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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Wiederverwendung
von Restpulver aus einer Anlage zur generativen Fertigung von dreidimensionalen
Objekten.
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DE 201 07 262 U1 beschreibt
ein System zum Wiederverwenden von Pulver zum Herstellen von dreidimensionalen
Objekten. Das System besteht aus einer Bauvorrichtung, die ein Pulvermaterial
auf einem Träger oder einer zuvor aufgetragenen Schicht
schichtweise aufträgt und das Pulvermaterial durch energiehaltige
Strahlung an Stellen verfestigt, die dem Objekt entsprechen. Nicht
verfestigtes Restpulver wird aus der Bauvorrichtung über
eine Förderleitung direkt in eine getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene
Siebvorrichtung gefördert, die das aus der Bauvorrichtung
zugeführte Restpulver siebt. Das gesiebte Restpulver wird über
eine weitere Förderleitung in einen Vorratsbehälter
gefördert und kann erneut verwendet werden.
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DE 103 42 883 A1 beschreibt
eine Bauvorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten
mit integrierter Absaugeinrichtung und integrierter oder externer
Siebvorrichtung.
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Bisher
wurden bei derartigen Bauvorrichtungen integrierte Rohre und Schläuche
verwendet, deren Reinigung kompliziert ist und die daher bei Verwendung
von unterschiedlichen Pulvermaterialien Verunreinigungen verursachen
würden.
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Insbesondere
bei metallhaltigem Pulver tritt das Problem auf, dass die Alterung
des Pulvermaterials durch Oxidation etc. stark von der Korngröße
abhängt. Eine Wiederverwendung von metallhaltigem Pulver
ist jedoch grundsätzlich üblich. Als metallhaltiges
Pulvermaterial kommen beliebige Metalle und deren Legierungen sowie
Mischungen mit metallischen Komponenten oder mit nichtmetallischen Komponenten
in Frage. Daneben können auch rein nichtmetallische Pulver
wie zum Beispiel Kunststoffpulver verwendet werden.
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Das
Pulver ist in der Anlage unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt.
In der Nähe des aufzubauenden Objekts herrschen höhere
Temperaturen als am Rand des Bauraums. Außerdem ist das Pulver
im unteren Bereich des Bauraums länger als das Pulver im
oberen Bereich des Bauraums der warmen Temperatur im Bauraum ausgesetzt.
Des Weiteren bilden sich Agglomerate im Bauraum, nicht aber im Vorratsbehälter
und Oberlaufbehälter. Durch Kondensatbildung im Bauraum
entsteht außerdem ein Feinanteil, der sich in oder auf
dem Pulver ablagern kann. Des Weiteren kann Abrieb von einer Beschichterklinge
entstehen.
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Wenn
nun neues Pulver und bereits verwendetes Restpulver nacheinander
in einen Vorratsbehälter zugeführt werden, entsteht
ei ne Schichtung mit unterschiedlichen Eigenschaften im Vorratsbehälter. Dies
erzeugt einen negativen Einfluss auf den Bauprozess.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Wiederverwendung
von Restpulver aus einer Anlage zur generativen Fertigung von dreidimensionalen
Objekten vorzusehen, das eine erhöhte Qualität
des Bauprozesses und der Objekte sowie eine erhöhte Wirtschaftlichkeit
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand
der beigefügten Zeichnungen.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Bauvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts;
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2 eine
getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Saugvorrichtung gemäß der
Erfindung;
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3 eine
getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Siebvorrichtung gemäß der
Erfindung;
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4 eine
getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Zuführvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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5 eine
Transportvorrichtung gemäß der Erfindung beim
Transportieren eines Wechselbehälters; und
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6 die
Transportvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer
Adapterplatte für Substratplatten und Spannsystemen.
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Ein
System zur Wiederverwendung von Restpulver aus einer Anlage zur
generativen Fertigung von dreidimensionalen Objekten wird nachfolgend
durch die Figuren beschrieben.
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Die 1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Bauvorrichtung zum Herstellen eines
dreidimensionalen Objekts 3 gemäß der
vorliegenden Erfindung, die im Ausführungsbeispiel als
Lasersintervorrichtung ausgebildet ist.
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Die
Lasersintervorrichtung weist einen nach oben hin offenen Rahmen 1 mit
einer darin befindlichen, in vertikaler Richtung bewegbaren Plattform 2 auf,
die das herzustellende dreidimensionale Objekt 3 trägt.
Der Rahmen 1 und die Plattform 2 definieren im
Inneren einen Bauraum. Die Plattform 2 ist mit einer Hubmechanik 12 in
Verbindung, die sie in vertikaler Richtung so verfährt,
dass die jeweils zu verfestigende Schicht des Objekts 3 in
einer Arbeitsebene 4 liegt.
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Auch
wenn dies nicht in der 1 gezeigt ist, kann eine metallische
Substratplatte manuell auf die Plattform gelegt und ggf. befestigt
oder festgeschraubt werden. Derartige Substratplatten sind erst recht
mit aufgesinterten Objekten 3 relativ schwer. Vorzugsweise
wird ein Nullpunkt-Spannsystem verwendet, wobei die Substratplatte üblicherweise
auf der Unterseite mindestens einen Dorn oder einen Stift aufweist,
der vor dem Entladen aus dem Spannsystem gehoben werden muss.
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Des
Weiteren ist ein Beschichter 5 zum Aufbringen einer Schicht
eines Pulvers 3a vorgesehen. Als Pulver 3a können
alle lasersinterbaren Pulver verwendet werden. Als metallhaltiges
Pulvermaterial kommen beliebige Metalle und deren Legierungen sowie
Mischungen mit metallischen Komponenten oder mit nichtmetallischen
Komponenten in Frage. Daneben können auch rein nichtmetallische
Pulver wie zum Beispiel Kunststoffpulver verwendet werden. Zunächst
wird das Pulver 3a aus einem Vorratsbehälter 6 zugeführt.
Der Beschichter 5 wird danach in einer vorbestimmten Höhe
in der Arbeitsebene 4 verfahren, sodass die Schicht des
Pulvers 3a mit einer definierten Höhe über
der zuletzt verfestigten Schicht liegt. Die Bauvorrichtung weist
des Weiteren einen Laser 7 auf, der einen Laserstrahl 7a erzeugt,
der durch eine Ablenkeinrichtung 8 auf beliebige Stellen in
der Arbeitsebene 4 fokussiert wird. Dadurch kann der Laserstrahl 7a das
Pulver 3a an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 3 in
den der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen selektiv verfestigen.
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Mit
dem Bezugszeichen 10 ist eine Prozesskammer bezeichnet,
in der der Rahmen 1, die Plattform 2, die Hubmechanik 12 und
der Beschichter 5 angeordnet werden können. Das
Innere der Prozesskammer 10 ist durch Öffnen einer
Tür (nicht gezeigt) zugänglich. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet
eine Öffnung in der Prozesskammer 10 zur Einleitung
des Laserstrahls 7a. Es ist ferner eine Steuereinheit 11 vorgesehen, über
die die Bauvorrichtung in koordinierter Weise zum Durchführen
des Bauprozesses gesteuert wird.
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Bei
dem Betrieb der Bauvorrichtung wird in einem ersten Schritt die
Plattform 2 durch die Hubmechanik 12 soweit verfahren,
bis ihre obere Seite um eine Schichtdicke unterhalb der Arbeitsebene 4 liegt.
Dann wird mittels des Vorratsbehälters 6 und des
Be schichters 5 eine erste Schicht des Pulvers 3a auf
die Plattform 2 aufgebracht und geglättet. Daraufhin
steuert die Steuereinheit 11 die Ablenkeinrichtung 8 derart,
dass der abgelenkte Laserstrahl 7a selektiv an den Stellen
der Schicht des Pulvers 3a auftrifft, die verfestigt werden
sollen. Dadurch wird an diesen Stellen das Pulver 3a verfestigt
bzw. gesintert.
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In
einem nächsten Schritt wird die Plattform 2 durch
die Hubmechanik 12 um die Dicke der nächsten Schicht
abgesenkt. Durch den Vorratsbehälter 6 und den
Beschichter 5 wird eine zweite Materialschicht aufgetragen,
geglättet und mittels des Laserstahls 7a selektiv
verfestigt. Diese Schritte werden so oft durchgeführt,
bis das gewünschte Objekt 3 hergestellt ist.
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Die 2 zeigt
eine getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Saugvorrichtung 13.
Die Saugvorrichtung 13 ist in einem mobilen Rollwagen angeordnet
und hat einen Aufnahmebereich für einen ersten Wechselbehälter 14.
Der erste Wechselbehälter 14 ist austauschbar
in der Saugvorrichtung 13 angeordnet. Die Saugvorrichtung 13 saugt über einen
flexiblen Saugschlauch 15 nicht verfestigtes Restpulver 3a aus
der Bauvorrichtung in den ersten Wechselbehälter 14 ab.
Der flexible Saugschlauch 15 kann mit verschiedenen Düsen
bestückt werden, die an die Geometrie des Objekts 3 oder
am aufzusaugenden Material des Restpulvers 3a angepasst sind.
Die dargestellte Saugvorrichtung 13 hat des Weiteren einen
Druckluftanschluss (nicht gezeigt), über den sie mit Druckluft
versorgt wird. Eine Druckluftquelle ist üblicherweise bei
den Bauvorrichtungen vorhanden. Die Saugvorrichtung 13 hat
dazu eine Venturidüse 16, die durch die Druckluft
einen Ansaugdruck in dem Saugschlauch 15 generiert, einen Vorfilter
und einen Nachfilter, um Abgas zu reinigen. Außerdem kann
die Saugvorrichtung 13 eine integrierte Waage zum Wiegen
des ersten Wech selbehälters 14 aufweisen. Dadurch
ist es möglich, die momentan im Wechselbehälter 14 befindliche
Pulvermasse zu erfassen.
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Das
durch den Ansaugdruck angesaugte Restpulver 3a wird über
einen ersten Schlauch 17 in den ersten Wechselbehälter 14 abgeführt.
Der erste Schlauch 17 ist an seinem unteren Ende durch
eine Schnellkupplung 18 an eine obere Öffnung
des ersten Wechselbehälters 14 anschließbar
und sorgt für eine staub- oder luftdichte Verbindung der
Saugvorrichtung 13 und des ersten Wechselbehälters 14. Derartige
Schnellkupplungen 18 können Kamlock-Kupplungen
oder anderweitige Hebelarmkupplungen sein.
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Das
obere Ende des ersten Schlauchs 17 ist durch eine Schlauchschelle
(nicht gezeigt) an einem Auslass der Venturidüse 16 befestigt.
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Die 3 zeigt
eine getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Siebvorrichtung 19.
Die Siebvorrichtung 19 ist ähnlich wie die Saugvorrichtung 13 in
einem mobilen Rollwagen angeordnet und hat einen Aufnahmebereich
für einen zweiten Wechselbehälter 20.
Der zweite Wechselbehälter 20 ist austauschbar
in dem Aufnahmebereich der Siebvorrichtung 19 angeordnet.
Vorzugsweise ist der zweite Wechselbehälter 20 baugleich
mit dem ersten Wechselbehälter 14. Die Siebvorrichtung 19 hat
des Weiteren ein Sieb 21 wie zum Beispiel ein vibrierendes Drahtsieb.
Das Sieb 21 wird in die Siebvorrichtung 19 wie
ein Siebeinsatz in ein Siebgehäuse 22 eingelegt. Das
Siebgehäuse 22 besteht aus zwei Gehäuseschalen,
die voneinander trennbar sind, um das Siebgehäuse 22 zu öffnen.
Die Siebvorrichtung 19 hat vorzugsweise des Weiteren einen
zusätzlichen Ultraschallgenerator (nicht gezeigt) zur Verhinderung
einer Verstopfung des Siebs 21, einen Überkornaustrag
(nicht gezeigt) zum Auslassen von groben Pulverbestandteilen und
eine Zu dosiervorrichtung zum Regeln der Pulvermenge, die zum Sieb
zugeführt wird.
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Das
Sieb 21 hat an seinem Einlass einen Anschluss 23 für
einen zweiten Schlauch (nicht gezeigt). Der zweite Schlauch ist
an einem Ende mittels einer Schlauchschelle mit dem Anschluss 23 des Siebs 21 staub-
oder luftdicht verbunden. Das andere Ende des zweiten Schlauchs
ist durch eine Schnellkupplung an die obere Öffnung des
ersten Wechselbehälters 14 anschließbar.
Die Schnellkupplung ist gleich der bei der Saugvorrichtung 13 verwendeten Schnellkupplung 18.
Außerdem kann die Siebvorrichtung 19 eine integrierte
Waage zum Wiegen des zweiten Wechselbehälters 14 aufweisen.
Dadurch ist es möglich, die momentan im Wechselbehälter 14 befindliche
Pulvermasse zu erfassen.
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Ein
dritter Schlauch 24 ist an einem Ende mittels einer Schlauchschelle
(nicht gezeigt) am Ausgang des Siebs 21 angeschlossen.
Das andere Ende des dritten Schlauchs 24 ist durch eine
Schnellkupplung 25 an eine obere Öffnung des zweiten
Wechselbehälters 20 anschließbar.
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Die
Siebvorrichtung 19 siebt das aus dem ersten Wechselbehälter 14 zugeführte
Restpulver 3a und führt es dem getrennt von der
Bauvorrichtung vorgesehenen zweiten Wechselbehälter 20 zu.
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Die 4 zeigt
eine getrennt von der Bauvorrichtung vorgesehene Zuführvorrichtung 26 zum Zuführen
des gesiebten Restpulvers 3a in die Bauvorrichtung. Die
Zuführvorrichtung 26 hat im oberen Bereich Aufnahmen
für mindestens einen Wechselbehälter 14, 20,
wobei die hier gezeigten zweiten Wechselbehälter 20 kopfüber
angeordnet sind, sodass deren Öffnungen 27 nach
unten gerichtet sind. Das in den zweiten Wechselbehältern 20 befindliche Pulver 3a kann
durch die Schwerkraft durch die Öffnungen 27 austreten.
Der zweite Wechselbehälter 20 wiederum hat einen
Verschluss (nicht gezeigt), damit das darin befindliche Pulver 3a nicht
unbeabsichtigt austreten kann. Ein derartiger Verschluss kann als drehbare
Klappe ausgebildet sein. Vorzugsweise wird der Verschluss durch
die Bauvorrichtung angesteuert. Vorzugsweise ist außerdem
eine Dosiervorrichtung an der Zuführvorrichtung 26 oder
an den Wechselbehältern 14, 20 vorgesehen,
die vorzugsweise durch die Bauvorrichtung angesteuert werden kann.
Zusätzlich kann die Zuführvorrichtung 26 eine auswechselbare
Düse aufweisen, die mit der Öffnung des zweiten
Wechselbehälters 20 verbunden wird. Außerdem
kann die Zuführvorrichtung 26 eine integrierte
Waage zum Wiegen des zweiten Wechselbehälters 20 aufweisen.
Dadurch ist es möglich, die momentan im Wechselbehälter 20 befindliche
Pulvermasse zu erfassen.
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Die
beschriebenen Schläuche 15, 17, 24 sind
auswechselbar, da sie durch Schlauchschellen staub- oder luftdicht
mit der Saugvorrichtung 13, der Siebvorrichtung 19 oder
der Zuführvorrichtung 26 verbunden sind. Anstelle
der Schlauchschellen können Schnellkupplungen verwendet
werden. Die staub- oder luftdichte Verbindung der Schläuche 17, 24 mit
den Wechselbehältern 14, 20 erfolgt ebenfalls durch
Schnellkupplungen 18, 25.
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Die
Zuführvorrichtung 26 ist vorzugsweise so konstruiert,
dass sie über die Siebvorrichtung 19 verfahrbar
ist. Auf diese Weise kann der erste Wechselbehälter 14 durch
eine später beschriebene Transportvorrichtung kopfüber
oben in die Zuführvorrichtung 26 platziert werden,
sodass sich der erste Wechselbehälter 14 direkt über
dem Sieb 21 der Siebvorrichtung 19 befindet.
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Die 5 zeigt
die Transportvorrichtung 28 zum Transportieren des ersten
und/oder zweiten Wechselbehälters 14, 20.
Die Transportvorrichtung 28 ist als Hubwagen ausgeführt,
der eine höhenverstellbare Gabel mit zwei Tragarmen 29 aufweist.
Die Gabel wird zum Beispiel durch eine Handkurbel (nicht gezeigt) über
einen Kettentrieb nach oben und unten bewegt. Auf den beiden Tragarmen 29 sind zwei
Adapterstücke mit koaxial angeordneten Ausnehmungen 30 gelegt.
Alternativ können die Ausnehmungen auch direkt in die Tragarme 29 eingearbeitet sein.
Die Ausnehmungen 30 korrespondieren mit Achsen 31,
die seitlich an dem ersten und dem zweiten Wechselbehälter 14, 20 angebracht
sind. Wenn der erste Wechselbehälter 14 bzw. der
zweite Wechselbehälter 20 in den Aufnahmebereichen
der Saugvorrichtung 13 und der Siebvorrichtung 19 angeordnet
sind, können die Ausnehmungen 30 der Tragarme 29 unter
die entsprechenden Achsen 31 der Wechselbehälter 14, 20 verfahren
werden. Durch die Handkurbel lassen sich die Tragarme 29 anheben, sodass
die Ausnehmungen 30 der Tragarme 29 mit den entsprechenden
Achsen 31 der Wechselbehälter 14, 20 in
Eingriff gelangen und die Wechselbehälter 14, 20 angehoben
werden. Nachdem die Wechselbehälter 14, 20 durch
Lösen der Schnellkupplungen 18, 25 von
den Schläuchen 17, 24 gelöst
wurden, können die Wechselbehälter 14, 20 durch
die Transportvorrichtung 28 zu der nächsten Station
transportiert werden.
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Dieselbe
Transportvorrichtung 28 kann auch zum Transportieren der
Substratplatte oder eines Spannsystems verwendet werden, wie dies
in der 6 gezeigt ist. Zu diesem Zweck wird ein Adapter in
Gestalt einer Adapterplatte 32 auf die Tragarme 29 gelegt.
Die Adapterplatte 32 kann in verschiedenen Orientierungen
auf die Tragarme 29 aufgelegt werden, sodass die Aufnahme
von verschiedenartigen Substratplatten und Spannsystemen ermöglicht
wird. Die linke Seite der 6 zeigt
eine erste Position der Adapterplatte 32 zur Aufnahme einer
Standard-Substratplatte, und die rechte Seite der 6 zeigt
eine zweite Position der Adapterplatte 32 zur Aufnahme eines
Spannsystems, wobei sie um 180° um die Hochachse gedreht
wurde.
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Es
ist offensichtlich, dass die Tragarme 29 der Transportvorrichtung 28 noch
zusätzliche Adapter oder koaxial angeordnete Ausnehmungen
aufweisen kann, die an beliebige Wechselbehälter und Substratplatten
mit unterschiedlichen Größen und Formen angepasst
sind.
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Das
System zur Wiederverwendung von Restpulver 3a aus einer
Anlage zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Objekten 3 kann
des Weiteren eine Vorrichtung zum Mischen des gesiebten oder nicht-gesiebten
Restpulvers 3a mit einem anderen Pulver aufweisen. Das
andere Pulver kann insbesondere neues Pulver sein, das noch nicht
verwendet wurde. Die Vorrichtung zum Mischen kann darüber
hinaus eine Vorrichtung zum Homogenisieren des Pulvergemisches oder
zum Homogenisieren von Restpulver oder neuem Pulver aufweisen.
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Das
System zur Wiederverwendung von Restpulver 3a aus einer
Anlage zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Objekten 3 hat
zusätzlich zur Siebvorrichtung oder zur Mischvorrichtung eine
weitere Vorrichtung zum Verändern einer Eigenschaft des
resultierenden Pulvers.
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Die
weitere Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln
unterhalb einer definierten Korngröße sein. Vorzugsweise
erfolgt dann das Entfernen per Sichten.
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Die
weitere Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum gezielten Verändern
der chemischen Zusammensetzung des Restpulvers 3a oder
des resultierenden Pulvers sein. Vorzugsweise erfolgt dann das gezielte
Verändern der chemischen Zusammensetzung durch eine Reduktion
von Oxiden.
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Die
weitere Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum gezielten Verändern
der Zusammensetzung oder einer Eigenschaft der Atmosphäre
um die Partikel des Restpulvers 3a oder des resultierenden Pulvers
sein. Vorzugsweise erfolgt dann das gezielte Verändern
durch Verändern eines Hauptgases in der Atmosphäre
und/oder durch Verändern eines Feuchtigkeitsgehalts in
der Atmosphäre und/oder des Drucks der Atmosphäre.
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Die
weitere Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen
aus dem Restpulver 3a oder dem resultierenden Pulver außer der
Siebvorrichtung sein. Vorzugsweise erfolgt das Entfernen von Verunreinigungen
dadurch, dass eine physische oder chemische Eigenschaft des Restpulvers 3a oder
des resultierenden Pulvers verwendet wird, um dieses von den Verunreinigungen
zu trennen. Weiter bevorzugt umfasst die physische oder chemische
Eigenschaft des Restpulvers 3a oder des resultierenden
Pulvers die geometrische Form, die Dichte und/oder das relative
Gewicht, die elektrische Leitfähigkeit, die Magnetisierbarkeit
oder die Löslichkeit in einem definierten fluiden Medium.
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Vorzugsweise
wird die durch den Aufbereitungsschritt zu verändernde
Eigenschaft des resultierenden Pulvers vor oder nach dem Aufbereitungsschritt
gemessen. Weiter bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft dokumentiert.
Weiter bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft als Datensatz elektronisch
gespeichert.
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Vorzugsweise
wird die gemessene Eigenschaft dem resultierenden Pulver zugeordnet.
Weiter bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft auf bzw. in Verbindung
mit einem Pulverbehälter gespeichert, oder die gemessene
Eigenschaft wird beim Wiederverwenden des resultierenden Pulvers
zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten zu einer Steuerung
der Anlage übertragen.
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Vorzugsweise
wird die gemessene Eigenschaft einem Objekt 3 zugeordnet,
das unter Verwendung des resultierenden Pulvers generativ hergestellt
wird.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach eine Vorrichtung zum Messen einer
Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers,
des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers sein. Eine derartige
Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers,
des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers kann insbesondere
eine Korngrößenverteilung, eine chemische Zusammensetzung,
eine Fließfähigkeit oder ein Feuchtigkeitsgehalt
sein. Die gemessene Eigenschaft des Restpulvers 3a, des
resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen
Pulvers kann auf einem Speicher gespeichert und dokumentiert werden.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung sein, die
den ersten oder zweiten Wechselbehälter 14, 20 mit
der Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden
Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers kennzeichnet.
Dies kann insbesondere durch Anbringen eines Barcodes oder eines
RFID-Chips (Radio-Frequency-Identification) an dem ersten oder zweiten Wechselbehälter 14, 20 realisiert
werden. In dem Barcode und in dem RFID-Chip ist die Eigenschaft des
Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten
Pulvers oder des neuen Pulvers gespeichert.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung zum Entfernen
von Feinanteilen aus dem Restpulver 3a, dem resultierenden
Pulver, dem aufbereiteten Pulver oder dem neuen Pulver mittels Sichten
oder Sieben sein. Vorzugsweise kann dies durch Windsichten geschehen,
d. h. pneumatisch oder mittels eines Zyklons.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung zum Aufbereiten
des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers
oder des neuen Pulvers sein. Die chemische Aufbereitung kann insbesondere
dadurch erfolgen, dass das Pulver einem reduzierenden Gas ausgesetzt
wird.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung zum Trocknen
oder Befeuchten des Restpulvers 3a, des resultierenden
Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers sein,
um dessen Feuchtigkeitsgehalt zu ändern.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung zum Entfernen
von Verunreinigungen aus dem Restpulver 3a, dem resultierenden
Pulver, dem aufbereiteten Pulver oder dem neuen Pulver sein. Derartige
Verunreinigungen können ein Abrieb einer Beschichterklinge
des Beschichters 5 oder ein Abrieb einer Bürste
(nicht gezeigt) sein.
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Die
weitere Vorrichtung kann demnach auch eine Vorrichtung zum Übertragen
der zum Beispiel in dem Barcode oder dem RFID-Chip gespeicherten
Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers,
des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers zu der Bauvorrichtung
sein. Die Bauvorrichtung wiederum kann eine Vorrichtung zum Ändern
eines Parameters der Herstellung des dreidi mensionalen Objekts 3 in
Abhängigkeit der gemessenen Eigenschaft des Restpulvers 3a,
des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers
aufweisen. Die Bauvorrichtung kann eine entsprechende Meldung oder
Warnung an Benutzer abgeben. Die Vorrichtung zum Ändern
des Parameters kann alternativ durch die Steuereinheit 11 und die
dazugehörige Software realisiert werden. Ein derartiger
Parameter kann eine Laserleistung, eine Laserabtastgeschwindigkeit,
eine Prozesstemperatur, eine Prozessgaszusammensetzung oder eine
gepulste oder nicht-gepulste Betriebsweise des Lasers sein. Derartige
Eigenschaften werden dem Objekt 3 entsprechend zugeordnet,
nachdem sie zu der Bauvorrichtung übertragen wurden.
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Der
Betrieb des Systems zur Wiederverwendung von Restpulver aus einer
Anlage zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Objekten 3 ist folgendermaßen:
Nachdem
die Bauvorrichtung das dreidimensionale Objekt 3 im Bauraum
fertig gestellt hat, wird die Tür der Prozesskammer geöffnet.
Der erste Wechselbehälter 14 wurde in die Aufnahme
der Saugvorrichtung 13 platziert, und dessen obere Öffnung
wurde durch die Schnellkupplung 18 staub- oder luftdicht
mit der Saugvorrichtung 13 verbunden. Durch den flexiblen Saugschlauch 15 der
Saugvorrichtung 13 wird das nicht verfestigte Restpulver 3a aus
der Bauvorrichtung in den in der Saugvorrichtung 13 platzierten, ersten
Wechselbehälter 14 aufgesaugt. Anschließend
wird die Transportvorrichtung 28 so zu der Saugvorrichtung 13 gefahren
oder umgekehrt, dass die Ausnehmungen 30 der Tragarme 29 unter
den entsprechenden Achsen 31 des ersten Wechselbehälters 14 liegen.
Durch Drehen der Handkurbel werden die Tragarme 29 angehoben,
sodass die Ausnehmungen 30 der Tragarme 29 mit
den entsprechenden Achsen 31 des ersten Wechselbehälters 14 in
Eingriff gelangen und der erste Wechselbehälter 14 angehoben
wird. Nachdem die obere Öffnung des ersten Wechselbehälters 14 durch
Lösen der Schnellkupplung 18 von dem ersten Schlauch 17 getrennt
wurde, wird der erste Wechselbehälter 14 durch
die Transportvorrichtung 28 zu der Siebvorrichtung 19 transportiert.
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An
der Siebvorrichtung 19 wird die obere Öffnung
des ersten Wechselbehälters 14 durch die Schnellkupplung
(nicht gezeigt) staub- oder luftdicht mit dem zweiten Schlauch (nicht
gezeigt) verbunden. Der zweite Wechselbehälter 20 wurde
bereits durch die Schnellkupplung 25 staub- oder luftdicht
mit dem dritten Schlauch 24 verbunden.
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Das
Restpulver 3a wird über den zweiten Schlauch der
Siebvorrichtung 19 zugeführt, die es durch das
Sieb 21 siebt. Die Dosiervorrichtung verhindert, dass zu
viel Pulver auf dem Sieb landet. Der zusätzlich vorgesehene
Ultraschallgenerator verhindert dabei eine Verstopfung des Siebs 21.
Nachdem das Restpulver 3a durch das Sieb 21 hindurchgetreten
ist, fällt es durch den dritten Schlauch 24 in
den zweiten Wechselbehälter 20.
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Anschließend
wird die obere Öffnung des zweiten Wechselbehälters 20 durch
Lösen der Schnellkupplung 25 von dem dritten Schlauch 24 getrennt,
und der zweite Wechselbehälter 20 wird in ähnlicher
Weise, wie sie beim ersten Wechselbehälter 14 beschrieben
wurde, durch die Transportvorrichtung 28 zu der Zuführvorrichtung 26 transportiert. Vorzugsweise
erfolgt jetzt das Mischen des Pulvers mit einem anderen Pulver und/oder
der Aufbereitungsschritt zum Verändern einer Eigenschaft
des resultierenden Pulvers. Der zweite Wechselbehälter 20 wird
auf den Tragarmen 29 liegend zum Beispiel durch eine Kippvorrichtung
(nicht gezeigt) kopfüber gedreht und nach oben verfahren,
sodass er im oberen Bereich der Zuführvorrichtung 26 angeordnet werden
kann. Der Verschluss des zweiten Wechselbehälters 20 ist
dabei geschlossen, sodass kein Pulver unbeabsichtigt austritt. Die Öffnung
des zweiten Wechselbehälters 20 kann nun mit einem
weiteren Schlauch verbunden werden, damit das darin befindliche
Restpulver 3a wieder der Bauvorrichtung zugeführt
werden kann. Die Zufuhr des Restpulvers 3a aus dem zweiten
Wechselbehälter 20 in die Bauvorrichtung kann
durch die Schwerkraft des Pulvers oder pneumatisch erfolgen. Vorzugsweise
weist der weitere Schlauch an seinem Ende einen Schieber oder einen
Verschluss auf, der den Schlauch vom Pulver in der Bauvorrichtung
staub- oder luftdicht abtrennen kann.
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Zusätzlich
zum Sieben des Restpulvers 3a oder zum Mischen des Restpulvers 3a mit
anderem Pulver wird ein weiterer Aufbereitungsschritt zum Verändern
einer Eigenschaft des daraus resultierenden Pulvers durchgeführt.
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Der
weitere Aufbereitungsschritt kann ein Schritt zum Entfernen von
Partikeln unterhalb einer definierten Korngröße
sein. Vorzugsweise erfolgt dann das Entfernen per Sichten.
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Der
weitere Aufbereitungsschritt kann ein Schritt zum gezielten Verändern
der chemischen Zusammensetzung des Restpulvers 3a oder
des resultierenden Pulvers sein. Vorzugsweise erfolgt dann das gezielte
Verändern der chemischen Zusammensetzung durch eine Reduktion
von Oxiden.
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Der
weitere Aufbereitungsschritt kann ein Schritt zum gezielten Verändern
der Zusammensetzung der Atmosphäre um die Partikel des
Restpulvers 3a oder des resultierenden Pulvers sein. Vorzugsweise
erfolgt dann das gezielte Verändern durch Verändern
eines Hauptgases in der Atmosphäre und/oder durch Verändern
eines Feuchtigkeitsgehalts in der Atmosphäre.
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Der
weitere Aufbereitungsschritt kann ein Schritt zum Entfernen von
Verunreinigungen aus dem Restpulver 3a oder dem resultierenden
Pulver außer dem Sieben sein. Vorzugsweise erfolgt das Entfernen
von Verunreinigungen dadurch, dass eine physische oder chemische
Eigenschaft des Restpulvers 3a oder des resultierenden
Pulvers verwendet wird, um dieses von den Verunreinigungen zu trennen.
Weiter bevorzugt umfasst die physische oder chemische Eigenschaft
des Restpulvers 3a oder des resultierenden Pulvers die
geometrische Form, die Dichte und/oder das relative Gewicht, die
elektrische Leitfähigkeit, die Magnetisierbarkeit oder
die Löslichkeit in einem definierten fluiden Medium.
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Vorzugsweise
wird die Eigenschaft vor oder nach dem Aufbereitungsschritt gemessen.
Weiter bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft dokumentiert. Weiter
bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft als Datensatz elektronisch
gespeichert.
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Vorzugsweise
wird die gemessene Eigenschaft dem resultierenden Pulver zugeordnet.
Weiter bevorzugt wird die gemessene Eigenschaft auf bzw. in Verbindung
mit einem Pulverbehälter gespeichert, oder die gemessene
Eigenschaft wird beim Wiederverwenden des resultierenden Pulvers
zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten zu einer Steuerung
der Anlage übertragen.
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Vorzugsweise
wird die gemessene Eigenschaft einem Objekt 3 zugeordnet,
das unter Verwendung des resultierenden Pulvers generativ hergestellt
wird.
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Jederzeit,
insbesondere vor dem Transportieren des zweiten Wechselbehälters 20 zu
der Zuführvorrichtung 26 und nach dem Einbringen
des Restpulvers 3a in den zweiten Wechselbehälter 20, können
diese Schritte für das Qualitätsmanagement durchgeführt
werden. Derartige Schritte beinhalten demnach insbesondere einen
Schritt zum Messen einer Eigenschaft des Restpulvers 3a,
des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen
Pulvers, wobei die Eigenschaft insbesondere eine Kornform, eine
Korngrößenverteilung, eine chemische Zusammensetzung,
eine Fließfähigkeit oder ein Feuchtigkeitsgehalt
des gesiebten Restpulvers 3a ist; einen Schritt zum Kennzeichnen
eines Wechselbehälters 14, 20 mit der
Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers,
des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers, insbesondere durch Anbringen
eines Barcodes oder eines RFID-Chips, in dem die Eigenschaft gespeichert
ist, an dem Wechselbehälter 14, 20; einen
Schritt zum Entfernen von Feinanteilen aus dem Restpulver 3a,
dem resultierenden Pulver, dem aufbereiteten Pulver oder dem neuen
Pulver mittels Sichten; einen Schritt zum Aufbereiten des Restpulvers 3a,
des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen
Pulvers, insbesondere durch chemisches Aufbereiten mittels Reduktion
von Oxiden; einen Schritt zum Entfernen von Verunreinigungen aus
dem Restpulver 3a, dem resultierenden Pulver, dem aufbereiteten Pulver
oder dem neuen Pulver, was magnetisch, elektrostatisch oder anderweitig
erfolgen kann; einen Schritt zum Mischen des Restpulvers 3a,
des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen
Pulvers mit einem anderen Pulver; und einen Schritt zum Homogenisieren
des resultierenden Pulvergemischs. Der Betrieb des Systems kann
in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden,
was insbesondere bei hoch reaktiven Pulvermaterialien von Vorteil
ist. Vorzugsweise haben dann die Saugvor richtung 13, die
Siebvorrichtung 19 und/oder die Zuführvorrichtung 26 einen
Anschluss zum Zu- oder Abführen des Schutzgases.
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Die
Eigenschaft des Restpulvers 3a, des resultierenden Pulvers,
des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers, die zum Beispiel
in dem Barcode oder dem RFID-Chip gespeichert ist, kann zu der Bauvorrichtung übertragen
werden. Darüber hinaus kann die zu der Bauvorrichtung übertragene
Eigenschaft dem Objekt 3 zugeordnet werden. Die Steuereinheit 11 kann
einen Parameter der Herstellung des dreidimensionalen Objekts 3 in
Abhängigkeit der gemessenen Eigenschaft des Restpulvers 3a,
des resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen
Pulvers ändern.
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Die
folgende Erfindung bietet die folgenden Vorteile:
Die getrennt
von der Bauvorrichtung vorgesehenen Saug- und Siebvorrichtungen 13, 19 mit
den Wechselbehältern 14, 20 ermöglichen
ein Qualtitätsmanagement des Restpulvers 3a, des
resultierenden Pulvers, des aufbereiteten Pulvers oder des neuen Pulvers,
das kostengünstig und flexibel an die Kundenwünsche
angepasst werden kann.
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Die
auswechselbaren Schläuche 15, 17, 24 können
leicht ausgetauscht oder gereinigt werden. Es ist somit möglich,
dass dieselbe Siebvorrichtung 19 und dieselbe Saugvorrichtung 13 nach
dem Austausch oder nach der Reinigung der Schläuche 15, 17, 24 für
verschiedene Bauvorrichtungen verwendet werden, die ihrerseits verschiedene
Pulvermaterialien verwenden.
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Die
auswechselbare Düse der Zuführvorrichtung 26 ermöglicht
verschiedene Funktionen, wie zum Beispiel eine Entleerung eines Ü berlaufbehälters,
eine Pulverentfernung von Bauteilen, eine Förderung aus
separaten Pulverbehältern, etc.
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Die
Wechselbehälter ermöglichen für das Qualitätsmanagement
eine Klassifizierung und Dokumentierung der Pulver. Darüber
hinaus ist der Transport und das Vermischen und Homogenisieren von
verschiedenen Pulvern vereinfacht.
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Der
Schutzumfang beschränkt sich nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel, sondern er umfasst weitere Änderungen
und Abwandlungen, sofern diese innerhalb des durch die beigefügten
Ansprüche definierten Umfangs fallen.
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Vorzugsweise
ist der erste Wechselbehälter 14 baugleich mit
zweitem Wechselbehälter 20. Dies ist aber nicht
wesentlich für die Erfindung, sodass sich die Wechselbehälter 14, 20 auch
unterscheiden können.
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Anstelle
des Lasers 7 kann eine energiehaltige Teilchenstrahlung
wie zum Beispiel ein Elektronenstrahl verwendet werden. Das Pulver 3a muss nicht
notwendigerweise lasergesintert werden, sondern es kann auch lasergeschmolzen
werden.
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Die
im System beschriebenen Komponenten können beliebig kombiniert
werden; so kann zum Beispiel die Saugvorrichtung mit der Siebvorrichtung
integriert sein. Die Siebvorrichtung kann auch mit der Zuführvorrichtung
integriert sein.
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Das
Entfernen des Pulvers aus der Bauvorrichtung erfolgt im Ausführungsbeispiel
durch die Saugvorrichtung. Alternativ kann die Pulverentfernung
durch Ausblasen und Sammeln des Pulvers oder durch Auslassen des
Pulvers durch dessen Schwerkraft erfolgen.
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Die
Saugvorrichtung kann anstatt mit Druckluft auch durch Unterdruck
oder elektrisch betrieben werden.
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Die
Aufbereitung des Pulvers kann nicht nur für das gesiebte
Restpulver 3a erfolgen, sondern auch für Frischpulver
oder für das nicht-gesiebte Pulver.
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Das
Entfernen von Feinanteilen aus dem gesiebten Restpulver 3a kann
durch ein Doppelsieb erfolgen; oberhalb des Doppelsiebs verbleiben
Grobanteile, und unterhalb des Doppelsiebs lagern sich Feinanteile
ab. Dazwischen wird das gesiebte Restpulver 3a entnommen.
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Die
einzelnen Schritte können optional in einer Inertgasatmosphäre,
d. h. unter Schutzgas durchgeführt werden.
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Die
Bauvorrichtung ist nicht auf die Lasersintermaschine beschränkt,
sondern sie kann eine beliebige Bauvorrichtung sein, die ein schichtaufbauendes
Verfahren anwendet, wie zum Beispiel ein 3D-Printing.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20107262
U1 [0002]
- - DE 10342883 A1 [0003]