DE102021212754A1 - Method and device for producing at least two objects using powder bed-based additive manufacturing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen (2, 4) mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung in wenigstens zwei übereinander angeordneten Pulverbetten (5, 9), bei dem ein erster Schichtaufbau aus pulverförmigem Material (3) als ein erstes Pulverbett (5) auf einer Herstellungsebene (6) erzeugt wird und bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials (3) des ersten Pulverbetts (5) zwecks Herstellung wenigstens eines ersten Gegenstandes (2) verstärkt wird, ein mehrere Öffnungen (12) umfassendes Trennelement (13) auf zumindest einem Stützelement (10) aufgelegt wird, so dass das Trennelement (13) das erste Pulverbett (5) zumindest bereichsweise überlagert, ein zweiter Schichtaufbau aus pulverförmigem Material (3) als ein zweites Pulverbett (9) auf dem Trennelement (13) erzeugt wird und bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials (3) des zweiten Pulverbetts (9) zwecks Herstellung wenigstens eines zweiten Gegenstandes (4) verstärkt wird, und zwischen der Herstellungsebene (6) und dem Trennelement (13) vorhandenes pulverförmiges Material (3), das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise entfernt wird, und nicht verfestigtes pulverförmiges Material (3) oberhalb des Trennelements (13) durch mehrere Öffnungen (12) des Trennelements (13) fällt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen (2, 4) mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for producing at least two objects (2, 4) by means of powder bed-based additive manufacturing in at least two powder beds (5, 9) arranged one above the other, in which a first layered structure made of powdered material (3) is used as a first powder bed (5) is produced on a production level (6) and the connection of particles of the powdery material (3) of the first powder bed (5) is strengthened in some areas for the purpose of producing at least one first object (2), a separating element (13) comprising a plurality of openings (12). at least one support element (10) is placed, so that the separating element (13) at least partially overlays the first powder bed (5), a second layered structure made of powdered material (3) is produced as a second powder bed (9) on the separating element (13). and the connection of particles of the powdery material (3) of the second powder bed (9) is strengthened in some areas for the purpose of producing at least one second object (4), and powdery material (3) present between the production plane (6) and the separating element (13), which has not been solidified is at least partially removed, and non-solidified powdery material (3) above the separating element (13) falls through a plurality of openings (12) of the separating element (13). The invention also relates to a device (1) for producing at least two objects (2, 4) using the method according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung in wenigstens zwei übereinander angeordneten Pulverbetten sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen durch das erfindungsgemäße Verfahren.The invention relates to a method for producing at least two objects by means of powder bed-based generative manufacturing in at least two powder beds arranged one above the other and a device for producing at least two objects using the method according to the invention.
Bei der Herstellung von Gegenständen oder Teilen von Gegenständen mittels generativer bzw. additiver Herstellungsverfahren wird der herzustellende Gegenstand schichtweise aus einem formlosen, beziehungsweise pulverförmigen, Material aufgebaut. In einer jeweiligen Schicht wird zwecks Verfestigung bereichsweise Bindemittel oder thermische Energie eingebracht. Danach wird das vorhandene pulverförmige Material, das nicht verfestigt wurde, entfernt. Dieser Vorgang ist schwierig, da sich die Gegenstände bei diesem Vorgang bewegen und entsprechend sich gegebenenfalls gegenseitig beschädigen können. Des Weiteren können beim Entfernen des vorhandenen nicht verfestigten pulverförmigen Materials, beziehungsweise bei der Entpulverung der Gegenstände, die Gegenstände aufeinander sinken, wodurch fragile Bereiche oder Kanten der jeweiligen Gegenstände durch die Kollision zwischen den Gegenständen beschädigt werden können. Diese Gefahr ist insbesondere bei automatisierter Entpulverung vorhanden. Die automatisierten Entpulverung kann durch ein automatisiertes Ablassen des vorhandenen nicht verfestigten pulverförmigen Materials realisiert werden. Eine manuelle Einzelteilentnahme der einzelnen Gegenstände ist zwar möglich, jedoch ist dieses Verfahren aufgrund des hohen Zeit- und Ressourcenbedarfs sehr ineffizient und kostenintensiv.In the production of objects or parts of objects using generative or additive manufacturing processes, the object to be produced is built up in layers from an amorphous or powdered material. In each layer, binder or thermal energy is introduced in certain areas for the purpose of solidification. Thereafter, the existing powdery material which has not been solidified is removed. This process is difficult because the objects move during this process and can damage each other accordingly. Furthermore, when removing the existing non-solidified powdery material, or when depowdering the objects, the objects can sink onto one another, as a result of which fragile areas or edges of the respective objects can be damaged by the collision between the objects. This danger is particularly present with automated depowdering. The automated de-powdering can be realized by automatically discharging the existing non-solidified powdery material. A manual individual removal of the individual items is possible, but this method is very inefficient and cost-intensive due to the high time and resource requirements.
Zudem kann eine Computerized Numerical Control „CNC“- gestützte Druckluftdüse verwendet werden, um etwa die jeweiligen oberen Hälften der Gegenstände zu entpulvern. Die Gegenstände werden dann manuell entnommen, um 180° gedreht und mit dem entpulverten Bereich in eine gedruckte Schablone für die Halterung gelegt. Die anderen Hälften der entsprechenden Gegenstände werden dann entpulvert. Allerdings ist auch diese Verfahrensweise mit einem hohen Aufwand verbunden.In addition, a Computerized Numerical Control "CNC"-supported compressed air nozzle can be used to depowder approximately the respective upper halves of the objects. The items are then removed manually, rotated 180° and placed with the depowdered area in a printed template for the fixture. The other halves of the corresponding items are then de-powdered. However, this procedure is also associated with a great deal of effort.
Wie in
Dementsprechend fallen die zweiten Gegenstände 4, die auf einem höheren Niveau als die ersten Gegenstände 2 gedruckt wurden, auf die Herstellungsebene 6 oder stoßen mit den ersten Gegenständen 2 unterhalb der zweiten Gegenstände 4 zusammen. Diese Kollisionen können zu Beschädigungen 8 der Gegenstände 2, 4 führen, insbesondere an den Ecken und Kanten der Gegenstände 2, 4. Die Beschädigungen 8 werden durch das jeweilige Zeichen symbolisiert. Entsprechend ist dieses Verfahren mit einer erhöhten Ausschussrate verbunden.Accordingly, the
Es ist daher erstrebenswert, mit möglichst einfachen Mittel sicherzustellen, dass eine Kollision zwischen den beiden Gegenständen 2, 4 oder zwischen den zweiten Gegenständen 4 und der Herstellungsebene 6 im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann.It is therefore desirable to use the simplest possible means to ensure that a collision between the two
Die
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung zur Verfügung zu stellen, mit denen die Herstellung mehrerer Gegenstände in effizienter sowie kostengünstiger Weise mit geringer Ausschussrate ermöglicht wird.The present invention is based on the object of providing a method and a device for producing at least two objects by means of powder bed-based additive manufacturing, with which the production of a plurality of objects is made possible in an efficient and cost-effective manner with a low scrap rate.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2-6 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 8-10 aufgezeigt.The object is achieved according to the invention by a method for producing at least two objects by means of powder bed-based generative manufacturing according to
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung in wenigstens zwei übereinander angeordneten Pulverbetten bei dem in einem ersten Schritt ein erster Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein erstes Pulverbett auf einer Herstellungsebene erzeugt wird, und bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des ersten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines ersten Gegenstandes verstärkt wird. Danach wird in einem zweiten Schritt ein mehrere Öffnungen umfassendes Trennelement auf zumindest einem Stützelement aufgelegt, so dass das Trennelement das erste Pulverbett zumindest bereichsweise überlagert. In einem dritten Schritt wird ein zweiter Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein zweites Pulverbett auf dem Trennelement erzeugt und bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des zweiten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines zweiten Gegenstandes verstärkt. In einem vierten Schritt wird zwischen der Herstellungsebene und dem Trennelement vorhandenes pulverförmiges Material, das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise entfernt, und nicht verfestigtes pulverförmiges Material oberhalb des Trennelements fällt durch mehrere Öffnungen des Trennelements.A first aspect of the invention is a method for producing at least two objects by means of powder bed-based additive manufacturing in at least two powder beds arranged one above the other, in which in a first step a first layer structure made of powdered material is produced as a first powder bed on a production level, and the connection is produced in certain areas of particles of the pulverulent material of the first powder bed for the purpose of producing at least one first article. Then, in a second step, a separating element comprising a plurality of openings is placed on at least one support element, so that the separating element at least partially overlaps the first powder bed. In a third step, a second layered structure of powdered material is produced as a second powder bed on the separating element and the connection of particles of the powdered material of the second powder bed is strengthened in some areas for the purpose of producing at least one second object. In a fourth step, powdery material present between the production plane and the separating element that has not been solidified is at least partially removed, and unsolidified powdered material above the separating element falls through a plurality of openings of the separating element.
Ein pulverförmiges Material im Sinne der Erfindung ist ein formloses Material, z. B. ein Pulver oder ein Schüttgut, das im Wesentlichen aus kleineren Partikeln zusammengesetzt ist, wie zum Beispiel Sand oder ein Metallpulver.A powdery material within the meaning of the invention is a shapeless material, e.g. B. a powder or a bulk material, which is essentially composed of smaller particles, such as sand or a metal powder.
Das pulverförmige Material wird mittels einer Materialausgabeeinheit auf eine Herstellungsebene ausgebracht. Die Herstellungsebene dient dazu, das ausgebrachte Material zu tragen bzw. abzustützen. Die Herstellungsebene kann eine Plattform sein, an der der erster Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein erstes Pulverbett erzeugt wird. Alternativ kann die Herstellungsebene als ein Tragelement beziehungsweise als ein Behälter ausgebildet sein, wie beispielswiese eine sogenannte Jobbox, sein, in der der erste Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein erstes Pulverbett erzeugt wird.The material in powder form is discharged onto a production level by means of a material discharge unit. The manufacturing level is used to carry or support the deployed material. The production level can be a platform on which the first layer structure made of powdered material is produced as a first powder bed. Alternatively, the production level can be designed as a support element or as a container, such as a so-called job box, for example, in which the first layered structure made of powdered material is produced as a first powder bed.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird wenigstens ein erster Gegenstand in der Herstellungsebene aus dem ersten Schichtaufbau aus dem pulverförmigen Material schichtweise hergestellt.By means of the method according to the invention, at least one first object is produced layer by layer on the production level from the first layered structure made of the powdery material.
Es können verschiedene generative Fertigungsverfahren wie etwa Stereolithografie, Laserstrahlschmelzen, Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen, Fused Layer Modelling und Digital Light Processing zum Einsatz kommen, die unterschiedliche pulverförmige Materialen verarbeiten können und die somit auch für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.Various additive manufacturing processes such as stereolithography, laser beam melting, laser sintering, electron beam melting, fused layer modeling and digital light processing can be used, which can process different powdered materials and are therefore also suitable for different applications.
Zumindest an die Oberfläche des pulverförmigen Materials kann ein Verfestigungsmittel aufgebracht werden, so dass bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des ersten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines ersten Gegenstandes verstärkt wird. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass das Verfestigungsmittel teilweise in das pulverförmige Material eindringt.A solidifying agent can be applied at least to the surface of the powdered material, so that the connection of particles of the powdered material of the first powder bed is strengthened in some areas for the purpose of producing at least one first object. It is not excluded that the solidifying agent partially penetrates into the powdery material.
Ein Verfestigungsmittel kann im Kontext pulverbettbasierter generativer Fertigung, insbesondere beim Binder-Jetting-Verfahren, auch als Binder bezeichnet werden. Es dient dazu, in dem Bereich, in dem es auf- oder eingetragen wird, die Partikel des pulverförmigen Materials miteinander zu verbinden. Das Verfestigungsmittel wird bereichsweise auf die Oberfläche des pulverförmigen Materials aufgetragen, nämlich in den Bereichen, in denen ein Abschnitt oder eine Schicht des Gegenstands ausgebildet werden soll.A solidification agent can also be referred to as a binder in the context of powder bed-based generative manufacturing, in particular in the binder jetting process. It serves to connect the particles of the powdered material to one another in the area in which it is applied or introduced. The solidifying agent is applied to areas of the surface of the powdered material, namely areas where a portion or layer of the article is to be formed.
Alternativ oder zusätzlich zum Verfestigungsmittel kann mittels der Materialverstärkungseinheit bereichsweise thermische Energie in das ausgebrachte formlose Material bzw. in die Oberfläche des pulverförmigen Materials eingebracht werden. Mittels der thermischen Energie kann das pulverförmige Material in der Herstellungsebene bereichsweise aufgeschmolzen oder wenigstens angeschmolzen werden, sodass ein Abschnitt oder eine Schicht des herzustellenden Gegenstandes durch anschließende Erstarrung des zuvor aufgeschmolzenen Materials erzeugt wird.As an alternative or in addition to the solidification agent, thermal energy can be introduced in certain areas into the discharged amorphous material or into the surface of the powdered material by means of the material reinforcement unit. By means of the thermal energy, the powdered material can be partially melted or at least partially melted in the production plane, so that a section or a layer of the object to be produced can be penetrated subsequent solidification of the previously melted material is generated.
Die Herstellungsebene, in die Verfestigungsmittel und/oder thermische Energie eingebracht wird, ist zu der Materialverstärkungseinheit beabstandet.The manufacturing level, into which the solidification agent and/or thermal energy is introduced, is at a distance from the material reinforcement unit.
Ferner wird ein mehrere Öffnungen umfassendes Trennelement auf zumindest einem Stützelement aufgelegt, so dass das Trennelement das erste Pulverbett zumindest bereichsweise überlagert. Danach wird ein zweiter Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein zweites Pulverbett auf dem Trennelement erzeugt und bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des zweiten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines zweiten Gegenstandes verstärkt.Furthermore, a separating element comprising a plurality of openings is placed on at least one support element, so that the separating element overlaps the first powder bed at least in regions. A second layered structure of powdered material is then produced as a second powder bed on the separating element and the connection of particles of the powdered material of the second powder bed is reinforced in some areas for the purpose of producing at least one second object.
Das Trennelement kann als ein Tragelement beziehungsweise als ein Behälter ausgebildet sein, auf dem der zweite Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein zweites Pulverbett erzeugt wird.The separating element can be designed as a support element or as a container on which the second layered structure made of powdered material is produced as a second powder bed.
Ähnlich wie bei dem ersten Schichtaufbau aus pulverförmigem Material auf der Herstellungsebene wird auch in den zweiten Schichtaufbau aus pulverförmigem Material oberhalb des Trennelements Verfestigungsmittel und/oder thermische Energie eingebracht, wobei das Trennelement von der Materialverstärkungseinheit beabstandet ist. Das Trennelement kann auch eine flache Ebene sein.Similar to the first layer structure made of powdered material on the manufacturing level, solidification agent and/or thermal energy is also introduced into the second layer structure made of powdered material above the separating element, the separating element being spaced from the material reinforcement unit. The separating element can also be a flat plane.
Entsprechend ist vorgesehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Druckprozess die Gegenstände beispielsweise in einer Baukammer so platziert werden, dass entlang der Schwerkraftrichtung deutlich getrennte Schichten von Gegenständen entstehen. Nachdem die erste Schicht von Gegenständen im Druckprozess hergestellt wurde, wird der Druckprozess kurz unterbrochen, um ein Trennelement, das die gesamte Produktionsebene oder Bauplattform abdeckt, manuell oder automatisch auf das erste Pulverbett zu legen. Dieses Trennelement wird dann wieder mit Pulver bedeckt und der Druckprozess kann mit der zweiten Schicht von Gegenständen fortgesetzt werden.Accordingly, it is provided that in the method or printing process according to the invention, the objects are placed, for example, in a construction chamber in such a way that clearly separate layers of objects are created along the direction of gravity. After the first layer of objects has been produced in the printing process, the printing process is briefly interrupted to manually or automatically place a separator covering the entire production level or build platform on the first powder bed. This separator is then covered with powder again and the printing process can continue with the second layer of items.
Außerdem können die in einer ersten Schicht angeordneten ersten Gegenstände und die in einer zweiten Schicht angeordneten zweiten Gegenstände, die sich über der ersten Schicht befindet, nach der Größe oder dem Gewicht der zu druckenden Gegenstände sortiert werden. Das heißt, die Gegenstände mit einer großen Größe und/ oder einem großen Gewicht können als erste Schicht der zu bedruckenden Gegenstände sortiert werden, während die Gegenstände mit einer kleineren Größe und/ oder einem kleineren Gewicht als die ersten Gegenstände als zweite Schicht der Gegenstände sortiert werden können. Die zweite Schicht von Gegenständen wird dann oberhalb der ersten Schicht von Gegenständen auf dem Trennelement gedruckt.In addition, the first objects arranged in a first layer and the second objects arranged in a second layer located above the first layer can be sorted according to the size or the weight of the objects to be printed. That is, the items with a large size and/or weight can be sorted as the first layer of items to be printed, while the items with a smaller size and/or weight than the first items are sorted as the second layer of items can. The second layer of objects is then printed over the first layer of objects on the separator.
Die Größe und Form der Öffnungen des Trennelements können gleich oder unterschiedlich sein. Die Größen und Formen sowie die Anordnung der Öffnungen des Trennelements sind jedoch so beschaffen, dass die zweiten, auf das Trennelement zu druckenden Gegenständen nicht durch die jeweiligen Öffnungen fallen können und/ oder die jeweiligen Öffnungen nicht teilweise durchdringen können. Dies stellt sicher, dass die gedruckte zweite Schicht von Gegenständen nicht beschädigt wird.The size and shape of the openings of the separator can be the same or different. However, the sizes and shapes as well as the arrangement of the openings of the separator are such that the second objects to be printed on the separator cannot fall through the respective openings and/or cannot partially penetrate the respective openings. This ensures that the printed second layer of items will not be damaged.
Anschließend wird zwischen der Herstellungsebene und dem Trennelement vorhandenes pulverförmiges Material, das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise entfernt, wobei nicht verfestigtes pulverförmiges Material oberhalb des Trennelements durch mehrere Öffnungen des Trennelements fällt.Subsequently, powdery material present between the production level and the separating element that has not been solidified is at least partially removed, with non-solidified powdery material falling above the separating element through a plurality of openings in the separating element.
Dieses Verfahren ermöglicht es, bei der Entladung des pulverförmigen Materials nach unten, z. B. in der automatischen Entpulverungsanlage, die jeweiligen gedruckten Gegenstände auf dem Trennelement aufzufangen. Dadurch wird verhindert, dass die Gegenstände unkontrolliert aufeinander sinken, so dass Beschädigungen an den Bauteilen vermieden werden.This method makes it possible, when discharging the powdered material downwards, e.g. B. in the automatic de-powdering to collect the respective printed objects on the separator. This prevents the objects from falling on top of each other in an uncontrolled manner, so that damage to the components is avoided.
Das Trennelement kann sich jedoch auf den entsprechenden Stützelementen abstützen, so dass das Trennelement nicht auf die darunter liegenden Gegenstände absinkt. So entsteht ein Stapel von Trägerelementen, auf denen jeweils eine Schicht von Gegenständen liegt. Die Gegenstände können dann entnommen und schließlich entpulvert werden.However, the separating element can be supported on the corresponding support elements, so that the separating element does not sink onto the objects lying underneath. This creates a stack of carrier elements, each of which has a layer of objects on it. The objects can then be removed and finally de-powdered.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Vorteile, dass der Einsatz von Trennelementen im Druckprozess zur Fixierung von Gegenständen eine Verbesserung der Automatisierung ermöglicht, dass eine beschädigungsfreie Entnahme der gedruckten Gegenstände aus dem Pulverbett ermöglicht wird und eine Verbesserung der Handhabung der Gegenstände ermöglicht wird.The method according to the invention offers the advantages that the use of separating elements in the printing process for fixing objects enables an improvement in automation, that the printed objects can be removed from the powder bed without damage and that the handling of the objects can be improved.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass auf zumindest einen Bereich von pulverförmigem Material Binder ausgebracht wird und zum Aushärten des Binders der Binder erwärmt wird. Entsprechend wird das Verfahren als ein additives Fertigungsverfahren durchgeführt, insbesondere für metallische Gegenstände. Diese Art von Verfahren wird auch als Binder-Jetting-Verfahren bezeichnet.According to one embodiment of the method, it is provided that binder is applied to at least one area of powdered material and the binder is heated to harden the binder. Accordingly, the method is carried out as an additive manufacturing method, in particular for metallic objects. This type of process is also known as binder jetting.
Bei diesem Verfahren wird das metallische pulverförmige Material mit Hilfe eines Binders Schicht für Schicht in einer Form eines Gegenstands gebunden. Der so entstandene Gegenstand kann auch als Grünteil bezeichnet werden und zeichnet sich durch eine begrenzte Festigkeit aus, da er nur durch den aufgebrachten Binder zusammengehalten wird. Bevor die Gegenstände aus dem Pulverbett entnommen werden können, soll der Binder thermisch aktiviert und ausgehärtet werden. Dieser Vorgang wird auch als Curing-Prozess bezeichnet. Die endgültige Festigkeit wird durch einen abschließenden Sinterprozess erreicht.In this method, the metallic powdery material is bonded in a shape of an article layer by layer with the aid of a binder. The object created in this way can also be referred to as a green part and is characterized by limited strength, since it is only held together by the binder applied. Before the objects can be removed from the powder bed, the binder should be thermally activated and hardened. This process is also known as the curing process. The final strength is achieved by a final sintering process.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Stützelement durch das generative Verfahren aus dem pulverförmigen Material des ersten Pulverbetts erzeugt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass in den Ecken der Baukammer, gegebenenfalls auch entlang der Kanten, Stützelemente mitgedruckt werden. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Stützelementen ebenfalls um Gegenstände aus der ersten Schicht von Gegenständen, die im generativen Verfahren gedruckt werden, wobei das Trennelement auf die durch das Verfahren gedruckten Stützelemente aufgesetzt bzw. aufgelegt wird. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise ein effizienter Ansatz für die Bereitstellung eines Trägers für das Trennelement realisiert wird und kein separates, im Druckprozess zu integrierendes Stützelement erforderlich ist. Dadurch lässt sich das Verfahren kosteneffizient durchführen.According to a further embodiment of the method, the support element can be produced from the powdered material of the first powder bed by the additive method. In particular, it is provided that support elements are also printed in the corners of the build chamber, optionally also along the edges. In other words, the support elements are also objects from the first layer of objects that are printed using the generative method, with the separating element being placed or placed on the support elements printed by the method. This is advantageous since in this way an efficient approach for the provision of a carrier for the separating element is realized and no separate supporting element to be integrated in the printing process is required. As a result, the method can be carried out cost-effectively.
Alternativ ist vorgesehen, dass das Stützelement als separater Körper auf der Herstellungsebene aufgestellt wird. Das bedeutet, dass das Stützelement ein Körper bzw. Gegenstand ist, der nicht im Zuge des generativen Verfahrens beziehungsweise des generativen Herstellungsverfahrens im ersten Pulverbett erzeugt wird, sondern der als fertiger Gegenstand auf die Herstellungsebene aufgestellt wird. Das Stützelement kann ein horizontales Rastelement umfassen, auf das das Trennelement aufgesetzt wird. Die Aufstellung des Stützelements kann dabei vor, gleichzeitig oder auch nach dem generativen Druckprozess auf der Herstellungsebene erfolgen.Alternatively, it is provided that the support element is set up as a separate body on the production level. This means that the support element is a body or object that is not produced in the course of the generative process or the generative manufacturing process in the first powder bed, but is placed on the production level as a finished object. The support element can include a horizontal latching element onto which the separating element is placed. The support element can be erected before, at the same time or after the generative printing process on the production level.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Höhe des Stützelements größer ist als die Höhe eines größten ersten Gegenstands, wobei die Höhe senkrecht zur Herstellungsebene zu messen ist. Dadurch wird erreicht, dass ein senkrecht zur Herstellungsebene zu messender kleinster Abstand zwischen dem Trennelement und der Herstellungsebene größer ist als die Höhe des größten ersten Gegenstands. Insbesondere für den Fall, dass das Stützelement durch den generativen Prozess aus dem pulverförmigen Material des ersten Pulverbettes erzeugt wird, ist vorgesehen, dass das Stützelement die größte Höhe in der jeweiligen Schicht aufweist.According to a further embodiment of the method, it is provided that the height of the support element is greater than the height of a largest first object, the height being measured perpendicularly to the production plane. This ensures that a smallest distance between the separating element and the production plane to be measured perpendicularly to the production plane is greater than the height of the largest first object. In particular in the event that the support element is produced by the generative process from the powdered material of the first powder bed, it is provided that the support element has the greatest height in the respective layer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere Trennelemente in unterschiedlichen Ebenen über der Herstellungsebene angeordnet. Zwischen den Trennelementen und auf dem obersten Trennelement werden in jeweiligen Pulverbetten mittels generativer Fertigung Gegenstände hergestellt, wobei nach Entfernung nicht verfestigten pulverförmigen Materials eines jeweiligen Pulverbetts nicht verfestigtes pulverförmiges Material eines jeweiligen darüber befindlichen Pulverbetts durch die Öffnungen des jeweiligen Trennelements zwischen diesen Pulverbetten fällt. Mit anderen Worten, weist das Verfahren nach dem vierten Schritt des Verfahrens die weiteren Schritte auf, dass ein weiteres Trennelement umfassend mehreren Öffnungen auf zumindest einem Stützelement aufgelegt wird, so dass das weitere Trennelement das unter dem weiteren Trennelement vorhandene Pulverbett zumindest bereichsweise überlagert. Danach wird ein weiterer Schichtaufbau aus pulverförmigem Material als ein weiteres Pulverbett auf dem weiteren Trennelement erzeugt, wobei bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials zwecks Herstellung wenigstens eines weiteren Gegenstandes verstärkt wird. Anschließend wird ein direkt unter dem weiteren Trennelement vorhandenes pulverförmiges Material, das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise entfernt, wobei nicht verfestigtes pulverförmiges Material oberhalb des weiteren Trennelements durch mehrere Öffnungen des weiteren Trennelements fällt. Dadurch wird es möglich, mehrere Trennelemente einzufügen, um somit in mehr als zwei Schichten Gegenstände generativ herzustellen.According to a further embodiment of the method, a plurality of separating elements are arranged in different levels above the production level. Between the separating elements and on the uppermost separating element, objects are produced in the respective powder beds by means of additive manufacturing, with unsolidified powdered material of a respective powder bed above it falling through the openings of the respective separating element between these powder beds after removal of unsolidified powdered material from a respective powder bed. In other words, after the fourth step of the method, the method has the further steps that a further separating element comprising a plurality of openings is placed on at least one support element, so that the further separating element at least partially overlays the powder bed present under the further separating element. Thereafter, a further layered structure of powdered material is produced as a further powder bed on the further separating element, with the connection of particles of the powdered material being strengthened in some areas for the purpose of producing at least one further object. Subsequently, a powdery material that is present directly below the further separating element and has not been solidified is at least partially removed, with non-solidified powdery material above the further separating element falling through a plurality of openings in the further separating element. This makes it possible to insert several separating elements in order to produce objects generatively in more than two layers.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung, umfassend eine Materialausgabeeinheit zur Erzeugung eines ersten Schichtaufbaus aus pulverförmigem Material als ein erstes Pulverbett auf einer Herstellungsebene, eine Materialverstärkungseinheit zum Verstärken der bereichsweisen Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des ersten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines ersten Gegenstandes, und ein Trennelement umfassend mehreren Öffnungen zum Auflegen auf einem Stützelement, wobei das Trennelement zur bereichsweise Überlagerung des ersten Pulverbetts ausgebildet ist. Dabei ist die Materialausgabeeinheit zur Erzeugung eines zweiten Schichtaufbaus aus pulverförmigem Material als ein zweites Pulverbett auf dem Trennelement ausgebildet, und die Materialverstärkungseinheit zum Verstärken der bereichsweisen Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials des zweiten Pulverbetts zwecks Herstellung wenigstens eines zweiten Gegenstandes ausgebildet. Das Trennelement ist derart ausgebildet, dass nicht verfestigtes pulverförmiges Material oberhalb des Trennelements durch mehrere Öffnungen des Trennelements fallen kann, wenn zwischen der Herstellungsebene und dem Trennelement vorhandenes pulverförmiges Material entfernt wurde. Des Weiteren kann die Vorrichtung eine Materialentfernungseinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, zwischen der Herstellungsebene und dem Trennelement vorhandenes pulverförmiges Material, das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise zu entfernen. Ferner kann die Materialentfernungseinheit auch dazu ausgebildet sein, zwischen zwei Trennelementen vorhandenes pulverförmiges Material, das nicht verfestigt wurde, zumindest teilweise zu entfernen.A second aspect of the invention is a device for producing at least two objects using the method according to the invention for producing at least two objects by means of powder bed-based additive manufacturing, comprising a material output unit for producing a first layer structure made of powdered material as a first powder bed on a production level, a material reinforcement unit for strengthening the regional connection of particles of the powdery material of the first powder bed for the purpose of producing at least one first object, and a separating element comprising a plurality of openings for laying on a support element, the separating element being designed for regionally superimposing the first powder bed. The material output unit is designed to produce a second layered structure of powdered material as a second powder bed on the separating element, and the material reinforcement unit is designed to reinforce the regional connection of particles of the powdered material Material of the second powder bed for the purpose of producing at least one second object. The separating element is designed in such a way that non-solidified powdered material above the separating element can fall through a plurality of openings in the separating element when powdered material present between the production plane and the separating element has been removed. Furthermore, the device can have a material removal unit, which is designed to at least partially remove powdery material that is present between the production plane and the separating element and that has not been solidified. Furthermore, the material removal unit can also be designed to at least partially remove powdery material that is present between two separating elements and has not been solidified.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Binderausgabeeinheit umfasst, die zur Ausbringung von Binder auf zumindest einen Bereich des pulverförmigen Materials ausgebildet ist, und eine Erwärmungseinheit umfasst, die zum Erwärmen des Binders zum Aushärten des Binders ausgebildet ist.According to one embodiment of the device, it is provided that the device comprises a binder dispensing unit, which is designed to apply binder to at least one area of the powdery material, and comprises a heating unit, which is designed to heat the binder to harden the binder.
Dadurch kann das pulverförmige Material, insbesondere ein metallisches pulverförmiges Material, mit Hilfe eines Binders schichtweise in Form eines Gegenstandes gebunden werden. As a result, the powdered material, in particular a metallic powdered material, can be bound in layers in the form of an object with the aid of a binder.
Bevor die Gegenstände aus dem Pulverbett entnommen werden können, muss der Binder thermisch aktiviert und ausgehärtet werden. Dieser Vorgang erfolgt durch eine Heizeinheit.Before the objects can be removed from the powder bed, the binder must be thermally activated and cured. This process is carried out by a heating unit.
Das Trennelement kann aus Stahl gebildet sein und eine Dicke von mindestens 5 mm aufweisen. Dadurch erhält das Trennelement eine feste Form, auch wenn es durch das hohe Gewicht der aufgedruckten Gegenstände belastet wird.The separating element can be made of steel and have a thickness of at least 5 mm. This gives the divider a solid shape, even when loaded with the heavy weight of the printed items.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Stützelement ein durch das Verfahren aus dem pulverförmigen Material des ersten Pulverbetts erzeugter Körper sein. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise ein effizienter Ansatz für die Bereitstellung eines Trägers für das Trennelement realisiert wird und kein separates Stützelement erforderlich ist.According to a further embodiment, the support element can be a body produced by the method from the powdery material of the first powder bed. This is advantageous because it provides an efficient approach to providing a support for the separator and eliminates the need for a separate support member.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below with reference to the exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings.
Es zeigen
-
1 : Einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von mehreren Gegenständen gemäß dem Stand der Technik, -
2 : Einen Querschnitt durch dieVorrichtung aus 1 , wobei das nicht verfestigte pulverförmige Material entfernt wurde; -
3 : Einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von mehreren Gegenständen, betrieben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Gegenständen mittels pulverbettbasierter generativer Fertigung; und -
4 : Einen Querschnitt durch dieVorrichtung aus 3 , wobei das nicht verfestigte pulverförmige Material entfernt wurde.
-
1 : A cross section through a device for the production of several objects according to the prior art, -
2 : A cross section through thedevice 1 with the unsolidified powdery material removed; -
3 : A cross section through a device for the production of several objects, operated according to the method according to the invention for the production of at least two objects by means of powder bed-based additive manufacturing; and -
4 : A cross section through thedevice 3 , with the unsolidified powdery material removed.
Die in
Zusätzlich zur
Ein mehrere Öffnungen 12 umfassendes Trennelement 13 ist auf die Stützelemente 10 aufgelegt, so dass das Trennelement 10 das erste Pulverbett 5 zumindest bereichsweise überlagert. Da das Trennelement 13 auf die Stützelemente 10 aufgelegt ist, ist ein senkrecht zur Herstellungsebene zu messender kleinster Abstand zwischen dem Trennelement und der Herstellungsebene größer als die Höhe des größten ersten Gegenstands, wobei die Höhe senkrecht zur Herstellungsebene zu messen ist.A separating
Ein zweiter Schichtaufbau aus pulverförmigem Material 3 als ein zweites Pulverbett 9 ist auf dem Trennelement 13 erzeugt, wobei bereichsweise die Verbindung von Partikeln des pulverförmigen Materials 3 des zweiten Pulverbetts 9 zwecks Herstellung mehreren zweiten Gegenstände 4 verstärkt ist.A second layered structure of
Die Größen und Formen sowie die Anordnung der Öffnungen 12 des Trennelements 13 sind jedoch so beschaffen, dass die zweiten Gegenständen 4, auf das Trennelement 13 nicht durch die jeweiligen Öffnungen 12 fallen oder die jeweiligen Öffnungen 12 nicht teilweise durchdringen.However, the sizes and shapes as well as the arrangement of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Erster Gegenstandfirst item
- 33
- Pulverförmiges MaterialPowdered material
- 44
- Zweiter Gegenstandsecond item
- 55
- Erstes PulverbettFirst powder bed
- 66
- Herstellungsebenemanufacturing level
- 88th
- Beschädigungdamage
- 99
- Zweites PulverbettSecond powder bed
- 1010
- Stützelementsupport element
- 1111
- Kante der HerstellungsebeneEdge of the crafting plane
- 1212
- Öffnungopening
- 1313
- Trennelementseparator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102007033434 A1 [0008]DE 102007033434 A1 [0008]
- EP 3427868 A1 [0009]EP 3427868 A1 [0009]
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-
2021
- 2021-11-12 DE DE102021212754.1A patent/DE102021212754A1/en active Pending
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Legal Events
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