DE102019212680A1 - Device for the production of objects by building them up in layers from powdery material with binder jetting and sintering / melting - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus Pulverwerkstoff mittels einer Bestrahlungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen (24) ferner eine Bindemittelaufbringvorrichtung (30) umfasst zum ortsselektivem Auftragen von Bindemittel (32) auf die jeweils zuletzt zur Aktualisierung des Baufeldes präparierte Werkstoffpulverschicht (20) in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstandes (24) oder ggf. der betreffenden Gegenstände, wobei das Bindemittel geeignet ist, mindestens eine Art von Werkstoffpulver zu verfestigen und/oder zu verbinden, bevorzugt die erste Art von Werkstoffpulver. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a generic device for producing objects by building them up in layers from powder material by means of an irradiation device, the device for producing objects (24) further comprising a binding agent application device (30) for the locally selective application of binding agent (32) to the last for updating of the construction site prepared material powder layer (20) in a cross-sectional area of the relevant object (24) or possibly the relevant objects assigned to this layer, the binding agent being suitable for solidifying and / or bonding at least one type of material powder, preferably the first type of Material powder. The invention also relates to a corresponding method.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff bzw. aus Werkstoffpulver in einem Bauprozess, umfassend:
- - ein Bauvolumengehäuse mit einer seitlichen Umfangswandung,
- - eine Basisplattenanordnung mit einer Basisplatte zur Stützung eines Baufeldes, wobei die Umfangswandung und die Basisplattenanordnung relativ zueinander mittels einer Antriebsanordnung bewegbar sind, um das innere Volumen des Bauvolumengehäuses oberhalb der Basisplattenanordnung zu variieren,
- - eine Funktionseinrichtung mit einer Pulverschichtenpräparationseinrichtung zur Bildung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht zur Aktualisierung des Baufeldes,
- - eine Bestrahlungseinrichtung zur ortsselektiven Bestrahlung der jeweils zuletzt zur Aktualisierung des Baufeldes präparierten Werkstoffpulverschicht in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden herzustellenden Gegenstandes oder ggf. der betreffenden Gegenstände mit Strahlung, insbesondere mit Laserstrahlung, wobei die Strahlung geeignet ist, mindestens eine erste Art von Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder zum Versintern zu bringen, und
- - einem oberen Prozessraumgehäuse zur Bereitstellung eines während eines Bauprozesses gegenüber der Außenumgebung abgedichteten Hohlraumes über dem Baufeld.
- - a structural volume housing with a lateral peripheral wall,
- - A base plate arrangement with a base plate for supporting a construction field, wherein the peripheral wall and the base plate arrangement are movable relative to one another by means of a drive arrangement in order to vary the inner volume of the building volume housing above the base plate arrangement,
- - a functional device with a powder layer preparation device for the formation of a respective material powder layer for updating the construction area,
- - an irradiation device for the location-selective irradiation of the material powder layer last prepared to update the construction area in a cross-sectional area of the relevant object to be manufactured or possibly the relevant objects with radiation, in particular with laser radiation, which radiation is suitable for at least one first type of material powder to fuse or sinter in this cross-sectional area by heating, and
- - An upper process space housing for providing a cavity above the construction field that is sealed off from the outside environment during a construction process.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern nach dem Prinzip des selektiven Laserschmelzens oder des selektiven Lasersinterns. Zum Stand der Technik betreffend das Gebiet des selektiven Laserschmelzens kann z.B. auf die
Es ist bekannt, dass mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens Formkörper, wie etwa Maschinenteile, Werkzeuge, Prothesen, Schmuckstücke usw. entsprechend Geometriebeschreibungsdaten der entsprechenden Formkörper durch schichtweises Aufbauen aus metallischem oder keramischem Werkstoffpulver hergestellt werden können, wobei in einem Herstellungsprozess nacheinander mehrere Pulverschichten übereinander aufgebracht werden und jede Pulverschicht vor dem Aufbringen der nächstfolgenden Pulverschicht mit einem normalerweise fokussierten Laserstrahl in einem vorgegebenen Bereich, der einem ausgewählten Querschnittsbereich des Modells des Formkörpers entspricht, erhitzt wird, so dass das Werkstoffpulver in den bestrahlten Bereichen zu zusammenhängend verfestigten Abschnitten umgeschmolzen wird. Der Laserstrahl wird dabei jeweils entsprechend den Geometriebeschreibungsdaten des ausgewählten Querschnittsbereichs des Formkörpers oder ggf. daraus abgeleiteten Daten über die jeweilige Pulverschicht geführt. Das Werkstoffpulver wird bei dem selektiven Laserschmelzen normalerweise als bindemittel- und flussmittelfreies, metallisches, keramisches oder gemischt metallisch/-keramisches Werkstoffpulver aufgebracht und durch den Laserstrahl auf seine Schmelztemperatur erhitzt, wobei die Energie des Laserstrahls so gewählt wird, dass das Werkstoffpulver an der Auftreffstelle des Laserstrahls über seine gesamte Schichtdicke möglichst vollständig aufgeschmolzen wird. Über der Zone der Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstoffpulver wird üblicherweise eine Schutzgas-Atmosphäre, z.B. ArgonAtmosphäre, aufrechterhalten.It is known that with the method of selective laser melting moldings such as machine parts, tools, prostheses, pieces of jewelry etc. can be produced in accordance with geometry description data of the corresponding moldings by building up layers of metallic or ceramic material powder, with several layers of powder being applied one on top of the other in one production process and each powder layer is heated with a normally focused laser beam in a predetermined area, which corresponds to a selected cross-sectional area of the model of the shaped body, before the application of the next powder layer, so that the material powder in the irradiated areas is remelted to form cohesive solidified sections. The laser beam is guided over the respective powder layer in accordance with the geometry description data of the selected cross-sectional area of the shaped body or possibly data derived therefrom. In selective laser melting, the material powder is normally applied as a binder- and flux-free, metallic, ceramic or mixed metallic / ceramic material powder and heated to its melting temperature by the laser beam, the energy of the laser beam being selected so that the material powder is at the point of impact The laser beam is melted as completely as possible over its entire layer thickness. A protective gas atmosphere, e.g. argon atmosphere, is usually maintained above the zone of interaction between the laser beam and the material powder.
Anstatt den Werkstoff zu schmelzen ist es auch bekannt auf vergleichbare Art einen Gegenstand aufzubauen, aber mittels des Lasers einen Sinterprozess auszulösen. Hierfür müssen allerdings meist Mischstoffe als Werkstoffpulver verwendet werden.Instead of melting the material, it is also known to build up an object in a comparable way, but to trigger a sintering process using the laser. For this, however, mixed materials usually have to be used as material powder.
Im Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt aus pulverförmigen Ausgangsmaterial Gegenstände herzustellen mittels Binder-Jetting. Dabei wird ebenfalls schichtweise Werkstoffpulver aufgetragen. Hierbei kann es sich im Prinzip um anderes Werkstoffpulver als beim selektiven Laserschmelzen handeln. Jedoch kann eben auch mittels Binder-Jetting ein metallischer und/oder keramischer Formkörper aufgebaut werden durch Verwendung eines metallischen und/oder keramischen Werkstoffpulvers.In the prior art it is also known to produce objects from powdered starting material by means of binder jetting. Material powder is also applied in layers. In principle, this can be a different material powder than for selective laser melting. However, a metallic and / or ceramic shaped body can also be built up by means of binder jetting by using a metallic and / or ceramic material powder.
Anstelle eines Verschmelzens wird die Verbindung durch ein Verkleben mittels eines Bindemittels herbeigeführt.Instead of fusing, the connection is brought about by gluing using a binding agent.
Dafür wird beispielsweise die aufgebrachte Pulverschicht mit einem Druckkopf ähnlich einem Tintenstrahldrucker überfahren bzw. abgerastert, wobei der Druckkopf ein Bindemittel bzw. einen Binder abgibt, der das Werkstoffpulver verklebt bzw. verbindet.For this purpose, for example, the applied powder layer is scanned over or scanned with a print head similar to an inkjet printer, the print head emitting a binding agent or a binder that glues or connects the material powder.
Es kann aber auch ein direkt mit dem Bindemittel vermischtes Werkstoffpulver abgegeben werden und auf die Pulverschicht wird selektiv in einer Weise eingewirkt, die das Bindemittel aktiviert, um eine Verbindung/Verklebung herbeizuführen. Dies kann beispielsweise mit einer UV-Lampe erzeugt werden, die die insgesamt mit UV-aktivierbarem Bindemittel versehene Pulverschicht ähnlich abrastert wie ein das Bindemittel abgebender Druckkopf.However, a material powder mixed directly with the binding agent can also be dispensed and the powder layer is acted upon selectively in a manner which activates the binding agent in order to bring about a connection / gluing. This can, for example, be produced with a UV lamp which scans the powder layer provided with UV-activatable binding agent in a manner similar to a print head that emits the binding agent.
Das hierfür genutzte Licht bzw. Lichtquelle unterscheidet sich allerdings technisch meist vom üblichen beim Laserschmelzen genutzten Laser, da es für die Aktivierung oft auf die Wellenlänge des Lichtes ankommt und/oder da das Aktivieren des Bindemittels oft eine erheblich geringere Temperatur benötigt als beispielsweise Schmelztemperaturen von üblichen keramischen oder metallischen Werkstoffpulvern.The light or light source used for this purpose differs from the usual laser used for laser melting, however, because the activation often depends on the wavelength of the light and / or because the activation of the binder often requires a considerably lower temperature than, for example, melting temperatures of the usual ones ceramic or metallic material powders.
Durch Aufbringen/Aktivieren des Bindemittels an den gewünschten Positionen einer Schicht kann ähnlich wie beim Schmelzen entsprechender Positionen beim selektiven Laserschmelzen eine Verfestigung im gewünschten Bereich erzielt werden. In ähnlicher Weise wie beim selektiven Laserschmelzen kann dann durch Verfestigen der jeweils erforderlichen Bereiche in jeder Schicht ein Gegenstand schichtweise aufgebaut werden.By applying / activating the binder at the desired positions of a layer, a solidification in the desired area can be achieved in the same way as when melting corresponding positions in selective laser melting. In a manner similar to selective laser melting, an object can then be built up in layers by solidifying the required areas in each layer.
Je nach Werkstoffpulver, Bindemittel und erwünschten Eigenschaften des herzustellenden Gegenstandes muss ein durch Bindemittel verfestigter Körper (Grünteil genannt) und/oder Bereich anschließend noch weiterbehandelt werden, beispielsweise um den Bindemittelanteil zu verringern. Dies kann durch Sintern in einem Sinterofen erfolgen.Depending on the material powder, binder and the desired properties of the object to be manufactured, a body (called green part) and / or area that has been consolidated by the binder must then be further treated, for example in order to reduce the proportion of binder. This can be done by sintering in a sintering furnace.
Dabei gibt es grundsätzliche technische Unterschiede zwischen den beiden Verfahren sowohl hinsichtlich des Vorgangs und der Technik selber als auch hinsichtlich des Ergebnisses bzw. dem hergestellten Gegenstand.There are fundamental technical differences between the two processes, both in terms of the process and the technology itself and in terms of the result or the manufactured item.
So erfordert das Laserschmelzen ein Werkstoffpulver und damit ein Material für den Gegenstand, das in einen Schmelzzustand übergehen oder wenigstens bei Erhitzung ausreichend weich werden kann und anschließend entsprechend gewünschte Eigenschaften aufweist. Damit scheiden für Laserschmelzen alle Materialien aus, bei denen sich durch das Erhitzen unerwünschte Zustandsänderungen ergeben, beispielsweise viele Arten von Plastik/Kunststoff.For example, laser melting requires a material powder and thus a material for the object that can pass into a molten state or at least become sufficiently soft when heated and then has correspondingly desired properties. This means that all materials are ruled out for laser melting that result in undesirable changes in state due to heating, for example many types of plastic.
Hingegen wird für das Binder-Jetting eher ein Material als Werkstoffpulver eingesetzt, für das geeignete Bindemittel existieren.In contrast, binder jetting uses a material rather than material powder for which suitable binders exist.
Selektives Laserschmelzen hat aufgrund der hohen Temperaturen oft erhebliche Anforderungen hinsichtlich der Atmosphäre im Bauvolumengehäuse, da z.B. Oxidationsreaktionen des häufig metallischen Materials unbedingt vermieden werden müssen.Due to the high temperatures, selective laser melting often has considerable requirements with regard to the atmosphere in the bulk housing, as e.g. oxidation reactions of the often metallic material must be avoided.
Beim Binder-Jetting hingegen treten solche hohe Temperaturen nicht zwingend auf. Hingegen darf die Atmosphäre im Arbeitsraum nicht für die Aufbringung des Bindemittels störend sein, beispielsweise hinsichtlich Zirkulation, Druck und Eigenschaften von entsprechendem Schutzgas.In the case of binder jetting, however, such high temperatures do not necessarily occur. In contrast, the atmosphere in the work area must not be disruptive for the application of the binding agent, for example with regard to circulation, pressure and properties of the corresponding protective gas.
Je nach Art des Bindemittels kann es erforderlich sein, es in ausreichendem Abstand von einer eventuellen Pulveraufbringvorrichtung aufzubringen, damit die Pulveraufbringvorrichtung nicht verstopftDepending on the type of binder, it may be necessary to apply it at a sufficient distance from any powder application device so that the powder application device does not clog
Bedingt durch die grundsätzlich anderen technischen Verfahren ergeben sich auch erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Eigenschaften der hergestellten Gegenstände.Due to the fundamentally different technical processes, there are also considerable differences with regard to the properties of the manufactured objects.
So kann die Dichte und damit unter Umständen auch die Stabilität/Festigkeit von mittels Binder-Jetting hergestellten Gegenständen geringer sein, denn je nach genauem Materialpulver und Bindemittel besteht ein solcher Gegenstand letztlich nicht nur aus dem Material des Werkstoffpulvers sondern auch aus dem Bindemittel. Dies ist zwar reduzierbar durch entsprechendes Ausbacken/Sintern der hergestellten Gegenstände.The density and thus, under certain circumstances, the stability / strength of objects manufactured by means of binder jetting can be lower, because depending on the exact material powder and binder, such an object ultimately consists not only of the material of the material powder but also of the binder. This can be reduced by appropriate baking / sintering of the manufactured objects.
Jedoch führt dies zu Volumenveränderungen, wodurch dies nur für solche Gegenstände infrage kommt, bei denen die Volumenänderung unproblematisch ist. Ferner bedeutet dies gerade, dass sich die Hitzebeständigkeit des Gegenstandes eben nicht nur nach dem Werkstoffpulver richtet, sondern auch nach dem eventuell verbleibenden Bindemittel, dessen Anteil und Verteilung innerhalb des fertigen Gegenstandes und Länge und Intensität eines eventuellen Sinterns (hiervon kann die Menge an verbleibenden Bindemittel abhängen).However, this leads to changes in volume, as a result of which this is only an option for objects for which the change in volume is unproblematic. Furthermore, this means that the heat resistance of the object depends not only on the material powder, but also on the possibly remaining binder, its proportion and distribution within the finished object and the length and intensity of any sintering (of which the amount of remaining binder can depend).
Mittels Schmelzen hergestellte Gegenstände können hingegen unmittelbar eine große Festigkeit aufweisen, da sie vollständig aus dem entsprechenden Material des Werkstoffpulvers bestehen, womit bei metallischem oder keramischem Werkstoffpulver eine große Stabilität erzielbar ist und zwar ohne dass sich eine Volumenänderung ergibt.Objects produced by melting, on the other hand, can immediately have a high strength, since they consist entirely of the corresponding material of the material powder, whereby a high stability can be achieved with metallic or ceramic material powder without a change in volume.
Ihre Hitzebeständigkeit ergibt sich aus dem gewählten keramischen oder metallischen Material und kann für die gewünschte Anwendung dementsprechend ausreichend hoch gewählt werden.Their heat resistance results from the chosen ceramic or metallic material and can accordingly be chosen to be sufficiently high for the desired application.
Andererseits ist beim Schmelzen der Energieaufwand natürlich viel höher, die technischen Anforderungen hinsichtlich der Atmosphäre erheblich höher und ferner ist der Zeitaufwand auch erheblich höher. Dies führt insgesamt zu im Allgemeinen höheren Kosten.On the other hand, when melting, the energy expenditure is of course much higher, the technical requirements with regard to the atmosphere are considerably higher and the time expenditure is also considerably higher. Overall, this leads to higher costs.
Ferner sind beim Schmelzen Farbe und Oberflächeneigenschaften durch das gewählte Material vorgegeben, denn die hohen Temperaturen schließen im Allgemeinen die Zugabe von Farbstoffen oder anderen das Material verändernden Mitteln aus.Furthermore, when melting, the color and surface properties are determined by the selected material, because the high temperatures generally rule out the addition of dyes or other agents that change the material.
Beim Binder-Jetting kann hingegen problemlos für unterschiedliche Schichten oder auch unterschiedliche Bereiche innerhalb einer Schicht ein anderer Zusatz hinzugefügt werden, so dass beispielsweise einige Teile des Gegenstandes die eine Farbe haben und andere Teile eine andere Farbe haben, obwohl der Gegenstand insgesamt aus dem gleichen Grundmaterial aufgebaut ist.With binder jetting, on the other hand, another additive can easily be added for different layers or different areas within a layer, so that, for example, some parts of the object have one color and other parts have a different color, even though the object is made from the same basic material is constructed.
Zum Stand der Technik betreffend das Gebiet des Binder-Jettings kann zum Beispiel auf die
Aufgrund der unterschiedlichen Vor- und Nachteile von Binder-Jetting und Schmelzen stellt sich somit die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die mit möglichst geringem Aufwand und möglichst kompakt Zugriff auf die Vorteile beider Methoden eröffnen, wobei für einige Anwendungen auch die Nutzung der Vorteile beider Methoden bei der Herstellung ein und desselben Gegenstandes prinzipiell möglich sein sollen.Due to the different advantages and disadvantages of binder jetting and melting, the task arises of specifying a device and a method which open up access to the advantages of both methods with the least possible effort and as compactly as possible, with the use of the Advantages of both methods in the production of one and the same object should in principle be possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a device according to claim 1 and / or a method according to claim 15. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist die gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen dahingehend ausgebildet, dass die Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen ferner eine Bindemittelaufbringvorrichtung umfasst zum bevorzugt ortsselektiven Auftragen von Bindemittel auf die Werkstoffpulverschicht in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstandes oder ggf. der betreffenden Gegenstände, wobei das Bindemittel geeignet ist, mindestens eine Art von Werkstoffpulver zu verfestigen und/oder zu verbinden, bevorzugt die erste Art von Werkstoffpulver.According to the invention, the generic device for the production of objects is designed in such a way that the device for the production of objects further comprises a binding agent application device for the preferably location-selective application of binding agent to the material powder layer in a cross-sectional area of the object in question or, if applicable, of the objects in question, which is Binder is suitable for solidifying and / or connecting at least one type of material powder, preferably the first type of material powder.
Dadurch können mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wahlweise sowohl Gegenstände mit Binder-Jetting als auch mit Schmelzen schichtweise hergestellt werden, was insbesondere die Notwendigkeit von separaten Vorrichtungen hierfür vermeidet.As a result, with the aid of the device according to the invention, both objects with binder jetting and with melts can optionally be produced in layers, which in particular avoids the need for separate devices for this.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter dahingehend ausgebildet, dass die Funktionseinrichtung mindestens eine Pulverabgabefläche umfasst, durch die das Werkstoffpulver auf das Baufeld aufbringbar ist, wobei die Bindemittelaufbringvorrichtung mindestens eine Bindemittelabgabefläche umfasst, durch die das Bindemittel selektiv auf das Baufeld aufbringbar ist, wobei die Bindemittelabgabefläche von im Wesentlichen gleicher Form wie die Pulverabgabefläche ist, bevorzugt so, dass die von einer Position der Pulverabgabefläche aus mit Pulver versehene Pulverfläche auf dem Baufeld von einer und bevorzugt derselben Position der Bindemittelabgabefläche vollständig mit Bindemittel versehbar ist, wobei bevorzugt die Formen von Pulverabgabefläche und Bindemittelabgabefläche eine im Wesentlichen gleiche Form derart haben, dass sie sich nur durch einen Skalierungsfaktor unterscheiden.According to a preferred embodiment, the device according to the invention is further designed in such a way that the functional device comprises at least one powder delivery surface through which the material powder can be applied to the construction field, the binding agent application device comprising at least one binding agent delivery surface through which the binding agent can be applied selectively to the construction field, wherein the binder release surface is of essentially the same shape as the powder release surface, preferably such that the powder surface provided with powder from one position of the powder release surface on the construction field can be completely provided with binder from one and preferably the same position of the binder release surface, preferably in the form of a powder release surface and the binder delivery surface have a substantially similar shape such that they differ only by a scaling factor.
Durch eine im Wesentlichen gleiche Form von Pulverabgabefläche und Bindemittelabgabefläche kann sehr schnell eine Schicht mittels Binder-Jetting ausgebildet werden, da im selben Tempo Werkstoffpulver und Bindemittel aufbringbar sind, wobei das Bindemittel selektiv an den gewünschten Stellen unter Nutzung der entsprechenden Bereiche der Bindemittelabgabefläche aufgebracht werden kann.A layer can be formed very quickly by means of binder jetting because the powder and binding agent can be applied at the same speed, with the binding agent being applied selectively to the desired locations using the corresponding areas of the binding agent release area, thanks to an essentially identical shape of the powder release surface and the binding agent release surface .
Die genauen Flächenformen unterscheiden sich unter Umständen entsprechend den unterschiedlichen Eigenschaften von Werkstoffpulver und Bindemittel hinsichtlich der Abgabe. Beispielsweise wenn Bindemittel und Werkstoffpulver eine unterschiedlich große Abgabefläche für einen äquivalenten Durchsatz benötigen.The exact surface shapes may differ depending on the different properties of the material powder and binding agent with regard to the release. For example, when the binding agent and the material powder require a different size delivery area for an equivalent throughput.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter dahingehend ausgebildet, dass die Funktionseinrichtung mindestens einen Schieber umfasst, mittels dem das Werkstoffpulver auf dem Baufeld verteilt und/oder geglättet wird, wobei die Bindemittelabgabefläche bevorzugt bezogen auf den Schieber gegenüberliegend zu der Pulverabgabefläche angeordnet ist. Dabei kann sich die Bindemittelabgabefläche ähnlich weit wie der Schieber und/oder wie ein seiner üblichen Bewegungsrichtung gegenüberliegender Rückseitenrand erstrecken und insbesondere auch parallel dazu ausgebildet sein.According to a preferred embodiment, the device according to the invention is further designed in such a way that the functional device comprises at least one slide by means of which the material powder is distributed and / or smoothed on the construction field, the binding agent release surface preferably being arranged in relation to the slide opposite to the powder release surface. In this case, the binding agent delivery surface can extend similarly to the slide and / or like a rear edge opposite its usual direction of movement and in particular can also be configured parallel to it.
Die Pulververteilung bzw. Ausbildung einer Schicht der gewünschten Dicke erfolgt bei gattungsgemäßen Vorrichtungen häufig durch einfaches Verschieben eines Pulverhaufens oder einer Pulveransammlung über das Baufeld. Dabei definiert bzw. bestimmt der Rückseitenrand des Schiebers bzw. der Schieber (wenn mehrere oder mehrteilige Schieber verwendet werden) im Allgemeinen das Ausmaß der mittels einer Bewegung des Schiebers präparierten Teilfläche einer Pulverschicht.The powder distribution or formation of a layer of the desired thickness often takes place in generic devices by simply moving a powder heap or a powder accumulation over the construction field. The rear edge of the slide or the slide (if several or multi-part slides are used) generally defines or determines the extent of the partial surface of a powder layer prepared by means of a movement of the slide.
Durch eine im Wesentlichen zum Schieber äquivalente Ausbildung der Bindemittelabgabefläche kann erreicht werden, dass potentiell immer auch diese gesamte Fläche schnell und selektiv im entsprechend gewünschten Maße mit Bindemittel versehen werden kann ohne dass eine Bewegung der Bindemittelaufbringvorrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers notwendig ist.By means of a design of the binding agent release surface that is essentially equivalent to the slide It can be achieved that this entire area can potentially always be provided with binding agent quickly and selectively to the desired extent without the need to move the binding agent application device transversely to the direction of movement of the slide.
Dadurch muss die Bindemittelabgabefläche bzw. die Bindemittelaufbringvorrichtung nur im gleichen Maße bewegt werden wie der Schieber.As a result, the binding agent delivery surface or the binding agent application device only has to be moved to the same extent as the slide.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter dahingehend ausgebildet, dass die Bindemittelaufbringvorrichtung dazu ausgelegt ist, Bindemittel innerhalb einer Zeiteinheit auf einer Werkstofffläche abzugeben, die gleich oder größer ist als eine Werkstofffläche, die innerhalb der Zeiteinheit mittels der Funktionseinrichtung aufbringbar ist, wobei bevorzugt die Flächenform gleich ist.According to a preferred embodiment, the device according to the invention is further designed in such a way that the binding agent application device is designed to dispense binding agent within a unit of time on a material surface that is equal to or larger than a material surface that can be applied within the time unit by means of the functional device, preferably the Surface shape is the same.
Dies verhindert, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit bzw. Herstellungsgeschwindigkeit durch eine zu geringe Maximalgeschwindigkeit bzw. Maximalmenge der Abgabe von Bindemittel begrenzt ist.This prevents the processing speed or production speed from being limited by too low a maximum speed or maximum amount of the release of binder.
Neben den zuvor genannten Varianten mit Bindemittelabgabefläche passend zur Pulverabgabefläche und/oder zur Form des Schiebers kommt hierfür ebenfalls ergänzend oder alternativ infrage, die Bindemittelaufbringvorrichtung mit größerer Geschwindigkeit als den Schieber bzw. die Pulverabgabefläche zu bewegen und/oder zusätzliche Bewegungskomponenten beispielsweise orthogonal zu einer Hauptbewegungsrichtung vorzusehen. Dann kann die Bindemittelaufbringvorrichtung beispielsweise in einer erster Bewegung hinter einem nur in einer Richtung bewegten Schieber hergeführt werden und zusätzlich dazu orthogonal bewegt werden, um den gesamten Bereich hinter dem Schieber zu erfassen, um so Bindemittel schnell genug in den vorgesehenen Bereichen abzugeben entsprechend der Geschwindigkeit der Präparation der Werkstoffpulverfläche durch den Schieber.In addition to the above-mentioned variants with a binding agent dispensing surface that matches the powder dispensing surface and / or the shape of the slide, it is also possible, in addition or as an alternative, to move the binding agent application device at a greater speed than the slide or the powder dispensing surface and / or to provide additional movement components, for example orthogonally to a main direction of movement . Then the binding agent application device can, for example, be guided in a first movement behind a slide moved in only one direction and additionally moved orthogonally to cover the entire area behind the slide in order to dispense binding agent quickly enough in the intended areas according to the speed of the Preparation of the material powder surface through the slide.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter dahingehend ausgebildet, dass die Bindemittelaufbringvorrichtung mehrere selektiv ansteuerbare Bindemittelabgabeflächen umfasst, durch die das Bindemittel auf das Baufeld aufbringbar ist.According to a preferred embodiment, the device according to the invention is further designed in such a way that the binding agent application device comprises a plurality of selectively controllable binding agent dispensing surfaces through which the binding agent can be applied to the construction field.
Dies erlaubt es, mit mehreren Bindemittelabgabeflächen insgesamt eine große Fläche abzudecken und selektiv Bindemittel abzugeben und gleichzeitig können die Bindemittelabgabeflächen schneller über die ganze Werkstoffpulverschicht geführt werden. Auch lassen sich leichter unterschiedliche Bereiche einer Werkstoffpulverfläche in unterschiedlicher Art ausbilden, nämlich einige durch Aufbringen von Bindemittel und andere durch Schmelzen.This makes it possible to cover a large area with several binding agent release surfaces and to release binding agent selectively and at the same time the binding agent release surfaces can be guided more quickly over the entire material powder layer. It is also easier to form different areas of a material powder surface in different ways, namely some by applying binding agent and others by melting.
Gleichzeitig kann die Bindemittelabgabefläche entsprechend der zuvor erläuterten Varianten trotzdem entsprechend der Pulverabgabefläche und/oder des Schiebers ausgebildet sein.At the same time, the binding agent delivery surface can nevertheless be designed in accordance with the variants explained above in accordance with the powder delivery surface and / or the slide.
Nicht von Bindemittel abgedeckte bzw. ausgebildete Flächenbereiche können dann entsprechend der üblichen Weise durch den Laser geschmolzen werden, da ein solcher Laser bzw. ein das Licht des Lasers umlenkende Scanneroptik im Allgemeinen ohnehin dafür ausgelegt ist, selektiv die Oberfläche abzurastern.Surface areas that are not covered or formed by binder can then be melted by the laser in the usual way, since such a laser or scanner optics deflecting the light from the laser are generally designed to selectively scan the surface anyway.
Es kommt selbstverständlich auch infrage, Bindemittel zu verwenden, das erst noch zusätzlichen Bedingungen ausgesetzt werden muss und/oder aktiviert werden muss, um eine Bindewirkung zu entfalten, wie beispielsweise Erhitzung.It goes without saying that it is also possible to use binding agents which first have to be exposed to additional conditions and / or activated in order to develop a binding effect, such as, for example, heating.
Hierfür kommt im Prinzip eine Erhitzung durch den ohnehin vorgesehenen Laser bzw. dessen Scanneroptik infrage. Aber bevorzugt und hinsichtlich der Herstellung schneller ist die Installation von weiteren für die Aktivierung ausgelegten Lichtquellen und/oder Lasern.In principle, heating by the laser or its scanner optics provided anyway is possible for this. However, the installation of further light sources and / or lasers designed for activation is preferred and faster in terms of production.
Auch muss die Lichtquelle nicht durch Erhitzen oder rein durch Erhitzen das Bindemittel aktivieren. Es kommt auch infrage auf bestimmtes Licht reagierendes Bindemittel zu verwenden und entsprechende Lichtquellen zu installieren, beispielsweise UV-Licht oder IR-Licht.The light source also does not have to activate the binder by heating or purely by heating. It is also possible to use binders that react to certain light and to install appropriate light sources, for example UV light or IR light.
Bevorzugt ist hierfür die ohnehin vorgesehene Bestrahlungseinrichtung zur ortsselektiven Bestrahlung so ausgebildet, dass sie eine Bestrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Stärken vornehmen kann. Einerseits in einer Stärke geeignet für Schmelzen und andererseits in einer Stärke geeignet zur Aktivierung des Bindemittels. Dadurch lässt sich eine zusätzliche Lichtquelle oder Erhitzungsvorrichtung vermeiden.For this purpose, the irradiation device for site-selective irradiation, which is provided anyway, is designed so that it can carry out irradiation in at least two different strengths. On the one hand in a starch suitable for melting and on the other hand in a starch suitable for activating the binder. An additional light source or heating device can thereby be avoided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dahingehend weitergebildet sein, dass das Bindemittel zusammen bzw. vermischt mit einem Werkstoffpulver aufgebracht wird. Hierfür kann vorgesehen werden, dass neben diesen kombinierten Pulverabgabe-/Bindemittelabgabeflächen noch weitere nur für Pulver vorgesehen sind. Oder die Beigabe von Bindemittel zum Werkstoffpulver kann selektiv bezogen auf einzelne Abgabeflächen zu- und abschaltbar sein. Denn in Bereichen/bei Gegenständen, bei denen das Laserschmelzen zum Einsatz kommt, sollte das Werkstoffpulver bevorzugt nicht mit Bindemittel vermischt sein.The device according to the invention can also be developed in such a way that the binding agent is applied together or mixed with a material powder. For this purpose, it can be provided that, in addition to these combined powder release / binder release surfaces, further areas are only intended for powder. Or the addition of binding agent to the material powder can be switched on and off selectively based on individual delivery areas. Because in areas / for objects in which laser melting is used, the material powder should preferably not be mixed with binder.
Grundsätzlich ist eine es eine bevorzugte Variante, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Bindemittelabgabefläche gleichzeitig eine Pulverabgabefläche bzw. die Pulverabgabefläche ist. Dies bedeutet, dass bei einer solchen erfindungsgemäßen Variante neben den kombinierten Bindemittel-/Pulverabgabeflächen keine weiteren reinen Pulverabgabeflächen vorgesehen sein müssen. Womit in manchen erfindungsgemäßen Varianten nur kombinierte Bindemittel-/Pulverabgabeflächen vorgesehen sind, die bevorzugt mit mit Bindemittel vermischtes Pulver abgeben können, und in anderen erfindungsgemäßen Varianten neben diesen kombinierten Bindemittel-/Pulverabgabeflächen noch weitere Bindemittelabgabeflächen und/oder weitere Pulverabgabeflächen vorgesehen sein können.In principle, it is a preferred variant that the binder release surface provided according to the invention is at the same time a powder release surface or the powder release surface. This means that in such a variant according to the invention, in addition to the combined binder / powder release surfaces, no further pure powder release surfaces have to be provided. Which means that in some variants according to the invention only combined binder / powder delivery surfaces are provided, which can preferably deliver powder mixed with binder, and in other variants according to the invention, in addition to these combined binder / powder delivery surfaces, further binder delivery surfaces and / or further powder delivery surfaces can be provided.
Es kann aber auch vorgesehen sein, Bindemittel zu verwenden, das sich unter Wirkung des Lasers verflüchtigt.However, it can also be provided to use binding agents which evaporate under the action of the laser.
Es kommt auch infrage, zwei Arten von Pulverabgabeflächen vorzusehen, so dass neben Werkstoffpulver einer ersten Art, Werkstoffpulver einer zweiten Art abgegeben werden kann. Dabei kann das eine Werkstoffpulver für die Behandlung mit Bindemittel und das andere für eine Schmelzbehandlung ausgelegt sein.It is also possible to provide two types of powder dispensing surfaces, so that in addition to material powder of a first type, material powder of a second type can be dispensed. One material powder can be designed for treatment with a binder and the other for melt treatment.
Dann ist in gewissem Maße eine unpräzise oder fehlerhafte Abgabe des Bindemittels unproblematischer, denn das mit dem Werkstoffpulver erster Art in Verbindung kommende Bindemittel würde dann zu keiner Verfestigung führen.Then, to a certain extent, imprecise or incorrect delivery of the binder is less problematic, because the binder coming into contact with the material powder of the first type would then not lead to any solidification.
Dies ist besonders vorteilhaft realisierbar in der Variante, in der das Bindemittel ohnehin durch weitere Bestrahlung oder anderweitig aktiviert werden muss und bevorzugt dann nur Werkstoffpulver einer der beiden Arten verbi ndet/verfestigt.This can be implemented particularly advantageously in the variant in which the binder has to be activated anyway by further irradiation or in some other way and then preferably only connects / solidifies material powder of one of the two types.
Denn dann bleibt auch eine großflächige fehlerhafte Verteilung des Bindemittels auf Werkstoffpulver der ersten Art völlig ohne Folgen, da das Bindemittel auch im Falle einer dann erfolgenden fehlerhaften Bestrahlung zu keiner Verfestigung des Werkstoffpulvers erster Art führen kann.Because then even a large-area incorrect distribution of the binder on material powder of the first type remains completely without consequences, since the binder cannot lead to solidification of the material powder of the first type even in the event of incorrect irradiation.
Bevorzugt ist das Bindemittel derart, dass es unproblematisch reagiert auf die auf Schmelzen abzielende Bestrahlung und möglichst unter geringer Volumenentwicklung verdampft, wenn es vom Schmelzen betroffen wird.The binder is preferably such that it reacts without problems to the irradiation aimed at melting and evaporates with as little volume development as possible when it is affected by the melting.
Bevorzugt kann in einer Variante auch das Aufbringen von Werkstoffpulver der ersten Art durch eine andere Komponente erfolgen als das Aufbringen des Werkstoffpulvers der zweiten Art.In one variant, material powder of the first type can preferably also be applied using a different component than the application of the material powder of the second type.
Beispielsweise, dass die Pulverschichtenpräparationseinrichtung ausgelegt ist, das Werkstoffpulver der ersten Art aufzubringen, und die Pulverschichtenpräparationseinrichtung, die Bindemittelaufbringvorrichtung und/oder eine andere Komponente der Vorrichtung ausgelegt ist, Werkstoffpulver einer weiteren Art aufzubringen, bevorzugt der zweiten Art.For example, that the powder layer preparation device is designed to apply the material powder of the first type, and the powder layer preparation device, the binder application device and / or another component of the device is designed to apply material powder of a further type, preferably of the second type.
Dies erlaubt optimale Kontrolle, wo das für das Bindemittel geeignete Werkstoffpulver und wo das für das Schmelzen/Sintern geeignete Werkstoffpulver ausgebracht wird.This allows optimum control of where the material powder suitable for the binding agent and where the material powder suitable for melting / sintering is applied.
Besonders bevorzugt sind die Bindemittelaufbringvorrichtung und die Pulverschichtenpräparationseinrichtung mit einem gemeinsamen Gehäuse verbunden oder die Bindemittelaufbringvorrichtung ist Teil der Funktionseinrichtung, so dass ein fester Abstand entlang einer Richtungsachse zwischen der Bindemittelaufbringvorrichtung und der Pulverschichtenpräparationseinrichtung und/oder mindestens einer Bindemittelabgabefläche der Bindemittelaufbringvorrichtung und mindestens einer Pulverabgabefläche der Pulverschichtenpräparationseinrichtung und/oder mindestens einer Bindemittelabgabefläche der Bindemittelaufbringvorrichtung und mindestens einem Schieber der Pulverschichtenpräparationseinrichtung definiert bzw. ausgebildet ist.Particularly preferably, the binding agent application device and the powder layer preparation device are connected to a common housing or the binding agent application device is part of the functional device, so that a fixed distance along a directional axis between the binding agent application device and the powder layer preparation device and / or at least one binding agent delivery surface of the binding agent application device and at least one powder delivery device and the powder delivery device / or at least one binding agent release surface of the binding agent application device and at least one slide of the powder layer preparation device is defined or formed.
Dies erlaubt bei entsprechend geeigneter Auslegung der Bindemittelabgabefläche in Bezug auf Schieber und/oder Pulvermittelabgabefläche einen besonders einfachen Bewegungsablauf, so dass insgesamt nur ein Gehäuse in nahezu üblicher Weise bewegt werden muss, wie es ohnehin für die Pulverschichtenpräparation erforderlich ist, und es lediglich erforderlich ist, in entsprechenden Bereichen die oder eine der mehreren Bindemittelabgabeflächen anzusteuern.With an appropriately suitable design of the binding agent delivery surface in relation to the slide and / or powder agent delivery surface, this allows a particularly simple sequence of movements, so that overall only one housing has to be moved in an almost conventional manner, as is necessary for the powder layer preparation anyway, and it is only necessary to control the or one of the several binder release surfaces in corresponding areas.
Wie bereits erwähnt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt weiter dahingehend ausgebildet, dass die Vorrichtung oder die Bindemittelaufbringvorrichtung ferner mindestens eine Lichtquelle umfasst geeignet zur Erzeugung eines Lichtes, das zur Aktivierung des Bindemittels geeignet ist, und/oder dass die Bestrahlungseinrichtung ferner geeignet ist zur Erzeugung eines Lichtes, das zur Aktivierung des Bindemittels geeignet ist.As already mentioned, the device according to the invention is preferably further designed in such a way that the device or the binding agent application device further comprises at least one light source suitable for generating a light which is suitable for activating the binding agent and / or that the irradiation device is also suitable for generating a Light that is suitable for activating the binder.
Die erste Variante ist vorteilhaft hinsichtlich der Produktionsgeschwindigkeit, da dann für die Aktivierung speziell ausgelegte Lichtquellen verwendet werden können. Letztere Variante ist vorteilhafter hinsichtlich der Ausnutzung/Auslastung der ohnehin vorhandenen Bestrahlungseinrichtung, allerdings nachteilig hinsichtlich der Geschwindigkeit.The first variant is advantageous with regard to the production speed, since specially designed light sources can then be used for the activation. The latter variant is more advantageous with regard to the utilization / utilization of the irradiation device which is already present, but is disadvantageous with regard to the speed.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahin weitergehend ausgebildet, dass die Bindemittelaufbringvorrichtung eine Bindemittelabgabefläche umfasst, die relativ zu einer Pulverabgabefläche und/oder einem Schieber der Pulverschichtenpräparationseinrichtung beweglich ist, bevorzugt orthogonal zur Richtungsachse.The device according to the invention is preferably designed in such a way that the binding agent application device comprises a binding agent release surface which is movable relative to a powder release surface and / or a slide of the powder layer preparation device, preferably orthogonal to the directional axis.
Dies erlaubt in der bereits beschriebenen Weise ein Rastern der nachgeführten Bindemittelaufbringvorrichtung hinter der Pulverabgabefläche und/oder dem Schieber.In the manner already described, this allows the following binder application device to be rasterized behind the powder dispensing surface and / or the slide.
Dies ist auch mit der Variante mit gemeinsamem Gehäuse kombinierbar, indem die Bindemittelabgabefläche bzw. die mehreren Bindemittelabgabeflächen innerhalb des Gehäuses beweglich sind. Hierbei ist eine Beweglichkeit orthogonal zur Richtungsachse bzw. zur Hauptbewegungsrichtung der Pulverabgabeflächen bzw. des Schiebers bevorzugt.This can also be combined with the variant with a common housing, in that the binding agent release surface or the multiple binding agent release surfaces are movable within the housing. A mobility orthogonal to the directional axis or to the main direction of movement of the powder dispensing surfaces or the slide is preferred.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahin weitergehend ausgebildet, dass die Bindemittelaufbringvorrichtung mindestens eine Bindeabgabefläche, bevorzugt mehrere selektiv ansteuerbare, dergestalt umfasst, dass Bindemittel entlang mindestens einer Linie abgebbar ist, die von einem Rand des Baufelds zu einem anderen Rand des Baufelds reicht, bevorzugt zu einem gegenüberliegenden Rand, und/oder die gleich lang oder länger als der maximalen Durchmesser des Baufelds entlang einer Querachse ist, die orthogonal zu einer Hauptbewegungsrichtung der Pulverschichtenpräparationseinrichtung bei Erzeugung einer Schicht ist und/oder die orthogonal zur Richtungsachse ist.The device according to the invention is preferably designed in such a way that the binding agent application device comprises at least one binding release surface, preferably several selectively controllable, such that binding agent can be released along at least one line that extends from one edge of the construction field to another edge of the construction field, preferably to one opposite edge, and / or which is equal to or longer than the maximum diameter of the construction field along a transverse axis which is orthogonal to a main direction of movement of the powder layer preparation device when creating a layer and / or which is orthogonal to the directional axis.
Dadurch ist im Allgemeinen ein einziges Hinüberführen der Bindemittelaufbringvorrichtung von einer Seite des Baufelds zu anderen ausreichend, um alle erwünschten Flächen mit Bindemittel zu versehen. Dies ist besonders vorteilhaft in der Variante mit nur einem Gehäuse mit der Pulverschichtenpräparationseinrichtung bzw. in der Variante als Teil der Pulverschichtenpräparationseinrichtung, da dann das Gehäuse bzw. die Pulverschichtenpräparationseinrichtung nur einmal über das Baufeld hinweg bewegt werden muss.As a result, a single transfer of the binding agent application device from one side of the construction field to the other is generally sufficient to provide all desired surfaces with binding agent. This is particularly advantageous in the variant with only one housing with the powder layer preparation device or in the variant as part of the powder layer preparation device, since the housing or the powder layer preparation device then only has to be moved once across the construction field.
Die Bestrahlungseinrichtung würde dann bevorzugt in rasterartiger Weise hinterher geführt und die für das Schmelzen vorgesehenen Bereiche schmelzen. Dies optimiert die Herstellung- bzw. Bearbe itu ngsgeschwi nd ig ke it.The irradiation device would then preferably follow in a grid-like manner and melt the areas provided for the melting. This optimizes the production or processing speed.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass die Bindemittelaufbringvorrichtung länglich ausgebildet ist mit einer Erstreckung in einer Längsrichtung mindestens doppelt so groß wie in einer Querrichtung dazu, wobei die Erstreckung in Längsrichtung bevorzugt gleich groß oder größer als ein maximaler Durchmesser des Baufelds entlang der Längsrichtung ist.The device according to the invention is preferably developed in such a way that the binding agent application device is elongated with an extension in a longitudinal direction at least twice as large as in a transverse direction, the extension in the longitudinal direction preferably being equal to or greater than a maximum diameter of the construction field along the longitudinal direction .
Dies ist vorteilhaft, da es ohnehin eine bekannte Variante ist, den Schieber so auszubilden, dass er nur einmal quer über das Baufeld verfahren wird und damit das gesamte Baufeld präpariert. Die Bindemittelaufbringvorrichtung ist dann bevorzugt in ähnlicher Weise länglich so ausgebildet, dass das gesamte Baufeld auch hinsichtlich der Aufbringung von Bindemittel erfasst wird, da dann komplexe Bewegungsmuster insbesondere in der Variante mit nur einem Gehäuse bzw. als Teile der Pulverschichtenpräparationseinrichtung vermieden sind, insbesondere wenn mehrere selektiv ansteuerbare Bindemittelabgabeflächen und/oder selektiv ansteuerbare Lichtquellen zur Binderaktivierung vorhanden sind.This is advantageous because it is already a known variant to design the slide in such a way that it is only moved once across the construction field and thus prepares the entire construction field. The binding agent application device is then preferably designed in a similarly elongated manner so that the entire construction area is also covered with regard to the application of binding agent, since then complex movement patterns, especially in the variant with only one housing or as parts of the powder layer preparation device, are avoided, especially if several are selective controllable binding agent release surfaces and / or selectively controllable light sources for binder activation are present.
Alle bisher geschilderten Bindemittelabgabeflächen können auch so ausgelegt sein, dass sie eine Kombination aus Bindemittel und Werkstoffpulver, insbesondere einer zweiten Art, abgeben können und alternativ auch reines Werkstoffpulver, insbesondere einer ersten Art, ohne Bindemittel. Ebenfalls kann die Bestrahlungseinrichtung in jeder Variante nicht nur für Schmelzen sondern auch für Sintern oder für beides ausgelegt sein.All of the binder release surfaces described so far can also be designed so that they can release a combination of binder and material powder, in particular a second type, and alternatively also pure material powder, in particular a first type, without a binder. The irradiation device can also be designed in each variant not only for melting but also for sintering or for both.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass die Vorrichtung ferner eine Schutzgaszuleitungs- und Schutzgasableitungseinrichtung zur Bereitstellung einer Schutzgasatmosphäre in dem Prozessraumgehäuse oberhalb des Baufeldes aufweist. Dies ermöglicht die Verwendung von Werkstoffpulvern, die sehr leicht mit Sauerstoff reagieren.The device according to the invention is preferably developed in such a way that the device also has a protective gas feed and protective gas discharge device for providing a protective gas atmosphere in the process space housing above the construction field. This enables the use of material powders that react very easily with oxygen.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass unterhalb des Bauvolumengehäuses ein Pulversammelbehälter vorgesehen ist, der das aus dem Bauvolumengehäuse ausgebrachte Restpulver aufnimmt.The device according to the invention is preferably developed in such a way that a powder collecting container is provided below the structural volume housing, which receives the residual powder discharged from the structural volume housing.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass die Pulverschichtenpräparationseinrichtung ausgelegt ist zur Ausbringung von nur genau der ersten Art von Werkstoffpulver zur Bildung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht, wobei das Werkstoffpulver ein metallisches oder/und keramisches Werkstoffpulver ist.The device according to the invention is preferably further developed in such a way that the powder layer preparation device is designed to apply only the first type of material powder to form a respective material powder layer, the material powder being a metallic and / or ceramic material powder.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass die Vorrichtung ferner einen Sinterofen umfasst, der verbunden mit und/oder integral mit und/oder separat von dem Bauvolumengehäuse und/oder dem Prozessraumgehäuse angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand unmittelbar auf dem Baufeld und/oder der Basisplatte nach einem Aufbau mittels Binder-Jetting gesintert wird.The device according to the invention is preferably further developed in such a way that the device further comprises a sintering furnace which is connected to and / or integrally with and / or arranged separately from the structural volume housing and / or the process space housing. In particular, it can be provided that the object is sintered directly on the construction field and / or the base plate after construction by means of binder jetting.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung so ausgelegt und/oder eingerichtet, dass ein Nutzer auswählen kann, ob ein Gegenstand mittels Schmelzen oder mittels Binder-Jetting aus demselben metallischen oder keramischen Werkstoffpulver hergestellt werden kann. Dies erlaubt es, schnell erste Prototypen mittels Binder-Jetting herzustellen und anschließend den Prototypen entsprechende Gegenstände mithilfe des präziseren und insbesondere kein abschließendes Sintern erfordernden Laserschmelzens. The device is particularly preferably designed and / or set up in such a way that a user can choose whether an object can be produced from the same metallic or ceramic material powder by means of melting or by means of binder jetting. This allows first prototypes to be produced quickly using binder jetting and then objects corresponding to the prototypes with the help of more precise laser melting, which in particular does not require subsequent sintering.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend ausgebildet, dass mehrere Gegenstände gleichzeitig ausgebildet werden können und bevorzugt einige davon mittels Binder-Jetting, einige davon mittels Laserschmelzen und/oder einige davon mittels Binder-Jetting und Laserschmelzen. Dies kann bevorzugt so erfolgen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und bevorzugt eine Steuereinheit davon ausgelegt ist, dass in einem Teilbereich eines Baufeldes ein Laserschmelzen zur Herstellung eines Gegenstandes angewendet wird und in einem anderen Teilbereich des Baufeldes Binder-Jetting angewandt wird, wobei bevorzugt beide Gegenstände nach Fertigstellung separiert werden und nur der mittels Binder-Jetting hergestellte einem Sintern unterzogen wird.A device according to the invention is particularly preferably designed such that several objects can be formed at the same time and preferably some of them by means of binder jetting, some of them by means of laser melting and / or some of them by means of binder jetting and laser melting. This can preferably take place in such a way that the device according to the invention and preferably a control unit is designed such that laser melting is used to manufacture an object in a sub-area of a construction site and binder jetting is used in another sub-area of the construction site, with both items preferably after Completion are separated and only that produced by means of binder jetting is subjected to sintering.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend, insbesondere bezüglich einer Laserleistung ausgelegt, dass das Laserschmelzen zu einer Materialdichte in den durch Laserschmelzen verfestigten Bereichen von mehr als 99% führt. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend, insbesondere hinsichtlich des verwendeten Bindemittels so ausgelegt, dass das Binder-Jetting ohne Sintern zu einer Materialdichte in den durch Binder-Jetting verfestigten Bereichen von mehr als 80%, 85%, 90%, 95% und/oder 98% führt, wobei Werkstoffpulver und Bindemittel bevorzugt so ausgelegt und/oder ausgewählt sind, dass ein anschließendes Sintern zu Volumenverlusten von weniger als 20%, weniger als 10% und/oder weniger als 5% führt.The device according to the invention is preferably designed in such a way, in particular with regard to a laser power, that the laser melting leads to a material density of more than 99% in the areas solidified by laser melting. The device according to the invention is preferably designed in such a way, in particular with regard to the binder used, that the binder jetting without sintering leads to a material density in the areas consolidated by binder jetting of more than 80%, 85%, 90%, 95% and / or 98% leads, material powder and binding agent preferably being designed and / or selected in such a way that subsequent sintering leads to volume losses of less than 20%, less than 10% and / or less than 5%.
Bevorzugt sind eine Laserleistung und das Werkstoffpulver und das Bindemittel so ausgelegt und/oder ausgewählt, dass ein Laserschmelzen eines mit Bindemittel versehenen Bereiches dazu führt, dass sich das Bindemittel verflüchtigt und/oder der Bereich nach Verfestigung kein Bindemittel mehr aufweist.A laser power and the material powder and the binding agent are preferably designed and / or selected in such a way that laser melting of an area provided with binding agent leads to the binding agent volatilizing and / or the area no longer having any binding agent after solidification.
Ein erfindungsgemäße Vorrichtung in irgendeiner der bisher geschilderten erfindungsgemäßen Varianten kann ferner mit einer Steuereinheit versehen oder verbunden sein, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, anhand eines Gegenstandsmusters mit Bereichsinformationen über durch Sintern, Schmelzen und/oder Binden zu bearbeitende Bereiche die Vorrichtung dazu anzusteuern, einen Gegenstand auszubilden und dabei entsprechend den Bereichsinformationen jeweils die entsprechenden Bereiche durch Sintern, Schmelzen bzw. Binden als Sinterbereiche, Schmelzbereiche oder Bindebereiche auszubilden. Dies kann insbesondere auch die Ansteuerung der Bindemittelaufbringvorrichtung beinhalten, damit in der erforderlichen selektiven Weise Bindemittel aufgebracht wird.A device according to the invention in any of the variants according to the invention described so far can also be provided or connected to a control unit, the control unit being designed to control the device to control an object based on an object pattern with area information about areas to be processed by sintering, melting and / or bonding and in doing so, in accordance with the area information, in each case to form the corresponding areas by sintering, melting or binding as sintering areas, melting areas or binding areas. This can in particular also include the control of the binding agent application device so that binding agent is applied in the required selective manner.
Dadurch ist es einem Benutzer möglich, schnell und unkompliziert auszuwählen, in welchem Maße welche der beiden Herstellungsverfahren für einen Gegenstand genutzt werden sollen. Insbesondere ist es möglich, beide Herstellungsverfahren in einem Gegenstand zu nutzen.This makes it possible for a user to quickly and easily select to what extent which of the two manufacturing processes should be used for an object. In particular, it is possible to use both production methods in one object.
In einer bevorzugten Variante ist dabei die Steuereinheit ferner ausgelegt, entsprechend des Gegenstandsmusters jeweils eine oder mehrere Schichten durch Sintern, Schmelzen und/oder Binden auszubilden.In a preferred variant, the control unit is also designed to form one or more layers by sintering, melting and / or bonding in accordance with the article pattern.
Hierbei kann insbesondere genutzt werden, dass Schichten mittels Bindemittel auszubilden schnell geht, während geschmolzene Schichten Stabilität verleihen. Durch eine geeignete Abwechslung von unterschiedlichen Schichten kann somit ein Gegenstand schneller hergestellt werden als mit reinem Schmelzen und insbesondere auch billiger, während gleichzeitig eine bessere Festigkeit erzielbar ist als mit reiner Nutzung von Bindemittel.In particular, it can be used here that layers can be formed quickly using binders, while melted layers provide stability. With a suitable alternation of different layers, an object can thus be produced more quickly than with pure melting and in particular also more cheaply, while at the same time better strength can be achieved than with the pure use of binder.
Bevorzugt ist die Steuereinheit ferner ausgelegt, entsprechend des Gegenstandsmusters jeweils eine oder mehrere benachbarte Linien oder parallele Flächen durch Sintern, Schmelzen und/oder Binden in einer Schicht auszubilden.The control unit is also preferably designed to form one or more adjacent lines or parallel surfaces in a layer by sintering, melting and / or bonding in accordance with the object pattern.
Dies kann in ähnlicher Weise und in Kombination mit durch Bindemittel und durch Schmelzen ausgebildeten Schichten zur Optimierung hinsichtlich Kosten, Geschwindigkeit und/oder Festigkeit benutzt werden. Insbesondere kann damit auch eine Abwechslung von Schichten des verschiedenen Typs vertikal in Bezug auf das Baufeld erreicht werden. Eine Art Gitterbildung ist ebenfalls möglich.This can be used in a similar manner and in combination with layers formed by bonding agents and by melting to optimize costs, speed and / or strength. In particular, an alternation of layers of the different types vertically with respect to the construction field can thus also be achieved. A kind of grid formation is also possible.
Ferner kann die Steuereinheit bevorzugt ausgelegt sein, entsprechend des Gegenstandsmusters in einer Schicht jeweils eine innere Fläche und eine umschließende Fläche durch Sintern, Schmelzen und/oder Binden so auszubilden, dass die umschließende Fläche die innere Fläche vollständig an einem Innen- und/oder einem Außenrand der inneren Fläche umschließt, wobei bevorzugt die innere Fläche durch Schmelzen ausgebildet ist und die umschließende Fläche durch Binden oder umgekehrt.Furthermore, the control unit can preferably be designed to form an inner surface and an enclosing surface in a layer by sintering, melting and / or bonding in accordance with the object pattern in such a way that the enclosing surface has the inner surface completely on an inner and / or an outer edge of the inner surface, the inner surface preferably being formed by melting and the enclosing surface by bonding or vice versa.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn gerade bestimmte Materialeigenschaften für die Oberfläche benötigt werden, während diese Materialeigenschaften für die der Oberfläche fernen Bereiche nicht benötigt werden.This is particularly advantageous when certain material properties are required for the surface, while these material properties are not required for the areas remote from the surface.
Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung ist es hingegen möglich, nur die äußeren Bereiche des Gegenstandes in dieser Weise auszubilden und kostensparend innere Bereiche nur durch Bindemittel zu verfestigen.By this further development according to the invention, however, it is possible to design only the outer areas of the object in this way and to consolidate inner areas in a cost-saving manner only with binding agents.
Ein erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung eines Gegenstandes durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff in einem Bauprozess zeichnet sich dadurch aus, dass einige Schichten wenigstens teilweise durch Binden bzw. unter Verwendung von Bindemittel ausgebildet werden und einige Schichten wenigstens teilweise durch Schmelzen und/oder Sintern bzw. unter Verwendung einer zum Schmelzen oder Sintern einer ersten Art von Werkstoffpulver ausgelegten Bestrahlungseinrichtung ausgebildet werden. Bevorzugt wird hierfür natürlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung genutzt.A method according to the invention for forming an object by building it up in layers from powdered, in particular metallic and / or ceramic material in a building process is characterized in that some layers are at least partially formed by bonding or using binding agents and some layers are at least partially formed by melting and / or sintering or using an irradiation device designed for melting or sintering a first type of material powder. A device according to the invention is of course preferably used for this purpose.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können jeweils entsprechende Bereiche des Gegenstandes mit der hinsichtlich der erwünschten Eigenschaften in diesem Bereich optimalen Herstellungsweise ausgebildet werden.With the method according to the invention, corresponding areas of the object can be formed with the optimal manufacturing method with regard to the desired properties in this area.
In bevorzugten Varianten kann das Verfahren auch umfassen, dass einige Schichten vollständig durch Binden ausgebildet werden und/oder einige Schichten vollständig durch Schmelzen ausgebildet werden.In preferred variants, the method can also include some layers being formed entirely by bonding and / or some layers being formed entirely by melting.
Dies kann hinsichtlich der Herstellungsgeschwindigkeit optimierend sein, da für eine bestimmte Schicht jeweils nur eine Art des Verbindens genutzt wird.This can be optimizing with regard to the production speed, since only one type of connection is used for a specific layer.
In einer weiteren bevorzugten Variante zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren weitergehend dadurch aus, dass in mindestens einigen Schichten jeweils eine innere Fläche durch Binden und eine umschließende Fläche durch Schmelzen oder jeweils eine innere Fläche durch Schmelzen und eine umschließende Fläche durch Binden so ausgebildet wird, dass die umschließende Fläche die innere Fläche vollständig an einem Innen- und/oder einem Außenrand der inneren Fläche umschließt.In a further preferred variant, the method according to the invention is further characterized in that in at least some layers an inner surface is formed by bonding and an enclosing surface is formed by melting, or an inner surface is formed by melting and an enclosing surface is formed by binding in such a way that the enclosing surface completely encloses the inner surface at an inner and / or an outer edge of the inner surface.
Dies erlaubt die bereits hinsichtlich der Steuereinheit geschilderten Vorteile, dass gerade die Oberfläche wichtige gewünschte Eigenschaften aufweist, während hinsichtlich des inneren Aufbaus beispielsweise die kostengünstigere Variante gewählt wird.This allows the advantages already outlined with regard to the control unit, that the surface in particular has important desired properties, while with regard to the internal structure, for example, the more cost-effective variant is selected.
Es ist allerdings auch denkbar, dass hinsichtlich der Oberfläche die Eigenschaften eines leicht durch Bindemittel verfestigten Werkstoffs gewünscht werden, während das innere, beispielsweise hinsichtlich Stabilitätszwecken, aus metallischem oder keramischem Werkstoffpulver mittels Sintern/Schmelzen ausgebildet wird. Insbesondere wenn der Gegenstand stabil sein soll und gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Farben haben soll, kommt dies infrage.However, it is also conceivable that the properties of a material that is slightly solidified by binding agents are desired with regard to the surface, while the inner material is formed from metallic or ceramic material powder by means of sintering / melting, for example for stability purposes. This is particularly useful if the object is to be stable and at the same time to have different colors in different places.
Bevorzugt ist das das erfindungsgemäße Verfahren dahin weitergehend ausgebildet, dass eine Oberflächenbereich und/oder ein Innenkörperbereich ohne Kontakt zu einer bestimmten, mehreren oder allen Oberflächen des Gegenstandes vollständig durch eines aus Sintern, Schmelzen und/oder Binden ausgebildet ist bzw. ausgebildet wird.Preferably, the method according to the invention is further developed in such a way that a surface area and / or an inner body area without contact with a certain, several or all surfaces of the object is or will be formed completely by one of sintering, melting and / or bonding.
Zwar ist die kombinierte Nutzung von Binden und Schmelzen bei ein und demselben Gegenstand in gewissem Maße dadurch begrenzt, dass aus den durch Bindemittel verfestigten Bereiche in Nachfolgeprozessen (z.B. Sintern im Sinterofen) das Bindemittel vollständig oder teilweise entfernt werden muss.It is true that the combined use of binding and melting for one and the same object is limited to a certain extent by the fact that the binding agent has to be completely or partially removed from the areas solidified by binding agents in subsequent processes (e.g. sintering in the sintering furnace).
Dadurch verändert sich Volumen/Ausdehnung der durch Binden verfestigten Bereiche, während Volumen/Ausdehnung der durch Schmelzen verfestigten Bereiche nahezu unverändert bleibt. Damit sind nicht beliebige Kombinationen von unterschiedlich verfestigten Bereichen innerhalb eines Gegenstandes möglich.This changes the volume / expansion of the areas solidified by bonding, while the volume / expansion of the areas solidified by melting remains almost unchanged. This means that any combinations of differently consolidated areas are not possible within an object.
Jedoch hängen Ausmaß und Problematik der Volumenänderung von mit Binder verfestigten Bereichen einerseits vom Bindemittel ab, davon ob und wieviel Bindemittel im fertigen Gegenstand verbleiben darf und von Form des Gegenstandes sowie der jeweils unterschiedlich verfestigten Bereiche. Somit ergeben sich trotz dieser Aspekte Anwendungsfälle, in denen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einem erfindungsgemäßen Verfahren besonders schnell und/oder kostengünstig Gegenstände mit gewünschten Eigenschaften herstellbar sind, die bei Anwendung von nur Binden oder nur Schmelzen nicht oder nur mit größerem Aufwand herstellbar wären.However, the extent and problem of the volume change in areas solidified with binder depend on the one hand on the binder, on whether and how much binder may remain in the finished object and on the shape of the object and the differently solidified areas. Thus, despite these aspects, there are applications in which objects with desired properties can be produced particularly quickly and / or inexpensively with a device according to the invention or a method according to the invention, which objects could not be produced or only with greater effort if only bindings or only melts were used.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung als Ganzes bzw. von einzelnen Komponenten der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
-
1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen in einem Zustand eines Bauprozesses. -
2a zeigt in einer schematischen Draufsicht den Blick auf das Baufeld in1 und -
2b zeigt denselben Blick zu einem späteren Zeitpunkt bzw. nach Abschluss der gerade in2a bearbeiteten Schicht. -
3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen alternativen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen in einem Zustand eines Bauprozesses. -
4a bis4f zeigen unterschiedliche erfindungsgemäße Pulverschichtenpräparationseinrichtungen, wie sie in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommen können, in einer schematischen Ansicht von unten bezogen auf1 und3 . -
5a bis7b zeigen verschiedene mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gegenstände mit unterschiedlich bearbeiteten Bereichen.
-
1 shows a schematic sectional view of a basic structure of a device according to the invention for producing objects in one state of a building process. -
2a shows a schematic plan view of the construction field in FIG1 and -
2 B shows the same view at a later point in time or after the completion of the in2a processed layer. -
3 shows in a schematic representation an alternative structure of a device according to the invention for the production of objects in a state of a building process. -
4a to4f show different powder layer preparation devices according to the invention, as they can be used in a device according to the invention, in a schematic view from below based on FIG1 and3 . -
5a to7b show various objects produced with a device according to the invention or according to a method according to the invention with differently processed areas.
Wie in
Nach oben hin schließt sich ein Prozessraumgehäuse
An Bauvolumengehäuse
Innerhalb des Hohlraums
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Bestrahlungseinrichtung
Ferner ist eine Funktionseinrichtung vorgesehen, die neben einer Zufuhr von Bindemittel
In den Figuren nicht gezeigt umfassen die Funktionseinrichtung und die Bestrahlungseinrichtung
Alternativ oder zusätzlich zur beweglichen Basisplattenanordnung
Die Bestrahlungseinrichtung
Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung
Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung
Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung
Wie in den
Erfindungsgemäß umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Bindemittelaufbringvorrichtung
Dies verringert das Risiko einer Kontaminierung und Verstopfung der Pulverabgabefläche
Aufgrund der selektiven Steuerbarkeit der Bestrahlungseinrichtung
Dies ist in den
Die Bindemittelabgabevorrichtung
Hingegen wurde auf den Schmelzflächen
Die Bindemittelaufbringvorrichtung
Bei der in
Zwischen diesem Innen- und Außenring wurde mithilfe der Bestrahlungseinrichtung
Wie in Bezug auf
Die Verbindung der verschiedenen Ringe ergibt sich hier einfach dadurch, dass nur ein einheitliches Werkstoffpulver
Bisherige gattungsgemäße Vorrichtungen sowohl aus dem Bereich des Schmelzens als auch aus dem Bereich des Binder-Jettings können einen solchen kombinierten Gegenstand nicht aufbauen. Ein solcher kombinierter Gegenstand bietet die Vorteile einer günstigen Herstellung der Bindemittelzylinder
In
Die in
Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung
Hierbei wäre darauf zu achten, dass der Pulverhaufen nicht so hoch ist, dass es zu einem unerwünschten Kontakt mit der Bindemittelabgabefläche
Ansonsten sind Nutzung und Betrieb der in
Wie durch die schraffierten Bereiche benachbart zu der Bindemittelabgabefläche
Der Schieber
Die Bindemittelaufbringvorrichtung
Dabei ist die Bindemittelaufbringvorrichtung
Dies dient der Verwendung eines Bindemittels
Der Vorteil hierbei ist unter anderem, dass gegebenenfalls auf die selektive Ansteuerung der Bindemittelaufbringvorrichtung
Dafür sind jeweils mehrere Pulverabgabeflächen
Diese Trennwände
Die Trennwände
Dadurch sind klar definierte Linien von mit Bindemittel
Eine linienförmige Strukturierung ist auch mittels einer Pulverschichtenpräparationseinrichtungen
Infrage kommen aber auch nicht länglich-gerade ausgebildete Schieber
In
Damit ist eine quasi punktförmige Pulveraufbringung möglich, wobei die ringförmigen Bindemittelabgabefläche
Eine Pulverschichtenpräparationseinrichtung
Alternativ zu der in den Figuren gezeigten Lösungen von fest verbundenen Pulverabgabeflächen
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Steuerung umfassen zur Ansteuerung entsprechend der geschilderten Eigenschaften und Merkmale, bevorzugt zur Herstellung von Gegenständen
Ein erfindungsgemäßes Verfahren nutzt bevorzugt eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend der geschilderten Eigenschaften und Merkmalen des Herstellungsvorgangs der Gegenstände
In
Wie anhand der Abbildungen der Schnittfläche
Wie die in
Dies ist vorteilhaft, wenn es rein auf die Oberflächeneigenschaften von entsprechendem geschmolzenen Material ankommt, aber keine besondere Festigkeit der Innenbereiche erforderlich ist hinausgehend über das, was zur Vermeidung von Verformungen aus Eigengewicht erforderlich ist.This is advantageous when the surface properties of the corresponding molten material are important, but no special strength of the inner areas is required beyond what is necessary to avoid deformations due to its own weight.
Wie anhand von
Zwar weisen in
In alternativen Ausführungsbeispielen kann bereits eine erhebliche Festigkeit erzielt werden, in dem sich relativ dicke Bindemittelbereiche
Dies bietet natürlich den Vorteil, eine passende Abstimmung von Kosten und Aufwand der Herstellung (welches sich erhöht durch mehr/dickere Schmelzbereiche
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 19905067 A1 [0002]DE 19905067 A1 [0002]
- DE 10112591 A1 [0002]DE 10112591 A1 [0002]
- WO 98/24574 A [0002]WO 98/24574 A [0002]
- DE 102009038165 A1 [0002]DE 102009038165 A1 [0002]
- DE 102012221641 A1 [0002]DE 102012221641 A1 [0002]
- EP 2052845 A2 [0002]EP 2052845 A2 [0002]
- DE 102005014483 A1 [0002]DE 102005014483 A1 [0002]
- WO 2017/084781 A1 [0002]WO 2017/084781 A1 [0002]
- US 2005/0280185 A1 [0026]US 2005/0280185 A1 [0026]
- US 5387380 A [0026]US 5387380 A [0026]
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---|---|
DE (1) | DE102019212680A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115921910A (en) * | 2023-01-20 | 2023-04-07 | 杭州爱新凯科技有限公司 | Vibrating mirror nozzle multi-material 3D printing equipment and printing method |
DE102022207444A1 (en) | 2022-07-21 | 2024-02-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for producing components from a powdery material |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5387380A (en) * | 1989-12-08 | 1995-02-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
WO1998024574A1 (en) * | 1996-12-02 | 1998-06-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Selective laser sintering at melting temperature |
DE19905067A1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-08-10 | Matthias Fockele | Layer-wise molding build-up apparatus, especially for laser prototyping of metallic articles, has a grinding tool for removing irregularities from a previously laser melted and solidified layer region |
DE10112591A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-11 | Matthias Fockele | Production of a molded body used for molding a metal powder or a liquid resin comprises solidifying and/or melting a liquid or powdered raw material by irradiating with a laser beam corresponding to the cross-section of the molded body |
US20050280185A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-12-22 | Z Corporation | Methods and apparatus for 3D printing |
DE102005014483A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-05 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for manufacture of objects by layer-wise constructing from powder-form material has sub-systems of irradiating unit allocated to respective sections of building field on base arrangement |
EP2052845A2 (en) * | 2004-08-27 | 2009-04-29 | Fockele, Matthias | Device for manufacturing parts |
DE102009038165A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for the production of form body through layer-wise application of material powder through location-selective hardening of powder to related areas, comprises a process area with a process area base that has a base plain |
DE102012221641A1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-28 | Matthias Fockele | Device for producing shaped objects from powder material, has conveying channel having bending point which has predetermined bending angle in the path along the screw conveyor and in the conveying direction in addition to powder inlet |
DE102014220082A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-21 | Hochschule Für Angewandte Wissenschaften Coburg | Manufacturing apparatus and method for the layered production of a three-dimensional component of at least one curable strand of material |
WO2017084781A1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-26 | Realizer Gmbh | Mould production device for producing moulded bodies by location-selective solidifying of material powder |
DE102018200010A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-04 | Ford Global Technologies, Llc | Additive manufacturing process |
EP3511094A1 (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-17 | General Electric Company | Large-scale binder jet additive manufacturing system and method |
-
2019
- 2019-08-23 DE DE102019212680.4A patent/DE102019212680A1/en active Pending
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5387380A (en) * | 1989-12-08 | 1995-02-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
WO1998024574A1 (en) * | 1996-12-02 | 1998-06-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Selective laser sintering at melting temperature |
DE19905067A1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-08-10 | Matthias Fockele | Layer-wise molding build-up apparatus, especially for laser prototyping of metallic articles, has a grinding tool for removing irregularities from a previously laser melted and solidified layer region |
DE10112591A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-11 | Matthias Fockele | Production of a molded body used for molding a metal powder or a liquid resin comprises solidifying and/or melting a liquid or powdered raw material by irradiating with a laser beam corresponding to the cross-section of the molded body |
US20050280185A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-12-22 | Z Corporation | Methods and apparatus for 3D printing |
EP2052845A2 (en) * | 2004-08-27 | 2009-04-29 | Fockele, Matthias | Device for manufacturing parts |
DE102005014483A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-05 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for manufacture of objects by layer-wise constructing from powder-form material has sub-systems of irradiating unit allocated to respective sections of building field on base arrangement |
DE102009038165A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | Fockele, Matthias, Dr. | Device for the production of form body through layer-wise application of material powder through location-selective hardening of powder to related areas, comprises a process area with a process area base that has a base plain |
DE102012221641A1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-28 | Matthias Fockele | Device for producing shaped objects from powder material, has conveying channel having bending point which has predetermined bending angle in the path along the screw conveyor and in the conveying direction in addition to powder inlet |
DE102014220082A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-21 | Hochschule Für Angewandte Wissenschaften Coburg | Manufacturing apparatus and method for the layered production of a three-dimensional component of at least one curable strand of material |
WO2017084781A1 (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-26 | Realizer Gmbh | Mould production device for producing moulded bodies by location-selective solidifying of material powder |
DE102018200010A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-04 | Ford Global Technologies, Llc | Additive manufacturing process |
EP3511094A1 (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-17 | General Electric Company | Large-scale binder jet additive manufacturing system and method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022207444A1 (en) | 2022-07-21 | 2024-02-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for producing components from a powdery material |
CN115921910A (en) * | 2023-01-20 | 2023-04-07 | 杭州爱新凯科技有限公司 | Vibrating mirror nozzle multi-material 3D printing equipment and printing method |
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Legal Events
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---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |