sein. Die Düse 5 kann mit dem Druckkopf 4 fest verbunden sein oder die Düse 5 kann als Wechseldüse ausgebildet sein. Das Druckmaterial bzw. das Filament 2 tritt durch die Druckdüse in die Heizzone 6 ein. In dieser wird das Druckmaterial durch zumindest einen Laserstrahlengang 7a einer Laserquelle 7 erhitzt. Hierdurch erfolgt eine Viskositätserniedrigung des Druckmaterials 2, so dass in der Heizzone 6 das Druckmaterial 2 in Form von Tropfen oder als Strang auf einem Substrat 9 abgeschieden werden kann. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Bauteil zur Messung der Temperatur 8 in der Heizzone 6. Bevorzugt erfolgt die Temperaturmessung berührungslos, beispielsweise über ein Pyrometer. Neben der Temperaturmessung erfolgt in der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Steuerung bzw. Regelung der Temperatur der Heizzone (nicht dargestellt). Die Temperatur der Heizzone 6 wird dabei so geregelt, dass das Druckmaterial 2 in der Heizzone 6 eine Viskosität im Bereich von 10^7,6 dPas bis 10⁴ dPas aufweist. Bei einem gläsernen Druckmaterial liegt die Temperatur in der Heizzone 6 somit zwischen der Erweichungstemperatur und der Verarbeitungstemperatur des jeweiligen Glases. Die Temperatursteuerung kann hierbei über die Regelung der eingestrahlten Laserleistung erfolgen. Durch die eingestellte Temperatur der Heizzone kann ein Aufheizen des Druckmaterials bis zu dessen Siedepunkt oder nahe an dessen Siedepunkt vermieden werden. Dies ist in Hinblick auf die optischen Eigenschaften des abgeschiedenen Objektes besonders vorteilhaft, da so eine Blasenbildung während des Abscheideprozesses vermieden werden kann.
Das erhitzte Druckmaterial 2 wird von der Druckdüse 5 auf dem Substrat 9 abgeschieden. Die Drückdüse 5 kann dabei das Druckmaterial 2 als einzelne Tropfen oder als Strang auf dem Substrat 9 abscheiden und somit eine Schicht bilden.
Das Substrat 9 befindet sich auf dem Drucktisch 10 bzw. wird auf dem Drucktisch 10 fixiert. Bei dem Substrat 9 kann es sich um ein Material, beispielsweise ein Flachglas handeln, auf welchem eine erste Schichte des Druckmaterials 2 abgeschieden wird. Es ist jedoch auch möglich, eine erste Schicht des Druckmaterials 2 direkt auf der Oberfläche des Drucktisches 10 abzuscheiden.
Der in 1 schematisch dargestellte Drucktisch 10 ist als Unterdrucktisch ausgebildet. Durch Verwendung eines porösen Materials wie beispielsweise Graphit oder durch Vakuumbohrungen, beispielsweise bei einem Drucktisch aus Edelstahl, kann das Substrat 9 durch Unterdruck auf dem Drucktisch fixiert werden.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines mit Hilfe der in 1 gezeigten Vorrichtung gedruckten Objektes. Dieses weist mehrere Schichten 21, 22 und 23 auf. Die einzelnen Schichten entsprechen dabei einzelnen Abscheidevorgängen mit unterschiedlichen vertikalen Abständen von Druckkopf 4 und Drucktisch 10. In dem in 2 gezeigten Beispiel wurde als erste Schicht die Schicht 21 abgeschieden. Anschließend erfolgte nacheinander die Abscheidung der Schichten 22 und 23. Der Abstand von Druckkopf 4 zu Drucktisch 10 nahm dabei von der Abscheidung der Schicht 21 zur Abscheidung von Schicht 23 mit jeder neuen Schicht zu. Hierbei kann der Abstand bei der in 1 gezeigten Vorrichtung durch Bewegung des Druckkopfes 4 und/oder des Drucktisches 10 erfolgen.
Die einzelnen Schichten bilden dabei in x- und y-Richtung, d.h. in der Ebene, nicht zwangsweise durchgängige Schichten. So bedeckt beispielsweise die Schicht 22 nicht die gesamte Oberfläche der Schicht 21. Die Dreidimensionalität des gedruckten Objektes wird dadurch erzielt, dass die einzelnen Schichten in der x,y-Ebene nach einem durch die Druckersoftware festgelegten Muster abgeschieden werden. Die Auflösung des Druckmusters und somit des gedruckten Objektes 20 ist dabei abhängig von der Abscheidegenauigkeit des Druckmaterials. Die für das mustergetreue Abscheiden der einzelnen Schicht benötigte Relativbewegung von Druckkopf und Drucktisch kann durch Bewegen des Druckkopfes und/oder des Drucktisches in x- und y-Richtung erfolgen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Druckvorrichtung. Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Komponenten weist diese Vorrichtung einen Ofen 12 sowie zusätzliche Düsen 9 am Druckkopf 40 auf. Mit Hilfe des Ofens 12 kann die Temperatur während des Abscheideprozesses auch außerhalb der Heizzone 6 eingestellt werden. Die Steuerung bzw. Regelung des Ofens ist dabei nicht dargestellt. Durch Aufheizen der bereits abgeschiedenen Schichten 9 können beispielsweise Spannungen in den Schichten abgebaut. Hierzu wird bevorzugt eine Temperatur gewählt, die im Wesentlichen der Entspannungstemperatur des Glases entspricht. Der Ofen 12 kann dabei eine homogene Temperaturverteilung aufweisen. Alternativ kann der Ofen 12 einen Temperaturgradienten aufweisen.
Die Vorrichtung weist zudem eine zusätzliche Düse 9 auf. Durch diese kann beispielsweise Luft zum schnellen Abkühlen der abgeschiedenen Schicht eingeblasen werden. Hierdurch kann insbesondere bei gläsernen Druckmaterialien bereits während des Abscheideprozesses eine thermische Vorspannung erfolgen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Abscheidung der ersten Schicht direkt auf der Oberfläche des Drucktisches 10, die hier das Substrat bildet.
In 4 wird schematisch und ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Druckmaterial in Form eines Glas- oder Glaskeramikpulvers vorliegt. Reservoir und Zuführung zum Druckkopf sind Bestandteil des Ausführungsbeispiels, werden jedoch nicht dargestellt. Der Druckkopf 13 weist eine Druckdüse 15 auf, durch die das pulverförmige Druckmedium abgegeben wird. Beim Austritt des Pulvers 16 aus dem Druckkopf 13 in die Heizzone wird dieses erwärmt. Bevorzugt weist die Zuführdüse 15 eine Heizung, beispielsweise durch Induktion, Laser oder Elektronenstrahl auf, so dass das Pulver bereits auf dem Weg in die Heizzone aufgeschmolzen wird. Glaspulver werden vorzugsweise auf Temperaturen zwischen der jeweiligen Erweichungstemperatur T_EW, dies entspricht einer Viskosität von 10^7,6 dPas, und der Verarbeitungstemperatur T_VA, dies entspricht einer Viskosität von 10⁴ dPas, erwärmt. Die Vorrichtung weist zudem eine Düse 18 auf, durch die unter Druck ein Gasstrom, beispielsweise Luft oder ein Inertgas, austreten kann. Durch eine entsprechende räumliche Anordnung der Düse 18 kann somit der Pulverstrahl 16 im Raum gelenkt und so dessen Abscheidegenauigkeit verbessert werden.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein faserförmiges Druckmaterial 17 verwendet wird. Das faserförmige Druckmaterial 17 liegt hier als eine Faserspule 17a, die durch die Zuführung 19a, 19b dem Druckkopf 4 zugeführt wird.
Zusätzlich weist die in 5 dargestellte Ausführungsform einen zweiten Laser 19 auf. Anders als Laser 7 wird Laser 19 nicht zur Bildung der Heizzone 6 eingesetzt, sondern Laser 19 kann auf die Oberfläche der jeweils zuletzt auf dem Substrat 9 abgeschiedenen Schicht fokussiert werden. Abhängig von der Wellenlänge und Leistung des Lasers 19 kann somit die abgeschiedene Schicht bzw. die abgeschiedenen Schichten weiterbearbeitet werden ohne die Vorrichtung zu verlassen. Beispielsweise kann mit Hilfe des Lasers 19 eine Laserpolitur der abgeschiedenen Schicht bzw. des abgeschiedenen Objektes erfolgen. Auch eine Ablation einzelner Teilbereiche der abgeschiedenen Schicht bzw. des abgeschiedenen Objektes ist möglich.
In 6 wird schematisch und ausschnittsweise eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt, welche zwei Druckköpfe 4, 13 aufweist. Hierbei ist Druckkopf 4 analog zum in 1 gezeigten Druckkopf ausgebildet. Als Druckmaterial können stab-, rohr- oder faserförmige Filamente verwendet werden. Bei Druckkopf 13 handelt es sich um einen Pulverdruckkopf für pulverförmige Druckmaterialen. Druckkopf 13 sondert daher einen Pulverstrahl 16 ab. Die Düse 18 sondert einen Gas- bzw. Luftstahl ab und leitet den Pulverstrahl 16. Der Druckkopf 13 ist dabei so in der Vorrichtung platziert, dass der Pulverstrahl 16 seitlich auf das aus dem Druckkopf 4 abgeschiedenen Druckmaterial 2 trifft. Somit kann das Pulver 16 von der Seite auf den Abscheidepunkt des Filamentes 2 geblasen werden. Beide Druckmaterialien verbinden sich dabei zu einer gemeinsam abgeschiedenen Schicht, so dass mit der in 6 gezeigten Vorrichtung Schichten abgeschieden werden können, welche zumindest zwei unterschiedliche Materialien enthalten. Bei der Verwendung eines gläsernen Druckmaterials im Druckkopf 4 und einem Glaskeramikpulver als Druckmaterial für Druckkopf 13 können beispielsweise Kompositmaterialien mit einer Glasmatrix und darin eingebundenen Glaskeramikpartikeln erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Pigment- oder Metallpulver als Druckmaterial durch den Druckkopf 13 abgegeben werden. Hierdurch können die Eigenschaften der abgeschiedenen Glas- oder Glaskeramikschichten verändert werden.
7 zeigt einen Druckkopf 24, der induktiv über die Spule 25 beheizt werden kann. Bei Verwendung des Druckkopfes 24 in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Druckmaterial 2 somit vor dem Austritt aus der Düse bzw. vor Eintritt in die Heizzone 6 erwärmt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Abscheidung des Druckmaterials auf dem Substrat 9. Zudem kann die Abscheidegenauigkeit verbessert werden.
In 8 wird schematisch eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der das Druckmaterial 2 vor der Zuführung in den Druckerkopf 4 durch eine Vorrichtung 30 geleitet wird. Die Vorrichtung 30 kann hierbei eine Vorrichtung zur Reinigung des Druckmaterials, beispielsweise durch Sprüh- und/oder Waschprozesse, Ultraschallreinigung und/oder Reinigung durch Bestrahlung mit UV-Strahlung, sein. Durch einen dem Druckvorgang vorgeschaltetem Reinigungsprozess kann eine durch Verschmutzungen und/oder Fremdkörper verursachte Schlierenbildung im abgeschiedenen Druckmaterial verhindert oder zumindest verringert werden, was sich vorteilhaft auf die optischen Eigenschaften des abgeschiedenen Objektes auswirkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 30 als eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberfläche des Druckmaterials 2, beispielsweise durch Feuer- oder Laserpolitur, ausgebildet sein. Hier kann durch die Vorrichtung 30 eine Oberflächenvergütung des Druckmaterials 2 erfolgen. Insbesondere kann die Oberfläche geglättet und Oberflächendefekte wie Risse oder Kratzer ausgeheilt werden. Dies wirkt sich ebenfalls vorteilhaft auf die optischen Eigenschaften des abgeschiedenen Objektes aus, da somit ebenfalls eine Schlierenbildung im aufgeschmolzenen Druckmaterial verhindert oder zumindest verringert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/137956 A1 [0004]
WO 2017/027784 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes umfassend oder bestehend aus Glas- oder Glaskeramik mittels additiver Fertigung aus zumindest einer ersten Schicht eines Druckmaterials und einer zweiten Schicht eines Druckmaterials, wobei die zweite Schicht zumindest teilweise auf der ersten Schicht abgeschieden wird, umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Anweisung zur Herstellung des dreidimensionalen Objektes mit Hilfe zumindest eines Druckkopfes (4,13,25) mit zumindest einer Druckdüse (5, 15) b) Bereitstellen zumindest eines Druckmaterials (2, 17) aus Glas oder Glaskeramik, c) Bereitstellen einer Heizzone (6) als Fertigungszone, wobei die Heizzone (6) durch zumindest einen Laserstrahlengang (7a) gebildet wird, d) Beförderung des Druckmaterials (2, 17) in den Druckkopf (4, 13, 25) e) Beförderung des Druckmaterials (2, 17) durch die Druckdüse (5, 15) des Druckkopfes (4, 13, 25) mit einer Vorschubgeschwindigkeit v_Vorschub in die Heizzone (6), f) Erwärmen des Druckmaterials (2, 17) in der Heizzone (6), g) Abscheiden des in Schritt f) erwärmten Druckmaterials auf einem Substrat (9, 10), wobei das Druckmaterial (2, 17) die erste Schicht auf dem Substrat (9, 10) bildet, die Anordnung des Druckmaterials auf dem Substrat (9, 10) gemäß der in Schritt a) bereitgestellten Anweisung erfolgt und die Anweisung durch eine Relativbewegung von Druckkopf (4, 13, 25) und Substrat (9, 10) ausgeführt wird, h) Wiederholung der Schritte d) bis f) und j) Abscheiden des in Schritt f) erwärmten Druckmaterials (2, 17) zumindest teilweise auf der ersten Schicht, wobei das Druckmaterial (2, 17) die zweite Schicht bildet, die Anordnung des Druckmaterials (2, 17) auf der ersten Schicht gemäß der in Schritt a) bereit gestellten Anordnung erfolgt und die Anweisung durch eine Relativbewegung von Druckkopf (4, 13, 25) und Substrat (9, 10) ausgeführt wird, wobei das Herstellungsverfahren zumindest eines der folgenden Merkmale enthält - Messung und Regelung der Temperatur der Heizzone (6) in Schritt c), wobei die Temperatur in der Heizzone (6) so eingestellt wird, dass das Druckmaterial in der Heizzone (6) eine Viskosität im Bereich von 10⁴ dPas und 10^7,6 dPas liegt - dem Schritt b) ist ein weiterer Verfahrensschritt vorgelagert, in dem eine Bearbeitung der Oberfläche des Druckmaterials, bevorzugt eine Oberflächenvergütung des Druckmaterials erfolgt und/oder - dem Schritt b) ist ein weiterer Verfahrensschritt vorgelagert, in dem eine Reinigung des Druckmaterials erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt c) die Temperaturmessung in der Heizzone (6) berührungslos, bevorzugt mittels eines Pyrometers (8) erfolgt und/oder die Temperatur in der Heizzone (6) mit einer Genauigkeit von ±10 K geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Druckmaterial im Druckkopf zusätzlich erwärmt wird, bevorzugt durch eine induktive Heizung oder eine Heizung mit Hilfe eines Lasers oder eines Elektronenstrahls und/oder die Temperatur des Druckmaterials bei Eintritt in die Heizzone maximal 150 K, bevorzugt maximal 10 K unter der Temperatur in der Heizzone liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche des in Schritt b) bereitgestellten Druckmaterials in einem Schritt b) vorgelagerten Schritt vorbehandelt, bevorzugt gereinigt, poliert und/oder geätzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Druckmaterial eine maximale Oberflächenrauheit Ra < 10 µm, bevorzugt Ra < 100 nm aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt c) die Heizzone (6) durch zumindest zwei Laserstrahlengänge gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mit Hilfe zumindest eines weiteren Lasers weitere Verfahrensschritte wie Ablation oder Politur an in Schritt f) und j) abgeschiedenen Schichten durchgeführt werden können.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) zur Erzeugung der Heizzone Laser mit einer Wellenlänge < 400 nm oder > 1900 nm, bevorzugt > 2500 nm, besonders bevorzugt > 4,4 µm und ganz besonders bevorzugt > 9 µm verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorschubgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Relativbewegung in x- und y-Richtung von Substrat (9, 10) und Druckkopf (4, 13, 25) gilt v_Vorschub ≥ v_xy
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schritte c) bis j) in einem Ofen (12) bei einer Temperatur im Bereich von 0 °C bis 800 °C, bevorzugt bei einer Temperatur, bei der die Viskosität des Druckmaterials im Bereich von 10⁴ dPas bis 10^7,6 dPas liegt, durchgeführt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das dreidimensionale Objekt nach Schritt j) zu Abbau von Spannungen erwärmt, bevorzugt auf Temperaturen im Bereich von 0 K bis 200 K oberhalb der jeweiligen Transformationstemperatur Tg des Druckmediums erwärmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (9, 10) in Schritt g) eine Temperatur im Bereich von 0 K bis 200 K oberhalb der Transformationstemperatur Tg des Druckmediums aufweist und/oder die Temperaturdifferenz von Heizzone (6) und Substrat (9, 10) $Δ T = T_{Heizzone} - T_{Substrat} \leq 200 K, bevorzugt \leq 10 K ist .$
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das in Schritt b) bereitgestellte Druckmaterial stabförmig, als Rohr oder Faser vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Druckmaterial stabförmig ausgebildet ist und die Laserleistung zur Erwärmung in der Heizzone so gewählt wird, dass die Laserleistung pro mm Stabdurchmesser ≤ 100 W, bevorzugt ≤ 20 W ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Druckmaterial stabförmig ausgebildet ist und die einzelnen Stäbe den Schritten e) und j) an den Enden durch Fusingprozesse miteinander verbunden werden, so dass in den Schritten e) und j) eine kontinuierliche Zuführung von Druckmaterial erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Druckmaterial stabförmig ausgebildet ist und für das Verhältnis von Vorschubgeschwindigkeit in Schritt d) und dem Stabdurchmesser FOM = Vorschubgeschwindigkeit/Durchmesser gilt, dass die FOM im Bereich von 0,1 s^-1 bis 100 s^-1 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Druckmaterial in den Schritten f) und/oder j) mit einem Abscheidewinkel Θ < 90° auf dem Substrat bzw. der ersten Schicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäße einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in Schritt b) als Druckmedium ein pulverförmiges Druckmedium, bevorzugt Glaspulver und besonders bevorzugt Glaspulver mit Korngrößen im Bereich von 0,1 µm bis 500 µm bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) zumindest ein zweites Druckmaterial bereitgestellt wird, welches mit dem ersten Druckmaterial in einer gemeinsamen Schicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei in Schritt b) als erstes Druckmaterial ein stabförmiges, rohrförmiges oder als Faser ausgebildetes Druckmaterial und als zweites Druckmaterial ein Pulver bereitgestellt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes aus Glas- oder Glaskeramik, insbesondere mittels additiver Fertigungstechnik, umfassend zumindest die folgenden Bauteile: zumindest einen Druckkopf (4, 13, 25) mit zumindest einer Druckdüse (5, 15), einer Vorrichtung (3, 30) zur Zuführung von Druckmaterial (2, 17) aus einem Reservoir (1, 17a) zum Druckkopf, zumindest einer Laserquelle (7) zur Bildung einer Heizzone (6), einem Drucktisch (10) zur Abscheidung des Druckmaterials, wobei die Heizzone zwischen dem Druckkopf (4, 13, 25) und dem Drucktisch (10) platziert ist und Druckkopf (4, 13, 25) und Drucktisch (10) eine Relativbewegung in x-,y- und z-Richtung ausführen und die Vorrichtung zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: - einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur in der Heizzone (6) sowie eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung der Temperatur in der Heizzone (6), wobei die Temperatur in der Heizzone (6) so eingestellt wird, dass das Druckmaterial eine Viskosität im Bereich von 10⁴ dPas bis 10^7,6 dPas aufweist, - eine Vorrichtung (31) zur Reinigung der Oberfläche des Druckmaterials (2, 17) vor Eintritt in den Druckkopf (4, 13, 25) und/oder - eine Vorrichtung (31) zur Behandlung der Oberfläche des Druckmaterials (2, 17) vor Eintritt in den Druckkopf (4, 13, 25).
Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei als Laserquelle ein Laser (7) mit einer Wellenlänge < 400 nm oder > 1900 nm, bevorzugt > 2500 nm, besonders bevorzugt > 4,4 µm und ganz besonders bevorzugt > 9 µm verwendet wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei die Vorrichtung (31) zur Reinigung des Druckmaterials eine Wasch- oder Sprüheinrichtung, eine Ultraschallreinigung und/oder eine Vorrichtung zur Reinigung mit UV-Strahlen umfasst.
Vorrichtung gemäße einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Vorrichtung (31) zur Behandlung der Oberfläche des Druckmaterials eine Vorrichtung zur Laserpolitur, Feuerpolitur oder zum Ätzen der Oberfläche umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei die Vorrichtung zumindest zwei Laserquellen aufweist.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei zumindest einer der Laser (24) zur Nachbearbeitung einzelner abgeschiedener Schichten oder zur Nachbearbeitung des fertiggestellten Gegenstandes eingesetzt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 26, wobei die Vorrichtung zur Zufuhr des Druckmaterials (3) und/oder das Reservoir (1, 17a) eine Codierung des Druckmaterials detektiert.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 27, wobei die Vorrichtung zur Temperaturregelung und/oder Temperatursteuerung der Heizzone (6) eine Regelung der Laserleistung umfasst und/oder die Temperatur in der Heizzone (6) mit einer Genauigkeit von zumindest ± 10 K einstellen kann.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 28, wobei die Druckdüse (5) eine runde, ovale, rechteckige, polyedrische oder sternförmige Düsenöffnung aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 29, wobei das Verhältnis von mittlerem Düsendurchmesser zum Durchmesser des verwendeten Druckmaterials 1 bis 4, bevorzugt 1 bis 3 beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 30, wobei die Druckdüse (5) aus einem temperaturbeständigen Material, bevorzugt aus Platin und/oder Platinlegierungen besteht.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 31, wobei die Vorrichtung einen temperaturgeregelten Ofen (12) umfasst und bevorzugt die Umgebungstemperatur im Ofen (12) 0 °C bis 800 °C beträgt, besonders bevorzugt die Umgebungstemperatur einer Temperatur entspricht, bei der die Viskosität des Druckmaterials im Bereich von 10⁴ dPas bis 10^7,6 dPas liegt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 32, wobei der Drucktisch (10) temperaturgeregelt ist und auf eine Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 200 K oberhalb der Transformationstemperatur Tg des Druckmediums gebracht werden kann.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei der Drucktisch eine poröse Struktur aufweist und das abgeschiedene Objekt durch Anlegen eines Unterdrucks auf dem Drucktisch positioniert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 33 oder 34, wobei der Drucktisch aus poliertem Edelstahl, bevorzugt aus poliertem Edelstahl mit einem Kohlenstoffgehalt < 5% oder aus Graphit besteht.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 35, wobei das Druckmaterial stab- oder rohrförmig ausgebildet ist und dem Druckkopf über ein rotierendes Stabmagazin, bevorzugt über ein Stabmagazin zur Aufnahme von zumindest 24 Stäben oder Rohren, zugeführt wird.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei eine Fusingstation unterhalb des Stabmagazines angebracht ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 37, wobei die Vorrichtung zumindest zwei Druckköpfe (4, 13) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 38, wobei durch einen Druckkopf (4) Druckmaterial in Form von Stäben, Rohren oder Fasern und durch einen anderen Druckkopf (13) Druckmaterial in Form von Glaspulver oder Glaskeramikpulver abgeschieden wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 21 bis 39, wobei zumindest eine der Druckdüsen (25) eine Heizvorrichtung, bevorzugt eine Laserheizvorrichtung, eine Heizvorrichtung mittels Elektronenstrahl oder eine induktive Heizvorrichtung (26) aufweist.
Dreidimensionaler Gegenstand aus Glas oder Glaskeramik, herstellbar oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20.