DE102019131635A1 - MANUFACTURING DEVICE FOR MANUFACTURING ADDITIVES AND METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVES - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Herstellungsvorrichtung (10) zum additiven Herstellen eines Objekts aus einem auf einem Substrat (50) angeordneten Ausgangsmaterial (40) mittels Schmelzen und/oder Sintern des Ausgangsmaterials (40) vorgeschlagen, wobei die Herstellungsvorrichtung (10) eine Bestrahlungsvorrichtung (20) aufweist, wobei die Bestrahlungsvorrichtung (20) eine Vielzahl von Strahlelementen (30-35) aufweist, wobei die Strahlelemente (30-35) jeweils zum Strahlen eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, und/oder eines Elektronenstrahls auf das Ausgangsmaterial (40) ausgebildet sind, wobei die Bestrahlungsvorrichtung (20) mit den Strahlelementen (30-35) zum Bewegen der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen über das Ausgangsmaterial (40) relativ zu dem Substrat (50) um eine Drehachse (80), wobei die Drehachse (80) die Oberfläche des Substrats (50) im Wesentlichen senkrecht schneidet drehbar ausgebildet ist, wobei die Ausrichtung der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen der Strahlelemente (30-35) relativ zu der Bestrahlungsvorrichtung (20) im Wesentlichen unveränderlich ist, wobei die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstahlen unterschiedliche Abstände zu der Drehachse (80) aufweisen.A production device (10) is proposed for the additive production of an object from a starting material (40) arranged on a substrate (50) by melting and / or sintering the starting material (40), the production device (10) having an irradiation device (20) , wherein the irradiation device (20) has a plurality of beam elements (30-35), the beam elements (30-35) each being designed to radiate a light beam, in particular a laser beam, and / or an electron beam onto the starting material (40), wherein the irradiation device (20) with the beam elements (30-35) for moving the light beams and / or electron beams over the starting material (40) relative to the substrate (50) around an axis of rotation (80), the axis of rotation (80) being the surface of the substrate (50) is designed to be rotatable essentially intersects perpendicularly, the alignment of the light beams and / or electron beams of the beam Elements (30-35) relative to the irradiation device (20) is essentially invariable, the light beams and / or electron beams having different distances from the axis of rotation (80).
Description
Die Erfindung betrifft eine Herstellungsvorrichtung zum additiven Herstellen und ein Verfahren zum additiven Herstellen.The invention relates to a manufacturing device for additive manufacturing and a method for additive manufacturing.
Stand der TechnikState of the art
Bei bekannten Herstellungsvorrichtungen zur additiven Herstellung eines Objekts ist die Aufbaugeschwindigkeit, d.h. die Menge des Materials, die pro Zeiteinheit dem Objekt hinzugefügt wird, gegenüber der Abtraggeschwindigkeit bei konventionellen subtraktiven Fertigungsverfahren (z.B. Drehen, Fräsen, Honen), d.h. die Abbaurate von Material pro Zeiteinheit, deutlich geringer. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Material Metall umfasst. Bisher bekannte Verfahren z.B. das strahlbasierte Pulverbettverfahren weist das Problem auf, dass die Aufbaurate nicht sehr hoch ist und eine schlechte Reproduzierbarkeit durch Inhomogenitäten im Prozess vorhanden ist.In known manufacturing devices for additive manufacturing of an object, the build-up speed, i.e. the amount of material that is added to the object per unit of time, compared to the removal speed in conventional subtractive manufacturing processes (e.g. turning, milling, honing), i.e. the rate of material degradation per unit of time, much lower. This is particularly true when the material comprises metal. Methods known up to now, e.g. the jet-based powder bed method, have the problem that the build-up rate is not very high and there is poor reproducibility due to inhomogeneities in the process.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Herstellungsvorrichtung zum additiven Herstellen eines Objekts bzw. ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Objekts aufzuzeigen, die bzw. das technisch einfach ist und eine hohe Aufbaurate aufweist.The invention is based on the object of providing a manufacturing device for additive manufacturing of an object or a method for additive manufacturing of an object, which is technically simple and has a high build-up rate.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 12 gelöst.This object is achieved by the subject matter of independent claim 1 or by the subject matter of independent claim 12.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Herstellungsvorrichtung zum additiven Herstellen eines Objekts aus einem auf einem Substrat angeordneten Ausgangsmaterial mittels Schmelzen und/oder Sintern des Ausgangsmaterials gelöst, wobei die Herstellungsvorrichtung eine Bestrahlungsvorrichtung aufweist, wobei die Bestrahlungsvorrichtung eine Vielzahl von Strahlelementen aufweist, wobei die Strahlelemente jeweils zum Strahlen eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, und/oder eines Elektronenstrahls auf das Ausgangsmaterial ausgebildet sind, wobei die Bestrahlungsvorrichtung zum Bewegen der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen über das Ausgangsmaterial relativ zu dem Substrat um eine Drehachse, wobei die Drehachse die Oberfläche des Substrats im Wesentlichen senkrecht schneidet, drehbar ausgebildet ist, wobei die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstahlen unterschiedliche Abstände zu der Drehachse aufweisen.In particular, the object is achieved by a production device for the additive production of an object from a starting material arranged on a substrate by means of melting and / or sintering the starting material, the production device having an irradiation device, the irradiation device having a plurality of radiation elements, the radiation elements each for Beams of a light beam, in particular a laser beam, and / or an electron beam are formed on the starting material, the irradiation device for moving the light beams and / or electron beams over the starting material relative to the substrate about an axis of rotation, the axis of rotation being the surface of the substrate essentially cuts perpendicular, is designed to be rotatable, wherein the light beams and / or electron beams have different distances from the axis of rotation.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Herstellungsvorrichtung eine hohe Aufbaurate aufweist, d.h. eine große Menge bzw. Masse an Material dem Objekt pro Zeiteinheit hinzugefügt werden kann. Insbesondere wenn das Ausgangsmaterial Metall bzw. Metallpulver umfasst, kann die Herstellungsvorrichtung eine hohe Aufbaurate aufweisen. Zudem ist die Herstellungsvorrichtung technisch einfach aufgebaut. Die Vielzahl an Strahlelementen kann z.B. ein Dutzend, mehrere Dutzend, mehrere hundert oder ca. tausend Strahlelemente oder mehr aufweisen. Jedes Strahlelement kann eine Fokussieroptik aufweisen. Möglich ist auch, dass mehrere Strahlelemente eine gemeinsame Fokussieroptik aufweisen. Die Strahlelemente können von einer gemeinsamen Lichtquelle versorgt werden. So kann die Herstellungsvorrichtung z.B. bei einem Laser mit einer Leistung von 30 kW bei 1000 Lichtöffnungen durch jede der Lichtöffnungen einen Laserstrahl mit einer Leistung von 30 W abgeben. Die Leistung bzw. Intensität des Lichtstrahls des jeweiligen Strahlelements kann einzeln steuerbar sein. Die Bestrahlungsvorrichtung ist relativ zu dem Substrat beweglich, d.h. das Substrat mit dem Ausgangsmaterial kann aktiv bewegt werden und/oder die Bestrahlungsvorrichtung mit den Strahlelementen kann aktiv bewegt werden. Die Drehbewegung kann zudem kontinuierlich durchgeführt werden. Es muss kein Zurückfahren auf einen Startpunkt bzw. kein Hin- und Herfahren durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich, beliebig gestaltete, insbesondere auch kubusförmige Elemente, herzustellen. Es ist möglich, dass keine Translationsbewegung der Bestrahlungsvorrichtung stattfindet, sondern ausschließlich eine Drehung.An advantage of this is that the manufacturing device has a high build-up rate, i.e. a large amount or mass of material can be added to the object per unit of time. In particular if the starting material comprises metal or metal powder, the production device can have a high build-up rate. In addition, the manufacturing device has a technically simple structure. The large number of radiating elements can have, for example, a dozen, several dozen, several hundred or about a thousand radiating elements or more. Each beam element can have focusing optics. It is also possible for several beam elements to have a common focusing optics. The radiating elements can be supplied by a common light source. For example, in the case of a laser with a power of 30 kW and 1000 light openings, the manufacturing device can emit a laser beam with a power of 30 W through each of the light openings. The power or intensity of the light beam of the respective radiating element can be individually controllable. The irradiation device is movable relative to the substrate, i.e. the substrate with the starting material can be actively moved and / or the irradiation device with the radiation elements can be actively moved. The rotary movement can also be carried out continuously. There is no need to go back to a starting point or to go back and forth. In addition, it is possible to produce elements of any desired design, in particular also cube-shaped elements. It is possible that there is no translational movement of the irradiation device, but only a rotation.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum additiven Herstellen eines Objekts aus einem auf einem Substrat angeordneten Ausgangsmaterials gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Drehen einer Bestrahlungsvorrichtung umfassend eine Vielzahl von Strahlelementen zum Strahlen eines Lichtstrahls und/oder eines Elektronenstrahls auf das Ausgangsmaterial um eine Drehachse zum Bewegen der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen über das Ausgangsmaterial relativ zu dem Substrat und Strahlen von Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen aus den Strahlelementen auf das Ausgangsmaterial, wobei die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstahlen unterschiedliche Abstände zu der Drehachse aufweisen, und wobei die Drehachse die Oberfläche des Substrats im Wesentlichen senkrecht schneidet.In particular, the object is also achieved by a method for additive manufacturing of an object from a starting material arranged on a substrate, the method comprising the following steps: rotating an irradiation device comprising a plurality of beam elements for irradiating a light beam and / or an electron beam onto the starting material an axis of rotation for moving the light beams and / or electron beams over the starting material relative to the substrate and beams of light beams and / or electron beams from the beam elements onto the starting material, the light beams and / or electron beams having different distances from the axis of rotation, and the axis of rotation intersects the surface of the substrate substantially perpendicularly.
Vorteilhaft hieran ist, dass das Verfahren eine hohe Aufbaurate aufweist. Dies bedeutet, dass mittels des Verfahrens eine große Menge bzw. Masse an Ausgangsmaterial dem Objektiv pro Zeiteinheit hinzugefügt werden kann. Das Ausgangsmaterial kann Metallpulver, Kunststoffpulver und/oder Keramikpulver umfassen oder daraus bestehen. Zudem ist das Verfahren technisch einfach. Insbesondere ist es möglich, dass keine Spiegel oder ähnliches bewegt bzw. gedreht werden, um die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen relativ zu dem Substrat bzw. dem Ausgangsmaterial zu bewegen. Die Vielzahl an Strahlelementen können von einer einzigen Lichtquelle bzw. Elektronenquelle versorgt werden. Die Leistung bzw. Intensität des Lichtstrahls des jeweiligen Strahlelements kann einzeln steuerbar sein. Die Bestrahlungsvorrichtung wird relativ zu dem Substrat bewegt, d.h. das Substrat mit dem Ausgangsmaterial kann aktiv bewegt werden und/oder die Bestrahlungsvorrichtung kann aktiv bewegt werden. Die Drehbewegung kann zudem kontinuierlich durchgeführt werden. Es muss kein Zurückfahren auf einen Startpunkt durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich, beliebig gestaltete, insbesondere auch kubusförmige Elemente, herzustellen. Es ist möglich, dass keine Translationsbewegung der Bestrahlungsvorrichtung bzw. Strahlelemente stattfindet, sondern ausschließlich eine Drehung.The advantage here is that the method has a high build-up rate. This means that a large amount or mass of starting material can be added to the objective per unit of time by means of the method. The starting material can comprise or consist of metal powder, plastic powder and / or ceramic powder. In addition, the process is technically simple. In particular, it is possible that no mirrors or the like are moved or rotated in order to move the light beams and / or electron beams relative to the substrate or the starting material. The A large number of radiation elements can be supplied by a single light source or electron source. The power or intensity of the light beam of the respective radiating element can be individually controllable. The irradiation device is moved relative to the substrate, ie the substrate with the starting material can be actively moved and / or the irradiation device can be actively moved. The rotary movement can also be carried out continuously. There is no need to go back to a starting point. In addition, it is possible to produce elements of any desired design, in particular also cube-shaped elements. It is possible that there is no translational movement of the irradiation device or beam elements, but only rotation.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung ist die Ausrichtung der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen der Strahlelemente relativ zu der Bestrahlungsvorrichtung im Wesentlichen unveränderlich. Vorteilhaft hieran ist, dass die Herstellungsvorrichtung technisch besonders einfach und robust aufgebaut sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass die Herstellungsvorrichtung keine verstellbaren bzw. drehbaren Spiegel aufweist. Die Richtung, in die die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen die Bestrahlungsvorrichtung verlassen, kann relativ bzw. in Bezug zu der Bestrahlungsvorrichtung stets im Wesentlichen gleich sein.According to one embodiment of the production device, the alignment of the light beams and / or electron beams of the beam elements relative to the irradiation device is essentially invariable. The advantage of this is that the manufacturing device can be constructed in a technically particularly simple and robust manner. In particular, it is possible that the production device does not have any adjustable or rotatable mirrors. The direction in which the light beams and / or electron beams leave the irradiation device can always be essentially the same relative to or in relation to the irradiation device.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung sind die Strahlelemente nicht entlang einer Geraden angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass ein Balling des Ausgangsmaterials bzw. ein Zusammenfließen von verflüssigtem Ausgangsmaterials zu großen Teilen verhindert wird.According to one embodiment of the production device, the beam elements are not arranged along a straight line. One advantage of this is that balling of the starting material or a confluence of liquefied starting material is prevented to a large extent.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung sind die Strahlelemente derart angeordnet und ausgebildet, dass beim Drehen der Bestrahlungsvorrichtung mit den Strahlelementen um die Drehachse die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen entlang von Kreisen auf dem Ausgangsmaterial bewegt werden, wobei die Kreise zueinander äquidistant verlaufen. Hierdurch kann das Ausgangsmaterial besonders gleichmäßig bearbeitet werden.According to one embodiment of the manufacturing device, the beam elements are arranged and designed such that when the irradiation device with the beam elements is rotated about the axis of rotation, the light beams and / or electron beams are moved along circles on the starting material, the circles being equidistant from one another. As a result, the starting material can be processed particularly evenly.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung sind die Strahlelemente in der Bestrahlungsvorrichtung entlang einer archimedischen Spirale oder entlang von archimedischen Spiralen angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass in jede Fläche bzw. jedes Flächenelement des Ausgangsmaterials bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Bestrahlungsvorrichtung die gleiche mittlere Energie mittels der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen eingebracht wird. Insbesondere ist der zeitliche Abstand zwischen dem Bearbeiten eines ersten Bereichs des Ausgangsmaterials mit einem Lichtstrahl und/oder Elektronenstrahl aus einem ersten Strahlelement und dem Bearbeiten eines zu dem ersten Bereich unmittelbar benachbarten zweiten Bereichs des Ausgangsmaterials mit einem Lichtstrahle und/oder Elektronenstrahl aus einem zu dem ersten Strahlelement unmittelbar benachbarten Strahlelement stets gleich groß. Hierdurch wird ein Balling bzw. Zusammenschmelzen oder Zusammenlaufen des Ausgangsmaterials besonders zuverlässig verhindert.According to one embodiment of the production device, the radiation elements in the irradiation device are arranged along an Archimedean spiral or along Archimedean spirals. This ensures that the same average energy is introduced into each surface or each surface element of the starting material at a constant angular velocity of the irradiation device by means of the light beams and / or electron beams. In particular, the time interval between the processing of a first area of the starting material with a light beam and / or electron beam from a first beam element and the processing of a second area of the starting material immediately adjacent to the first area with a light beam and / or electron beam from one to the first is Radiant element immediately adjacent radiant element always the same size. This prevents the starting material from balling or melting together or converging in a particularly reliable manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung umfasst die Herstellungsvorrichtung ferner eine Druckerzeugungseinheit zum Zusammendrücken des Ausgangsmaterials, wobei die Druckerzeugungseinheit eine für die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen durchgängige Platte zum Aufliegen auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials und mindestens eine Luftdüse mit einem ersten Querschnitt zum Einblasen von Luft in das Ausgangsmaterial umfasst, wobei der erste Querschnitt kleiner als der Abstand zwischen dem Substrat und der Platte ist. Vorteilhaft hieran ist, dass das derart zusammengedrückte Ausgangsmaterial das teilhergestellte Objekt mechanisch stützen kann. Zudem wird durch den gegenüber dem ersten Querschnitt größeren Abstand zwischen dem Substrat und der Platte ein Wegblasen des (pulverförmigen) Ausgangsmaterials durch die Luft der Druckerzeugungseinheit technisch einfach vermieden. Durch die Druckerzeugungseinheit kann ein Kleben bzw. Haften des Ausgangsmaterials an der Platte sicher verhindert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Druck, der von der Platte auf das Ausgangsmaterial erzeugt wird, einen konstanten Wert aufweisen kann.According to one embodiment of the manufacturing device, the manufacturing device further comprises a pressure generating unit for compressing the starting material, wherein the pressure generating unit has a plate that is continuous for the light beams and / or electron beams to rest on the surface of the starting material and at least one air nozzle with a first cross section for blowing air into the Comprises starting material, wherein the first cross section is smaller than the distance between the substrate and the plate. The advantage of this is that the starting material compressed in this way can mechanically support the partially manufactured object. In addition, due to the greater distance between the substrate and the plate compared to the first cross section, blowing away the (powdery) starting material by the air of the pressure generating unit is technically simply avoided. The pressure generating unit can reliably prevent the starting material from sticking to the plate. Another advantage is that the pressure generated by the plate on the starting material can have a constant value.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung sind die Strahlelemente derart angeordnet, dass jeder Punkt des Substrats, insbesondere eines rechteckigen Substrats, von einem der Strahlelemente mit einem vorgegebenen Höchstabstand überstreichbar ist, wobei der Höchstabstand in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Substrats gemessen wird. Vorteilhaft hieran ist, dass das Ausgangsmaterial großflächig bearbeitbar ist. Zudem kann ein Objekt hergestellt werden, das besonders stabil ist.According to one embodiment of the production device, the radiation elements are arranged such that each point of the substrate, in particular a rectangular substrate, can be covered by one of the radiation elements with a predetermined maximum distance, the maximum distance being measured in a direction parallel to a surface of the substrate. The advantage here is that the starting material can be processed over a large area. In addition, an object can be produced that is particularly stable.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung ist die Bestrahlungsvorrichtung derart ausgebildet, dass die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen im Wesentlichen parallel zur Drehachse verlaufen. Hierdurch kann die Herstellungsvorrichtung technisch besonders einfach ausgebildet sein.According to one embodiment of the production device, the irradiation device is designed in such a way that the light beams and / or electron beams run essentially parallel to the axis of rotation. As a result, the manufacturing device can be designed in a technically particularly simple manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung ist die Bestrahlungsvorrichtung derart ausgebildet, dass jeder Punkt des, insbesondere rechteckigen, Substrats, der sich innerhalb des Kreises befindet, entlang dem der radial äußerste Lichtstrahl und/oder Elektronenstahl geführt wird, mittels eines Lichtstrahls und/oder Elektronenstrahls bearbeitbar ist. Hierdurch kann das Ausgangsmaterial auf dem Substrat umfassend bearbeitet werden.According to one embodiment of the production device, the irradiation device is designed such that each point of the, in particular rectangular, substrate that is located within the circle, along which the radially outermost Light beam and / or electron beam is guided, can be processed by means of a light beam and / or electron beam. As a result, the starting material on the substrate can be processed comprehensively.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung weist das Substrat eine durchgehende Oberfläche ohne Aussparung auf. Vorteilhaft hieran ist, dass kein Ausgangsmaterial durch eine Aussparung herabfallen kann. Zudem können hierdurch Objekte mit einer Vielzahl unterschiedlicher Geometrien, z.B. auch kubusförmige Objekte, hergestellt werden.According to one embodiment of the production device, the substrate has a continuous surface without a cutout. The advantage here is that no starting material can fall down through a recess. In addition, objects with a large number of different geometries, e.g. also cube-shaped objects, can be produced.
Gemäß einer Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung ist die Herstellungsvorrichtung zum Strahlen mehrerer Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen gleichzeitig auf das Ausgangsmaterial ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Ausgangsmaterial besonders schnell bzw. eine große Fläche des Ausgangsmaterials in kurzer Zeit bearbeitet werden kann.According to one embodiment of the production device, the production device is designed to project several light beams and / or electron beams simultaneously onto the starting material. One advantage of this is that the starting material can be processed particularly quickly or a large area of the starting material can be processed in a short time.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Ausrichtung der Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen der Strahlelemente relativ zu der Bestrahlungsvorrichtung im Wesentlichen nicht verändert. Vorteilhaft hieran ist, dass das Verfahren mit einer technisch besonders einfach ausgebildeten Herstellungsvorrichtung ausgeführt werden kann.According to one embodiment of the method, the alignment of the light beams and / or electron beams of the beam elements is essentially not changed relative to the irradiation device. The advantage of this is that the method can be carried out with a technically particularly simple manufacturing device.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden beim Drehen der Bestrahlungsvorrichtung mit den Strahlelementen um die Drehachse die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen entlang von Kreisen auf dem Ausgangsmaterial bewegt, wobei die Kreise zueinander äquidistant verlaufen. Hierdurch wird das Ausgangsmaterial besonders gleichmäßig bearbeitet.According to one embodiment of the method, when the irradiation device with the beam elements is rotated about the axis of rotation, the light beams and / or electron beams are moved along circles on the starting material, the circles running equidistant from one another. As a result, the starting material is processed particularly evenly.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Drehgeschwindigkeit der Bestrahlungsvorrichtung relativ zum Substrat derart gewählt, dass nach dem Schmelzen eines ersten Bereichs des Ausgangsmaterials durch einen ersten Lichtstrahl und/oder Elektronenstrahl der erste Bereich des Ausgangsmaterials wieder erstarrt, bevor ein zu dem ersten Bereich unmittelbar benachbarter zweiter Bereich durch einen zweiten Lichtstrahl und/oder Elektronenstrahl geschmolzen wird. Vorteilhaft hieran ist, dass ein Balling bzw. Zusammenlaufen des geschmolzenen Ausgangsmaterials besonders zuverlässig verhindert wird.According to one embodiment of the method, the speed of rotation of the irradiation device relative to the substrate is selected such that after a first area of the starting material has melted by a first light beam and / or electron beam, the first area of the starting material solidifies again before a second area immediately adjacent to the first area Area is melted by a second light beam and / or electron beam. The advantage here is that balling or convergence of the molten starting material is particularly reliably prevented.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Bestrahlungsvorrichtung relativ zu dem Substrat derart bewegt, dass die Lichtstrahlen und/oder die Elektronenstrahlen zumindest Teile des Ausgangsmaterials zeitlich versetzt zueinander nur teilweise überschneidend überstreichen. Ein Vorteil hiervon ist, dass ein Objekt mit einer besonders hohen mechanischen Stabilität hergestellt werden kann. Insbesondere kann somit Ausgangsmaterial, das mit unterschiedlichen Strahlen erwärmt wird, miteinander verbunden werden.According to one embodiment of the method, the irradiation device is moved relative to the substrate in such a way that the light beams and / or the electron beams sweep over at least parts of the starting material, offset in time, only partially overlapping. One advantage of this is that an object with a particularly high mechanical stability can be produced. In particular, starting material that is heated with different beams can thus be connected to one another.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsmaterial mittels einer Druckerzeugungseinheit zusammengedrückt, wobei eine für die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen durchgängige Platte der Druckerzeugungseinheit auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials aufliegt und wobei Luft durch mindestens eine Luftdüse der Druckerzeugungseinheit mit einem ersten Querschnitt in das Ausgangsmaterial geblasen wird, wobei der erste Querschnitt größer als der Abstand zwischen dem Substrat und der Platte ist. Vorteilhaft hieran ist, dass das Ausgangsmaterial das teilhergestellte Objekt mechanisch besonders gut stützen kann. Somit können besonders fragile Objekt hergestellt werden. Zudem kann der Druck auf das Ausgangsmaterial konstant gehalten werden. Darüber hinaus wird ein Anhaften von Ausgangsmaterial an der Platte sicher vermiden.According to one embodiment of the method, the starting material is compressed by means of a pressure generating unit, a plate of the pressure generating unit that is continuous for the light beams and / or electron beams resting on the surface of the starting material and air being blown through at least one air nozzle of the pressure generating unit with a first cross section into the starting material wherein the first cross section is greater than the distance between the substrate and the plate. The advantage of this is that the starting material can mechanically support the partially manufactured object particularly well. In this way, particularly fragile objects can be produced. In addition, the pressure on the starting material can be kept constant. In addition, the starting material is reliably prevented from sticking to the plate.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird Ausgangsmaterial auf das Substrat und/oder bereits vorhandenes Ausgangsmaterial auf dem Substrat mittels einer Düse aufgebracht, während die Lichtstrahlen und/oder Elektronenstrahlen Ausgangsmaterial auf dem Material erwärmen. Vorteilhaft hieran ist, dass das Erwärmen des Ausgangsmaterials und das Aufbringen weiteren Ausgangsmaterials gleichzeitig durchgeführt werden kann. Somit kann der Prozess des additiven Herstellens ununterbrochen durchgeführt werden. Folglich werden besonders hohe Aufbauraten erreicht. Insbesondere bei einer sich drehenden Bestrahlungsvorrichtung kann permanent, d.h. ohne Unterbrechungen, dem Objekt Material hinzugefügt werden.According to one embodiment of the method, starting material is applied to the substrate and / or starting material already present on the substrate by means of a nozzle, while the light beams and / or electron beams heat the starting material on the material. The advantage here is that the heating of the starting material and the application of further starting material can be carried out at the same time. Thus, the process of additive manufacturing can be carried out without interruption. As a result, particularly high build-up rates are achieved. In particular with a rotating irradiation device, material can be added to the object permanently, i.e. without interruptions.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Substrat aktiv bewegt. Vorteilhaft hieran ist, dass die Bestrahlungsvorrichtung technisch einfach ausgebildet sein kann. Zudem weist das Substrat mit dem Ausgangsmaterial oftmals eine geringere Masse als die Bestrahlungsvorrichtung auf, so dass wenig Energie bzw. Kraft zur Bewegung des Substrats mit dem Ausgangsmaterial benötigt wird.According to one embodiment of the method, the substrate is actively moved. The advantage here is that the irradiation device can be designed in a technically simple manner. In addition, the substrate with the starting material often has a lower mass than the irradiation device, so that little energy or force is required to move the substrate with the starting material.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen
-
1 eine Aufsicht auf Strahlelemente einer Bestrahlungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung; -
2 eine Aufsicht auf Strahlelemente einer Bestrahlungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung; -
3 eine Querschnittsansicht der Herstellungsvorrichtung der2 ; und -
4 eine Aufsicht auf Strahlelemente einer Bestrahlungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung.
-
1 a plan view of beam elements of an irradiation device of a first embodiment of the manufacturing device according to the invention; -
2 a plan view of beam elements of an irradiation device of a second embodiment of the manufacturing device according to the invention; -
3rd Figure 3 is a cross-sectional view of the manufacturing apparatus of Figure 12 ; and -
4th a plan view of radiation elements of an irradiation device of a third embodiment of the production device according to the invention.
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.In the following description, the same reference numerals are used for identical and identically acting parts.
Die Herstellungsvorrichtung
Die Herstellungsvorrichtung
Das Objekt, das mittels der Herstellungsvorrichtung
Das Substrat
Die Bestrahlungsvorrichtung
Der Lichtstrahl kann einen Laserstrahl umfassen oder der Lichtstrahl kann ein Laserstrahl sein. Beispielsweise weist die Bestrahlungsvorrichtung
Die Anzahl an Strahlelementen
Die Bestrahlungsvorrichtung
Die Strahlelemente
Der Strahl schmilzt oder sintert das Ausgangsmaterial
Die Strahlelemente
Die Schichtdicke, die von dem Lichtstrahl und/oder Elektronenstrahl bearbeitet bzw. verarbeitet wird, kann im Bereich von ca. 10 µm bis ca. 50 µm, z.B. bei ca. 25 µm, liegen. The layer thickness that is processed or processed by the light beam and / or electron beam can be in the range from approx. 10 µm to approx. 50 µm, e.g. approx. 25 µm.
Die Bestrahlungsvorrichtung
Während die Bestrahlungsvorrichtung
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Strahlelemente
Die Strahlelemente
Die Bestrahlungsvorrichtung
Die Bestrahlungsvorrichtung
Die Strahlelemente
Während des Bestrahlens des Ausgangsmaterials
Das Ausgangsmaterial
Es ist möglich, dass das Ausgangsmaterial
Durch das Zusammendrücken des Ausgangsmaterials
Das poröse Material des Luftlagers kann Keramik, Kupfer und/oder Kohlenstoff umfassen oder daraus bestehen. Das Luftlager bzw. die Luft des Luftlagers kann auf eine Temperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur und/oder Sintertemperatur des Ausgangsmaterials
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- HerstellungsvorrichtungManufacturing device
- 2020th
- BestrahlungsvorrichtungIrradiation device
- 30-3530-35
- StrahlelementRadiating element
- 4040
- AusgangsmaterialSource material
- 5050
- SubstratSubstrate
- 60, 6160, 61
- LichtquelleLight source
- 7070
- BewegungsrichtungDirection of movement
- 8080
- DrehachseAxis of rotation
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019131635.9A DE102019131635A1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | MANUFACTURING DEVICE FOR MANUFACTURING ADDITIVES AND METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVES |
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DE102019131635.9A DE102019131635A1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | MANUFACTURING DEVICE FOR MANUFACTURING ADDITIVES AND METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVES |
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DE102019131635A1 true DE102019131635A1 (en) | 2021-05-27 |
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DE102019131635.9A Withdrawn DE102019131635A1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | MANUFACTURING DEVICE FOR MANUFACTURING ADDITIVES AND METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVES |
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CN114101705A (en) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 鑫精合激光科技发展(北京)有限公司 | Laser scanning path planning method and additive manufacturing method |
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