DE102019215388A1 - Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material - Google Patents

Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material Download PDF

Info

Publication number
DE102019215388A1
DE102019215388A1 DE102019215388.7A DE102019215388A DE102019215388A1 DE 102019215388 A1 DE102019215388 A1 DE 102019215388A1 DE 102019215388 A DE102019215388 A DE 102019215388A DE 102019215388 A1 DE102019215388 A1 DE 102019215388A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
focus
construction field
optical element
last optical
focal length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019215388.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Anmelder Gleich
Original Assignee
Realizer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Realizer GmbH filed Critical Realizer GmbH
Priority to DE102019215388.7A priority Critical patent/DE102019215388A1/en
Publication of DE102019215388A1 publication Critical patent/DE102019215388A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/38Housings, e.g. machine housings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/44Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046Automatically focusing the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0933Systems for active beam shaping by rapid movement of an element
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/095Refractive optical elements
    • G02B27/0955Lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/10Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus Pulverwerkstoff. Sie umfasst ein Bauvolumengehäuse (16) mit einer Umfangswandung (18), eine Basisplattenanordnung (12) innerhalb des Bauvolumengehäuses, wobei die Umfangswandung (18) und die Basisplattenanordnung (12) relativ zueinander bewegbar sind, eine Pulverschichtenpräparationseinrichtung zur Bildung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht (20) zur Aktualisierung eines Baufeldes (7), eine Bestrahlungseinrichtung (30) zur ortsselektiven Bestrahlung der jeweils zuletzt präparierten Werkstoffpulverschicht (20) zum Zwecke des ortsselektiv gezielten Umschmelzens des Pulvers und ein oberes die Pulverschichtenpräparationseinrichtung aufnehmendes Prozessraumgehäuse (4) zur Bildung eines abgedichteten Hohlraumes als Prozesskammer über dem Baufeld. Eine Brennweite und/oder ein Fokus und/oder ein Fokusdurchmesser der Bestrahlungseinrichtung (30) sind auf zwei verschiedene Arten verstellbar, sodass ein minimal erreichbarer Fokus verändert werden kann, wobei sich bei kurzem Abstand der Bestrahlungseinrichtung zum Baufeld der minimalste Fokus im Vergleich zu einem großen Abstand ergibt. Somit wird eine multifunktionale AM Maschine möglich.The invention relates to a device for producing objects by building them up in layers from powder material. It comprises a structural volume housing (16) with a peripheral wall (18), a base plate arrangement (12) within the structural volume housing, the peripheral wall (18) and the base plate arrangement (12) being movable relative to one another, a powder layer preparation device for forming a respective material powder layer (20) for updating a construction field (7), an irradiation device (30) for the location-selective irradiation of the last prepared material powder layer (20) for the purpose of the locally targeted remelting of the powder and an upper process chamber housing (4) that accommodates the powder layer preparation device to form a sealed cavity as a process chamber the construction site. A focal length and / or a focus and / or a focus diameter of the irradiation device (30) can be adjusted in two different ways, so that a minimally achievable focus can be changed, with the smallest focus compared to a large one with a short distance between the irradiation device and the construction field Distance results. This makes a multifunctional AM machine possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff in einem Bauprozess, umfassend:

  • - ein Bauvolumengehäuse mit einer seitlichen Umfangswandung,
  • - eine Basisplattenanordnung 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 das Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder ggf. zum Versintern bringt, und
  • - ein oberes Prozessraumgehäuse zur Bereitstellung eines während eines Bauprozesses gegenüber der Außenumgebung abgedichteten Hohlraumes über dem Baufeld.
The invention relates to a device for the production of objects by building them up in layers from powdery, in particular metallic and / or ceramic material in a building process, comprising:
  • - a volume housing with a lateral peripheral wall,
  • a base plate arrangement for supporting a construction field, wherein the peripheral wall and the base plate arrangement can be moved relative to one another by means of a drive arrangement in order to vary the inner volume of the construction 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, if applicable, the relevant objects with radiation, in particular with laser radiation, the cross-sectional area assigned to this layer, wherein the radiation fuses the material powder in this cross-sectional area by heating or possibly sintering, 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.

Ein solcher Bauprozess wird auch als additive manufacturing (AM) bezeichnet.Such a construction process is also known as additive manufacturing (AM).

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 DE 199 05 067 A1 , DE 101 12 591 A1 , WO 98/24574 A , DE 10 2009 038 165 A1 , DE 10 2012 221 641 A1 , EP 20 52 845 A2 , DE 10 2005 014 483 A1 oder WO 2017/084781 A1 verwiesen werden.The invention relates in particular to a device for the production of shaped bodies according to the principle of selective laser melting or selective laser sintering. For the state of the art relating to the field of selective laser melting, reference can be made, for example, to DE 199 05 067 A1 , DE 101 12 591 A1 , WO 98/24574 A , DE 10 2009 038 165 A1 , DE 10 2012 221 641 A1 , EP 20 52 845 A2 , DE 10 2005 014 483 A1 or WO 2017/084781 A1 to get expelled.

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.

Je nach herzustellendem Gegenstand werden Bestrahlungseinrichtungen mit einem unterschiedlichem Fokusdurchmesser verwendet.Irradiation devices with a different focus diameter are used depending on the object to be produced.

Hierbei ist unter Fokusdurchmesser der Durchmesser des von der Bestrahlungseinrichtung erzeugten Strahlenbündels im Fokus bzw. der Fokusebene und/oder in der Brennebene zu verstehen.Here, the focus diameter is to be understood as the diameter of the beam generated by the irradiation device in the focus or the focal plane and / or in the focal plane.

In der Berechnung von optischen Systemen wird häufig von idealen Linsen und ideal erzeugter Strahlung ausgegangen. Ein parallel auf eine Linse auftreffendes Strahlenbündel, also eine Menge an parallel zur optischen Achse auf die Linse treffende Strahlen, wird dabei - jedenfalls bei bestimmten Arten von Linsen - nach Durchgang durch die Linse in einem Punkt fokussiert, dem Fokus oder Brennpunkt. Dies erfolgt in der Fokusebene oder Brennebene der Linse, die in einem von Eigenschaften der Linse abhängigen Abstand von der Linse ist.When calculating optical systems, ideal lenses and ideally generated radiation are often assumed. A bundle of rays hitting a lens in parallel, i.e. a number of rays hitting the lens parallel to the optical axis, is - at least with certain types of lenses - focused in a point after passing through the lens, the focus or focal point. This takes place in the focal plane or focal plane of the lens, which is at a distance from the lens that is dependent on the properties of the lens.

Diese theoretischen Berechnungen weisen allerdings die Ungenauigkeit auf, dass es in der Praxis weder ideale Linsen noch ideal erzeugte Strahlung gibt. Somit wird ein reale Strahlungsquelle weder rein Strahlung bzw. Strahlen parallel zur optischen Achse erzeugen, noch wird eine reale Linse alle parallel zur optischen Achse eintreffenden Strahlen genau auf den Fokus umlen ken/ablen ken.However, these theoretical calculations show the inaccuracy that in practice there are neither ideal lenses nor ideally generated radiation. Thus, a real radiation source will neither generate pure radiation or rays parallel to the optical axis, nor will a real lens deflect all rays arriving parallel to the optical axis exactly onto the focus.

Real werden auch bei größter Präzision tatsächlich die Strahlen in einem meist kreis- oder ellipsenförmigen Fokusbereich fokussiert, der sich aber nahe der berechneten Brennebene befindet und in dessen mittlerem Bereich der berechnete Fokus liegt.Even with the greatest precision, the rays actually become real in a mostly circular or focused elliptical focus area, which is close to the calculated focal plane and in the middle area of which the calculated focus is located.

Die Größe dieses Bereichs wird mit „Fokusdurchmesser“ bezeichnet. Dies ist im Falle einer kreisförmigen Form meist der tatsächliche Durchmesser des Kreises. Bei einer Ellipsenform ist dies meist die Länge der Hauptachse der Ellipse. Allgemein wird mit „Fokusdurchmesser“ meist der größte Durchmesser des Fokusbereiches bezeichnet. Allerdings kann im konkreten Fall „Fokusdurchmesser“ auch beispielsweise die Fläche des Fokusbereiches sein oder eine andere Größe, die Auskunft über Ausdehnung und/oder Form gibt, wie beispielsweise der Mittelwert oder quadratische Mittelwert von Hauptachse und Nebenachse bei Ellipsen und/oder mehrere Werte wie zum Beispiel Länge Hauptachse und Verhältnis Hauptachse zu Nebenachse. Wichtig ist nur, dass der Fokusdurchmesser ein Maß dafür ist, wie stark die Abweichung von einem theoretisch punktförmigen Focus ist.The size of this area is called the "focus diameter". In the case of a circular shape, this is usually the actual diameter of the circle. In the case of an ellipse, this is usually the length of the main axis of the ellipse. In general, the “focus diameter” usually denotes the largest diameter of the focus area. However, in a specific case, the “focus diameter” can also be, for example, the area of the focus area or another variable that provides information about the extent and / or shape, such as the mean value or root mean square value of the main axis and minor axis for ellipses and / or several values such as Example length of main axis and ratio of main axis to minor axis. It is only important that the focus diameter is a measure of how strong the deviation from a theoretically punctiform focus is.

Für eine besonders präzise Herstellung eines Gegenstandes mit vielen feinen Strukturen ist ein geringer Fokusdurchmesser vorteilhaft. Ferner genügt bei einem kleineren Fokusdurchmesser eine geringere Strahlungsleistung, um das Pulver zu schmelzen.A small focus diameter is advantageous for a particularly precise production of an object with many fine structures. Furthermore, with a smaller focus diameter, a lower radiation power is sufficient to melt the powder.

Ein großer Fokusdurchmesser kann hingegen größere Flächen schneller abrastern.A large focus diameter, on the other hand, can scan larger areas faster.

Da das eigentliche Abrastern des Baufeldes häufig mit einem Scannerspiegel erfolgt und der Scannerspiegel im Drehwinkel begrenzt ist, ist ferner ein großer Abstand vom Baufeld vorteilhaft, da dann das erreichbare Gebiet des Baufeldes größer ist. Somit können durch Inkaufnahme eines großen Fokusdurchmessers Vorteile erzielt werden.Since the actual scanning of the construction field is often carried out with a scanner mirror and the angle of rotation of the scanner mirror is limited, a large distance from the construction field is also advantageous, since the accessible area of the construction field is then larger. Thus, advantages can be achieved by accepting a large focus diameter.

Entsprechend gibt es gattungsgemäße Vorrichtungen mit kleinem Fokusdurchmesser und solche mit großem Fokusdurchmesser, da je nach Anwendung das eine gegenüber dem anderen Vorteile bietet.Accordingly, there are generic devices with a small focus diameter and those with a large focus diameter, since, depending on the application, one offers advantages over the other.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art oder ein zugehöriges Verfahren so auszugestalten, die/das den Anforderungen hinsichtlich Fokusdurchmesser von verschiedenen Anwendungen genügt.The present invention is based on the object of designing a device of the type mentioned at the beginning or an associated method in such a way that the requirements with regard to focus diameter of various applications are met.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder ein Verfahren gemäß Anspruch 14. 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 14. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Der minimale Fokus einer optischen Einrichtung hängt im Wesentlichen von dem Abstand, der entsprechend der Brennweite einzustellen ist, der Fokussiereinrichtung zum Zielfeld ab, vorausgesetzt es steht eine ideale Strahlquelle mit optimalen Strahleigenschaften zur Verfügung (z.B. ein Laserstrahl mit einem Beugungsmaßzahl M2 =1) und idealer Wellenlänge. Je kürzer der Abstand desto kleiner der erreichbare Fokus. Bei geeigneter Wahl der optischen Komponenten ist es möglich das System für verschieden große Abstände zu fokussieren. Je Größer der Abstand umso größer der minimal einstellbare Fokus. Diese Eigenschaft soll in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen AM-Maschine genutzt werden.The minimum focus of an optical device essentially depends on the distance, which is to be set according to the focal length, of the focusing device to the target field, provided that an ideal beam source with optimal beam properties is available (e.g. a laser beam with a diffraction index M 2 = 1) and ideal wavelength. The shorter the distance, the smaller the focus that can be achieved. With a suitable choice of the optical components, it is possible to focus the system for different large distances. The greater the distance, the greater the minimum adjustable focus. This property is intended to be used in the AM machine proposed according to the invention.

Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei einer solchen Vorrichtung eine Brennweite, ein Fokus und/oder ein Fokusdurchmesser der Bestrahlungseinrichtung auf zwei verschiedene Arten verstellbar sind, bevorzugt eine Art mit geringer aber schneller Verstellung und die andere Art mit langsamerer aber großer Verstellung, insbesondere eine Art bevorzugt ausgelegt zur kleinen und schnellen Verstellung während der ortsselektiven Bestrahlung und die andere Art zur langsameren und größeren Verstellung, insbesondere vor einem Herstellungsprozess und/oder während des Herstellungsprozesses und/oder während einer Aktualisierung des Baufeldes.For this purpose, it is proposed according to the invention that, in such a device, a focal length, a focus and / or a focus diameter of the irradiation device can be adjusted in two different ways, preferably one type with a small but faster adjustment and the other type with a slower but larger adjustment, in particular one type preferably designed for small and fast adjustment during the site-selective irradiation and the other type for slower and larger adjustment, in particular before a manufacturing process and / or during the manufacturing process and / or during an update of the construction field.

Dadurch ist es möglich den für den aktuellen Herstellungsprozess idealen Fokus und/oder Fokusdurchmesser mittels der einen Art zu verstellen jeweils auf einen minimalen Wert einzustellen, während mittels der zweiten Art bevorzugt eine schnelle Feineinstellung erfolgt, um die geometrisch bedingt unterschiedlichen Weglängen von Bestrahlungseinrichtung zu verschiedenen Bereichen des Baufelds wie Mitte und Ecken zu kompensieren und zusätzlich um für bestimmte Scan-Geometrien nicht im kleinsten Fokus zu arbeiten. Dadurch können insbesondere nacheinander oder sogar innerhalb eines Prozesses in derselben Maschine Anwendungen mit verschiedenen Anforderungen an Brennweite, also minimalen Fokus durchgeführt werden, aber auch an einem Bauteil, wenn das Bauteil sehr filigrane Bereiche und gröbere Bereiche aufweist.This makes it possible to adjust the focus and / or focus diameter, which is ideal for the current manufacturing process, by means of one type in each case to a minimum value, while by means of the second type a quick fine adjustment is preferably carried out in order to accommodate the geometrically different path lengths from the irradiation device to different areas of the construction area such as the center and corners and, in addition, to not work in the smallest focus for certain scan geometries. As a result, applications with different requirements in terms of focal length, i.e. minimal focus, can be carried out one after the other or even within a process in the same machine, but also on a component if the component has very filigree areas and coarser areas.

Bei bevorzugten Ausführungsformen wird in jeder veränderten Brennweitenposition der minimale einstellbare Fokus durch eine sehr schnell dynamisch bewegliche Linse entsprechend der zweiten Art in einem bestimmten Weglängenbereich konstant gehalten werden, um z.B. für ein Scansystem den Fokus in einer Ebene konstant zu halten. Durch Positionsänderung dieser „schnellen Linse“ kann aber auch defokussiert in diese Ebene abgebildet werden.In preferred embodiments, in each changed focal length position, the minimum adjustable focus is kept constant in a certain path length range by a very rapidly dynamically movable lens according to the second type, in order to keep the focus constant in one plane, for example for a scanning system. By changing the position of this “fast lens”, however, it can also be defocused in this plane.

Dies kann genutzt werden, um in einigen Bereichen den Energieeintrag bzw. die Erhitzung zu verringern durch geringfügiges Defokussieren und/oder um Übergänge zwischen unterschiedlichen Verfestigungsbereichen, insbesondere Bereichen mit und ohne Verfestigung schärfer oder weniger scharf zu machen.This can be used to reduce the energy input or the heating in some areas through slight defocusing and / or to make transitions between different ones Solidification areas, in particular areas with and without solidification to make sharper or less sharp.

Beispielsweise kann es vorteilhaft, die Umrandung eines zu verfestigenden Bereiches mit etwas höherem Energieeintrag zuerst abzufahren. Dadurch wird die Grenze schärfer definiert und da der innerhalb und außerhalb der Umwandung noch unverfestigtes Pulver ist, kann die größere Wärme auch besser abgeführt werden. Bei der Verfestigung des inneren der Umrandung ist dann eine leichte Defokussierung oft vorteilhaft, beispielsweise weil so die durch die bereits existierende Umrandung geringere Wärmeableitfähigkeit kompensiert wird und/oder weil so größere Flächen erfasst werden und somit die Innenfläche schneller verfestigt werden kann.For example, it can be advantageous to first move around the border of an area to be consolidated with a somewhat higher energy input. As a result, the boundary is more sharply defined and since the powder is still not solidified inside and outside the wall, the greater heat can also be better dissipated. When solidifying the inner edge of the border, a slight defocusing is often advantageous, for example because the lower heat dissipation capacity due to the existing border is compensated for and / or because larger areas can be covered and the inner surface can be solidified more quickly.

Zur Verstellung des minimal möglichen Fokusdurchmessers ist es ausreichend, die Brennweite des optischen Systems zu verstellen.To adjust the minimum possible focus diameter, it is sufficient to adjust the focal length of the optical system.

Unter „Baufeld“ ist bevorzugt die obere Fläche der zuletzt präparierten Werkstoffpulverschicht zu verstehen, denn dort findet der durch den Fokus definierte Hitzeeintrag zum Aufschmelzen des verwendeten Metall-, oder-Kunstoffpulvers statt, also das „Bauen“ bzw. Aufbauen des herzustellenden Gegenstandes.The term “construction area” is preferably to be understood as the upper surface of the last prepared material powder layer, because this is where the heat input defined by the focus takes place to melt the metal or plastic powder used, i.e. the “building” or assembly of the object to be manufactured.

Dabei kann beispielsweise die Verstellung der Länge des Strahlweges zu dem Baufeld hin in einem geringen Maße durch Bewegung der Basisplattenanordnung erfolgen. Alternativ könnte auch das ganze Bauvolumengehäuse bewegt werden.For example, the length of the beam path towards the construction field can be adjusted to a small extent by moving the base plate arrangement. Alternatively, the entire construction volume housing could also be moved.

Bevorzugt ist eine Länge eines Strahlweges und/oder eines Abstandes von einem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung und/oder einer Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld, der Basisplattenanordnung, dem Prozessraumgehäuse und/oder dem Bauvolumengehäuse verstellbar, insbesondere ohne Verstellung von Basisplattenanordnung, Prozessraumgehäuse und/oder Bauvolumengehäuse.A length of a beam path and / or a distance from a last optical element of the irradiation device and / or a radiation source of the irradiation device to the construction field, the base plate arrangement, the process space housing and / or the volume housing is preferably adjustable, in particular without adjusting the base plate arrangement, process space housing and / or build volume housing.

Eine solche Verstellung erfolgt bevorzugt durch eine bewegliche Lagerung und eine Bewegung mittels eines Antriebs. Dadurch kann der Abstand auch kurzfristig und während eines Herstellungsprozesses verstellt werden.Such an adjustment is preferably carried out by a movable mounting and a movement by means of a drive. As a result, the distance can also be adjusted at short notice and during a manufacturing process.

Aber es kann in einigen Ausführungsformen auch vorgesehen sein, dass entsprechende Elemente in verschiedenen Höhen über dem Baufeld lösbar befestigt sind. Für einen neuen Herstellungsprozess sind ohnehin das Baufeld und das Prozessraumgehäuse und andere Komponenten zu warten bzw. für den nächsten Prozess einzurichten. Dabei kann auch eine entsprechende lösbare Verbindung gelöst werden, der gewünschte Abstand eingestellt werden und anschließend eine neue Verbindung hergestellt werden. Dies erlaubt eine einfachere Konstruktion und den Verzicht auf entsprechende Antriebs- und Lagerungsmittel.However, in some embodiments it can also be provided that corresponding elements are releasably fastened at different heights above the construction field. For a new manufacturing process, the construction field and the process room housing and other components have to be serviced or set up for the next process. A corresponding detachable connection can also be released, the desired distance can be set and then a new connection can be established. This allows a simpler construction and the elimination of corresponding drive and storage means.

Bevorzugt ist insbesondere die Länge eines Strahlweges von bzw. ein Abstand zwischen einem Fokus und/oder Brennweite beeinflussendem Element, wie beispielsweise einer Linse, einem Linsensystem und/oder einem Optikmodul, und dem Baufeld verstellbar.In particular, the length of a beam path from or a distance between an element influencing the focus and / or focal length, such as a lens, a lens system and / or an optics module, and the construction field is preferably adjustable.

Denn in einigen Ausführungsformen hat das letzte optische Element keine Auswirkungen auf die Brennweite, so dass nicht unbedingt der Abstand zwischen letztem optischen Element und Baufeld entscheidend ist, sondern Abstand bzw. Länge des Strahlweges von dem letzten die Brennweite beeinflussenden Element. Bevorzugt ist folglich in einigen Ausführungsformen somit Abstand und/oder Länge des Strahlweges zwischen dem letzten die Brennweite beeinflussenden Element und dem Baufeld verstellbar.Because in some embodiments the last optical element has no effect on the focal length, so that the distance between the last optical element and the construction field is not necessarily decisive, but the distance or length of the beam path from the last element influencing the focal length. In some embodiments, the distance and / or length of the beam path between the last element influencing the focal length and the construction field is consequently preferably adjustable.

Unter einem „optischen Element“ ist hierbei ein Element zu verstehen, dass nicht einfach nur die Strahlung passieren lässt, sondern in irgendeiner anderen Weise beeinflusst, beispielsweise bricht, reflektiert, fokussiert, zerstreut oder ähnliches. Das „letzte optische Element“ kennzeichnet damit das letzte Element der Bestrahlungseinrichtung, das beeinflusst, wie und in welcher Richtung die Strahlung die Bestrahlungseinrichtung in Richtung Baufeld verlässt.An “optical element” is to be understood here as an element that does not simply allow the radiation to pass, but influences it in some other way, for example refracts, reflects, focuses, diffuses or the like. The “last optical element” thus identifies the last element of the irradiation device, which influences how and in which direction the radiation leaves the irradiation device in the direction of the construction field.

Bevorzugt befinden sich zwischen letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung und dem Baufeld keine weiteren optischen Elemente, sondern höchstens die Strahlung nicht, nur wenig oder wenigstens in nicht verstellbarer Weise beeinflussende Fenster und/oder Scheiben und ähnliches. Beispielsweise könnte noch ein Fenster und/oder Scheibe vorgesehen sein, wodurch die Strahlung noch in bekannter und ggf. vom Ort abhängige Weise gebrochen wird. Bevorzugt sind aber beispielsweise Fenster und/oder Scheiben, die die Strahlung nahezu ungehindert und unbeeinflusst passieren lassen.Preferably, there are no further optical elements between the last optical element of the irradiation device and the construction field, but at most windows and / or panes and the like that do not influence the radiation, or only slightly or at least in a non-adjustable manner. For example, a window and / or pane could also be provided, as a result of which the radiation is refracted in a known and possibly location-dependent manner. However, windows and / or panes, for example, which allow the radiation to pass through virtually unhindered and unaffected, are preferred.

Durch eine passende Verstellung des Strahlweges kann in Kombination mit der Verstellung der Brennweite oder des Fokus der Fokusdurchmesser flexibel auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Dabei sind ggf. durch die Eigenschaften der Bestrahlungseinrichtung und/oder des möglichen Verstellbereiches des Strahlweges Grenzen für maximalen und minimalen Fokusdurchmesser gegeben.By adjusting the beam path appropriately, in combination with adjusting the focal length or focus, the focus diameter can be flexibly set to the desired value. In this case, limits for maximum and minimum focus diameter may be given by the properties of the irradiation device and / or the possible adjustment range of the beam path.

Bevorzugt ist oder umfasst das letzte optische Element mindestens ein Spiegel, insbesondere ein Umlenkspiegel und/oder ein Scannerspiegel, der bevorzugt so dreh- und/oder kippbar gelagert und gesteuert bewegbar ist, dass die Strahlung auf einen großen Bereich, bevorzugt auf jeden Punkt des Baufeldes gerichtet werden kann. Das letzte optische Element kann aber auch mehrere bewegliche Spiegel umfassen, die durch Zusammenwirken eine Ausrichtung der Strahlung auf einen großen Bereich des Baufeldes erlauben. Beispielsweise kann das letzte optische Element zwei Scannerspiegel umfassen, durch die jeweils die Auslenkung der Strahlung in eine Raumrichtung einstellbar ist, wobei die beiden Raumrichtungen zueinander orthogonal sind.The last optical element is preferably or comprises at least one mirror, in particular a deflecting mirror and / or a scanner mirror, which is preferably mounted so that it can be rotated and / or tilted and can be moved in a controlled manner that the radiation can be directed onto a large area, preferably onto any point of the construction site. The last optical element can, however, also comprise a plurality of movable mirrors which, through interaction, allow the radiation to be aligned over a large area of the construction field. For example, the last optical element can comprise two scanner mirrors, by means of which the deflection of the radiation can be adjusted in one spatial direction, the two spatial directions being orthogonal to one another.

Solche Spiegel erlauben ein relativ schnelles Führen des Strahles und damit des Fokus und damit des Ortes der größten Wärmezufuhr über das gesamte Baufeld, womit komplexe Strukturen relativ schnell aufgebaut werden können.Such mirrors allow the beam and thus the focus and thus the location of the greatest heat input to be guided relatively quickly over the entire construction field, so that complex structures can be built up relatively quickly.

Eine Alternative ist es, das letzte optische Element im Wesentlichen in der Ebene parallel zum Baufeld zu verschieben. Hierbei kommt auch in Frage, die gesamte Bestrahlungseinrichtung parallel zum Baufeld zu verschieben.An alternative is to move the last optical element essentially in the plane parallel to the construction field. It is also possible to move the entire irradiation device parallel to the construction field.

Dadurch kann zwar auch ein großer Bereich oder gar jeder Ort des Baufeldes mit Strahlung erreicht werden, aber im Allgemeinen ist dies langsamer als die Ausführung mit kipp- und drehbaren Scannerspiegeln.As a result, a large area or even every location of the construction site can be reached with radiation, but this is generally slower than the version with tiltable and rotatable scanner mirrors.

Bevorzugt ist das letzte optische Element senkrecht zum Baufeld verschiebbar, insbesondere mittels eines Linearantriebs.The last optical element can preferably be displaced perpendicular to the construction field, in particular by means of a linear drive.

Dies stellt eine technisch einfache Lösung zur Verstellung der Strahlweges und/oder des Abstandes zum Baufeld dar.This represents a technically simple solution for adjusting the beam path and / or the distance to the construction field.

Alternativ oder zusätzlich können aber auch andere Elemente der Bestrahlungseinrichtung verschiebbar ausgebildet sein in Bezug auf das Baufeld und/oder die optische Achse. Hierfür kommen beispielsweise die Strahlungsquelle oder Umlenkspiegel in Frage. Durch eine Verschiebung von solchen Elementen entlang der optischen Achse und/oder senkrecht zum Baufeld kann ebenfalls die Länge des Strahlweges beeinflusst werden.Alternatively or additionally, however, other elements of the irradiation device can also be designed to be displaceable with respect to the construction field and / or the optical axis. For example, the radiation source or deflection mirror can be used for this. The length of the beam path can also be influenced by shifting such elements along the optical axis and / or perpendicular to the construction field.

„Optische Achse“ ist hierbei zwar auch im üblichen Sinne der Optik also als Symmetrieachse eines rotationssymmetrischen optischen Systems zu verstehen. Dies betrifft insbesondere Ausführungsformen in denen es einen geraden Strahlweg von der Strahlungsquelle zum letzten optischen Element gibt. In diesen Fällen ist die optische Achse die Symmetrieachse des optischen Systems beginnend ab Ausgang der Strahlungsquelle (die Strahlungsquelle ist nicht zwingend rotationssymmetrisch ausgebildet).“Optical axis” is here to be understood in the usual sense of optics as the axis of symmetry of a rotationally symmetrical optical system. This applies in particular to embodiments in which there is a straight beam path from the radiation source to the last optical element. In these cases, the optical axis is the axis of symmetry of the optical system starting from the exit of the radiation source (the radiation source is not necessarily designed to be rotationally symmetrical).

Allerdings gibt es auch Ausführungsvarianten, bei denen der Strahlungsweg von der Strahlungsquelle zu einem Umlenkspiegel geht und von dort aus zu weiteren Umlenkspiegeln und/oder zum letzten optischen Element.However, there are also design variants in which the radiation path goes from the radiation source to a deflecting mirror and from there to further deflecting mirrors and / or to the last optical element.

In diesem Fall gibt es im üblichen Sinne der Optik dann bevorzugt mehrere zueinander gewinkelte optische Achsen, denn ein jeweiliger Abschnitt zwischen Strahlungsquelle, Umlenkspiegeln und/oder letzten optischen Element ist bevorzugt lokal rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise indem innerhalb eines Abschnitts nur rotationssymmetrische Elemente angeordnet sind.In this case, in the usual optics sense, there are preferably several optical axes angled to one another, because a respective section between the radiation source, deflection mirrors and / or the last optical element is preferably locally rotationally symmetrical. For example, in that only rotationally symmetrical elements are arranged within a section.

Aber vereinfacht ist im Rahmen der Erfindung mit dem Begriff „optische Achse“ die Gesamtheit der so gewinkelt aneinander angefügten optischen Achsen im Sinne der Optik zu verstehen, die gemeinsam den Strahlweg innerhalb der Bestrahlungseinrichtung ausbilden.In simplified terms, however, within the scope of the invention, the term “optical axis” is to be understood as the entirety of the optical axes joined to one another at an angle in the sense of optics, which together form the beam path within the irradiation device.

Ferner umfasst im Rahmen der Erfindung der Begriff „optische Achse“ auch die Linie, bei der ein auf dieser Linie laufender Strahl die Mitte des Fokusbereichs und/oder des Brennbereichs treffen würde. Diese Begriffsbedeutung ist vor allem relevant bei Systemen, die keinen kreisförmigen Fokusbereich erzeugen, sondern beispielsweise einen elliptischen. Entsprechend ist in Ausführungsformen mit nicht rotationssymmetrischen optischen Systemen unter „optische Achse“ die Linie zu verstehen, bei der ein auf dieser Linie laufender Strahl die Mitte des Fokusbereichs und/oder des Brennbereichs treffen würde.Furthermore, within the scope of the invention, the term “optical axis” also includes the line in which a beam traveling on this line would hit the center of the focus area and / or the focal area. This conceptual meaning is particularly relevant for systems that do not generate a circular focus area, but an elliptical one, for example. Correspondingly, in embodiments with non-rotationally symmetrical optical systems, “optical axis” is to be understood as the line in which a beam traveling on this line would hit the center of the focal area and / or the focal area.

In einigen Ausführungsformen, insbesondere denen ohne Scannerspiegel, ist bevorzugt das letzte optische Element auch in allen Richtungen parallel zum Baufeld verschiebbar, bevorzugt durch zwei miteinander gekoppelte, zueinander orthogonal ausgerichtete und zum Baufeld parallel ausgerichtete Linearantriebe.In some embodiments, in particular those without a scanner mirror, the last optical element is preferably also displaceable in all directions parallel to the construction field, preferably by two linear drives coupled to one another, aligned orthogonally to one another and aligned parallel to the construction field.

Dies erlaubt eine besonders präzise Rasterung des Baufeldes.This allows a particularly precise grid of the construction area.

Bevorzugt ist das Prozessraumgehäuse oberseitig durch eine für die Strahlung der Bestrahlungseinrichtung durchlässige Scheibe und/oder Fenster abgeschlossen und/oder abgedichtet, wobei bevorzugt die Bestrahlungseinrichtung zumindest teilweise oberhalb des Prozessraumgehäuses angeordnet ist, bevorzugt vollständig oberhalb des Prozessraumgehäuses. Bevorzugt ist das letzte optische Element der Bestrahlungseinrichtung oberhalb des Prozessraumgehäuses angeordnet.The process chamber housing is preferably closed and / or sealed on the top by a pane and / or window permeable to the radiation of the irradiation device, the irradiation device preferably being arranged at least partially above the process chamber housing, preferably completely above the process chamber housing. The last optical element of the irradiation device is preferably arranged above the process chamber housing.

Dadurch ist eine Bewegung und/oder eine Verstellung von Elementen der Bestrahlungseinrichtung oder auch der ganzen Bestrahlungseinrichtung leichter möglich, denn einerseits ist eine Kollision mit im Inneren des Prozessraumgehäuses bewegten Elementen ausgeschlossen und andererseits wird vermieden, dass die Bestrahlungseinrichtung innerhalb des abgedichteten Hohlraumes bewegt werden muss, was eine kompliziertere Verbindung zu Antriebsmittel/-motoren erforderlich machen könnte.As a result, elements of the irradiation device or the entire irradiation device can be moved and / or adjusted This is easier because, on the one hand, a collision with elements moving inside the process chamber housing is ruled out and, on the other hand, it is avoided that the irradiation device has to be moved within the sealed cavity, which could require a more complicated connection to the drive means / motors.

Bevorzugt umfasst die Bestrahlungseinrichtung ein Optikmodul mit mindestens einer Fokuslinse und/oder mindestens einem Linsensystem, wobei das Optikmodul als ganzes und/oder die mindestens eine Fokuslinse bzw. das Linsensystem entlang einer optischen Achse beweglich ist zur Verstellung der Brennweite und/oder des der Bestrahlungseinrichtung, wobei die mindestens eine Fokuslinse bzw. das Linsensystem bevorzugt als mehrere relativ zueinander feste Fokuslinsen ausgebildet ist.The irradiation device preferably comprises an optics module with at least one focus lens and / or at least one lens system, the optics module as a whole and / or the at least one focus lens or the lens system being movable along an optical axis in order to adjust the focal length and / or that of the irradiation device, wherein the at least one focus lens or the lens system is preferably designed as a plurality of focus lenses that are fixed relative to one another.

Durch Verschiebung des Optikmoduls entlang der optischen Achse ändert sich die Länge des Strahlweges von der Strahlungsquelle zum Optikmodul und vom Optikmodul zum Baufeld. Dies beeinflusst wie weit hinter dem letzten optischen Element der Fokus bzw. die Brennweite der Bestrahlungseinrichtung ist und wie groß oder klein der mögliche Fokusdurchmesser ist. Erfolgt zusätzlich eine passende Verstellung des Abstandes/Strahlweges zwischen letztem optischen Element und Baufeld, kann damit der Fokusdurchmesser auf einen gewünschten Wert eingestellt werden und liegt genau im oder auf dem Baufeld.Moving the optics module along the optical axis changes the length of the beam path from the radiation source to the optics module and from the optics module to the construction field. This influences how far behind the last optical element the focus or the focal length of the irradiation device is and how large or small the possible focus diameter is. If the distance / beam path between the last optical element and the construction field is also adjusted appropriately, the focus diameter can be set to a desired value and lies exactly in or on the construction field.

Bevorzugt umfasst das Optikmodul neben der Fokuslinse noch eine entlang einer optischen Achse und relativ zu der mindestens einen Fokuslinse beweglichen Feinfokussierlinse zur schnellen Fein-Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers der Bestrahlungseinrichtung, um die geometrisch bedingt leicht unterschiedliche Strahlweglängen abhängig von der Position auf dem Baufeld zu kompensieren und evtl. bestimmte zu scannende Geometrien mit einem leicht größerem Fokus zu scannen als minimal einstellbarem.In addition to the focus lens, the optics module preferably also comprises a fine focus lens movable along an optical axis and relative to the at least one focus lens for quick fine adjustment of the focal length and / or the focus and / or the focus diameter of the irradiation device, depending on the geometrically slightly different beam path lengths to compensate for the position on the construction field and possibly to scan certain geometries to be scanned with a slightly larger focus than the minimum adjustable.

Dadurch können technisch einfach die zwei verschiedenen Arten zur Verstellung von Brennweite, Fokus und/oder Fokusdurchmesser realisiert werden.As a result, the two different ways of adjusting the focal length, focus and / or focus diameter can be implemented in a technically simple manner.

Hierbei kommen grundsätzlich sowohl konvexe als auch konkave als auch andersartige Linsen und Kombinationen von mehreren verschiedenen Linsen für alle Linsen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Frage. Insbesondere muss die Fokussierlinse auch keine konvexe Linse sein. Sie kann beispielsweise auch eine Kombination aus mehreren Linsen sein oder auch eine konvexe Linse, die in Kombination mit weiteren Linsen und/oder dem Linsensystem zu einer Fokussierung der Strahlung führt.In principle, both convex and concave lenses, as well as lenses of other types, and combinations of several different lenses for all lenses of a device according to the invention are possible. In particular, the focusing lens does not have to be a convex lens either. It can, for example, also be a combination of several lenses or also a convex lens which, in combination with further lenses and / or the lens system, leads to a focusing of the radiation.

In einer möglichen Ausführungsform ist bevorzugt das Optikmodul mit dem letzten optischen Element zur gemeinsamen Bewegung so gekoppelt und/oder für sich separat so beweglich ansteuerbar, dass die relative Position von Optikmodul zu letztem optischen Element gleich bleibt bzw. gleich gehalten werden kann, wenn die Länge des Strahlweges und/oder des Abstandes zwischen einerseits letztem optischen Element und/oder der Strahlungsquelle und andererseits dem Baufeld verstellt wird, wobei bevorzugt der Strahlweg von einem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem letzten optischen Element parallel zum Baufeld, bevorzugt entlang einer geraden Linie, verläuft.In one possible embodiment, the optical module is preferably coupled to the last optical element for joint movement and / or separately controllable so movably that the relative position of the optical module to the last optical element remains the same or can be kept the same if the length the beam path and / or the distance between on the one hand the last optical element and / or the radiation source and on the other hand the construction field is adjusted, the beam path preferably running from a beam exit of the optical module to the last optical element parallel to the construction field, preferably along a straight line.

Dadurch kann mechanisch sichergestellt werden, dass jegliche Verstellung des Abstandes zwischen letztem optischen Element und dem Baufeld eine Veränderung der Länge des Strahlweges darstellt, womit sichergestellt ist, dass komplementär zu einer Änderung der Brennweite und/oder des Fokus die Länge des Strahlweges hin zum Baufeld so veränderbar ist, dass Brennweite bzw. Fokus genau im Baufeld liegen.This mechanically ensures that any adjustment of the distance between the last optical element and the construction field represents a change in the length of the beam path, which ensures that the length of the beam path towards the construction field is complementary to a change in the focal length and / or the focus it can be changed that the focal length or focus lie exactly in the construction field.

Bevorzugt sind das Optikmodul und das letzte optische Element in oder an einem Strahlungsgehäuse angeordnet, wobei das Strahlungsgehäuse senkrecht zum Baufeld bewegbar ist, um die Länge des Strahlwegs zwischen letzten optischen Element und Baufeld zu verstellen. Dies kann bevorzugt durch einen Linearantrieb erfolgen.The optics module and the last optical element are preferably arranged in or on a radiation housing, the radiation housing being movable perpendicular to the construction field in order to adjust the length of the beam path between the last optical element and the construction field. This can preferably be done by a linear drive.

Damit ist technisch die Verstellung des Abstandes und/oder der Länge des Strahlweges einfach realisierbar.In this way, the adjustment of the distance and / or the length of the beam path is technically easy to implement.

In einer anderen möglichen Ausführungsform ist das Optikmodul nicht mit dem letzten optischen Element zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt, so dass sich die relative Position von Optikmodul zu letztem optischen Element verändert, wenn die Länge des Strahlwegs zwischen letztem optischen Element und Baufeld verstellt wird.In another possible embodiment, the optical module is not coupled to the last optical element for joint movement, so that the relative position of the optical module to the last optical element changes when the length of the beam path between the last optical element and the construction field is adjusted.

Dies kann vorteilhaft sein, da das Optikmodul meist bewegliche Linsen und/oder ein Linsensystem umfasst. Deren präzise Positionierung und damit die Genauigkeit der Strahlführung und -fokussierung ist eher gewährleistet, wenn das Optikmodul weniger oft und/oder weniger weit bewegt wird. Weshalb eine Entkoppelung vom letzten optischen Element sinnvoll sein kann, wenn dieses oft und/oder weit bewegt wird.This can be advantageous since the optics module mostly comprises movable lenses and / or a lens system. Their precise positioning and thus the accuracy of the beam guidance and focusing is more likely to be guaranteed if the optics module is moved less often and / or less far. Why decoupling from the last optical element can be useful if it is moved often and / or far.

Bevorzugt sind bei dieser Ausführungsform das letzte optische Element und ein Umlenkspiegel in oder an einem Strahlungsgehäuse angeordnet, wobei der Strahlweg von einem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem letzten optischen Element über den Umlenkspiegel und bevorzugt weitere insbesondere relativ zum Optikmodul bewegbare Umlenkspiegel verläuft.In this embodiment, the last optical element and a deflecting mirror are preferred or arranged on a radiation housing, the beam path running from a beam exit of the optics module to the last optical element via the deflecting mirror and preferably further deflecting mirrors, in particular movable relative to the optics module.

Damit kann dann der Strahlweg von dem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder von dem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem Baufeld verstellt werden ohne das Optikmodul zu bewegen. Zur entsprechenden Anpassung des Fokus muss dann das Optikmodul nur noch wenig bewegt werden, womit das Optikmodul insgesamt weniger bewegt wird.The beam path can then be adjusted from the last optical element of the irradiation device to the construction field and / or from the beam exit of the optical module to the construction field without moving the optical module. In order to adjust the focus accordingly, the optics module then only has to be moved a little, with the result that the optics module is moved less overall.

Dies Variante ist somit meist optimaler hinsichtlich der Lebensdauer bzw. der Präzision des Optikmoduls und/oder andere komplexer optischer Elemente.This variant is therefore usually more optimal with regard to the service life or the precision of the optical module and / or other complex optical elements.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit, einen Prozessor und/oder eine Steuereinheit, die ausgelegt und/oder eingerichtet sind, bei Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers den Strahlweg und/oder den Abstand insbesondere zwischen letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und Baufläche dazu korrespondierend zu verstellen, so dass ein Brennpunkt und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder
bei Verstellung des Strahlweges und/oder des Abstandes insbesondere zwischen letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und Baufläche die Brennweite und/oder den Fokus und/oder den Fokusdurchmesser dazu korrespondierend zu verstehen, so dass ein Brennpunkt und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder
basierend auf eingegebenen, eingespeisten und/oder übermittelten Informationen hinsichtlich des herzustellenden Gegenstandes Brennweite und/oder Fokus und/oder Fokusdurchmesser und korrespondierend dazu den Strahlweg und/oder den Abstand insbesondere zwischen letztem optischen Element und Baufläche auszuwählen und einzustellen.
The device preferably comprises a data processing unit, a processor and / or a control unit which are designed and / or set up to adjust the beam path and / or the distance in particular between the last optical and / or the focus diameter when adjusting the focal length and / or the focus and / or the focus diameter. or to adjust the focal length influencing element and construction area accordingly so that a focal point and / or a focal plane lies on, in and / or on the construction field; and or
when adjusting the beam path and / or the distance, in particular between the last optical element and / or the element influencing the focal length and the construction surface, the focal length and / or the focus and / or the focus diameter are to be understood as corresponding, so that a focal point and / or a focal plane is in and / or on the construction site; and or
based on entered, fed in and / or transmitted information regarding the object to be manufactured focal length and / or focus and / or focus diameter and correspondingly to select and set the beam path and / or the distance in particular between the last optical element and the construction area.

Dies erleichtert die Bedienung einer solchen Vorrichtung und stellt sicher, dass Brennebene und/oder Fokusdurchmesser selbst bei Verstellung nahe an oder in dem Baufeld sind.This simplifies the operation of such a device and ensures that the focal plane and / or focus diameter are close to or in the construction field even when adjusted.

Bevorzugt sind bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen der Fokus und/oder der Fokusdurchmesser zwischen 1 µm und 1000 µm verstellbar, bevorzugt zwischen 15 µm und 250 µm. Besonders bevorzugt sind die Länge der Strahlweges von einem letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder der Abstand zwischen letztem Element und Baufeld zwischen 10 mm und 3000 mm verstellbar, insbesondere zwischen 200 mm und 1000 mm.In devices according to the invention, the focus and / or the focus diameter are preferably adjustable between 1 μm and 1000 μm, preferably between 15 μm and 250 μm. The length of the beam path from a last optical element and / or the focal length influencing element of the irradiation device to the construction field and / or the distance between the last element and construction field can be adjusted between 10 mm and 3000 mm, in particular between 200 mm and 1000 mm.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das Optikmodul so ausgelegt, dass die Feinfokussierlinse bis zu 10 mm entlang der einlaufenden optischen Achse (Achse Richtung x-Spiegel Scanner) bewegbar ist. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das Optikmodul so ausgelegt, dass das Optikmodul, die mindestens eine Fokuslinse und/oder das Linsensystem mehr als 5 mm entlang der optischen Achse bewegbar sind, bevorzugt 20 bis 100 mm.The device according to the invention and / or the optics module is preferably designed in such a way that the fine focusing lens can be moved up to 10 mm along the incoming optical axis (axis in the direction of the x-mirror scanner). The device according to the invention and / or the optics module is preferably designed such that the optics module, the at least one focus lens and / or the lens system can be moved more than 5 mm along the optical axis, preferably 20 to 100 mm.

Damit sind ein Großteil der in der Praxis erforderlichen Werte einstellbar.This means that most of the values required in practice can be set.

Alternativ oder zusätzlich kann in allen Ausführungsformen auch die Verschiebung des Optikmoduls und/oder der mindestens einen Fokuslinse durch eine Verschiebung bzw. eine Verschiebbarkeit der Strahlungsquelle ersetzt und/oder ergänzt werden. Jedoch ist die Bewegung des Optikmoduls technisch meist einfacher als die Bewegung der Strahlungsquelle.As an alternative or in addition, the displacement of the optical module and / or the at least one focus lens can also be replaced and / or supplemented by a displacement or displaceability of the radiation source in all embodiments. However, the movement of the optics module is technically usually simpler than the movement of the radiation source.

Bevorzugt befindet sich abschnittsweise zwischen Strahlungsquelle und dem letzten optischen Element ein Glasfaserkabel zur Führung der Strahlung, besonders bevorzugt zwischen Strahlungsquelle und dem Optikmodul.A glass fiber cable for guiding the radiation is preferably located in sections between the radiation source and the last optical element, particularly preferably between the radiation source and the optics module.

Besonders bevorzugt erstreckt sich das Glasfaserkabel von der Strahlungsquelle bis zu einer Position, die der Höhe des letzten optischen Elements und/oder des Optikmoduls über dem Baufeld entspricht, so dass die Strahlung aus dem Ausgang des Glasfaserkabels entlang der optischen Achse parallel zur Baufläche zum letzten optischen Element und/oder Optikmodul verläuft.Particularly preferably, the fiber optic cable extends from the radiation source to a position that corresponds to the height of the last optical element and / or the optical module above the construction field, so that the radiation from the output of the fiber optic cable along the optical axis parallel to the construction area to the last optical Element and / or optics module runs.

Besonders bevorzugt ist die Länge und Halterung des Glasfaserkabels so ausgelegt und/oder ermöglicht so viel Spiel, dass bei Verstellung des Abstandes des letzten optischen Elements und/oder des Optikmoduls zum Baufeld das Glasfaserkabel mit nach oben oder unten bewegbar ist und die Strahlung das Glasfaserkabel weiter auf Höhe des letzten optischen Elements und/oder des Optikmoduls parallel zum Baufeld verlässt.Particularly preferably, the length and mounting of the fiber optic cable is designed and / or allows so much play that when adjusting the distance of the last optical element and / or the optical module to the construction field, the fiber optic cable can be moved up or down and the radiation can move the fiber optic cable further at the level of the last optical element and / or the optical module parallel to the construction field.

Dadurch lassen sich komplexe Spiegelkonstruktionen zum höhenverstellbaren Umlenken der Strahlung auf das Optikmodul bzw. letzte optische Element vermeiden.As a result, complex mirror constructions for the height-adjustable deflection of the radiation onto the optical module or the last optical element can be avoided.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit verstellbarem Strahlweg bzw. Abstand umfasst mindestens die folgenden Schritte:

  • Verstellen der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers der Bestrahlungseinrichtung; und dazu korrespondierende Verstellung des Strahlweges von dem letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder des Abstandes des letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Elements zu dem Baufeld, so dass ein Brennpunkt und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder die folgenden Schritte:
    • Verstellen des Strahlweges von dem letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder des Abstandes des letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Elements zu dem Baufeld; und dazu korrespondierende Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers der Bestrahlungseinrichtung, so dass ein Brennpunkt und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt.
A method according to the invention for operating a device according to the invention with adjustable beam path or distance comprises at least the following steps:
  • Adjusting the focal length and / or the focus and / or the focus diameter of the irradiation device; and corresponding adjustment of the beam path from the last optical and / or the focal length influencing element of the irradiation device to the construction field and / or the distance of the last optical and / or the focal length influencing element to the construction field, so that a focal point and / or a focal plane is on, in and / or on the construction site; and / or the following steps:
    • Adjustment of the beam path from the last optical and / or the focal length influencing element of the irradiation device to the construction field and / or the distance of the last optical and / or the focal length influencing element to the construction field; and corresponding adjustment of the focal length and / or the focus and / or the focus diameter of the irradiation device, so that a focal point and / or a focal plane lies on, in and / or on the construction field.

Dadurch ist sichergestellt, dass Brennebene und/oder Fokusdurchmesser selbst bei Verstellung nahe an oder in dem Baufeld sind.This ensures that the focal plane and / or focus diameter are close to or in the construction field even when adjusted.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten 1 - 3 erläutert.

  • 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen in einem Zustand mit großem Abstand zwischen letztem optischen Element und der Baufläche und mit großem Fokusdurchmesser.
  • 2 zeigt in einer ebenso schematischen Schnittdarstellung die Vorrichtung aus 1 mit einem anders eingestellten Strahlweg/Abstand und anders eingestelltem Fokusdurchmesser.
  • 3 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen in einem Zustand mit großem Abstand zwischen letztem optischen Element und der Baufläche und mit großem Fokusdurchmesser.
  • 4 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen prinzipiellen Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung ähnlich zu 1 unter Verwendung eines Glasfaserkabels.
Embodiments of the invention are described below with reference to the attached 1 - 3 explained.
  • 1 shows in a schematic sectional view a basic structure of a device according to the invention for the production of objects in a state with a large distance between the last optical element and the construction area and with a large focus diameter.
  • 2 shows the device from FIG 1 with a differently set beam path / distance and a differently set focus diameter.
  • 3 shows in a schematic sectional view a basic structure of a further device according to the invention for the production of objects in a state with a large distance between the last optical element and the construction area and with a large focus diameter.
  • 4th shows in a schematic sectional illustration a basic structure of a further device according to the invention similar to FIG 1 using a fiber optic cable.

Mit 30 ist in den 1 und 2 eine Bestrahlungseinrichtung bezeichnet, welche Laserstrahlung zum Umschmelzen von eingesetztem Werkstoffpulver liefert. Die Bestrahlungseinrichtung 30 ist oberhalb eines Prozessraumgehäuses 4 angeordnet. Das Prozessraumgehäuse 4 begrenzt mit seiner für Strahlung der Bestrahlungseinrichtung 2 durchlässigen oberen Scheibe 9 einen als Brennraum 6 bezeichneten Hohlraum über der Belichtungsebene 7, die auch als Baufeld 7 bezeichnet wird. Das Prozessraumgehäuse 4 umfasst meist oder ist meist noch mit weiteren Elementen verbunden, beispielsweise mit einer Funktionseinrichtung mit einer nicht dargestellten Pulverschichtenpräparationseinrichtung und mit einer Schutzgasversorgungseinrichtung, welche zusammen ein Fertigungsmodul ausbilden. Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung umfasst üblicherweise eine nicht gezeigte Pulverzuführungseinrichtung, welche aus einem Pulvervorrat eine jeweilige Menge Werkstoffpulver zur Bildung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht 20 auf das Baufeld 7 ausbringt. Die Pulverschichtenpräparationseinrichtung umfasst ferner einen nicht gezeigten Glättungsschieber zur Einebnung des Werkstoffpulvers zu einer gleichmäßigen Werkstoffpulverschicht 20 auf dem Baufeld 7. Bei dem Glättungsschieber kann es sich beispielsweise um eine unterseitig geradlinig horizontale Lippe handeln, die über das Baufeld 7 hinweg bewegt wird, um darauf abgelegtes Pulver gleichmäßig zu verteilen.With 30th is in the 1 and 2 denotes an irradiation device which supplies laser radiation for remelting the material powder used. The irradiation facility 30th is above a process room housing 4th arranged. The process room housing 4th limited with its for radiation of the irradiation device 2 permeable upper disc 9 one as a combustion chamber 6th designated cavity above the exposure plane 7th that is also called a construction field 7th referred to as. The process room housing 4th mostly comprises or is mostly also connected to further elements, for example with a functional device with a powder layer preparation device (not shown) and with a protective gas supply device, which together form a production module. The powder layer preparation device usually comprises a powder feed device, not shown, which takes a respective quantity of material powder from a powder supply to form a respective material powder layer 20th on the construction field 7th applies. The powder layer preparation device further comprises a smoothing slide, not shown, for leveling the material powder to form a uniform material powder layer 20th on the construction site 7th . The smoothing slide can, for example, be a lip that is straight and horizontal on the underside and extends over the construction field 7th is moved away in order to distribute the powder deposited on it evenly.

Die Schutzgasversorgungseinrichtung umfasst vorzugsweise Schutzgaseinleitungsmittel zur Einleitung von Schutzgas, z. B. Argon, in den Brennraum 6 und Schutzgasausleitungsmittel zur Ausleitung von Schutzgas und ggf. Prozessrauch aus dem Brennraum 6, wobei die Schutzgaseinleitungsmittel und die Schutzgasausleitungsmittel vorzugsweise zu einer Schutzgasumwälzeinrichtung kombinierbar sind, welche Gasfiltereinrichtungen aufweist.The protective gas supply device preferably comprises protective gas inlet means for introducing protective gas, e.g. B. argon, in the combustion chamber 6th and protective gas discharge means for discharging protective gas and possibly process smoke from the combustion chamber 6th , wherein the protective gas inlet means and the protective gas outlet means can preferably be combined to form a protective gas circulation device which has gas filter devices.

An einem Gehäuseteil der Vorrichtung ist ein Bauvolumengehäuse 16 mit seiner Umfangswandung 18 vorgesehen. Innerhalb des Bauvolumengehäuses 16 ist eine Basisplattenanordnung 12 zur Stützung des Baufeldes vorgesehen.A structural volume housing is located on a housing part of the device 16 with its peripheral wall 18th intended. Inside the building volume housing 16 is a base plate assembly 12th intended to support the construction site.

Das oberhalb der Basisplattenanordnung 12 vorgesehene innere Volumen des Bauvolumengehäuses 16 wird durch Anheben der Umfangswandung 18 relativ zu einer Basisplattenanordnung 12 mit einer Basisplatte (und ggf. einer darauf angeordneten Substratplatte) größer. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch Absenken der Basisplattenanordnung mittels des Hubantriebs 15.The one above the base plate assembly 12th intended inner volume of the structural volume housing 16 is made by lifting the perimeter wall 18th relative to a base plate assembly 12th with a base plate (and possibly a substrate plate arranged on it) larger. In the present exemplary embodiment, this is done by lowering the base plate arrangement by means of the lifting drive 15th .

Die Basisplattenanordnung 12 ist auf einem Bauplattenträger (Elevator) 28 angeordnet, welcher mittels eines steuerbaren Hubantriebs vertikal bewegbar ist, um die Basisplattenanordnung 12 relativ zu der Umfangswandung 18 anzuheben bzw. abzusenken.The baseplate assembly 12th is on a building board carrier (elevator) 28 arranged, which is vertically movable by means of a controllable lifting drive to the base plate assembly 12th relative to the peripheral wall 18th raise or lower.

Eine solche Anordnung aus Basisplattenanordnung 12, Hubantrieb 15, Elevator 28 und Bauvolumengehäuse 16 mit Umfangswandung 18 wird auch als Bauzylinder bezeichnet.Such an arrangement of base plate arrangement 12th , Lifting drive 15th , Elevator 28 and build volume housing 16 with peripheral wall 18th is also known as a building cylinder.

Auf der Basisplattenanordnung 12 könnte noch eine Substratplatte aufliegen, auf welcher der Formkörper aufzubauen wäre. Die Basisplattenanordnung 12 könnte dann intakt bleiben und für eine größere Anzahl an Bauprozessen verwendet werden. Ggf. könnten auch mehrere Substratplatten auf der Basisplatte aufliegen, z. B. nebeneinander. Dies kann vorteilhaft sein, falls mehrere Formkörper in einem Arbeitsprozess hergestellt werden, wobei jedem Formkörper ein eigenes Substratplattensegment zugeordnet werden kann.On the base plate assembly 12th could still rest a substrate plate on which the molded body would be built. The baseplate assembly 12th could then remain intact and be used for a greater number of building processes. If necessary, several substrate plates could also rest on the base plate, e.g. B. side by side. This can be advantageous if several shaped bodies are produced in one work process, with each shaped body being able to be assigned its own substrate plate segment.

In der Basisplattenanordnung 12 oder/und in der Umfangswandung 18 könnte eine jeweilige Heizung zur Erwärmung des Bauvolumens integriert sein.In the base plate arrangement 12th or / and in the peripheral wall 18th a respective heater could be integrated to warm up the building volume.

Zu Beginn eines Bauprozesses gemäß 1 wird vermittels der Pulverschichtenpräparationseinrichtung 10 eine Werkstoffpulverschicht 20 auf der Basisplattenanordnung 12 bzw. auf der auf der Basisplattenanordnung 12 aufliegenden Substratplatte abgelegt und eingeebnet. Es findet eine Verfestigung von gewünschten Bereichen innerhalb der Werkstoffpulverschicht 20 mittels Verschmelzen des Pulvers durch den Laserstrahl statt.At the beginning of a construction process according to 1 is by means of the powder layer preparation device 10 a material powder layer 20th on the base plate assembly 12th or on the one on the base plate assembly 12th placed on the substrate plate and leveled. There is a solidification of desired areas within the material powder layer 20th by fusing the powder with the laser beam.

Die das Baufeld 7 repräsentierende Pulverschicht 20 wird nun mittels der Bestrahlungseinrichtung 2 bestrahlt, wobei der Laserstrahl computergesteuert abgelenkt wird, so dass er auf der präparierten Pulverschicht 20 gezielt die Bereiche zum Schmelzen bringt, welche einen der betreffenden Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des herzustellenden Gegenstandes 24 entspricht.The the construction field 7th representing powder layer 20th is now by means of the irradiation device 2 irradiated, whereby the laser beam is deflected computer-controlled so that it hits the prepared powder layer 20th deliberately causes the areas to melt which a cross-sectional area of the object to be manufactured that is assigned to the relevant layer 24 corresponds to.

Nach dem Bestrahlungsschritt erfolgt dann das Absenken des Elevators 28 um einen Höhenbetrag, um die Basisplattenanordnung 12 relativ zu der Umfangswandung 18 anzuheben bzw. abzusenken. In anderen Ausführungsformen kann auch alternativ oder zusätzlich die Umfangswandung 18 bzw. das Bauvolumengehäuse 16 beweglich ausgebildet sein, um die Basisplattenanordnung 12 relativ zu der Umfangswandung 18 anzuheben bzw. abzusenken. Dann ist meist das Prozessraumgehäuse 4 ebenfalls beweglich auszulegen.After the irradiation step, the elevator is then lowered 28 by an amount of height to the base plate assembly 12th relative to the peripheral wall 18th raise or lower. In other embodiments, the peripheral wall can also alternatively or additionally 18th or the volume housing 16 be designed to be movable around the base plate assembly 12th relative to the peripheral wall 18th raise or lower. Then it is usually the process room housing 4th also designed to be movable.

Der Höhenbetrag entspricht der Schichtdicke der nächsten Pulverschicht. Danach erfolgt das Präparieren und schließlich Bestrahlen dieser nächsten Pulverschicht in der erläuterten Weise. Diese Vorgänge werden wiederholt fortgesetzt, bis der gewünschte Gegenstand 24 fertiggestellt ist.The amount of height corresponds to the layer thickness of the next powder layer. This is followed by the preparation and finally irradiation of this next powder layer in the manner explained. These processes are repeated until the desired item is obtained 24 is completed.

2 zeigt einen ähnlichen Zwischenzustand der Herstellung des Gegenstandes 24 wie 1 mit dem wesentlichen Unterschied, dass sich Brennweite und Abstand zum Baufeld 7 der Bestrahlungseinrichtung 30 geändert haben. Dadurch ist ein kleinerer Fokusdurchmesser 35 als in 1 gegeben, womit - wie schematisch angedeutet - ein filigranerer Gegenstand herstellbar ist. 2 shows a similar intermediate stage in the manufacture of the article 24 how 1 with the main difference that the focal length and distance to the construction field 7th the irradiation facility 30th have changed. This results in a smaller focus diameter 35 than in 1 given, with which - as indicated schematically - a more filigree object can be produced.

Gleichzeitig ist aber durch den geringeren Abstand eine kleinere Gesamtbaufläche gegeben. Denn wie angedeutet gibt es bei der Bestrahlungseinrichtung 30 eine Austrittscheibe bzw. ein Austrittsfenster 31, welches durchlässig bzw. transparent für den Laserstrahl ist. Dieses begrenzt den maximalen Austrittswinkel des Laserstrahls und damit des maximalen Winkels des Laserstrahls zur Normalen des Baufeldes 7. Gleichzeitig kann eine andere Grenze auch durch den maximalen Kipp- und/oder Drehwinkel eines letzten optischen Elements 34 bedingt sein. At the same time, however, there is a smaller overall construction area due to the smaller distance. Because as indicated there is at the irradiation facility 30th an exit disk or exit window 31 , which is permeable or transparent for the laser beam. This limits the maximum exit angle of the laser beam and thus the maximum angle of the laser beam to the normal of the construction area 7th . At the same time, another limit can also be caused by the maximum tilt and / or rotation angle of a last optical element 34 be conditional.

Dieser Winkel bestimmt in Kombination mit dem Abstand Bestrahlungseinrichtung 30 zu Baufeld 7 die maximal bearbeitbare bzw. bestrahlbare Fläche des Baufeldes 7.This angle, in combination with the distance, determines the irradiation device 30th to construction site 7th the maximum area of the construction site that can be processed or irradiated 7th .

Somit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung unterschiedliche minimale Fokusdurchmesser 35 zu erreichen, die mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen einhergehen, womit die erfindungsgemäße Vorrichtung die Einstellung des für die aktuelle Anwendung gerade optimalen Fokusdurchmessers erlaubt. Bei kleiner werdendem Fokus verringert sich bei dem gezeigtem Ausführungsbeispiel auch die Größe des möglichen Baufeldes aufgrund des maximalen Winkels um den das letzte optische Element 34 bezogen auf die senkrechte Richtung den Strahl ablenken kann, was bei der Wahl des minimalen Fokusdurchmessers und sonstiger Prozessparameter berücksichtigt werden muss. Dies wird allerdings in anderen Ausführungsformen durch eine Verschiebung des ganzen Optikmoduls 36 in einer Ebene parallel zum Baufeld (auch X-Y-Ebene genannt), womit mit einem kleinen minimalen Fokus auch bei größeren Bereichen gearbeitet werden kann.The device according to the invention thus allows different minimum focus diameters 35 to achieve, which go hand in hand with different advantages and disadvantages, with which the device according to the invention allows the setting of the focus diameter that is just optimal for the current application. As the focus becomes smaller, in the exemplary embodiment shown, the size of the possible construction field also decreases due to the maximum angle around the last optical element 34 can deflect the beam in relation to the vertical direction, which must be taken into account when selecting the minimum focus diameter and other process parameters. In other embodiments, however, this is achieved by shifting the entire optical module 36 in a plane parallel to the construction field (also called the XY plane), which means that you can work with a small minimum focus even in larger areas.

Dies ist durch den Aufbau der Bestrahlungseinrichtung 30 ermöglicht. Diese umfasst eine Strahlungsquelle 42 zur Erzeugung eines Laserstrahls. Dieser ist auf einen Umlenkspiegel 44 gerichtet, welcher den Laserstrahl auf ein entlang der optischen Achse bewegliches Optikmodul 36 umlenkt.This is due to the design of the irradiation facility 30th enables. This includes a radiation source 42 to generate a laser beam. This is on a deflecting mirror 44 directed, which the laser beam on an optical module movable along the optical axis 36 diverts.

In diesem Optikmodul 36 ist ein Linsensystem 36b angeordnet, das beispielsweise drei Fokuslinsen 36b umfassen kann, die zusammen eine erwünschte Strahlcharakteristik erzeugen.In this optics module 36 is a lens system 36b arranged, for example, three focus lenses 36b may include, which together produce a desired beam characteristic.

Ferner umfasst das Optikmodul 36 die entlang der optischen Achse 32 bewegliche Feinfokussierlinse 36a und zwar auch beweglich relativ zu dem Linsensystem 36b.The optics module also includes 36 those along the optical axis 32 movable fine focus lens 36a namely also movable relative to the lens system 36b .

Die Position des Optikmoduls 36 und/oder des Linsensystem 36b entlang der optischen Achse bestimmt die Brennweite bzw. den Focus der Bestrahlungseinrichtung 30, also die Strahlweglänge ab Ausgang der Bestrahlungseinrichtung 30 bis zum Fokuspunkt. Die Grenzen des Optikmoduls 36 sind schematisch durch gestrichelte Linien links und rechts der Linsen 36a, 36b angedeutet. Dies können reale Scheiben ähnlich der Austrittscheibe 31 sein oder auch nur theoretische Grenzen zur Bestimmung der optischen Gesamteigenschaften und/oder Definierung des möglichen Bewegungsbereichs der beweglichen Feinfokussierlinse 36a und/oder des Optikmoduls 36 und/oder des Linsensystems 36b.The position of the optics module 36 and / or the lens system 36b along the optical axis determines the focal length or the focus of the irradiation device 30th , i.e. the length of the beam path from the exit of the irradiation device 30th up to the focus point. The limits of the optical module 36 are shown schematically by dashed lines to the left and right of the lenses 36a , 36b indicated. This can be done by real slices similar to the exit slice 31 its or only theoretical limits for determining the overall optical properties and / or defining the possible range of motion of the movable fine focus lens 36a and / or the optics module 36 and / or the lens system 36b .

Wie ersichtlich ist die Position des Linsensystems 36b bzw. des Optikmoduls 36 in 1 und 2 unterschiedlich. Damit ist in 1 und 2 eine unterschiedliche Brennweite eingestellt, womit sich ein anderer Fokusdurchmesser 35 bzw. Fokus 35 ergibt.As can be seen the position of the lens system 36b or the optics module 36 in 1 and 2 differently. This is in 1 and 2 set a different focal length, resulting in a different focus diameter 35 or focus 35 results.

Da die Brennweite in 2 geringer ist, muss der Abstand zwischen dem Ausgang der Bestrahlungseinrichtung 30 bzw. dem letzten optischen Element 34 und dem Baufeld 7 ein anderer sein.Since the focal length is in 2 is less, the distance between the exit of the irradiation device must 30th or the last optical element 34 and the construction site 7th be another.

Hierfür sind Optikmodul 36, letztes optisches Element 34 und Umlenkspiegel 44 in einem Strahlungsgehäuse 40 angeordnet. Dieses ist mittels des Linearantriebs 38 senkrecht zum Baufeld 7 an der Säule auf- und abwärtsbewegbar, die die Strahlungsquelle 42 umfasst. Meist ist eine hier gestrichelt angedeutete Scheibe an der Oberseite des Strahlungsgehäuses 40 angeordnet, damit der Laserstrahl eintreten und auf den Umlenkspiegel 44 treffen kann. Alternativ kann der entsprechende Bereich beispielsweise auch einfach offen sein.Optical modules are used for this 36 , last optical element 34 and deflection mirror 44 in a radiation housing 40 arranged. This is done by means of the linear drive 38 perpendicular to the construction site 7th Movable up and down on the column, which is the radiation source 42 includes. A disk, indicated here by dashed lines, is usually on the top of the radiation housing 40 arranged so that the laser beam can enter and onto the deflecting mirror 44 can meet. Alternatively, the corresponding area can also simply be open, for example.

Da der Umlenkspiegel 44 durch Anordnung im Strahlungsgehäuse 40 immer auf Höhe des Optikmoduls 36 und des letzten optischen Elements 34 ist, wird unabhängig von der Verstellung mittels des Linearantriebs 38 der Laserstrahl immer geeignet zu dem Optikmodul 36 hingeführt und schließlich über das letzte optische Element 34 auf das Baufeld gelenkt. Dadurch lässt sich der Abstand und damit der Strahlweg von Optikmodul 36 bzw. letztem optischen Element 34 bis zum Baufeld 7 innerhalb der durch die Oberseite des Prozessraumes 4 und die Unterseite der Strahlungsquelle 42 vorgegebenen Grenzen einstellen (bzw. etwas weniger, wenn der Linearmotor 38 und eine zugehörige Führung ohnehin nicht für Ausnutzung des ganzen Bereiches ausgelegt sind).Because the deflection mirror 44 by arrangement in the radiation housing 40 always at the height of the optics module 36 and the last optical element 34 is independent of the adjustment by means of the linear drive 38 the laser beam is always suitable for the optics module 36 and finally over the last optical element 34 steered towards the construction site. This allows the distance and thus the beam path from the optics module 36 or the last optical element 34 to the construction site 7th within the through the top of the process room 4th and the bottom of the radiation source 42 set the specified limits (or a little less if the linear motor 38 and an associated guide are not designed to use the entire area anyway).

Dadurch lässt sich im Rahmen der Verstellung des Optikmoduls 36 bzw. des Linsensystems 36b von 1 zu 2 hin gleichzeitig die senkrechte Position des Bestrahlungsgehäuses so verstellen, dass wieder die Brennweite zum Baufeld 7 korrespondiert bzw. der Fokus/Fokusdurchmesser 35 im oder am Baufeld 7 liegt.This allows within the scope of the adjustment of the optics module 36 or the lens system 36b of 1 to 2 at the same time adjust the vertical position of the radiation housing so that the focal length to the construction field again 7th corresponds or the focus / focus diameter 35 in or on the construction site 7th lies.

Dadurch erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Nutzung unterschiedlicher Brennweiten, Fokusse und/oder Fokusdurchmesser.As a result, the device according to the invention allows the use of different focal lengths, foci and / or focus diameters.

Die Bewegung der Feinfokussierlinse 36a ist hingegen schnell genug um während eines Bauprozesses die Unterschiede in den Längen des Strahlweges zu kompensieren, die sich ergeben, je nachdem ob die Strahlung auf die Mitte oder auf den Rand des Baufeldes gerichtet ist.The movement of the fine focus lens 36a on the other hand, is fast enough to compensate for the differences in the lengths of the beam path during a construction process, which result depending on whether the radiation is directed towards the center or the edge of the construction area.

Somit ist die Feinfokussierlinse 36a bzw. deren Antrieb/Bewegungsvorrichtung und damit eine Art der Verstellung des Fokus und/oder der Brennweite ausgelegt für die Verstellung während eines Herstellungsprozesses. Hingegen ist das Optikmodul 36 bzw. dessen Antrieb/Bewegungsvorrichtung und damit die andere Art der Verstellung des Fokus und/oder der Brennweite ausgelegt für die Verstellung außerhalb des Betriebs und bevorzugt abgestimmt auf eine Verstellung der Höhe des letzten optischen Elements über dem Baufeld.Thus, the fine focus lens is 36a or their drive / movement device and thus a type of adjustment of the focus and / or the focal length designed for adjustment during a manufacturing process. The optics module is on the other hand 36 or its drive / movement device and thus the other type of adjustment of the focus and / or the focal length designed for adjustment outside of operation and preferably matched to an adjustment of the height of the last optical element above the construction field.

In 3 ist eine Vorrichtung gezeigt, die relativ ähnlich zu der in 1 und 2 gezeigten ist. Deshalb sind gleiche Teile auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden - soweit keine Unterschiede bestehen - auch nicht erneut erläutert.In 3 a device is shown which is relatively similar to that in FIG 1 and 2 is shown. Therefore, the same parts are also identified with the same reference numerals and - provided there are no differences - will not be explained again.

Die Bestrahlungseinrichtung 30 ist etwas anders aufgebaut. Dabei ist das Optikmodul 36 als ganzes innerhalb der Säule aufgenommen, die auch die Strahlungsquelle 42 umfasst. Das Optikmodul weist ebenfalls die bewegliche Feinfokussierlinse 36a und das bewegliche Linsensystem 36b auf bzw. das Optikmodul 36 ist selber beweglich, so dass die Brennweite auf zwei Arten verstellbar ist.The irradiation facility 30th is structured a little differently. Here is the optics module 36 recorded as a whole within the column, which is also the radiation source 42 includes. The optics module also has the movable fine focus lens 36a and the movable lens system 36b on or the optics module 36 is movable itself, so that the focal length can be adjusted in two ways.

Zwar könnte auch entsprechend 1 und 2 nachfolgend auf das Optikmodul 36 direkt der Umlenkspiegel 44 folgen, der den Laserstrahl auf das letzte optische Element 34 umlenkt. Jedoch ist dann das Optikmodul 36 immer noch direkt durch Vibrationen betroffen, wenn das Strahlungsgehäuse 40 verstellt wird.Although it could also be accordingly 1 and 2 following on the optics module 36 directly the deflection mirror 44 follow the laser beam onto the last optical element 34 diverts. However, then is the optics module 36 still directly affected by vibration when the radiation enclosure 40 is adjusted.

Deshalb befindet sich bei diesem auf eine möglichst geringe Bewegung des Optikmoduls ausgelegten Ausführungsbeispiel in der die Strahlungsquelle 42 und das Optikmodul 26 umfassenden Säule am unteren Ende ein weiterer Umlenkspiegel 44, der den Laserstrahl in die Säule hineinlenkt, an der das Bestrahlungsgehäuse 40 mittels des Linearantriebs 38 beweglich gelagert ist. Dadurch werden sich durch die Bewegung des Bestrahlungsgehäuses 40 ergebende Vibrationen weniger leicht auf das Optikmodul 36 übertragen.Therefore, in this exemplary embodiment designed for the least possible movement of the optics module, the radiation source is located in the 42 and the optics module 26th comprehensive column at the lower end of another deflecting mirror 44 , which directs the laser beam into the column on which the Radiation housing 40 by means of the linear drive 38 is movably mounted. This will be done through the movement of the radiation housing 40 resulting vibrations less easily on the optics module 36 transfer.

Ein weiterer Umlenkspiegel 44 in dieser Säule lenkt den Laserstrahl auf den Umlenkspiegel 44, der den Laserstrahl auf das letzte optische Element 34 umlenkt.Another deflection mirror 44 in this column directs the laser beam onto the deflecting mirror 44 aiming the laser beam on the last optical element 34 diverts.

Dadurch ist sichergestellt, dass auf- und abwärts Bewegungen des Bestrahlungsgehäuses 40 einen möglichst geringen Einfluss auf das Optikmodul 36 haben.This ensures that upward and downward movements of the radiation housing 40 the least possible impact on the optics module 36 to have.

Somit lässt sich mit der Vorrichtung aus 3 ebenfalls ähnlich wie in 2 ein anderer Fokus und insbesondere ein anderer Fokusdurchmesser einstellen, aber das Optikmodul 36 ist weniger Bewegungen ausgesetzt.Thus, the device can be omitted 3 also similar to in 2 Set a different focus and, in particular, a different focus diameter, but the optics module 36 is less exposed to movement.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entsprechend dem in 1 Der wesentliche Unterschied ist, dass die Strahlung von der Strahlungsquelle 42 zum Bestrahlungsgehäuse 40 in einem Glasfaserkabel 44a geführt wird. Dieses weist ausreichend Spiel hinsichtlich der Länge auf, so dass eine Einstellung verschiedener Höhen des Bestrahlungsgehäuses 40 über dem Baufeld 7 möglich ist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsform in 1 kann damit auf den Spiegel 44 verzichtet werden. 4th shows an embodiment essentially corresponding to that in FIG 1 The main difference is that the radiation comes from the radiation source 42 to the radiation housing 40 in a fiber optic cable 44a to be led. This has sufficient play in terms of length so that different heights of the irradiation housing can be set 40 above the construction field 7th is possible. In contrast to the embodiment in 1 can use it on the mirror 44 be waived.

In den gezeigten Ausführungsformen ist das letzte optische Element 34 ein Scannerspiegel 34, der sich so kippen und drehen lässt, dass ein erheblicher Teil des Baufeldes mit dem Laserstrahl erreichbar ist, so dass in Kombination von An- und Abschalten des Laserstrahls und geeigneter Bewegung des Scannerspiegels die Werkstoffpulverschicht 20 in den gewünschten Querschnittsbereichen geschmolzen und damit verfestigt werden kann.In the embodiments shown, the last is optical element 34 a scanner mirror 34 which can be tilted and rotated in such a way that a considerable part of the construction area can be reached with the laser beam, so that the material powder layer is formed in a combination of switching the laser beam on and off and moving the scanner mirror appropriately 20th can be melted and thus solidified in the desired cross-sectional areas.

Alternativ kann auch eine Kombination von mehreren Scannerspiegeln 34 vorgesehen sein, von denen beispielsweise einer die Ablenkung des Laserstrahles entlang des Baufeldes in der in der Schnittebene der Figuren steuert und der andere die Ablenkung orthogonal zur Schnittebene der Figuren.Alternatively, a combination of several scanner mirrors can also be used 34 be provided, of which, for example, one controls the deflection of the laser beam along the construction area in the plane of section of the figures and the other controls the deflection orthogonal to the plane of section of the figures.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 19905067 A1 [0003]DE 19905067 A1 [0003]
  • DE 10112591 A1 [0003]DE 10112591 A1 [0003]
  • WO 98/24574 A [0003]WO 98/24574 A [0003]
  • DE 102009038165 A1 [0003]DE 102009038165 A1 [0003]
  • DE 102012221641 A1 [0003]DE 102012221641 A1 [0003]
  • EP 2052845 A2 [0003]EP 2052845 A2 [0003]
  • DE 102005014483 A1 [0003]DE 102005014483 A1 [0003]
  • WO 2017/084781 A1 [0003]WO 2017/084781 A1 [0003]

Claims (15)

Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen (24) durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, insbesondere metallischem oder/und keramischem Werkstoff in einem Bauprozess, umfassend: - ein Bauvolumengehäuse (16) mit einer seitlichen Umfangswandung (18), - eine Basisplattenanordnung (12) zur Stützung eines Baufeldes (7), wobei die Umfangswandung (18) und die Basisplattenanordnung (12) relativ zueinander mittels einer Antriebsanordnung bewegbar sind, um das innere Volumen des Bauvolumengehäuses (16) oberhalb der Basisplattenanordnung zu variieren, - eine Funktionseinrichtung mit einer Pulverschichtenpräparationseinrichtung zur Bildung einer jeweiligen Werkstoffpulverschicht (20) zur Aktualisierung des Baufeldes (7), - eine Bestrahlungseinrichtung (30) zur ortsselektiven Bestrahlung der jeweils zuletzt zur Aktualisierung des Baufeldes (7) präparierten Werkstoffpulverschicht (20) in einem dieser Schicht zugeordneten Querschnittsbereich des betreffenden Gegenstandes (24) oder ggf. der betreffenden Gegenstände mit Strahlung, insbesondere mit Laserstrahlung, wobei die Strahlung das Werkstoffpulver in diesem Querschnittsbereich durch Erhitzen zum Verschmelzen oder ggf. zum Versintern bringt, und - ein oberes Prozessraumgehäuse (4), wobei bevorzugt die Funktionseinrichtung Teil des oberen Prozessraumgehäuses (4), in dem oberen Prozessraumgehäuse (4) angeordnet ist und/oder das obere Prozessraumgehäuse (4) ist, zur Bereitstellung eines während eines Bauprozesses gegenüber der Außenumgebung abgedichteten Hohlraumes (6) über dem Baufeld (7), dadurch gekennzeichnet, - dass eine Brennweite und/oder ein Fokus und/oder ein Fokusdurchmesser (35) der Bestrahlungseinrichtung (30) auf zwei verschiedene Arten verstellbar ist, bevorzugt eine Art mit geringer aber schneller Verstellung und die andere Art mit langsamerer aber großer Verstellung, insbesondere eine Art bevorzugt ausgelegt zur Verstellung während der ortsselektiven Bestrahlung und die andere Art zur Verstellung vor einem Herstellungsprozess und/oder während des Herstellungsprozesses und/oder während einer Aktualisierung des Baufeldes.Device for the production of objects (24) by building up in layers from powdery, in particular metallic and / or ceramic material in a building process, comprising: - a building volume housing (16) with a lateral peripheral wall (18), - a base plate arrangement (12) for supporting a Construction field (7), the peripheral wall (18) and the base plate arrangement (12) being movable relative to one another by means of a drive arrangement in order to vary the inner volume of the construction volume housing (16) above the base plate arrangement, - a functional device with a powder layer preparation device for forming a respective one Material powder layer (20) for updating the construction area (7), - an irradiation device (30) for the location-selective irradiation of the material powder layer (20) prepared last for updating the construction area (7) in a cross-sectional area of the relevant object (24) assigned to this layer or, if necessary, . the relevant objects with radiation, in particular with laser radiation, the radiation causing the material powder in this cross-sectional area to fuse or possibly sinter by heating, and - an upper process chamber housing (4), the functional device preferably being part of the upper process chamber housing (4) in the upper process chamber housing (4) is arranged and / or the upper process chamber housing (4) is arranged to provide a cavity (6) above the construction field (7) which is sealed off from the external environment during a construction process, characterized in that a focal length and / or a focus and / or a focus diameter (35) of the irradiation device (30) is adjustable in two different ways, preferably one type with small but fast adjustment and the other type with slower but large adjustment, in particular one type preferably designed for adjustment during the location-selective Radiation and the other way to adjust to a m manufacturing process and / or during the manufacturing process and / or during an update of the construction field. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge eines Strahlweges und/oder eines Abstandes von einem letzten und/oder die Brennweite beeinflussenden optischen Element der Bestrahlungseinrichtung und/oder einer Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld, der Basisplattenanordnung, dem Prozessraumgehäuse (4) und/oder dem Bauvolumengehäuse verstellbar ist, bevorzugt ohne Verstellung von Basisplattenanordnung, Prozessraumgehäuse und/oder Bauvolumengehäuse, wobei bevorzugt die Länge eines Strahlweges und/oder eines Abstandes von einem Optikmodul (36) zu dem Baufeld (7) verstellbar ist.Device according to Claim 1 , characterized in that a length of a beam path and / or a distance from a last and / or the focal length influencing optical element of the irradiation device and / or a radiation source of the irradiation device to the construction field, the base plate arrangement, the process room housing (4) and / or the Building volume housing is adjustable, preferably without adjusting the base plate arrangement, process room housing and / or building volume housing, the length of a beam path and / or a distance from an optics module (36) to the construction field (7) being preferably adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das letzte optische Element mindestens einen Spiegel umfasst und/oder ist, insbesondere ein Umlenkspiegel und/oder ein Scanner-Spiegel, der bevorzugt so dreh- und/oder kippbar gelagert und gesteuert bewegbar ist, dass die Strahlung auf einen großen Bereich und bevorzugt auf jeden Punkt des Baufeldes richtbar ist.Device according to Claim 2 , characterized in that the last optical element comprises and / or is at least one mirror, in particular a deflecting mirror and / or a scanner mirror, which is preferably rotatably and / or tiltably mounted and controllably movable that the radiation on a large Area and can preferably be directed to any point on the construction site. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das letzte optische Element senkrecht zum Baufeld verschiebbar ist, insbesondere mittels eines Linearantriebs (38), wobei bevorzugt das letzte optische Element und/oder das Optikmodul auch in allen Richtungen parallel zum Baufeld verschiebbar ist, bevorzugt durch zwei miteinander gekoppelte, zueinander orthogonal ausgerichtete und zum Baufeld parallel ausgerichtete Linearantriebe.Device according to Claim 2 or 3 , characterized in that the last optical element can be displaced perpendicular to the construction field, in particular by means of a linear drive (38), with the last optical element and / or the optical module preferably also being displaceable in all directions parallel to the construction field, preferably by means of two mutually coupled, Linear drives aligned orthogonally to each other and parallel to the construction site. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessraumgehäuse (4) oberseitig durch eine für die Strahlung der Bestrahlungseinrichtung (2) durchlässige Scheibe (9) abgeschlossen ist und dass die Bestrahlungseinrichtung (2) zumindest teilweise oberhalb des Prozessraumgehäuses (4) angeordnet ist, bevorzugt vollständig oberhalb des Prozessraumgehäuses, wobei in Rückbezug auf Ansprüche 2 oder 3 bevorzugt das letzte optische Element der Bestrahlungseinrichtung oberhalb des Prozessraumgehäuses angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the process chamber housing (4) is closed on the top by a pane (9) which is transparent to the radiation from the irradiation device (2) and that the irradiation device (2) is arranged at least partially above the process chamber housing (4) is, preferably completely above the process chamber housing, with reference to Claims 2 or 3 preferably the last optical element of the irradiation device is arranged above the process chamber housing. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (30) ein Optikmodul (36) umfasst mit mindestens einer Fokuslinse (36b), wobei das Optikmodul (36) als ganzes und/oder die mindestens eine Fokuslinse (36b) entlang einer optischen Achse beweglich ist zur Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers (35) der Bestrahlungseinrichtung (26), wobei die mindestens eine Fokuslinse (36b) bevorzugt als mehrere relativ zueinander feste Fokuslinsen (36b) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the irradiation device (30) comprises an optics module (36) with at least one focus lens (36b), wherein the optics module (36) as a whole and / or the at least one focus lens (36b) along a The optical axis is movable to adjust the focal length and / or the focus and / or the focus diameter (35) of the irradiation device (26), wherein the at least one focus lens (36b) is preferably designed as a plurality of focus lenses (36b) that are fixed relative to one another. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul (36) neben der mindestens einen Fokuslinse (36b) noch eine entlang der optischen Achse (32) und relativ zu der mindestens einen Fokuslinse (36b) bewegliche Feinfokussierlinse (36a) zur Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers (35) der Bestrahlungseinrichtung (26).Device according to Claim 6 , characterized in that the optical module (36), in addition to the at least one focus lens (36b), also has a fine focus lens (36a) movable along the optical axis (32) and relative to the at least one focus lens (36b) for adjusting the focal length and / or the Focus and / or the focus diameter (35) of the irradiation device (26). Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 oder 7 in ihrem Rückbezug auf einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul mit dem letzten optischen Element zur gemeinsamen Bewegung so gekoppelt ist und/oder so separat beweglich und so ansteuerbar ist, dass die relative Position von Optikmodul zu letztem optischen Element gleich bleibt und/oder gleich haltbar ist, wenn die Länge des Strahlweges und/oder des Abstandes zwischen einerseits letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und/oder der Strahlungsquelle und andererseits dem Baufeld verstellt wird, wobei bevorzugt der Strahlweg von einem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem letzten optischen Element parallel zum Baufeld, bevorzugt entlang einer geraden Linie, verläuft.Device according to at least one of the Claims 6 or 7th in their reference to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the optical module is coupled to the last optical element for common movement and / or is separately movable and controllable in such a way that the relative position of the optical module to the last optical element remains the same and / or is the same when the Length of the beam path and / or the distance between on the one hand the last optical element and / or the focal length influencing element and / or the radiation source and on the other hand the construction field is adjusted, the beam path from a beam exit of the optical module to the last optical element parallel to the construction field being preferred along a straight line. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul und das letzte optische Element in oder an einem Strahlungsgehäuse (40) angeordnet sind, wobei das Strahlungsgehäuse senkrecht zum Baufeld bewegbar ist, um die Länge des Strahlwegs zwischen letzten optischen Element und Baufeld zu verstehen.Device according to Claim 8 , characterized in that the optical module and the last optical element are arranged in or on a radiation housing (40), the radiation housing being movable perpendicular to the construction field in order to understand the length of the beam path between the last optical element and the construction field. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 oder 7 in ihrem Rückbezug auf einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul mit dem letzten optischen Element nicht zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt ist, so dass sich die relative Position von Optikmodul zu letztem optischen Element verändert, wenn die Länge des Strahlwegs zwischen letztem optischen Element und Baufeld verstellt wird.Device according to at least one of the Claims 6 or 7th in their reference to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the optical module is not coupled to the last optical element for joint movement, so that the relative position of the optical module to the last optical element changes when the length of the beam path between the last optical element and the construction field is adjusted. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das letzte optische Element und ein Umlenkspiegel in oder an einem Strahlungsgehäuse angeordnet sind, wobei der Strahlweg von einem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem letzten optischen Element über den Umlenkspiegel und bevorzugt weitere insbesondere relativ zum Optikmodul bewegbare Umlenkspiegel verläuft, so dass der Strahlweg von dem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder von dem Strahlausgang des Optikmoduls zu dem Baufeld verstellbar ist ohne das Optikmodul zu bewegen.Device according to Claim 10 , characterized in that the last optical element and a deflecting mirror are arranged in or on a radiation housing, the beam path running from a beam exit of the optical module to the last optical element via the deflecting mirror and preferably further deflecting mirrors, in particular movable relative to the optical module, so that the The beam path from the last optical element of the irradiation device to the construction field and / or from the beam exit of the optical module to the construction field can be adjusted without moving the optical module. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit, einen Prozessor und/oder eine Steuereinheit umfasst, die ausgelegt und/oder eingerichtet ist, bei Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers den Strahlweg und/oder den Abstand insbesondere zwischen letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und Baufläche dazu korrespondierend zu verstehen, so dass ein Fokus und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder bei Verstellung des Strahlweges und/oder des Abstandes insbesondere zwischen letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und Baufläche die Brennweite und/oder den Fokus und/oder den Fokusdurchmesser dazu korrespondierend zu verstellen, so dass ein Fokus und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder basierend auf eingegebenen, eingespeisten und/oder übermittelten Informationen hinsichtlich des herzustellenden Gegenstandes Brennweite und/oder Fokus und/oder Fokusdurchmesser und korrespondierend dazu den Strahlweg und/oder den Abstand insbesondere zwischen letztem optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element und Baufläche auszuwählen und einzustellen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a data processing unit, a processor and / or a control unit which is designed and / or set up to adjust the beam path and / or the focus and / or the focus diameter when the focal length and / or the focus and / or the focus diameter are adjusted / or to understand the distance in particular between the last optical element and / or the focal length influencing element and the construction area corresponding to this, so that a focus and / or a focal plane lies on, in and / or on the construction field; and / or when adjusting the beam path and / or the distance, in particular between the last optical element and / or the element influencing the focal length and the structural area, the focal length and / or the focus and / or the focus diameter can be adjusted accordingly, so that a focus and / or a Focal plane is on, in and / or on the construction field; and / or based on information entered, fed in and / or transmitted with regard to the object to be manufactured focal length and / or focus and / or focus diameter and, corresponding thereto, the beam path and / or the distance in particular between the last optical and / or the focal length influencing element and the construction area and adjust. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus und/oder der Fokusdurchmesser zwischen 1 µm und 1000 µm verstellbar ist, bevorzugt zwischen 15 µm und 150 µm, wobei besonders bevorzugt die Länge des Strahlweges von einem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder der Abstand zwischen letztem optischen Element und Baufeld zwischen 10 mm und 3000 mm verstellbar ist, insbesondere zwischen 200 mm und 1000 mm.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the focus and / or the focus diameter is adjustable between 1 µm and 1000 µm, preferably between 15 µm and 150 µm, the length of the beam path from a last optical element to the irradiation device being particularly preferred the construction field and / or the distance between the last optical element and the construction field is adjustable between 10 mm and 3000 mm, in particular between 200 mm and 1000 mm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Glasfaserkabel zur abschnittsweisen Führung der Strahlung umfasst, bevorzugt mit Spiel angeordnet zwischen einer Strahlungsquelle und einem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a glass fiber cable for guiding the radiation in sections, preferably arranged with play between a radiation source and a last optical element of the irradiation device. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 14, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst: Verstellen der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers der Bestrahlungseinrichtung (2); und dazu korrespondierende Verstellung des Strahlweges von dem letzten optischen Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder des Abstandes letztes optisches und/oder die Brennweite beeinflussenden Element zu dem Baufeld, so dass ein Fokus und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt; und/oder die folgenden Schritte: Verstellen des Strahlweges von dem letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Element der Bestrahlungseinrichtung zu dem Baufeld und/oder des Abstandes des letzten optischen und/oder die Brennweite beeinflussenden Elements zu dem Baufeld; und dazu korrespondierende Verstellung der Brennweite und/oder des Fokus und/oder des Fokusdurchmessers der Bestrahlungseinrichtung, so dass ein Brennpunkt und/oder eine Brennebene auf, in und/oder am Baufeld liegt.Method for operating a device according to one of the preceding Claims 2 to 14th , wherein the method comprises at least the following steps: adjusting the focal length and / or the focus and / or the focus diameter of the irradiation device (2); and corresponding adjustment of the beam path from the last optical element of the irradiation device to the construction field and / or the distance of the last optical and / or the focal length influencing element to the construction field, so that a focus and / or a focal plane on, in and / or on Construction field is located; and / or the following steps: adjusting the beam path from the last optical and / or the focal length influencing element of the irradiation device to the construction field and / or the distance of the last optical and / or the focal length influencing element to the construction field; and corresponding adjustment of the focal length and / or the focus and / or the focus diameter of the Irradiation device, so that a focal point and / or a focal plane lies on, in and / or on the construction field.
DE102019215388.7A 2019-10-08 2019-10-08 Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material Pending DE102019215388A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215388.7A DE102019215388A1 (en) 2019-10-08 2019-10-08 Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019215388.7A DE102019215388A1 (en) 2019-10-08 2019-10-08 Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019215388A1 true DE102019215388A1 (en) 2021-04-08

Family

ID=74875733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019215388.7A Pending DE102019215388A1 (en) 2019-10-08 2019-10-08 Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019215388A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114535607A (en) * 2022-02-23 2022-05-27 浙江工业大学 Scanning method for isotropic laser additive manufacturing of scanning galvanometer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010046467A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Mtu Aero Engines Gmbh Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame
DE102011119319A1 (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Slm Solutions Gmbh Optical irradiation device for a plant for the production of three-dimensional workpieces by irradiation of powder layers of a raw material powder with laser radiation
US20180186082A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 Velo3D, Inc. Optics in three-dimensional printing
DE102017219982A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Processing machine for the layer-wise production of three-dimensional components and method for heating a powder
US20190299286A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Vulcanforms Inc. Additive manufacturing systems and methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010046467A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Mtu Aero Engines Gmbh Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame
DE102011119319A1 (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Slm Solutions Gmbh Optical irradiation device for a plant for the production of three-dimensional workpieces by irradiation of powder layers of a raw material powder with laser radiation
US20180186082A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 Velo3D, Inc. Optics in three-dimensional printing
DE102017219982A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Processing machine for the layer-wise production of three-dimensional components and method for heating a powder
US20190299286A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Vulcanforms Inc. Additive manufacturing systems and methods

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114535607A (en) * 2022-02-23 2022-05-27 浙江工业大学 Scanning method for isotropic laser additive manufacturing of scanning galvanometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3600726B1 (en) Apparatus and method for manufacturing three dimensional workpieces
DE10053742C5 (en) Device for sintering, ablating and / or inscribing by means of electromagnetic radiation and method for operating the device
DE10157647C5 (en) Method for producing three-dimensional workpieces in a laser material processing system or a stereolithography system
DE102014209161A1 (en) Control unit, apparatus and method for producing a three-dimensional object
DE3212589C2 (en)
WO2008049384A1 (en) Device for producing a three-dimensional object
WO2016110440A1 (en) Device and generative layer-building process for producing a three-dimensional object by multiple beams
DE10045191A1 (en) Method and device for real-time control of the beam characteristics in a machine tool equipped with a laser
DE102019107494B4 (en) Method of making a three-dimensional shaped object
DE102015116886A1 (en) Three-dimensional printer
EP3266594A1 (en) Method and apparatus for lithography-based generative production of three-dimensional articles
WO2009080016A2 (en) Method for altering the beam diameter of a laser beam on a machining plane and assembly designed therefor
DE102010046467A1 (en) Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame
DE102019215388A1 (en) Device with variable focus for the production of objects by building them up in layers from powdery material
DE102011106380A1 (en) Device useful for producing three-dimensional objects, comprises a carrying device for carrying the object, a coating device for applying layers of building material on the carrying device, and an irradiation source for irradiating layer
EP3566856B1 (en) Method and device for improving component homogeneity of objects made using an additive production method
DE3722176A1 (en) Apparatus for producing soldered joints
DE102014005916A1 (en) Device for producing three-dimensional objects
EP2979849B1 (en) Device for production of three-dimensional objects by successive solidifying of layers
EP2675609B1 (en) Process for selective laser melting and system for carrying out said process
WO2019166374A1 (en) Device for producing a moulded body
WO2022074094A1 (en) Apparatus and method for generating a defined laser line on a working plane
EP3342508B1 (en) Device for the generative production of workpieces
DE102018112129A1 (en) Method for the generative production of a component, device for carrying out the method and motor vehicle
EP3880389A1 (en) Powder application device, method for operating a powder application device, and system for producing a three-dimensional workpiece

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: WEICKMANN & WEICKMANN PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

R163 Identified publications notified