DE10235434A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eins dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Fertigungsverfahrens - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eins dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Fertigungsverfahrens Download PDFInfo
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Abstract
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen, generativen Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines verfestigbaren flüssigen oder pulverförmigen Aufbaumaterials vorgesehen. Durch eine Drehbewegung des Baubereichs (2), in dem die Objekte hergestellt werden, gegenüber einer Materialauftragevorrichtung (7) zum Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials und einer Verfestigungseinrichtung (1), können die Materialauftragevorrichtung (7) und die Verfestigungseinrichtung (1) gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen des Baubereichs eingesetzt werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.
- Bei den generativen Fertigungsverfahren, wie z. B. dem Selektiven Lasersintern, der Stereolithographie, dem LOM-Verfahren (Laminated Object Manufacturing), dem FDM-Verfahren (Fused Model Deposition), dem dreidimensionalen Drucken (Verfestigen von pulverförmigem Material mittels eines Klebers oder mittels chemischer Reaktion, insbesondere mittels der Verwendung von Mehrkomponentensystemen aus Binder/Härter oder mittels des Aufschmelzens von Thermoplast) wird das dreidimensionale Objekt schichtweise hergestellt; indem Schichten eines Aufbaumaterials aufgetragen und an den dem Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen miteinander verbunden werden.
- Eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch Selektives Lasersintern ist bei spielsweise aus der
EP 0 734 842 bekannt. Dort wird eine erste Schicht eines pulverförmigen Materials auf einen absenkbaren Träger aufgebracht und an den dem Objekt entsprechenden Stellen bestrahlt, so daß das Material dort zusammensintert. Danach wird der Träger abgesenkt und es wird auf diese erste Schicht eine zweite Schicht aufgebracht und wiederum selektiv gesintert, die dabei mit der ersten Schicht verbunden wird. Dadurch wird das Objekt schichtweise gebildet. - Unter Auftrag von Schichten eines Aufbaumaterials wird in dieser Anmeldung nicht ein selbständiges Fließen des Materials in den Zwischenraum zwischen Behälterboden und Träger verstanden, wie dies beispielsweise in
DE 199 57 370 beschrieben ist. - Herkömmliche Lasersintermaschinen arbeiten bei der Herstellung von Objekten die grundlegenden Verfahrensschritte wie Dosierung, Beschichtung, Temperierung und Belichtung seriell ab oder haben diese prinzipbedingt nur teilweise parallelisiert. Hierdurch enthält das Verfahren lange Zeitdauern, innerhalb derer kein Material verfestigt wird. Die Folge ist eine gegenüber einem theoretischen Maximum an Produktivität, welches sich aus der verfügbaren Laserleistung sowie der Empfindlichkeit des zu verfestigenden Materials ergibt, reduzierte Produktivität einer Maschine. Ähnliches gilt für Vorrichtungen die für die anderen oben genannten generativen Fertigungsverfahren bekannt sind.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Produktionsgeschwindigkeit einer Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung von dreidimensionalen Objekten sowie die Produktivität eines zugehörigen Verfahrens zu erhöhen.
- Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung und das in Patentanspruch 17 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
- Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; - Erste Ausführungsform
-
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung von dreidimensionalen Objekten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung weist einen Baubereich2 nicht notwendigerweise kreis förmigen Querschnitts auf. Dieser wird von einem nach oben offenen Baubehälter4 mit einer äußeren Begrenzungsfläche17 und einer inneren Begrenzungsfläche16 eingenommen. Durch das Vorsehen der inneren Begrenzungsfläche16 weist der durch die äußere Begrenzungsfläche17 definierte Bauraum eine Ausnehmung auf. Eine Bauplattform6 dient als untere Begrenzung des Baubehälters4 und ist so gestaltet, daß sie den Bereich zwischen der inneren Begrenzungsfläche16 und der äußeren Begrenzungsfläche17 vollständig ausfüllt. Die Bauplattform6 weist an ihrem inneren Rand eine Dichtung19 zur Abdichtung des Spalts zwischen innerer Begrenzungsfläche16 und Bauplattform6 auf. Die Bauplattform6 weist an ihrem äußeren Rand eine Dichtung18 zur Abdichtung des Spalt zwischen äußerer Begrenzungsfläche17 und Bauplattform6 auf. Das Vorsehen einer inneren Begrenzungsfläche16 ist nicht zwangsläufig notwendig. Ist lediglich eine äußere Begrenzungsfläche17 vorhanden, weist der Baubehälter4 keine Ausnehmung in seiner Mitte auf und die Bauplattform6 weist kein Loch in der Mitte auf. - Die Bauplattform
6 ist mit einem Vertikalantrieb15 verbunden, welcher eine Auf- und Abbewegung der Bauplattform6 in vertikaler Richtung ermöglicht. Der gesamte Baubehälter4 ist mit einem Antrieb20 verbunden, welcher den Baubehälter4 in eine Bewegung um eine mit der Symmetrieachse des Baubehälters4 zusammenfallende Drehachse3 versetzt. Die Verbindung zwischen dem Baubehälter4 und dem Antrieb20 ist dabei so gestaltet, daß sie unmittelbar unterhalb des Baubehälters4 gelöst werden kann, sodaß der Baubehälter4 aus dem Baubereich2 entfernt werden kann. - Über dem Baubehälter
4 ist eine Materialauftragevorrichtung7 zum Aufbringen des auf die Bauplattform aufzubringenden Ma terials angeordnet. Diese erstreckt sich in radialer Richtung über die maximale radiale Ausdehnung des Baubehälters. Oberhalb der Materialauftragevorrichtung7 ist eine Verfestigungseinrichtung in Form eines Lasers21 und einer Ablenkeinheit22 angeordnet. Die Ablenkeinheit ist dabei geeignet, den Laserstrahl auf beliebige Orte innerhalb eines Verfestigungsbereichs11 zu richten. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ablenkeinheit um einen xy-Scanner. Der Verfestigungsbereich11 ist ein relativ zur Lage der Materialauftragevorrichtungen ortsfester Teilbereich innerhalb des Baubereichs2 , der in Höhe der von den Materialauftragevorrichtungen abgelagerten Schicht angesiedelt ist. - Wie in
1 dargestellt, sind der Laser21 , die Ablenkeinheit22 , der Vertikalantrieb15 und der Antrieb20 mit einer Steuerung23 verbunden. Ferner zeigt1 ein gebildetes Objekt24 , das von nicht verfestigtem Material25 umgeben ist. - Als Nächstes wird ein Betrieb der Vorrichtung der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Bauplattform
6 wird als erstes so positioniert, daß ihre Deckfläche bündig mit dem oberen Rand des Baubehälters4 ist. Danach startet die Steuerung23 die Bewegung des Baubehälters4 um die Drehachse3 mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch den Antrieb20 , wobei die Materialauftragevorrichtung7 zu verfestigendes Material auf die Bauplattform6 aufträgt. Danach wird der Belichtungsvorgang durch den Laser gestartet. Dieser verfestigt an selektiven Stellen das Material innerhalb eines ortsfesten Verfestigungsbereichs11 , unter welchem sich der Baubehälter4 bewegt. Der Materialauftrag durch die Materialauftragevorrichtung7 erfolgt dergestalt, daß die aufgetragene Schicht beim Eintritt in den von der Laserstrahlung abgedeckten Ver festigungsbereich11 eine vorbestimmte Dicke d aufweist und kann ohne Mitwirkung der Steuerung automatisch erfolgen. Desweiteren steuert die Steuerung23 den Vertikalantrieb15 dergestalt, daß während eines vollen Umlaufs des Baubehälters die Bauplattform um den Betrag der Schichtdicke d abgesenkt wird. Während jedes Umlaufs des Baubehälters4 wird nun im Verfestigungsbereich11 das an Stellen außerhalb des Verfestigungsbereichs11 aufgetragene Material verfestigt. - Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß während der Verfestigung des aufgetragenen Materials in einem Oberflächenbereich des bzw. der herzustellenden Objekte (s) in anderen Oberflächenbereichen des bzw. der herzustellenden Objektes) neues Material aufgetragen wird. Durch die Parallelisierung von Materialauftrag und Verfestigung wird die Produktivität beim Herstellen von Objekten erhöht. Es entfallen Leerlaufzeiten, während derer das Material dosiert, abgelagert und temperiert wird und keine Verfestigung stattfinden kann. Die Relativbewegung der Auftragevorrichtung
7 zum Baubehälter4 erfolgt dabei stets nur in einer Richtung. Dies hat unter anderem eine höhere Temperaturkonstanz zur Folge, was zu einer Reihe von Vorteilen, wie z.B. einer höheren Verfahrenssicherheit und einer höheren Präzision sowie der Verzugs- und Spannungsfreiheit der Bauteile, führt. Desweiteren ist die Größe und die Anzahl der herzustellenden Objekte nicht durch den Bereich, den die Ablenkeinheit abdeckt, begrenzt. Die Vorrichtung eignet sich daher zur Serienfertigung größerer Stückzahlen von Bauteilen mit gleichen Eigenschaften - Zweite Ausführungsform
- Eine zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß mehrere Verfestigungseinrichtungen
1 und mehrere Materialauftragevorrichtungen7 vorhanden sind. Dabei ist jede Verfestigungseinrichtung einer Materialauftragevorrichtung7 und einem Verfestigungsbereich innerhalb des Baubereichs2 zugeordnet. -
2 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine Vorrichtung mit vier Verfestigungsbereichen11 ,12 ,13 ,14 , die jeweils zwischen den Materialauftragevorrichtungen7 und8 bzw.8 und9 bzw.9 und10 bzw.10 und7 vorhanden sind. - Der Betrieb einer Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich gegenüber dem Betrieb einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, daß die aufgetragene Materialschicht in allen Verfestigungsbereichen gleichzeitig verfestigt wird. Bei der in
1 dargestellten Vorrichtung wird beispielsweise das von der Materialauftragevorrichtung7 aufgetragene Material im Verfestigungsbereich11 verfestigt, das von der Materialauftragevorrichtung8 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich12 verfestigt, das von der Materialauftragevorrichtung9 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich13 verfestigt und das von der Materialauftragevorrichtung10 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich14 verfestigt. Dabei lagert jede der Materialauftragevorrichtungen das Material mit einer Schichtdicke d ab. Wenn allgemein n die Anzahl der vorhandenen Verfestigungsbereiche bezeichnet, so muß während einer Umdrehung des Baubehälters die Bauplattform um die n-fache Schichtdicke n × d abgesenkt werden, wie dies in3 für n=4 dargestellt ist. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung zeigt3 lediglich eine der Verfestigungseinrichtungen1 . - Die Verwendung der zweiten Ausführungsform der Erfindung erlaubt gegenüber der ersten Ausführungsform eine weitere Erhöhung der Produktivität, da das Aufbaumaterial an mehreren Stellen des bzw. der aufzubauenden Objektes) gleichzeitig verfestigt wird.
- Abwandlung 1 der ersten und zweiten Ausführungsform
- Eine erste Abwandlung der Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform weist einen Antrieb
20 auf, der in der Lage ist, die Umlaufgeschwindigkeit während des Umlaufs des Baubehälters in Stufen oder kontinuierlich zu ändern. - Bei einem Betrieb der ersten Abwandlung der Vorrichtung der ersten Ausführungsform wird die Umlaufgeschwindigkeit des Baubehälters um die Drehachse
3 erhöht, wenn nicht zu verfestigendes Material einer aufgetragenen Schicht den Verfestigungsbereich11 durchquert. Dadurch kann die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden, da die Zeitdauer, während der kein Aufbaumaterial verfestigt wird, verkürzt wird. - Vorzugsweise wird die Umlaufgeschwindigkeit des Baubehälters in Abhängigkeit von der Ausdehnung der zu verfestigenden Teilbereiche der aufgetragenen Schicht variiert. Dies führt dazu, daß die aktuelle Umlaufgeschwindigkeit durch die Ausdehnung des größten innerhalb eines der Verfestigungsbereiche selektiv zu verfestigenden Teilbereichs der aufgetragenen Schicht festgelegt wird. Wird stets diese maximal mögliche Umlaufgeschwindigkeit als Umlaufgeschwindigkeit des Baubehälters eingestellt, so führt dies zu einer Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit.
- Abwandlung 2 der ersten und zweiten Ausführungsform
- Bei einer zweiten Abwandlung wird die Betriebsweise dergestalt verändert, daß die Dicke d der von den Materialauftragevorrichtungen abgelagerten Schicht variiert wird. Dabei wird die Absenkgeschwindigkeit der Bauplattform
6 an die Dikke d' der in einem Teilbereich des Baubereichs2 abgelagerten Schicht angepaßt. Damit kann die Schichtdicke an die lokalen geometrischen Anforderungen des aufzubauenden Teils angepaßt werden. Wenn beispielsweise lokal eine erhöhte Detailauflösung benötigt wird, kann eine Schicht oder können mehrere Schichten mit geringerer Dicke aufgetragen werden. Der Bauprozeß kann also optimiert werden. - Abwandlung 3 der ersten und zweiten Ausführungsform
- Bei einer dritten Abwandlung der Vorrichtung der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Antrieb
20 nicht mit dem Baubehälter4 sondern mit den Verfestigungseinrichtungen1 und den Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 verbunden. Beim Betrieb behält daher der Baubehälter4 seine Lage bei, während der Antrieb20 die Verfestigungseinrichtungen1 und die Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 eine Bewegung bezüglich des Baubehälters4 um die Drehachse3 herum durchführen läßt. Denkbar ist natürlich auch, daß sowohl die Verfestigungseinrichtungen1 und die Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 als auch der Baubehälter4 eine Bewegung gegeneinander ausführen. - Abwandlung
4 der ersten und zweiten Ausführungsform - Bei einer vierten Abwandlung der ersten und zweiten Ausführungsform kann die Bauplattform nicht kontinuierlich abgesenkt werden, sondern stufenweise, d.h. die Absenkung erfolgt beispielsweise nach vollendeter Verfestigung. Dies hat den Vorteil, daß die Fokussierung des Laserstrahls auf die zu verfestigende Schicht vereinfacht wird, da dadurch die aufgebrachten Schichten parallel zur Horizontalebene sind.
- Dritte Ausführungsform
- Die
4 und5 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, daß der Baubehälter4 durch eine Mehrzahl von Baubehältern ersetzt ist. In den4 und5 wird der Baubereich beispielhaft von vier Baubehältern4a ,4b ,4c ,4d eingenommen. Jeder der Baubehälter4a bzw.4b bzw.4c bzw.4d weist dabei eine Bauplattform6a bzw.6b bzw.6c bzw.6d auf und besitzt eine äußere Begrenzungsfläche17 , eine innere Begrenzungsfläche16 , sowie seitliche Begrenzungsflächen26 . Eine Bauplattform6a bzw.6b bzw.6c bzw.6d dient jeweils als untere Begrenzung des Baubehälters4a bzw.4b bzw.4c bzw.4d und erstreckt sich zwischen der äußeren Begrenzungsfläche17 , der inneren Begrenzungsfläche16 , sowie den seitliche Begrenzungsflächen26 . Der Spalt zwischen der Bauplattform und den Begrenzungsflächen wird analog zu den vorangegangenen Ausführungsformen durch eine Dichtung abgedichtet. Die horizontalen Querschnittsflächen der einzelnen Baubehälter können eine beliebige Gestalt aufweisen und müssen nicht notwendigerweise identisch sein. - Wie aus
4 ersichtlich ist, ist über dem Baubereich2 eine Mehrzahl von Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 zum Aufbringen von Baumaterial auf die Bauplattformen4a ,4b ,4c ,4d um die Drehachse3 herum angeordnet. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Materialauftragevorrichtungen der Anzahl der Baubehälter. Oberhalb der Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 sind mehrere Ablenkeinheiten22 und/oder Laser21 angeordnet. Jede der Ablenkeinheiten ist dabei geeignet, den Laserstrahl auf beliebige Orte innerhalb eines der Ablenkeinheit zugeordneten Verfestigungsbereichs zu richten. Dabei ist jede Ablenkeinheit einem Verfestigungsbereich innerhalb des Baubereichs2 zugeordnet. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Baubehälter der Anzahl der Verfestigungsbereiche.4 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine Vorrichtung mit vier Verfestigungsbereichen11 ,12 ,13 ,14 , die jeweils zwischen den Materialauftragevorrichtungen7 und8 bzw.8 und9 bzw.9 und10 bzw.10 und7 vorhanden sind. - Die Bauplattform
6a bzw.6b bzw.6c bzw.6d ist jeweils mit einem in den Figuren nicht gezeigten Vertikalantrieb15a bzw.15b bzw.15c bzw.15d verbunden, welcher eine Auf- und Abbewegung der Bauplattform in vertikaler Richtung ermöglicht. Dabei ist jeweils die Verbindung zwischen dem Vertikalantrieb und dem Baubehälter unmittelbar unterhalb des Baubehälters lösbar, sodaß jeder der Baubehälter unabhängig von den anderen Baubehältern aus dem Baubereich2 entfernt werden kann. Zur Vereinfachung des Aufbaus kann auch ein einziger Vertikalantrieb15 vorhanden sein, mit dem alle Bauplattformen6a ,6b ,6c ,6d verbunden sind. Alle Baubehälter4a ,4b ,4c ,4d sind mit einem Antrieb20 verbunden, welcher die Baubehälter4a ,4b ,4c ,4d synchron zueinander in eine Bewegung um die Drehachse3 herum versetzen kann. Die Laser21 , die Ablen keinheiten22 , die Vertikalantriebe15a ,15b ,15c ,15d , und der Antrieb20 sind mit einer Steuerung23 verbunden. - Als Nächstes wird ein Betrieb der Vorrichtung der dritten Ausführungsform beschrieben. Durch die Steuerung
23 wird der Antrieb20 veranlaßt, die Baubehälter4a ,4b ,4c ,4d synchron mit gleichförmiger Geschwindigkeit um die Drehachse3 herum zu bewegen. Die Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 tragen zu verfestigendes Material auf die Bauplattformen6a ,6b ,6c und6d auf.Wie bei der zweiten Ausführungsform wird die aufgetragene Materialschicht in allen Verfestigungsbereichen gleichzeitig verfestigt. Bei der in4 dargestellten Vorrichtung wird beispielsweise das von der Materialauftragevorrichtung7 aufgetragene Material im Verfestigungsbereich11 verfestigt, das von der Materialauftragevorrichtung8 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich12 verfestigt, das von der Materialauftragevorrichtung9 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich13 verfestigt und das von der Materialauftragevorrichtung10 aufgetragene Material wird im Verfestigungsbereich14 verfestigt. Dabei lagert jede der Materialauftragevorrichtungen das Material mit einer Schichtdicke d ab. Aus diesem Grunde werden die Antriebe15a ,15b ,15c ,15d dergestalt gesteuert, daß jede der Bauplattformen4a ,4b ,4c ,4d während eines Umlaufs des zugehörigen Baubehälters um die vierfache Schichtdicke 4 × d abgesenkt wird. Wenn allgemein n die Anzahl der vorhandenen Verfestigungsbereiche bezeichnet, so müssen die jeweiligen Bauplattformen während eines Umlaufs des zugehörigen Baubehälters um die n-fache Schichtdicke n × d abgesenkt werden. - Der Vorteil der dritten Ausführungsform ergibt sich durch eine erhöhte Flexibilität. Die Vorrichtung kann mit nur einer Teilmenge der Baubehälter, sogar mit nur einem Baubehälter betrieben werden. Dies gestattet in Anpassung an die Größe der zu verfestigenden Bauteile eine Verkleinerung des Bauvolumens, wodurch die Menge des einzusetzenden, nicht zu verfestigenden Ausgangsmaterials reduziert wird. Dies ist insbesondere von Bedeutung beim Verarbeiten von Thermoplasten, wo nicht verbrauchtes Ausgangsmaterial zwar wiederverwendbar ist, dies aber infolge einer thermischen Schädigung nur mit einem erhöhtem Einsatz von frischem Material als Beimischung möglich ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß bei vorzeitiger Fertigstellung einzelner Bauteile die zugehörigen Baubehälter vorzeitig entnommen werden können und durch neue Baubehälter ersetzt werden können. In den neuen Baubehältern erfolgt dann schon der Bau neuer Bauteile, während die Bauteile in den restlichen Baubehältern fertiggestellt werden, wodurch ein Produktivitätszuwachs erzielt wird.
- Abwandlung 1 der dritten Ausführungsform
- Optional können die Bauplattformen nicht kontinuierlich abgesenkt werden, sondern stufenweise, d.h. die Absenkung erfolgt beispielsweise nach vollendeter Verfestigung in allen Verfestigungsbereichen . Dies hat den Vorteil, daß die Fokussierung des Laserstrahls auf die zu verfestigende Schicht vereinfacht wird, da dadurch die aufgebrachten Schichten parallel zur Horizontalebene sind.
- Abwandlung 2 der dritten Ausführungsform
- Bei einer zweiten Abwandlung der dritten Ausführungsform kann die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht in den unterschiedlichen Baubehältern unterschiedlich gewählt werden. Dies geht Hand in Hand mit einer unterschiedlichen Absenkgeschwindigkeit der Bauplattformen in den unterschiedlichen Baubehältern. Dadurch können parallel Objekte mit unterschiedlichen Schichtdicken hergestellt werden.
- Abwandlung 3 der dritten Ausführungsform
- Analog zur oben beschriebenen Abwandlung 2 der ersten und zweiten Ausführungsform ist es auch möglich, die Dicke d der von den Materialauftragevorrichtungen abgelagerten Schicht innerhalb eines Baubehälters oder über mehrere Baubehälter hinweg zu variieren. Dadurch ist es möglich, die Schichtdicke an die lokalen geometrischen Anforderungen des aufzubauenden Teils, beispielsweise wenn lokal eine erhöhte Detailauflösung benötigt wird, anzupassen. Der Bauprozeß kann also optimiert werden.
- Abwandlung 4 der dritten Ausführungsform
- In einer vierten Abwandlung führen die Baubehälter nicht eine Rotationsbewegung bezüglich einer Drehachse
3 aus. Stattdessen führt ein Führungsantrieb27 die Baubehälter lediglich auf einer geschlossenen, nicht notwendigerweise kreisförmigen Bahn synchron um die Drehachse3 herum. Wenn die Vorrichtung n Materialauftragevorrichtungen und n Verfestigungsbereiche aufweist, entspricht die Bahn vorzugsweise dem Rand eines n-Ecks. Optional führt jeder Baubehälter auf seiner Bahn rund um die Drehachse3 eine zusätzliche Drehbewegung um eine durch ihn hindurchgehende, zur Drehachse3 parallele Drehachse3' aus. - Abwandlung 5 der dritten Ausführungsform
- Bei einer fünften Abwandlung der dritten Ausführungsform weist analog zur oben beschriebenen Abwandlung 1 die Vorrichtung einen Antrieb
20 auf, der in der Lage ist, die Rotationsgeschwindigkeit während der Rotation des Baubehälters in Stufen oder kontinuierlich zu ändern. Dadurch kann die aktuelle Rotationsgeschwindigkeit an die Ausdehnung des größten innerhalb eines der Verfestigungsbereiche selektiv zu verfestigenden Teilbereichs der aufgetragenen Schicht angepaßt werden. Wird stets diese maximal mögliche Rotationsgeschwindigkeit als Rotationsgeschwindigkeit des Baubehälters eingestellt, so führt dies zu einer Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit. - Abwandlung 6 der dritten Ausführungsform
- Bei einer sechsten Abwandlung der dritten Ausführungsform wird analog zur oben beschriebenen Abwandlung
3 der Antrieb20 nicht mit den Baubehältern4a ,4b ,4c ,4d , sondern mit den Ablenkeinheiten22 und den Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 verbunden. Beim Betrieb behalten daher die Baubehälter4a ,4b ,4c ,4d ihre Lage bei, während der Antrieb20 die Ablenkeinheiten22 und die Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 eine Rotationsbewegung um die Drehachse3 durchführen läßt. Denkbar ist natürlich auch, daß sowohl die Ablenkeinheiten22 und die Materialauftragevorrichtungen7 ,8 ,9 ,10 als auch die Baubehälter4a ,4b ,4c ,4d gegeneinander rotieren. - Natürlich sind auch beliebige Kombinationen der verschiedenen Abwandlungen der dritten Ausführungsform möglich.
- Bei allen Ausführungsformen können statt des Lasers und der Ablenkeinheit auch andere Strahlungsquellen, wie z.B. ein Elektronenstrahl, Mikrowellenstrahlung, eine Lampe in Verbindung mit einer Maske, LEDs und andere Belichtungsarrays usw. oder andere Verfestigungsvorrichtungen, wie z.B. Binder- und Klebstoffaufbringvorrichtungen verwendet werden.
- Die oben beschriebene Vorrichtung und die oben beschriebenen Verfahren können ferner bei verschiedenen generativen Fertigungsverfahren, wie z. B. dem Selektiven Lasersintern, der Stereolithographie, dem LOM-Verfahren (Laminated Object Manufacturing), dem FDM-Verfahren (Fused Model Deposition) oder dem dreidimensionalen Drucken (Verfestigen von pulverförmigem Material mittels eines Klebers oder mittels chemischer Reaktion, insbesondere mittels der Verwendung von Mehrkomponentensystemen aus Binder/Härter oder mittels des Aufschmelzens von Thermoplast), bei denen das dreidimensionale Objekt schichtweise hergestellt, indem Schichten eines Aufbaumaterials aufgetragen und an den dem Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen miteinander verbunden werden, eingesetzt werden.
Claims (29)
- Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, bei dem das Objekt schichtweise aus einem Aufbaumaterial hergestellt wird, mit einem Träger (
4 ), einer Materialauftragevorrichtung (7 ) zum Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht und einer Einrichtung (1 ) zum Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht in einem Verfestigungsbereich (11 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegbar sind, daß während des Verbindens der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht die zuvor aufgetragene Schicht und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander bewegt werden. - Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, bei dem das Objekt schichtweise aus einem Aufbaumaterial hergestellt wird, mit einem Träger (
4 ), einer Materialauftragevorrichtung (7 ) zum Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht und einer Einrichtung (1 ) zum Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht in einem Verfestigungsbereich (11 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegbar sind, daß das Verbinden einer aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht ohne Unterbrechung der Materialzufuhr erfolgt. - Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, bei dem das Objekt schichtweise aus einem Aufbaumaterial hergestellt wird, mit einem Träger (
4 ), einer Materialauftragevorrichtung (7 ) zum Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht und einer Einrichtung (1 ) zum Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht in einem Verfestigungsbereich (11 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegbar sind, daß die relative Bewegung stets nur in einer Richtung erfolgt und während des Materialauftrag relativ zueinander derart bewegt werden, daß die relative Bewegung stets nur in einer Richtung erfolgt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Träger (
4 ) relativ zu der Materialauftragevorrichtung (7 ) in einer Rotationsbewegung mit Vorschub in Richtung der Rotationsachse bewegbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Vorschub kontinuierlich oder stufenförmig erfolgt.
- Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Träger (
4 ) und die Materialauftragevorrichtung so bewegbar sind, daß sich der Träger relativ zu der Materialauftragevorrichtung (7 ) während einer kompletten Umdrehung um das Maß einer Schichtdicke entfernt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der sich der Träger (
4 ) bewegt und die Materialauftragevorrichtung (7 ) und die Einrichtung (1 ) zum Verbinden der Schichten stillstehen. - Vorrichtung nach einem der Absprüche 1 bis 6, bei der der Träger (
4 ) stillsteht und die Materialauftragevorrichtung (7 ) und die Einrichtung (1 ) zum Verbinden sich bewegen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der die Geschwindigkeit und/oder der Vorschub in Richtung der Rotationsachse variierbar sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der Rotationsbewegung variierbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei der mehrere Verfestigungsbereiche (
11 ) vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der mehrere Träger (
4 ) vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Vorschub der Träger unabhängig steuerbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Träger eine Rotationsbewegung auf einer nichtkreisförmigen Bahn, bevorzugt auf einem n-Eck, wenn n Träger vorgesehen sind, ausführen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der mehrere Materialauftragevorrichtungen (
7 ) vorhanden sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der jedem Verfestigungsbereich (
11 ) eine Einrichtung zum Verbinden (1 ) der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht zugeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das Aufbaumaterial pulverförmig ist und daß die Einrichtung zum Verbinden (
1 ) der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht des Aufbaumaterials eine Strahlungsquelle, bevorzugt einen Laser, zum Sintern des Pulvers oder eine Einrichtung zum Verfestigen des Pulvers mittels eines Klebstoffs - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Träger (
4 ) Teil eines Behälters zum Aufnehmen des Aufbaumaterials ist. - Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem das Objekt aus einem Aufbaumaterial schichtweise hergestellt wird durch Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (
4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht mittels einer Materialauftragevorrichtung (7 ) und Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht , dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegt werden, daß während des Verbindens der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht die zuvor aufgetragene Schicht und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander bewegt werden. - Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem das Objekt aus einem Aufbaumaterial schichtweise hergestellt wird durch Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (
4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht mittels einer Materialauftragevorrichtung (7 ) und Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht , dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegt werden, daß das Verbinden einer aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht ohne Unterbrechung der Materialzufuhr erfolgt. - Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem das Objekt aus einem Aufbaumaterial schichtweise hergestellt wird durch Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf einen Träger (
4 ) oder eine zuvor aufgetragene Schicht mittels einer Materialauftragevorrichtung (7 ) und Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht , dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4 ) und die Materialauftragevorrichtung (7 ) relativ zueinander derart bewegt werden, daß die relative Bewegung stets nur in einer Richtung erfolgt und während des Materialauftrag relativ zueinander bewegt werden. - Verfahren nach einem der Anspruch 19 bis 21 mit den Schritten (a) schichtweises Auftragen des Aufbaumaterials und (b) Verbinden des aufgetragenen Aufbaumaterials einer Schicht mit dem Aufbaumaterial der zuvor aufgetragenen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (a) und (b) gleichzeitig, jedoch stets in voneinander verschiedenen Bereichen stattfinden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem mindestens zwei Objekte gleichzeitig hergestellt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23 zu dessen Durchführung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die Relativbewegung zwischen der Materialauftragvorrichtung (
7 ) und dem Träger (4 ) derart erfolgt, daß sich ein Punkt auf dem Träger auf einer Spiralbahn bewegt. - Verfahren nach Anspruch 25, bei dem eine Spiralwindung kreisförmig, n-eckig, oval oder unregelmäßig gekrümmt ist.
- Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Spiralbahn in Richtung der Spiralachse linear verläuft.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem die Schicht des Aufbaumaterials mit einer im Baubereich variierenden Dicke aufgetragen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, bei dem das Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts das Lasersinterverfahren oder ein 3D-Druckverfahren ist.
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