DE102020129420A1

DE102020129420A1 - Beschichtungseinrichtung, Mittenmodul sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials

Info

Publication number: DE102020129420A1
Application number: DE102020129420.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Schaede; Lukas Witz; Kai Etzel
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2022096667A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung (46) sowie ein Mittenmodul (33) für eine Prozessunterstützungseinrichtung (21) in einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls, mit zwei Aufnahmen (83, 84), die sich parallel zueinander erstrecken, wobei die Erstreckungsrichtung der Aufnahmen (83, 84) senkrecht zur Verfahrrichtung ausgerichtet ist, mit einer zwischen den Aufnahmen (83, 84) vorgesehenen Trennwand (85), wobei an einer Unterseite der Trennwand (85) in Ausgaberichtung des Aufbaumaterials weisend ein Beschichterwerkzeug (87) feststehend angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung, ein Mittenmodul einer Prozessunterstützung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials, bei dem in zumindest einer Prozesskammer auf eine Aufbauplattform das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht wird und mit einer Strahlungsquelle zumindest ein Strahl zur Verfestigung des Aufbaumaterials erzeugt und über zumindest ein Strahlführungselement auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform zugeführt wird. Eine Prozessunterstützungsvorrichtung, welche ein Mittenmodul und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul aufweist, wobei das Mittenmodul und/oder das Außenmodul entlang der Aufbauplattform verfahrbar ist, erzeugt entlang der Aufbauplattform eine Primärgasströmung, so dass zwischen dem Mittenmodul und dem zumindest einen Außenmodul eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird.
Aus der DE 10 2017 211 657 A1 ist eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils mit Schutzgasführung sowie ein Verfahren dazu bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Prozessunterstützungseinrichtung mit einem Mittenmodul und jeweils ein zu dem Mittenmodul ausgerichtetes Außenmodul. Das Mittenmodul ist oberhalb einer Aufbauplattform verfahrbar angesteuert. Das Mittenmodul umfasst einen Beschichter, über welchen aus einem Pulverreservoir Aufbaumaterial zugeführt wird, so dass dies während der Verfahrbewegung des Mittenmoduls auf die Aufbauplattform ausgegeben wird. Beidseitig zum Beschichter ist jeweils eine Schutzgasauslasseinrichtung vorgesehen, bei welcher die Schutzgasauslässe in Richtung auf das Außenmodul gerichtet sind. Während des Verfestigens des Aufbaumaterials wird durch eine Vielzahl der Schutzgasauslässe ein Schutzgas ausgegeben und durch das gegenüberliegende Außenmodul abgesaugt. Dieses als Absaugeinrichtung ausgebildete Außenmodul kann zum Mittenmodul synchron verfahrbar angesteuert werden, während mittels eines Laserstrahls im dazwischenliegenden Bereich das Aufbaumaterial verfestigt wird.
Aus der WO 2019/115140 A1 ist des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung, zu welcher feststehend ein Mittenmodul und jeweils benachbart am äußeren Ende ein Außenmodul befestigt ist. Das Mittenmodul umfasst einen Beschichter mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Rollen zum Glattstreichen des aufgebrachten Aufbaumaterials. An dem Mittenmodul sind zwei Absaugeinrichtungen vorgesehen, die zum Außenmodul ausgerichtet ist. Während des Zuführens des Laserstrahls auf eine Aufbauplattform zwischen einem Außenmodul und dem Mittenmodul wird ein Prozessgasstrom von dem Außenmodul zu der Absaugeinrichtung am Mittenmodul erzeugt. Das gegenüberliegende Außenmodul ist bezüglich der Zuführung eines Prozessgasstromes abgeschaltet.
Aus der DE 10 2015 222 100 A1 ist eine Beschichtungseinrichtung zur Ausgabe eines Aufbaumaterials in einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen des schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles bekannt. Diese Beschichtungseinrichtung weist zwei parallel zueinander ausgerichtete Aufnahmen auf, die sich quer zur Verfahrbewegung der Beschichtungseinheit erstrecken. Zwischen den beiden Aufnahmen ist eine Trennwand vorgesehen. An jeder Außenseite der Aufnahme ist ein Beschichtungswerkzeug vorgesehen, um das ausgegebene Aufbaumaterial zu glätten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungseinrichtung, ein Mittenmodul für eine Prozessunterstützungseinrichtung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials vorzuschlagen, durch welches die Produktivität erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtungseinrichtung gelöst, welche zwei Aufnahmen aufweist, die sich parallel zueinander erstrecken, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Verfahrrichtung ausgerichtet ist und mit einer zwischen den beiden Aufnahmen vorgesehenen Trennwand, wobei die Trennwand in Ausgaberichtung des Aufbaumaterials weisend ein feststehend daran angeordnetes Beschichterwerkzeug aufweist. Diese Beschichtungseinrichtung weist den Vorteil auf, dass der Aufbau vereinfacht ist, indem lediglich ein Beschichterwerkzeug vorgesehen ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass jeweils in Verfahrrichtung der Beschichtungseinrichtung gesehen, die vorauseilende Aufnahme mit Aufbaumaterial befüllbar ist, so dass das gegenüber der befüllten Aufnahme nacheilende Beschichterwerkzeug eine Glättung des auf die Aufbauplattform ausgegebenen Aufbaumaterials vornehmen kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zumindest eine Beschichterwerkzeug, welches bevorzugt als eine Beschichterlippe ausgebildet ist, sich zumindest entlang der Länge der Aufnahme erstreckt. Dadurch kann ein vollständiges Glätten des aufgebrachten Aufbaumaterials über die gesamte Breite der Aufbauplattform erfolgen. Bevorzugt ist die Beschichterlippe auswechselbar an der Trennwand zwischen den beiden Aufnahmen angeordnet.
Vorteilhafterweise sind die Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung schachtförmig ausgebildet. Dies ermöglicht, dass in einfacher Weise oberhalb der Aufnahmen ein Befüllen mit Aufbaumaterial erfolgen kann und das Aufbaumaterial während einer Verfahrbewegung der Beschichtungseinrichtung schwerkraftbasiert nach unten ausgegeben und dosiert werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufnahmen eine nach unten offene Ausgabeöffnung aufweisen. Diese Ausgabeöffnung ist im Querschnitt für eine dosierte Ausgabe während einer Verfahrbewegung dimensioniert. Durch den Entfall einer ansteuerbaren Öffnung, beispielsweise durch einen Schieber oder eine Klappe, kann weiterhin eine konstruktive Vereinfachung ermöglicht sein.
Die Aufnahmeöffnung der Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung weist bevorzugt einen rechteckförmigen oder schlitzförmigen Querschnitt auf. Bevorzugt weisen die Aufnahmen ausgehend von der Aufnahmeöffnung vertikal ausgerichtete Wandabschnitte auf. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die in Längsrichtung der Beschichtungseinrichtung bzw. des Mittenmoduls ausgerichtete Wandabschnitte sich nach oben aufweiten. In beiden Fällen ist ein einfaches Befüllen der Aufnahmen durch Schwerkraft mit dem Aufbaumaterial von oben ermöglicht.
Bevorzugt weist die Beschichtungseinrichtung einen rahmenförmigen Grundkörper auf, der die zumindest zwei Aufnahmen aufnimmt und umgibt. Ein solcher rahmenförmiger Grundkörper weist den Vorteil auf, dass weitere Komponenten am rahmenförmigen Grundkörper befestigbar sind, wie beispielsweise ein- oder beidseitig zu den Aufnahmen angeordnete Absaugeinrichtungen. Des Weiteren können alternativ die zumindest zwei Aufnahmen in den rahmenförmigen Grundkörper integriert sein. Dadurch kann ein kompakter Aufbau ausgebildet sein. Gleichzeitig kann dadurch auch eine steife Anordnung der Aufnahmen zueinander erzielt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die schachtförmigen Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung Versteifungsstege umfassen, die sich zwischen den Wandabschnitten erstrecken. Diese Versteifungsstege sind in der Wandstärke relativ dünn ausgebildet, um keine Störkontur zu bilden. Vorteilhafterweise erstrecken sich diese nicht über die gesamte Höhe, sondern sind zu einer Aufnahmeöffnung hin beabstandet, so dass ein gleichmäßiger Auftrag des Aufbaumaterials ermöglicht ist.
Die Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung weisen bevorzugt ein Aufnahmevolumen auf, welches zur Ausgabe des Aufbaumaterials für ein einmaliges Überfahren der Aufbauplattform entspricht. Dies ermöglicht, dass das Aufbauvolumen der Beschichtungseinrichtung kompakt ausgebildet ist und somit geringe bewegte Massen vorliegen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Mittenmodul für eine Prozessunterstützungseinrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials gelöst, welches zwei Ansaugeinrichtungen umfasst, die mit Abstand zueinander angeordnet und jeweils eine Ansaugöffnung aufweisen, die in entgegengesetzter Richtung zueinander ausgerichtet sind und mit einer Beschichtungseinrichtung, insbesondere nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen, welche zwischen den zwei Ansaugeinrichtungen positioniert ist, wobei die Ansaugeinrichtungen und die Beschichtungseinrichtung gemeinsam verfahrbar sind, wobei die Beschichtungseinrichtung wenigstens zwei zu den Ansaugeinrichtungen ausgerichtete und durch zumindest eine Trennwand getrennte Aufnahmen für das Aufbaumaterial aufweist und zwischen den Aufnahmen zumindest ein Beschichterwerkzeug vorgesehen ist. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass eine konstruktiv einfache und gewichtsreduzierte Ausgestaltung eines Mittenmoduls geschaffen ist, welches für einen parallelen Beschichtungs- und Belichtungsprozess einsetzbar ist. Durch diese Ausgestaltung des Mittenmoduls kann dieses in zwei Verfahrrichtungen innerhalb der Prozesskammer verfahrbar angesteuert werden und in jeder Verfahrrichtung eine Schicht an Aufbaumaterial für den nachfolgenden Verfestigungsprozess aufbringen und glätten.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Aufnahmen der Beschichtereinrichtung sich entlang, vorzugsweise parallel, zu den Absaugrichtungen über deren Länge erstrecken. Sowohl die Absaugeinrichtungen als auch die Aufnahmen erstrecken sich bevorzugt zumindest über die Breite der Aufbauplattform, so dass durch ein einmaliges Überfahren der Aufbauplattform eine vollflächige Schicht aufgetragen werden kann.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufnahmen für das Aufbaumaterial und die Absaugeinrichtungen spiegelbildlich zur Trennwand ausgerichtet sind. Dadurch kann in jeder Verfahrrichtung des Mittenmoduls sowohl ein Aufbringen einer zu verfestigenden Schicht des Aufbaumaterials erfolgen. Des Weiteren können Primärgasströme und ggf. Sekundärgasströme, die zusätzlich oberhalb der Prozesskammer in die Prozesskammer zugeführt werden, durch die Absaugeinrichtungen abgesaugt werden, um einen hohen Reinigungsgrad und Spülen der Prozesskammer mit Prozessgas zu ermöglichen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials gelöst, bei dem eine Prozessunterstützungseinrichtung ein Mittenmodul nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen mit einer Beschichtungseinrichtung nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen aufweist, welches entlang der Aufbauplattform zum Auftragen von Aufbaumaterial und zum Glätten des aufgetragenen Aufbaumaterials verfahren wird. Ein solches Mittenmodul ermöglicht, dass einerseits ein Aufbringen des Aufbaumaterials bei einem Überfahren der Aufbauplattform ermöglicht wird sowie gleichzeitig die Aufrechterhaltung von Prozessgasströmen zwischen dem oder den Außenmodulen und ggf. einer weiteren Zuführeinrichtung oberhalb der Prozesskammer.
Vorteilhafterweise wird das Mittenmodul zum Befüllen mit Aufbaumaterial abwechselnd in einer linken und rechten Endlage innerhalb der Prozesskammer verfahren und in der Endlage wird zumindest eine Aufnahme mit Aufbaumaterial befüllt. Dies ermöglicht eine Prozesszeitoptimierung, da während des Befüllens der Aufnahme mit dem Aufbaumaterial weiterhin ein Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials durch einen Strahl erfolgen kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass nur eine der beiden Aufnahmen von dem in der Endlage positionierten Mittenmodul befüllt wird, wobei für die nachfolgende Verfahrbewegung die vorauseilende Aufnahme der Beschichtungseinrichtung mit Aufbaumaterial befüllt wird. Dies ermöglicht, dass das eine zwischen zwei Aufnahmen vorgesehene Beschichterwerkzeug genügt, da dieses immer bei dieser Befüllstrategie nachlaufend zur Aufnahme positioniert wird.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung mit einer Dosiervorrichtung befüllt werden. Diese Dosiervorrichtung kann getrennt zur Beschichtungseinrichtung positioniert sein oder von der Beschichtungseinrichtung oder dem Mittenmodul mitgeführt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dosiervorrichtung einen Ausgabekopf aufweist, der entlang der Aufnahme zum Ausgeben des Aufbaumaterials verfahren wird. Dieser Ausgabekopf kann durch Schwerkraft das Aufbaumaterial in die Aufnahme überführen. Über die Verfahrgeschwindigkeit entlang der Aufnahme wird bevorzugt der Füllgrad bestimmt.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass beim einmaligen Überfahren der Aufnahme die erforderliche Menge an Aufbaumaterial in die Aufnahme übergeführt wird. Dies ermöglicht wiederum eine Prozesszeitred uzieru ng.
Zur Ausgabe des Aufbaumaterials durch den Ausgabekopf der Dosiervorrichtung ist an dem Ausgabekopf ein Zwischenspeicher vorgesehen, der zur Ausgabe des Aufbaumaterials mit verfahren wird.
Des Weiteren kann bevorzugt die Dosiervorrichtung eine Rüttel- oder Rühreinrichtung aufweisen. Diese Rüttel- oder Rühreinrichtung kann an oder im Zwischenspeicher vorgesehen sein. Dadurch kann die Ausgabe beziehungsweise die Fließfähigkeit des Aufbaumaterials vom Zwischenspeicher in den Ausgabekopf verbessert sein.
Vorteilhafterweise ist die Größe bzw. das Volumen des Zwischenspeichers derart ausgebildet, dass nach zumindest einem zweimaligen Verfahrweg entlang der Aufnahme der Beschichtungseinrichtung der Zwischenspeicher befüllt wird. Somit kann der Zwischenspeicher von einer ersten Position zum Befüllen der Aufnahme in eine zweite Position quer zur Aufbauplattform bzw. längs zur Aufnahme verfahren werden und dort ruhen, bis das Mittenmodul nach einer Hin- und Herfahrbewegung über die Aufbauplattform wieder in derselben Endlage ist, um daraufhin erneut einen Befüllvorgang vorzunehmen, um wieder in die erste Position bzw. die Ausgangsposition zurückgeführt zu werden. Erst daraufhin erfolgt wiederum eine Befüllung des Zwischenspeichers.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls gelöst, welcher eine Prozessunterstützungseinrichtung umfasst, welche zur Erzeugung einer Primärgasströmung entlang der Aufbauplattform ein Mittenmodul und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul aufweist, wobei das Mittenmodul nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Dies weist den Vorteil auf, dass das Mittenmodul, welches eine Beschichtungseinrichtung nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen umfasst, in einfacher Weise ausgestaltet werden kann, zumal eine Kinematik für ein Beschichterwerkzeug entfallen kann.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in einer rechten und linken Endlage in einer Verfahrposition des Mittenmoduls und benachbart zur Aufbauplattform jeweils eine Dosiervorrichtung vorgesehen ist. Somit kann das Befüllen der zumindest eine Aufnahme des Mittenmoduls mit Aufbaumaterial parallel zu einer Belichtungsstrategie zum Verfestigen der zuletzt aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials in der Aufbauplattform durchgeführt werden.
Das Befüllen der Aufnahmen der Beschichtungseinrichtung erfolgt bevorzugt über eine Dosiereinrichtung. Diese Dosiereinrichtung kann getrennt zur Beschichtungseinrichtung oder Mittenmodul vorgesehen sein. Diese Dosiereinrichtung kann auch durch die Beschichtungseinrichtung bzw das Mittenmodul mitgeführt werden.
Die der Prozesskammer zugeordnete Dosiervorrichtung umfasst bevorzugt einen Aufnahmekopf, der entlang einer Längsachse des Mittenmoduls, insbesondere quer zur Verfahrrichtung des Mittenmoduls, oberhalb der Aufnahme des Mittenmoduls verfahrbar ist. Dadurch kann ein einfacher Befüllvorgang erfolgen.
Der Ausgabekopf der Dosiervorrichtung trägt bevorzugt einen Zwischenspeicher, der über eine Fördereinrichtung, insbesondere einer feststehend zur Prozesskammer ausgerichteten Fördereinrichtung, mit Aufbaumaterial befüllbar ist. Dadurch kann der mechanische Aufwand für die Befüllung und Dosierung der Aufnahme des Mittenmoduls reduziert werden, da der Ausgabekopf zusammen mit dem Zwischenspeicher oberhalb der Aufnahme verfahren wird, um das Aufbaumaterial durch Schwerkraft in die Aufnahme des darunterliegenden Mittenmoduls überzuführen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ausgabekopf zwischen zwei Endpositionen quer zur Verfahrrichtung entlang einer Führung verfahrbar ist und dass der Ausgabekopf an einer Unterseite eine Dosieröffnung aufweist, die beim Einfahren in die jeweilige Endposition durch eine in der Endposition angeordnete Verschlusseinrichtung schließbar ist. Dadurch ist der Ausgabekopf frei von einer Mechanik ausgebildet. Die Dosieröffnung weist einen konstanten Querschnitt auf, um auf Schwerkraft basierend die Aufnahme zu befüllen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Dosiereinrichtung ist vorgesehen, dass der Ausgabekopf entlang einer ortsfesten Führung innerhalb der Prozesskammer verfahrbar ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Führung für die Verfahrbewegung des Ausgabekopfes an der Beschichtungseinrichtung und/oder an der Absaugeinrichtung befestigt ist. In diesem Fall wird der Ausgabekopf und der Zwischenspeicher bei einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls bzw. der Beschichtungseinrichtung mitbewegt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei der mitbewegten Dosiereinrichtung der Ausgabekopf oberhalb der Aufnahme der Beschichtungseinrichtung quer zu deren Längserstreckung zum Befüllen der jeweiligen Aufnahme verfahrbar ist oder dass dieser Ausgabekopf zum Befüllen der jeweiligen Aufnahme der Beschichtungseinrichtung durch eine Schwenkbewegung der jeweiligen Aufnahme zuordenbar ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Aufnahmevolumen Zwischenspeicher für das Aufbaumaterial, zumindest eine zweifache Befüllmenge der Aufnahme der Beschichtungseinrichtung, umfasst. Somit kann der Ausgabekopf von der ersten in die zweite Endposition übergeführt werden, ohne dass in der zweiten Endposition eine Befüllung erfolgt und wieder zurück in die erste Endposition verfahren werden und entlang jeder Verfahrbewegung die Aufnahme befüllt werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials,
2 eine perspektivische Schnittansicht einer Prozesskammer gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht auf eine Zuführeinrichtung für einen Sekundärgasstrom,
4 eine schematische Ansicht von unten auf die Zuführeinrichtung für den Sekundärgasstrom,
5 eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer mit einem Primärgasstrom und Sekundärgasstrom,
6 eine perspektivische Ansicht eines Mittenmoduls mit einer Dosiervorrichtung,
7 eine schematische Seitenansicht einer Prozesskammer gemäß einer alternativen Ausführungsform zu 5 während eines Verfestigens des Aufbaumaterials durch einen Strahl,
8 eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer in einem weiteren Arbeitsschritt zu 7 für das Herstellen eines dreidimensionalen Objektes,
9 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 8 mit einer alternativen Ausführungsform der Dosiereinrichtung, und
10 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 8 mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Dosiervorrichtung.

In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 11 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 12 durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials dargestellt. Diese Vorrichtungen 11 werden auch als 3-D-Drucksysteme, selektive Lasersintermaschinen, selektive Laserschmelzmaschinen oder dergleichen bezeichnet. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Gehäuse 14, in dem eine Prozesskammer 16 vorgesehen ist. Die Prozesskammer 16 ist nach außen hin geschlossen. Diese kann über eine nicht näher dargestellte Tür oder einen Sicherheitsverschluss zugänglich sein. In der Prozesskammer 16 ist eine Aufbauplattform 17 vorgesehen, auf der zumindest ein dreidimensionales Objekt 12 schichtweise erzeugt wird. Die Größe der Aufbauplattform 17 bestimmt ein Aufbaufeld für die Herstellung der dreidimensionalen Objekte 12. Die Aufbauplattform 17 ist in der Höhe bzw. in Z-Richtung verfahrbar. Benachbart zur Aufbauplattform 17 sind Überlaufbehälter 19 oder Auffangbehälter vorgesehen, in welche nicht benötigtes oder nicht verfestigtes Aufbaumaterial gesammelt wird. Oberhalb der Aufbauplattform 17 ist in der Prozesskammer 16 eine Prozessunterstützungseinrichtung 21 angeordnet. Diese Prozessunterstützungseinrichtung 21 ist zumindest teilweise in X-Richtung verfahrbar angesteuert.
Der Prozesskammer 16 zugeordnet oder an der Prozesskammer 16 befestigt ist eine Strahlungsquelle 26 vorgesehen, durch welche ein Strahl 27, insbesondere ein Laserstrahl, erzeugt wird. Dieser Laserstrahl wird entlang einer Strahlführung 28 geführt und über ein ansteuerbares Strahlführungselement 29 auf die Aufbauplattform 17 umgelenkt und gerichtet. Dabei tritt der Strahl 27 über eine Strahleintrittsöffnung 30 in die Prozesskammer 16 ein. Das auf der Aufbauplattform 17 aufgebrachte Aufbaumaterial kann im Auftreffpunkt 31 des Strahls 27 verfestigt werden.
Die Prozessunterstützungseinrichtung 21 umfasst ein Mittenmodul 33 sowie jeweils ein dem Mittenmodul 33 zugeordnetes Außenmodul 34, 35. In der Ausführungsform der Prozessunterstützungseinrichtung 21 gemäß 1 ist vorgesehen, dass die Außenmodule 34, 35 ortsfest zu einem Prozesskammerboden 18 vorgesehen sind. Das Mittenmodul 33 ist zwischen einer linken und rechten Endlage 34, 35 verfahrbar angesteuert. In der Ansicht gemäß 1 ist das Mittenmodul 33 in der linken Endlage 36 positioniert. Die Außenmodule 34 umfassen eine Auslassdüse 38, die an einem Zuführkanal 39 befestigt ist. Diese Auslassdüse 38 weist bevorzugt vertikal ausgerichtete Leitflächen auf. Zudem ist die Auslassdüse 38 in Austrittsrichtung verjüngt ausgebildet. Dadurch kann ein in die Prozesskammer 16 zugeführter Primärgasstrom homogenisiert und stabilisiert werden.
Das Mittenmodul 33 umfasst zwei Absaugeinrichtungen 41, die jeweils eine entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Einsaugöffnung 42 aufweisen. Zwischen den Absaugeinrichtungen 41 ist ein Vorratsbehälter 44 zur Aufnahme von Aufbaumaterial vorgesehen. Dieser Vorratsbehälter 44 ist durch zwei Aufnahmen 83, 84 ausgebildet, die zum Prozesskammerboden 18 gerichtet zumindest eine Öffnung oder einen Ausgabeschlitz aufweisen, so dass beim Überfahren der Aufbauplattform 17 durch das Mittenmodul 33 eine Schicht an Aufbaumaterial ausgegeben werden kann. Zwischen den zwei Aufnahmen 83, 84, die benachbart zur Absaugeinrichtung 41 angeordnet sind, ist bevorzugt eine Beschichtungseinrichtung 46 vorgesehen. Bevorzugt werden die in Verfahrrichtung des Mittenmoduls 33 vorauseilenden Aufnahmen 83, 84 mit Aufbaumaterial befüllt. Die Beschichtungseinrichtung 46 ist nachlaufend. Insbesondere umfasst die Beschichtungseinrichtung 46 zumindest eine Beschichterlippe.
Das Mittenmodul 33 wird bevorzugt in der rechten und/oder linken Endlage 36, 37 mit Aufbaumaterial befüllt. Diesbezüglich kann der einen oder beiden Endlagen 36, 37 zugeordnet eine Dosiervorrichtung 48 vorgesehen sein. Diese Dosiervorrichtung 48 kann entlang einer Führung 98, insbesondere in Y-Richtung (2), verfahren werden, so dass über die Breite des Mittenmoduls 33 eine gleichmäßige Befüllung der Aufnahmen 83, 84 erfolgen kann.
Der Überlaufbehälter 19 ist ebenfalls der rechten und linken Endlage 36, 37 zugeordnet, so dass abgestreiftes Aufbaumaterial durch die Beschichtungseinrichtung 46 des Mittenmoduls 33 bei Einnahme der Endlage 36, 37 in den Überlaufbehälter 19 abgeführt werden kann.
Jedes Außenmodul 33 ist mit einer Versorgungsleitung 52 verbunden. Diese Versorgungsleitung 52 wird mit einem Primärgas durch eine nicht näher dargestellte Pumpe bzw. Primärgasquelle beaufschlagt, so dass durch die Außenmodule 34 eine Primärgasströmung in die Prozesskammer 16 ausgegeben werden kann.
Oberhalb der Prozesskammer 16 ist eine Zuführeinrichtung 55 für eine Sekundärgasströmung in die Prozesskammer 16 vorgesehen. Diese Zuführeinrichtung 55 umfasst zwei einander gegenüberliegende Zuführkanäle 56, die an die Strahleintrittsöffnung 30 angrenzend positioniert sind. Über zumindest eine Zuführöffnung 57, welche der Strahleintrittsöffnung 30 zugeordnet ist oder diese umgibt, strömt das Sekundärgas in die Prozesskammer 16 ein und wird von oben auf die Aufbauplattform 17 zugeführt.
Die Prozesskammer 16 weist seitliche Wandabschnitte 60 auf, welche die Länge der Prozesskammer 16 begrenzen. Diese Wandabschnitte 60 umfassen Strömungsflächen 62, die sich in Richtung auf die Aufbauplattform 17 erstrecken und eine Querschnittsfläche der Prozesskammer 16 verengen. Dabei ist ein Abstand 61 vorgesehen, welcher der Länge der Aufbauplattform 17, die sich in X-Richtung erstreckt, entspricht oder vorzugsweise kleiner ist, wie dies in 1 dargestellt wird. Ausgehend von dem geringsten Abstand 61 weitet sich die Strömungsfläche 62 auf. Der Wandabschnitt 60 geht in eine horizontale Begrenzungsfläche 63 über. Diese Begrenzungsfläche 63 verläuft bevorzugt parallel zum Prozesskammerboden 18 und ist in einem Abstand zum Prozesskammerboden 18 vorgesehen, so dass zwischen der Begrenzungsfläche 63 und dem Prozesskammerboden 18 die Prozessunterstützungseinrichtung 21 positionierbar ist. Durch diese Ausgestaltung der Prozesskammer 16 wird ein tulpenförmiger Querschnitt bzw. eine tulpenförmige Kontur erzielt, wodurch eine Strömungsoptimierung bei der Zuführung eines Sekundärgases von oben in die Prozesskammer 16 ermöglicht ist. Alternativ kann die Prozesskammer 16 eine konusförmige Kontur oder die Kontur eines parabelförmigen Einlauftrichters aufweisen.
Jeder Zuführkanal 56 der Zuführeinrichtung 55 wird über eine Versorgungsleitung 52 mit Sekundärgas über eine nicht näher dargestellte Sekundärgasquelle versorgt.
Anhand der nachfolgenden 2 bis 4 wird die Zuführeinrichtung 55 zum Zuführen eines Sekundärgases und zur Bildung eines Sekundärgasstromes innerhalb der Prozesskammer 16 näher beschrieben.
In dem Zuführkanal 56 ist bevorzugt ein über den Querschnitt sich erstreckendes Lochblech 71 vorgesehen. Dadurch kann bereits eine erste homogene Stromaufteilung des zugeführten Sekundärgases erzielt werden. Der Zuführkanal 56 mündet in die Zuführöffnung 57. Im Ausführungsbeispiel ist die Zuführöffnung 57 durch ein Durchströmungselement 59, wie beispielsweise ein Strömungssieb, gebildet. Dieses Durchströmungselement 59 kann beispielsweise auch als Lochblech oder als ein gasdurchlässiges Gewirke oder als ein mehrlagiges Metallgewebe oder dergleichen ausgebildet sein. Die Zuführöffnung 57 umgibt vollständig die Strahleintrittsöffnung 30. Somit liegt die Zuführöffnung 57 und die Strahleintrittsöffnung 30 in einer gemeinsamen Ebene.
Zwischen dem Lochblech 71 im Zuführkanal 55 und der Zuführöffnung 57 erstrecken sich Leitbleche 72, welche den Querschnitt des Zuführkanals 55 in einen Kernstrom 74 und zwei außenliegende Seitenströme 75 untergliedern. Diese Leitbleche 72 erstrecken sich entlang der Breite der Strahleintrittsöffnung 30 jeweils über die Hälfte der Länge der Strahleintrittsöffnung 30. Gleichzeitig weist der Zuführkanal 56 eine obere gekrümmte Fläche 76 auf, um die Seitenströme 75 über die seitlichen Bereiche der Zuführöffnung 57 der Prozesskammer 16 zuzuführen.
Jeweils der Stirnseite der Strahlaustrittsöffnung 30 zugeordnet ist an der Zuführöffnung 57 eine Sperrstrom-Finne 77 vorgesehen. Diese Sperrstrom-Finne 77 ist im Abstand zur Strahleintrittsöffnung 30 innenliegend zur Prozesskammer 16 vorgesehen. Diese Sperrstrom-Finnen 77 sind nahezu horizontal ausgerichtet. Dadurch wird ein horizontaler Sperrstrom von beiden Seiten über die Zuführkanäle 56 zugeführt, die sich in der Mitte der Strahleintrittsöffnung 30 treffen und darauffolgend einen abwärts gerichteten Sekundärgasstrom erzeugen. Zwischen einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung 30 und dem Wandabschnitt 60 ist jeweils ein Strömungsstabilisator 78 vorgesehen. Dieser weist bevorzugt eine Krümmung entsprechend der Strömungsfläche 62 auf. Dieser Strömungsstabilisator 78 erstreckt sich über die gesamte Breite des Zuführkanals 56 bzw. Zuführöffnung 57. Diese Strömungsstabilisatoren 78 ermöglichen einen wirbelungsfreien Sekundärgasstrom in dem Randbereich der Prozesskammer 16 unabhängig von der Position des Mittenmoduls 33.
In 5 ist eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer 16 gemäß 1 während eines Arbeitsschrittes zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 12 dargestellt. Der Strahl 27 ist auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform 17 gerichtet und verfestigt im Auftreffpunkt 31 das Aufbaumaterial. Das Mittenmodul 33 ist beispielsweise rechts benachbart zum Auftreffpunkt 71 positioniert. Dieses Mittenmodul 33 kann den Strahl 27, der beispielsweise in Richtung auf die linke Endlage 36 zubewegt wird, nachlaufen. Gleichzeitig wird die Prozessunterstützungseinrichtung 21 mit einem Primärgas und die Zuführeinrichtung 55 mit einem Sekundärgas beaufschlagt. Dabei ist gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Primärgasstrom zwischen einem linken Außenmodul 34 und dem Mittenmodul 33 sowie ein Sekundärgasstrom zwischen der Zuführeinrichtung 55 und dem Mittemodul 33 erzeugt wird. Bei dieser ersten Ausführungsform ist nur die linke Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 zur gemeinsamen Absaugung des Primärgasstroms und des Sekundärgasstroms angesteuert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass durch das linke und rechte Außenmodul 34, 35 ein Primärgasstrom ausgegeben wird, welcher durch die jeweilige linke und rechte Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 abgesaugt wird. Darüber hinaus wird gleichzeitig über die Zuführeinrichtung 55 ein Sekundärgasstrom auf das Mittenmodul 33 zugeführt. Aufgrund der in 5 dargestellten Position des Mittenmoduls 33 wird ein vergrößerter Volumenstrom des Sekundärgases der linken Absaugeinrichtung 41 zugeführt und gemeinsam mit dem Primärgasstrom abgesaugt. Ein geringerer Volumenstrom der Sekundärgasströmung kann über die rechte Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 zusammen mit dem rechten Primärgasstrom abgesaugt werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt über beide Absaugeinrichtungen 41 des Mittenmoduls 33 eine gemeinsame Absaugung des der Prozesskammer 16 zugeführten Primärgasstromes und Sekundärgasstromes.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auslassdüse 38 der Außenmodule 34, 35 einen Öffnungsquerschnitt im Verhältnis zu den Einsaugöffnungen 42 der Absaugeinrichtung 41 von größer 3 aufweist.
In 6 ist eine perspektivische Ansicht auf die Prozessunterstützungseinrichtung 21 sowie auf eine der dem Prozesskammerboden 18 bzw. der Aufbauplattform 17 zugeordneten Dosiervorrichtung 48. Das Mittenmodul 33 erstreckt sich quer zur Verfahrrichtung über die gesamte Aufbauplattform 17. Die Verfahrrichtung des Mittenmoduls 33 ist in und entgegen der X-Richtung, wie dies in 1 dargestellt ist. Das Mittenmodul 33 umfasst zwei einander gegenüberliegend ausgerichtete Absaugeinrichtungen 41, deren jeweilige Einsaugöffnungen 42 in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet sind. Die Einsaugöffnungen 42 der jeweiligen Absaugeinrichtung 41 sind dem jeweils gegenüberliegenden Außenmodul 34, 35 zugeordnet und dazu ausgerichtet. Zwischen den Absaugeinrichtungen 41 ist eine Beschichtungseinrichtung 46 vorgesehen. Diese Beschichtungseinrichtung 46 umfasst zwei Aufnahmen 83, 84, die durch eine Trennwand 85 zueinander getrennt angeordnet sind. Zwischen den beiden Aufnahmen 83, 84 und der Aufbauplattform 17 zugeordnet ist ein Beschichterwerkzeug 87 vorgesehen. Dieses Beschichterwerkzeug 87 kann beispielsweise als eine Beschichterlippe ausgebildet sein. Dieses Beschichterwerkzeug 87 ist bevorzugt an einer Unterseite der Trennwand 85 feststehend angeordnet. Dieses Beschichterwerkzeug 87 kann austauschbar an der Trennwand 85 vorgesehen sein.
Die Aufnahmen 83, 84 können Teil eines rahmenförmigen Grundkörpers sein oder diesen bilden. Auch kann ein rahmenförmiger Grundkörper oder ein sonstiger Grundkörper vorgesehen sein, in welchem die Aufnahmen 83, 84 vorgesehen oder befestigt sind. Die Aufnahmen 83, 84 sind bevorzugt schachtförmig ausgebildet. Diese weisen bevorzugt eine rechteckförmige Ausgabeöffnung 89 auf. Diese Ausgabeöffnung 89 ist frei von Verschlusselementen. Bevorzugt erstrecken sich parallel zueinander ausgerichtete Wandabschnitte 91, 92 ausgehend von der Ausgabeöffnung 89 vertikal nach oben und bilden die Aufnahme 83, 84. Die Aufnahme 83, 84 ist ebenfalls nach oben offen ausgebildet. Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform sind die Aufnahmen 83, 84 jeweils als ein sogenannter Fallschacht ausgebildet. Bevorzugt können zwischen den Wandabschnitten 91, 92 Versteifungsstege 93 vorgesehen sein. Dadurch können die Aufnahmen 83, 84 ausgesteift werden. Gleichzeitig kann dadurch eine Anbindung der Absaugeinrichtung 41 an die Beschichtungseinrichtung 46 vorgesehen sein. Des Weiteren kann bevorzugt an oder in der Aufnahme 83, 84 oder den Aufnahmen 83, 84 zugeordnet eine Rüttel- oder Rühreinrichtung vorgesehen sein, um eine Fließfähigkeit des Aufbaumaterials aus der oder den Aufnahmen 83, 84 zu verbessern.
Die Dosiervorrichtung 48 umfasst einen Ausgabekopf 49, der eine zur Aufbauplattform 17 weisende Dosieröffnung 50 aufweist. Diese Dosieröffnung 50 ist bevorzugt ebenfalls ohne Verschlusselement ausgebildet. Der Ausgabekopf 49 trägt einen Zwischenspeicher 51, der von oben über eine nicht näher dargestellte Fördereinrichtung mit Aufbaumaterial befüllbar ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Befüllung des Zwischenspeichers 51 nur in einer ersten Endposition 95 vorgesehen ist. In dieser ersten Endposition 95 sitzt der Ausgabekopf 49 auf einer Verschlusseinrichtung 97 auf, so dass die Ausgabeöffnung 15 geschlossen ist. In dieser ersten Endposition 95 wird der Zwischenspeicher 51 mit einem Volumen an Aufbaumaterial befüllt, welches der zweifachen Befüllmenge der Aufnahme 83 bzw. 84 entspricht. Zum verbesserten Entleeren des Zwischenspeichers 51 kann an oder in diesem Zwischenspeicher eine Rüttel- oder Rühreinrichtung vorgesehen sein.
Der Befüllvorgang der Aufnahme 83, 84 der Beschichtereinrichtung 46 durch die Dosiervorrichtung 48 erfolgt folgendermaßen: Das Mittenmodul 33 ist beispielsweise in der linken Endlage 36 positioniert. Der Ausgabekopf 49 ist oberhalb der Aufnahme 83 positioniert, also der Aufnahme, welche für die nächstfolgende Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 vorauseilend positioniert ist. Das Beschichterwerkzeug 87 ist in diesem Fall nacheilend zur Aufnahme 83 positioniert. Anschließend wird der Ausgabekopf 49 von der ersten Endposition 95 in die zweite Endposition 96 verfahren. Durch die Schwerkraft wird das Aufbaumaterial über den Ausgabekopf 49 in die Aufnahme 83 übergeführt. Daraufhin wird der Ausgabekopf 49 stillstehend in der zweiten Endposition 96 positioniert und die Dosieröffnung 50 durch die Verschlusseinrichtung 97 geschlossen. Darauffolgend erfolgt eine Ansteuerung der Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 in die rechte Endlage 37. Aufgrund der Schwerkraft wird während der Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 das Aufbaumaterial auf die Aufbauplattform 17 aufgebracht und durch das nacheilende Beschichterwerkzeug 87 geglättet. In der rechten Endlage 97 ist ebenfalls eine Dosiervorrichtung 48 vorgesehen. Diese ist gleich wie die zuvor beschriebene Dosiervorrichtung 48 aufgebaut, welche der linken Endlage 36 zugeordnet ist. In der rechten Endlage 37 wird durch die Dosiervorrichtung 48 die Aufnahme 84 befüllt, welche vorauseilend für die nachfolgende Verfahrbewegung ist. Anschließend überfährt das Mittenmodul 33 die Aufbauplattform 17 wieder in die linke Endlage 36. Daraufhin wird der Ausgabekopf 49 aus der zweiten Endposition 96 in die erste Endposition 95 übergeführt, wobei wiederum die vorauseilende Aufnahme 83 für die nachfolgende Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 befüllt wird. Nachdem der Ausgabekopf 49 die erste Endposition 95 erreicht hat, wird der Zwischenspeicher 51 durch die Fördereinrichtung wiederum mit Aufbaumaterial befüllt.
In 7 ist eine schematische Seitenansicht eines Arbeitsschritts der Vorrichtung 11 zur Herstellung des dreidimensionalen Objektes 12 mit einer alternativen Ausführungsform der Prozessunterstützungseinrichtung 21 dargestellt. Die 8 zeigt eine weitere mögliche Arbeitsposition gemäß der Ausführungsform in 7.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Prozessunterstützungseinrichtung 21 zwei verfahrbar angesteuerte Außenmodule 34, 35 aufweist. Diesbezüglich sind die Zuführkanäle 56 vorzugsweise teleskopartig ausgebildet, so dass die Auslassdüsen 38 relativ zur Aufbauplattform 17 verfahrbar sind. Die verfahrbare Ansteuerung der Außenmodule 34, 35 relativ zur Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 weist den Vorteil auf, dass die Überströmungsstrecke zwischen der Auslassdüse 38 und der Absaugeinrichtung 41 kurzgehalten werden kann. Dadurch kann entlang der Überströmungsstrecke die Homogenität des Primärgasstromes aufrechterhalten bleiben, wodurch eine verbesserte Absaugung erzielt werden kann. Bei der Darstellung in 7 ist vorgesehen, dass das Mittenmodul 33 in eine Endlage 36 verfahren wird. Das rechte Außenmodul 35 folgt dabei dem Mittenmodul 33, vorzugsweise mit gleichbleibendem Abstand. Gleichzeitig wird das linke Außenmodul 34 zunehmend in die linke Endlage 36 übergeführt. Durch die gleichzeitige Zuführung der Primärgasströme und des Sekundärgasstromes kann eine vollständige Spülung der Prozesskammer 16 erzielt werden. Während der in 7 dargestellten Verfahrbewegung wird bevorzugt über beide Auslassmodule 34, 35 ein Primärgasstrom ausgegeben und über beide Absaugeinrichtungen 41 des Mittenmoduls 33 eine Absaugung des Primärgasstromes und Sekundärgasstromes angesteuert.
Auch während dem Verfahren des Mittenmoduls 33 in eine Endlage 36, 37 oder in der Endlage 36, 37, wie beispielsweise die linke Endlage 36, wird der Primärgasstrom und/oder der Sekundärgasstrom aufrechterhalten. Bevorzugt ist eine konstante Beströmung des gesamten Prozessgaskreislaufs vorgesehen.
In 9 ist eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 11 gemäß 7 und 8 dargestellt. Die Ausführungsform gemäß 9 weicht im Hinblick auf die Dosiervorrichtung 48 gegenüber der Ausführungsform in 7 und 8 ab. Insoweit kann mit Ausnahme der Dosiervorrichtung 48 vollumfänglich auf die vorbeschriebene Ausführungsform Bezug genommen werden.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dosiervorrichtung 48 an der Beschichtungseinrichtung 46 bzw. dem Mittenmodul 33 befestigt ist. Die Dosiervorrichtung 48 wird somit während einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 zwischen den beiden Endlagen 36, 37 mitbewegt. Der Ausgabekopf 49 ist an einer Traverse 101 vorgesehen. Die Traverse 101 ist an einer Führung 98 längs den Aufnahmen 83, 84 verfahrbar. Bevorzugt sind jeweils an einer Oberseite der Absaugeinrichtungen 41 zwei Führungen 98 vorgesehen, so dass der Ausgabekopf 49 entlang der Länge der Aufnahme 83, 84 verfahrbar ist. Zusätzlich ist der Ausgabekopf 49 längs der Traverse 101 also in und entgegen der Verfahrrichtung des Mittenmoduls 33 verfahrbar. Dies ermöglicht, dass abhängig von der jeweilig eingenommenen Endlage 36, 37 des Mittenmoduls 33 die jeweils vorauseilende Aufnahme 83, 84 für den nachfolgenden Beschichtungsvorgang befüllbar ist.
In 10 ist eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 11 mit einer alternativen Ausführungsform der Dosiervorrichtung 48 zu 9 dargestellt. Im Übrigen kann auf die vorbeschriebene Ausführungsform der Vorrichtung 11 Bezug genommen werden.
Bei dieser Dosiervorrichtung 48 gemäß 10 ist abweichend zur Ausführungsform gemäß 9 vorgesehen, dass der Ausgabekopf 49 fest an der Traverse 101 angeordnet ist. Zum jeweiligen Befüllen der Aufnahme 83, 84 weist der Ausgabekopf 89 eine schwenkbeweglich gelagerte Dosieröffnung 50 auf. Dadurch kann die Dosieröffnung 50 des Ausgabekopfes 49 wahlweise zur Aufnahme 83 oder Aufnahme 84 ausgerichtet sein, um jeweils wiederum die vorauseilende Aufnahme 83, 84 für die nachfolgende Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 zu befüllen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017211657 A1 [0002]
WO 2019/115140 A1 [0003]
DE 102015222100 A1 [0004]

Claims

Beschichtungseinrichtung (46) für eine Prozessunterstützungseinrichtung (21) in einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls, - mit zwei Aufnahmen (83, 84), die sich parallel zueinander erstrecken, wobei die Erstreckungsrichtung der Aufnahmen (83, 84) senkrecht zur Verfahrrichtung ausgerichtet ist, - mit einer zwischen den Aufnahmen (83, 84) vorgesehenen Trennwand (85), dadurch gekennzeichnet, - dass an einer Unterseite der Trennwand (85) in Ausgaberichtung des Aufbaumaterials weisend ein Beschichterwerkzeug (87) feststehend angeordnet ist.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Beschichterwerkzeug (87), welches bevorzugt als eine Beschichterlippe ausgebildet ist, sich zumindest entlang der Länge der Aufnahmen (83, 84) erstreckt.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (83, 84) schachtförmig ausgebildet sind und vorzugsweise die Aufnahmen (83, 84) nach unten offen ausgebildet sind.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbaumaterial in die Aufnahmen (83, 84) durch die Gewichtskraft des Aufbaumaterials nach unten auf die Aufbauplattform (17) ausgegeben wird und die Aufnahmen (83, 84) nach unten offene Aufnahmeöffnung (89) aufweist.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (89) einen rechteckförmigen oder schlitzförmigen Querschnitt aufweist und die Aufnahmen (83, 84) sich an die Aufnahmeöffnung (89) mit vertikalen Wandabschnitten (91, 92) oder in Längsrichtung des Mittenmoduls (33) gesehen mit sich nach oben aufweitenden Wandabschnitten (91, 92) ausgebildet ist.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein rahmenförmiger Grundkörper vorgesehen ist, der die zumindest zwei Aufnahmen (83, 84) umgibt oder an dem die zumindest zwei Aufnahmen (83, 84) befestigt sind oder dass die Aufnahmen (83, 84) in den rahmenförmigen Grundkörper integriert sind.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (83, 84) Versteifungsstege (90) vorgesehen sind.
Beschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (83, 84) ein Aufnahmevolumen für das Aufbaumaterial aufweisen, welches für ein einmaliges Verfahren des Mittenmoduls (33) entlang der Aufbauplattform (17) zur Ausgabe einer Schicht an Aufbaumaterial entspricht.
Mittenmodul für eine Prozessunterstützungseinrichtung (21) in einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahls (27), - mit zwei Absaugeinrichtungen (41), die mit Abstand zueinander ausgerichtet sind und jeweils eine Einsaugöffnung (42) aufweisen, welche in entgegengesetzte Richtungen zueinander ausgerichtet sind, - mit einer Beschichtungseinrichtung (46), welche zwischen den zwei Absaugeinrichtungen (41) positioniert ist, wobei die Absaugeinrichtungen (41) und die Beschichtungseinrichtung (42) gemeinsam verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, - dass die Beschichtungseinrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Mittenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (82, 83) sich entlang, vorzugsweise parallel, zu den Absaugeinrichtungen (41) über deren Länge erstrecken.
Mittenmodul nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (83, 84) und die Absaugeinrichtungen (41) spiegelbildlich zur Trennwand (85) ausgerichtet sind.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials, - bei dem in zumindest einer Prozesskammer (16) auf eine Aufbauplattform (17) das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht wird, - bei dem mit einer Strahlungsquelle (26) zumindest ein Strahl (27) zur Verfestigung des Aufbaumaterials erzeugt und mit zumindest einem Strahlführungselement (29) auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform (17) zugeführt wird, - bei dem mit einer Prozessunterstützungseinrichtung (21), welche ein Mittenmodul (33) und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul (34, 35) aufweist, eine Primärgasströmung entlang der Aufbauplattform (17) erzeugt wird, so dass zwischen einem Mittenmodul (33) und dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, - dass die Prozessunterstützungseinrichtung (21) ein Mittenmodul (33) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 mit einer Beschichtungseinrichtung (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 aufweist, welche entlang der Aufbauplattform (17) zum Auftragen von Aufbaumaterial und zum Glätten des aufgebrachten Aufbaumaterials verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittenmodul (33) zum Befüllen mit Aufbaumaterial wechselnd in eine linke und rechte Endlage (36, 37) innerhalb der Prozesskammer (16) verfahren wird und in der jeweiligen Endlage (36, 37) die zumindest eine Aufnahme (83, 84) mit Aufbaumaterial befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nur die eine Aufnahme (83, 84) des in der Endlage (36, 37) positionierten Mittenmoduls (33) befüllt wird, welche für die nachfolgende Verfahrbewegung des Mittenmoduls (33) über die Aufbauplattform (17) vorauseilend positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (83, 84) der Beschichtungseinrichtung (46) mit einer Dosiervorrichtung (48) befüllt werden, welche getrennt zur Beschichtungseinrichtung (46) positioniert oder von der Beschichtungseinrichtung (46) oder dem Mittenmodul (33) mitgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (48) einen Ausgabekopf (49) aufweist, der entlang der Aufnahmen (83, 84) zum Ausgeben des Aufbaumaterials in die Aufnahmen (83, 84) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem einmaligen Überfahren der Aufnahmen (83, 84) des Mittenmoduls (33) die Menge an Aufbaumaterial in die eine Aufnahme (83, 84) übergeführt wird, so dass eine vollständige Schicht an Aufbaumaterial beim Überfahren der Aufbauplattform (17) mit dem Mittenmodul (33) von der einen Endlage (36, 37) in die gegenüberliegende Endlage (37, 36) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabekopf (49) der Dosiervorrichtung (48) einen Zwischenspeicher (51) aufnimmt, der zur Ausgabe des Aufbaumaterials in die Aufnahmen (83, 84) mit verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (51) zumindest nach einer zweimaligen Verfahrbewegung entlang der Aufnahme (83, 84) befüllt wird.
Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles (27), - mit zumindest einer Prozesskammer (16), welche zumindest eine in einer X-/Y-Ebene angeordnete Aufbauplattform (17) aufweist, auf welcher das dreidimensionale Objekt (12) erzeugt wird, - mit einer Strahlungsquelle (26) zur Erzeugung des Strahls (27), - mit zumindest einem Strahlführungselement (29) zum Führen und Lenken des Strahls (27) auf das zu verfestigende Aufbaumaterial, wobei der Strahl (27) über eine Strahleintrittsöffnung (30) in die Prozesskammer (16) einkoppelbar ist, - mit einer Prozessunterstützungseinrichtung (21), welche zur Erzeugung einer Primärgasströmung entlang der Aufbauplattform (17) ein Mittenmodul (33) und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul (34, 35) aufweist, so dass zwischen dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) und dem Mittenmodul (33) eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Prozessunterstützungseinrichtung (21) ein Mittenmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit einer Beschichtungseinrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiervorrichtung (48) vorgesehen ist, durch welche die zumindest eine Aufnahme (83, 84) der Beschichtungseinrichtung (46) mit Aufbaumaterial befüllbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (48) einen Ausgabekopf (49) aufweist, der entlang einer Längsrichtung des Mittenmoduls (33) oberhalb der Aufnahme (83, 84) des Mittenmoduls (33) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabekopf (49) einen Zwischenspeicher (51) trägt, der über eine Fördereinrichtung mit Aufbaumaterial befüllbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einer rechten und linken Endlage (36, 37) einer Verfahrposition des Mittenmoduls (33) und benachbart zur Aufbauplattform (17) jeweils eine Dosiereinrichtung (48) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabekopf (49) zwischen zwei Endpositionen (95, 96) quer zur Verfahrrichtung des Mittenmoduls (33) entlang einer Führung (98) verfahrbar ist und der Ausgabekopf (49) an einer Unterseite eine Dosieröffnung (50) aufweist, die beim Einfahren in die Endposition (95, 96) durch eine in der Endposition (95, 96) angeordnete Verschlusseinrichtung (97) schließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (98) für die Verfahrbewegung des Ausgabekopfes (49) ortsfest zur Prozesskammer (16) ausgerichtet ist oder dass die Führung (98) für die Verfahrbewegung des Ausgabekopfes (49) an der Beschichtungseinrichtung (46) und/oder der Absaugeinrichtung (41) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Mittenmodul (33) mitgeführte Ausgabekopf (49) oberhalb der Aufnahme (83, 84) quer zur Längserstreckung der Aufnahme (83, 84) zum jeweiligen Befüllen der Aufnahme (83, 84) von oben verfahrbar oder schwenkbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmevolumen des Zwischenspeichers (51) für das Aufbaumaterial zumindest einer zweifachen Befüllmenge der Aufnahme (83, 84) entspricht.