DE202017005861U1 - Device with a milling device for the production and surface treatment of a three-dimensional object - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (100) zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, verfestigbaren und pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, umfassend eine Prozesskammer (200), einer an oder wenigstens teilweise innerhalb der Prozesskammer (200) angeordneten ersten Trägervorrichtung (300) mit einem höhenverstellbaren Träger zum Tragen der Gegenstände und/oder des Aufbaumaterials, eine Bestrahlungsvorrichtung (400) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt der Gegenstände entsprechenden Stellen, eine Schichtpräparierungseinrichtung (500) zum Präparieren einer Schicht des Aufbaumaterials auf den Träger oder auf der jeweils zuletzt aufgetragenen und/oder bestrahlten Schicht, eine Bearbeitungseinrichtung (600) zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials, wobei die Bearbeitungseinrichtung (600) so ausgebildet ist, dass die mechanische Bearbeitung des verfestigten Aufbaumaterials wenigstens teilweise in umgebenden unverfestigten Aufbaumaterial erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung (600) wenigstens teilweise beweglich an der Schichtpräparierungseinrichtung (500) angeordnet ist, dass die Bearbeitungseinrichtung (600) zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials eine Fräsvorrichtung (620) aufweist und dass die Fräsvorrichtung (620) gegenüber der ersten Trägervorrichtung nicht höhenverstellbar ausgebildet ist.Device (100) for producing three-dimensional objects by successively solidifying layers of a building material which can be solidified by means of radiation, in particular laser radiation, at the locations corresponding to the respective cross-section of the object, comprising a process chamber (200), at or at least partially within the process chamber (200) arranged first carrier device (300) with a height-adjustable support for carrying the articles and / or the building material, an irradiation device (400) for irradiating layers of the building material at the respective cross-section of the articles corresponding locations, a layer preparation means (500) for Preparing a layer of the building material onto the carrier or on the respectively last applied and / or irradiated layer, a processing device (600) for the mechanical processing of at least partial regions of the solidified on construction material, wherein the processing device (600) is designed such that the mechanical processing of the solidified build material is at least partially carried out in surrounding unconsolidated build material, characterized in that the processing device (600) is arranged at least partially movable on the layer preparation device (500) Machining device (600) for the mechanical processing of at least partial areas of the solidified construction material has a milling device (620) and that the milling device (620) is not height-adjustable with respect to the first carrier device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, verfestigbaren und pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen. Die Vorrichtung umfasst eine Prozesskammer, eine innerhalb der Prozesskammer angeordnete Trägervorrichtung mit einem höhenverstellbaren Träger zum Tragen der Gegenstände und/oder des Aufbaumaterials, eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt der Gegenstände entsprechenden Stellen, eine Schichtpräparierungseinrichtung zum Präparieren einer Schicht des Aufbaumaterials auf den Träger oder auf der jeweils zuletzt aufgetragenen und/oder bestrahlten Schicht, eine Bearbeitungseinrichtung zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials, wobei die Bearbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die mechanische Bearbeitung des verfestigten Aufbaumaterials wenigstens teilweise in umgebenden unverfestigtem Aufbaumaterial erfolgt.The invention relates to a device for the production of three-dimensional objects by successive solidification of layers of a by means of radiation, in particular laser radiation, solidifiable and powdery building material at the respective cross-section of the object corresponding locations. The device comprises a process chamber, a carrier device arranged within the process chamber with a height-adjustable support for carrying the articles and / or the building material, an irradiation device for irradiating layers of the building material at the locations corresponding to the respective cross section of the articles, a layer preparation device for preparing a layer the processing material on the support or on the respectively last applied and / or irradiated layer, a processing device for machining at least portions of the solidified build material, wherein the processing device is formed so that the mechanical processing of the solidified build material is at least partially carried out in surrounding unconsolidated build material ,
Herstellungsprozesse von dreidimensionalen Gegenständen mittels Laserstrahlung, welche auch unter den Synonymen selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern oder auch selektives Pulverschmelzen bekannt sind, finden in den letzten Jahren immer stärkere Anwendung und Aufmerksamkeit. Das Erzeugen der Objekte basiert dabei im Wesentlichen auf dem folgenden Prinzip: Der herzustellende dreidimensionale Gegenstand wird nach Maßgabe von digitalen Konstruktionsdaten, CAD-Daten, schichtweise aus einem pulverförmigen Aufbaumaterial aufgebaut. Dazu wird zunächst die Konstruktionsdatei in für den Herstellungsprozess geeignete Schichten zerlegt und anschließend das Aufbaumaterial entsprechend einem der jeweiligen Schicht zugeordneten Querschnittsmuster des Gegenstandes mittels ortsselektivem Bestrahlen verfestigt bzw. verschmolzen. Die Ablenkung des Laserstrahls erfolgt dabei mittels einer Strahlablenkungseinrichtung, wobei die Steuerung dieser Strahlablenkungseinrichtung wiederum mittels einer Steuereinrichtung auf der Basis geometrischer Beschreibungsdaten des herzustellenden Gegenstandes erfolgt. Der Laserstrahl zeichnet auf der zuletzt präparierten Aufbaumaterialschicht das dieser Schicht zugeordnete Querschnittsmuster des Gegenstandes, um das Aufbaumaterial dem Querschnittsmuster entsprechend selektiv zu verschmelzen. Nach einem solchen Bestrahlungsschritt erfolgt im Weiteren die Präparation der nächsten Schicht aus unverfestigtem Aufbaumaterial auf der zuletzt selektiv verschmolzenen Schicht mittels einer Schichtpräparierungseinrichtung. Dazu fährt die Schichtpräparierungseinrichtung über die Oberfläche des Trägers oder die letzte Pulverschicht und verteilt darauf das Pulver gleichmäßig. Für eine einfachere Nomenklatur wird die Oberfläche des Trägers, auf der die Pulverschichten aufgetragen und somit die Gegenstände erzeugt werden, als Baufläche bezeichnet. Nach Ausbildung einer glatten Pulverschicht erfolgt wieder ein Bestrahlungsschritt in der vorstehend erläuterten Weise. Durch sukzessives Wiederholen dieser Schritte entsteht somit Schicht für Schicht der, wobei die aufeinander folgend hergestellten Querschnittsschichten des Gegenstandes so miteinander verschmolzen sind, dass sie aneinanderhaften.Production processes of three-dimensional objects by means of laser radiation, which are also known under the synonyms selective laser melting, selective laser sintering or even selective powder melting, have found increasing application and attention in recent years. The production of the objects is essentially based on the following principle: The three-dimensional object to be produced is built up in layers from a pulverulent construction material in accordance with digital design data, CAD data. For this purpose, first the design file is decomposed into layers suitable for the production process, and then the building material is solidified or fused by means of location-selective irradiation in accordance with a cross-sectional pattern of the article assigned to the respective layer. The deflection of the laser beam takes place by means of a beam deflection device, wherein the control of this beam deflection device again takes place by means of a control device on the basis of geometric description data of the object to be produced. The laser beam records the cross-sectional pattern of the article associated with this layer on the last prepared build-up material layer in order to selectively fuse the build-up material to the cross-sectional pattern. After such an irradiation step, the next layer of unconsolidated build-up material is subsequently prepared on the last selectively fused layer by means of a layer preparation device. For this purpose, the layer preparation device moves over the surface of the carrier or the last powder layer and distributes the powder uniformly thereon. For a simpler nomenclature, the surface of the carrier on which the powder layers are applied and thus the articles are produced is referred to as the construction surface. After the formation of a smooth powder layer, an irradiation step takes place in the manner explained above. By successively repeating these steps, layer by layer is thus produced, wherein the successively produced cross-sectional layers of the article are fused together so that they adhere to one another.
Als Aufbaumaterialien können diverse Metalle verwendet werden, wie beispielsweise Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, Gold, Tantal. Auch keramisches Werkstoffpulver oder Polymere können bei derartigen Herstellungsprozessen eingesetzt werden. Ferner sind mit der Methode des selektiven Laserschmelzens nahezu alle erdenklichen Formen von Gegenständen herstellbar, wodurch sie für die Herstellung von kompliziert geformten Maschinenelementen, Prothesen, Schmuckstücken oder dergleichen prädestiniert ist.As building materials, various metals can be used, such as steel, stainless steel, aluminum, titanium, gold, tantalum. Also ceramic material powder or polymers can be used in such manufacturing processes. Furthermore, with the method of selective laser melting almost all imaginable forms of objects can be produced, whereby it is predestined for the production of intricately shaped machine elements, prostheses, jewelry or the like.
Die jeweilige Einstellung des Schichtniveaus relativ zur Strahlungsquelle bzw. zur Strahlablenkungseinrichtung erfolgt normalerweise mittels Absenken eines Trägers, der einen Bestandteil einer Trägervorrichtung bildet, auf der der Gegenstand schichtweise aufgebaut wird. Beim selektiven Laserschmelzen erfolgt das Bestrahlen des eingesetzten pulverförmigen Aufbaumaterials üblicherweise unter Schutzgasatmosphäre. Diese Schutzgasatmosphäre dient zur Unterdrückung von Oxidationen und wird beispielsweise aus Argon oder Stickstoff gebildet. Dabei wird der Prozessraum während des Herstellungsprozesses kontinuierlich mit Schutzgas gespült, indem an einer Seite des Prozessraums Schutzgas eingelassen wird, welches an der gegenüberliegenden Prozessraumgehäuseseite wieder abgesaugt wird. Das abgesaugte Schutzgas kann in einem Kreislauf dem Prozessraum wieder zugeführt werden.The respective adjustment of the layer level relative to the radiation source or to the beam deflection device is normally carried out by lowering a carrier, which forms part of a carrier device, on which the object is built up in layers. In selective laser melting, the irradiation of the powdery building material used is usually carried out under a protective gas atmosphere. This protective gas atmosphere serves to suppress oxidation and is formed, for example, from argon or nitrogen. During the manufacturing process, the process chamber is continuously purged with inert gas by introducing protective gas on one side of the process chamber, which is sucked off again on the opposite side of the process chamber housing. The extracted protective gas can be recycled to the process room.
Der Ursprung einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen, die auf dem voran geschilderten Verfahren des selektiven Lasersinterns basiert, ist in den Arbeiten von Carl Deckard zu sehen und aus der
Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist jedoch, dass die geometrische Genauigkeit und Qualität der hergestellten Gegenstände, sowohl von dem Laserstrahldurchmesser, als auch von dem verwendeten Material sowie den eingestellten Prozessparametern abhängen. Diese Parameter können jedoch lediglich in einem gewissen Prozessfenster variiert werden, so dass der Oberflächenqualität, insbesondere der Oberflächenrauhigkeit, sowie der geometrischen Genauigkeit Grenzen gesetzt sind. Etwaige Möglichkeiten zur Verbesserung dieser Limitierungen werden aus den Schriften jedoch nicht bekannt.A disadvantage of these devices, however, is that the geometric accuracy and quality of the manufactured articles, both on the laser beam diameter, as well as the material used and the set process parameters depend. However, these parameters can only be varied in a certain process window be set so that the surface quality, in particular the surface roughness, as well as the geometric accuracy limits. However, any possibilities for improving these limitations are not known from the scriptures.
Zur Analyse der Qualität der hergestellten Gegenstände ist aus der
Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass zwar eine Möglichkeit zur Evaluierung der Gegenstandsqualität, jedoch keine weiteren Informationen bezüglich der konkreten Verbesserung der Oberflächenqualität der Gegenstände gegeben wird.A disadvantage of this method, however, is that although a possibility for the evaluation of the object quality, but no further information regarding the concrete improvement of the surface quality of the objects is given.
Eine konkrete Erfindung zur Verbesserung der Geometrie der herzustellenden Gegenstände ist aus der
Nachteilig an dieser Erfindung ist jedoch, dass die erzeugten Schichten des verfestigten Aufbaumaterials lediglich in vertikaler Richtung, und somit lediglich die Schichtdicke, und nicht die den Gegenstand umfängliche Geometrie bearbeitbar ist.A disadvantage of this invention, however, is that the generated layers of solidified building material only in the vertical direction, and thus only the layer thickness, and not the circumferential geometry of the article is machinable.
Aus der
Nachteilig an dieser Erfindung ist jedoch, dass das zusätzliche Bearbeitungswerkzeug als völlig eigenständiges mechanisches Bauteil innerhalb der Prozesskammer ausgebildet ist. Dies führt zu einem erheblichen Konstruktions- und Wartungsaufwand bei gleichzeitig erhöhten Produktionskosten. Weiterführende Informationen bezüglich konkreter Ausführungsformen oder der mechanischen Lagerung des Bearbeitungswerkzeugs gehen aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin die Nachteile des Stands der Technik zumindest zu verringern und insbesondere die geometrische Form und/oder Oberflächenqualität der hergestellten Gegenstände zu verbessern.The object of the invention is therefore to at least reduce the disadvantages of the prior art and in particular to improve the geometric shape and / or surface quality of the articles produced.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, verfestigbaren und pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, umfassend: eine Prozesskammer, einer innerhalb der Prozesskammer angeordneten Trägervorrichtung mit einem höhenverstellbaren Träger zum Tragen der Gegenstände und/oder des Aufbaumaterials, eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt der Gegenstände entsprechenden Stellen, eine Schichtpräparierungseinrichtung zum Präparieren einer Schicht des Aufbaumaterials auf den Träger oder auf der jeweils zuletzt aufgetragenen und/oder bestrahlten Schicht, eine Bearbeitungseinrichtung zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials, wobei die Bearbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die mechanische Bearbeitung des verfestigten Aufbaumaterials wenigstens teilweise in umgebenden unverfestigten Aufbaumaterials erfolgt. Die Vorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung an der Schichtpräparierungseinrichtung wenigstens teilweise beweglich angeordnet ist, dass die Bearbeitungseinrichtung zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials eine Fräsvorrichtung aufweist und dass die Fräsvorrichtung gegenüber der ersten Trägervorrichtung nicht höhenverstellbar ausgebildet ist.This object is achieved with a device for producing three-dimensional objects by successively solidifying layers of a building material which can be solidified by means of radiation, in particular laser radiation, at the locations corresponding to the respective cross-section of the object, comprising: a process chamber, a support device arranged within the process chamber a height-adjustable support for carrying the objects and / or the building material, an irradiation device for irradiating layers of the building material at the respective cross-section of the articles corresponding locations, a layer preparation device for preparing a layer of the building material on the carrier or on the last applied and / or or irradiated layer, a processing device for machining at least partial regions of the solidified construction material, wherein the processing unit is formed so that the mechanical processing of the solidified building material is at least partially in surrounding unconsolidated building material. The apparatus is further characterized in that the processing device is arranged at least partially movable on the layer preparation device, that the processing device for machining at least partial regions of the solidified construction material has a milling device and that the milling device is not height-adjustable relative to the first carrier device.
Die Schichtpräparierungseinrichtung ist für eine Präparation der Pulverschichten beweglich innerhalb der Prozesskammer angeordnet. Insbesondere ist die Schichtpräparierungseinrichtung in einer Ebene parallel zu Oberfläche des Trägers, auf der die Objekte aufgebaut werden, nämlich der Baufläche, beweglich angeordnet. Folglich ist die Schichtpräparierungseinrichtung mit einer Antriebseinheit verbunden oder weist selber eine solche auf.The layer preparation device is arranged for a preparation of the powder layers movable within the process chamber. In particular, the layer preparation device is arranged to be movable in a plane parallel to the surface of the support on which the objects are built, namely the construction surface. Consequently, the layer preparation device is connected to a drive unit or has such itself.
Für eine mechanische Bearbeitung des herzustellenden oder hergestellten Gegenstands ist es notwendig, dass die Bearbeitungsvorrichtung wenigstens teilweise in einer Ebene parallel zu der Baufläche bewegbar ist. Die Koordinaten eines Punktes oder eines Objekts innerhalb einer Ebene können mittels zwei Koordinatensystemen beschrieben werden. So erfolgt beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem die Ortsangabe über die Abszisse x und Ordinate y, während in einem Koordinatensystem mit Polarkoordinaten die Position durch den Abstand von einem vorgegebenen festen Punkt r und den Winkel α zu einer festen Richtung festgelegt wird. Die Beschreibung einer Bewegung erfolgt in beiden Koordinatensystemen mittels zwei Bewegungskomponenten aus der Differenz zwischen der jeweiligen End- und Anfangsposition. For mechanical processing of the article to be produced or manufactured, it is necessary that the processing device is at least partially movable in a plane parallel to the construction surface. The coordinates of a point or an object within a plane can be described by means of two coordinate systems. Thus, for example, in a Cartesian coordinate system, the location is indicated by the abscissa x and ordinate y, while in a coordinate system with polar coordinates, the position is determined by the distance from a given fixed point r and the angle α to a fixed direction. The description of a movement in both coordinate systems by means of two components of motion from the difference between the respective end and initial position.
Ist die Bearbeitungseinrichtung an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet, so wird es ermöglicht, dass bereits eine Bewegungskomponente für die Bewegung der Bearbeitungseinrichtung mittels Bewegung der Schichtpräparierungseinrichtung realisierbar ist. Eine zusätzliche Antriebseinheit für eine erste Bewegungskomponente der Bearbeitungseinrichtung ist somit nicht notwendig. Mittels der beweglichen Anordnung der Bearbeitungsvorrichtung wird schließlich die zweite Bewegungskomponente realisiert. Die Bewegung der Bearbeitungsvorrichtung entlang der Schichtpräparierungseinrichtung sowie die Bewegung der Schichtpräparierungseinrichtung führt zur Realisierung beider Bewegungskomponenten, so dass die Bearbeitungseinrichtung in einer Ebene parallel zur Baufläche bewegbar ist.If the processing device is arranged on the layer preparation device, then it is possible that a movement component for the movement of the processing device by means of movement of the layer preparation device can already be realized. An additional drive unit for a first movement component of the processing device is thus not necessary. By means of the movable arrangement of the processing device finally the second movement component is realized. The movement of the processing device along the layer preparation device as well as the movement of the layer preparation device leads to the realization of both movement components, so that the processing device is movable in a plane parallel to the construction surface.
Eine derartige Anordnung der Bearbeitungseinrichtung ermöglicht somit eine deutliche Reduktion des Konstruktions- und Wartungsaufwands bei gleichzeitig verbesserter Präzision der Bearbeitungseinrichtung. Durch die Einsparung von wenigstens einer Antriebseinheit kann das System kostengünstiger, kompakter sowie wartungsunanfälliger hergestellt werden.Such an arrangement of the processing device thus enables a significant reduction of the design and maintenance effort while improving the precision of the processing device. By saving on at least one drive unit, the system can be made cheaper, more compact and less maintenance-prone.
Fräsvorrichtungen ermöglichen eine präzise, effiziente und kostengünstige spanende Bearbeitung des wenigstens teilweise hergestellten Objekts. Des Weiteren sind Fräser seit Jahrzehnten bekannte Bearbeitungsmittel, mit deren Umgang intensive Erfahrungen bestehen.Milling devices enable a precise, efficient and cost-effective machining of the at least partially manufactured object. Furthermore, milling cutters have been known processing means for decades, and their handling has been intensively experienced.
Die Relativbewegung zwischen der Fräsvorrichtung und dem hergestellten Objekt auf einer Achse parallel zu der Fräsvorrichtung erfolgt somit ausschließlich durch Bewegung des Objekts.The relative movement between the milling device and the manufactured object on an axis parallel to the milling device thus takes place exclusively by movement of the object.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung eine Fräsvorrichtung aufweist, wobei die Fräsvorrichtung einen Fräskopf und einen Fräskörper aufweist und der Fräskopf lösbar an dem Fräskörper befestigbar ist.A likewise advantageous embodiment of the device is characterized in that the processing device has a milling device, wherein the milling device has a milling head and a milling body and the milling head is detachably fastened to the milling body.
Eine derartige Ausführungsform ermöglicht einen schnellen und kostengünstigen Wechsel des Fräskopfes. Dies ist insbesondere bei auftretendem Verschleiß des Fräskopfes oder geänderte Fräsanforderungen, wie beispielsweise anderes Aufbaumaterial, notwendig.Such an embodiment allows a quick and inexpensive change of the milling head. This is necessary in particular in the event of wear of the milling head or changed milling requirements, such as, for example, other construction material.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform weist die Bearbeitungseinrichtung eine Antriebseinheit auf, wobei die Antriebseinheit an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet ist.In a likewise advantageous embodiment, the processing device has a drive unit, wherein the drive unit is arranged on the layer preparation device.
Mittels der Antriebseinheit kann die zweite Bewegungskomponente realisiert und elektrisch gesteuert umgesetzt werden. Eine derartige Ausführungsform bedingt den Vorteil, dass die Bearbeitungseinrichtung als kompakte Baueinheit hergestellt werden kann. Diese lässt sich anschließend ohne großen Aufwand an der Schichtpräparierungseinheit montieren. Zudem ermöglicht diese Ausführungsform eine präzise Bewegung von beispielsweise einzelnen Komponenten der Bearbeitungseinrichtung.By means of the drive unit, the second movement component can be realized and implemented electrically controlled. Such an embodiment has the advantage that the processing device can be manufactured as a compact unit. This can then be mounted without much effort on the layer preparation unit. In addition, this embodiment enables a precise movement of, for example, individual components of the processing device.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung eine Fräsvorrichtung und eine Antriebseinheit aufweist, wobei die Fräsvorrichtung mittels der Antriebseinheit beweglich an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet ist.A likewise advantageous embodiment is characterized in that the processing device has a milling device and a drive unit, wherein the milling device is arranged movably on the layer preparation device by means of the drive unit.
Mittels einer derartigen Ausführungsform wird eine präzise Bewegung der Fräsvorrichtung ermöglicht. Die Antriebseinheit ermöglicht dabei vorteilhafterweise die Bewegung der Fräsvorrichtung in lediglich eine Bewegungsrichtung. Vorteilhafterweise ist die Antriebseinheit somit eine Lineareinheit.By means of such an embodiment, a precise movement of the milling device is made possible. The drive unit advantageously allows the movement of the milling device in only one direction of movement. Advantageously, the drive unit is thus a linear unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtpräparierungseinrichtung eine Klinge zur Schichtpräparierung aufweist, dass die Bearbeitungseinrichtung zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials eine Fräsvorrichtung aufweist und dass die Fräsvorrichtung auf einer Achse parallel zu der Längsachse der Klinge beweglich an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the device is characterized in that the layer preparation device has a blade for blade preparation, that the machining device for machining at least portions of the solidified build material has a milling device and that the milling device is movable on an axis parallel to the longitudinal axis of the blade the layer preparation device is arranged.
Dies Ausführungsform ermöglicht eine exakte Bewegung der Fräsvorrichtung entlang einer parallelen Achse zu der Klinge. Diese exakte Bewegungsvorgabe ermöglicht eine präzise räumliche Anordnung der Fräsvorrichtung.This embodiment allows for accurate movement of the milling device along a parallel axis to the blade. This exact movement specification allows a precise spatial arrangement of the milling device.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtpräparierungseinrichtung eine Klinge zur Schichtpräparierung aufweist, dass die Bearbeitungseinrichtung zum mechanischen Bearbeiten von wenigstens Teilbereichen des verfestigten Aufbaumaterials eine Fräsvorrichtung aufweist und dass die Fräsvorrichtung ausschließlich auf einer Achse parallel zu der Längsachse der Klinge beweglich an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet ist.A likewise advantageous embodiment of the device is characterized in that the layer preparation device has a blade for blade preparation, that the processing device has a milling device for mechanically processing at least partial regions of the solidified construction material, and that the milling device is arranged movably on the layer preparation device exclusively on an axis parallel to the longitudinal axis of the blade.
Eine derartige Ausführungsform ermöglicht eine vereinfachte Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrichtung. Für eine dem Herstellungsprozess anschließende Bearbeitung des hergestellten Objekts wird die Fräsvorrichtung oberhalb des zu bearbeitenden Bereichs gefahren. Anschließend wird das Objekt samt umgebenden unverfestigtem Aufbaumaterial dem Fräskopf entgegengefahren. Die Relativbewegung zwischen der Fräsvorrichtung und dem hergestellten Objekt auf einer Achse parallel zu der Fräsvorrichtung erfolgt somit ausschließlich durch Bewegung des Objekts. Die Fräsvorrichtung ist folglich vorteilhafterweise nicht höhenverstellbar.Such an embodiment enables a simplified embodiment of the processing device. For a subsequent processing of the manufacturing process of the manufactured object, the milling device is moved above the area to be machined. Subsequently, the object, including the surrounding unconsolidated building material, is driven counter to the milling head. The relative movement between the milling device and the manufactured object on an axis parallel to the milling device thus takes place exclusively by movement of the object. The milling device is therefore advantageously not height adjustable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die Schichtpräparierungseinrichtung drehbar um eine Rotationsachse angeordnet.In a further advantageous embodiment of the device, the layer preparation device is rotatably arranged about an axis of rotation.
Eine um eine Rotationsachse bewegliche Schichtpräparierungseinrichtung bedingt eine beschleunigte Präparation der Pulverschicht auf dem ersten Träger und somit einen beschleunigten Herstellungsprozess. Die Schichtpräparierungseinrichtung bewegt sich über den ersten Träger und erzeugt eine homogene Pulverschicht. Während des anschließenden Bestrahlungsschrittes zur Verfestigung des Pulvers kann sich die Schichtpräparierungseinrichtung ohne Beeinflussung des Herstellungsprozesses weiterdrehen und wieder in eine Ausgangsstellung für die nächste Schichtpräparation bringen. Ein mehrfaches Überfahren der Pulverschicht, wie es im Stand der Technik notwendig ist, entfällt. Des Weiteren wird mittels der Rotation der Schichtpräparierungseinrichtung und der beweglichen Anordnung der Bearbeitungseinrichtung an der Schichtpräparierungseinrichtung eine völlig zweidimensionale Bewegung von Teilen der Bearbeitungseinrichtung ermöglicht.A layer preparation device which is movable about an axis of rotation causes an accelerated preparation of the powder layer on the first carrier and thus an accelerated production process. The layer preparation device moves over the first carrier and produces a homogeneous powder layer. During the subsequent irradiation step for solidifying the powder, the layer preparation device can continue to rotate without influencing the production process and bring it back into a starting position for the next layer preparation. A multiple crossing of the powder layer, as required in the prior art, is eliminated. Furthermore, a completely two-dimensional movement of parts of the processing device is made possible by means of the rotation of the layer preparation device and the movable arrangement of the processing device on the layer preparation device.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die Schichtpräparierungseinrichtung eine Rotationseinheit auf, wobei die Rotationseinheit um 360° drehbar um eine Rotationsachse angeordnet ist.In a likewise advantageous embodiment of the device, the layer preparation device has a rotation unit, wherein the rotation unit is arranged rotatable about 360 ° about an axis of rotation.
Eine Rotationseinheit ermöglicht eine einfache Realisierung von einzelnen Komponenten der Schichtpräparierungseinrichtung. Vorzugsweise ist die Klingenvorrichtung an der Rotationseinheit angeordnet. Die Rotation um 360° ermöglicht einen kontinuierlichen Herstellungsvorgang ohne mehrfaches Überfahren der Schichtpräparierungseinrichtung von Bereichen der Bauplattform zwischen einzelnen Bestrahlungsvorgängen.A rotation unit enables a simple realization of individual components of the layer preparation device. Preferably, the blade device is arranged on the rotation unit. The rotation through 360 ° allows a continuous manufacturing process without multiple driving over the layer preparation device of areas of the construction platform between individual irradiation processes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtpräparierungseinrichtung genau eine Klinge zur Schichtpräparierung aufweist.In a further advantageous embodiment, the device is characterized in that the layer preparation device has exactly one blade for layer preparation.
Die Klinge ist die Vorrichtung der Schichtpräparierungseinrichtung, die in direktem Kontakt mit dem pulverförmigen Aufbaumaterial steht. Sie ist als beispielsweise starres Element ausgebildet und mit Ausnahme zu Justagezwecken vor dem Herstellungsprozess nicht beweglich an der Schichtpräparierungseinrichtung angeordnet. Eine derartige Ausführungsform bedingt den Vorteil, dass die gesamte Schichtpräparierungsvorrichtung mechanisch einfach hergestellt werden kann, wodurch Kosten und Wartungsarbeiten eingespart werden können. Des Weiteren verringert eine starre Klinge etwaige Ungenauigkeiten während des Herstellungsprozesses durch ein unbeabsichtigtes Verschieben oder Verstellen.The blade is the device of the layer preparation device that is in direct contact with the powdery building material. It is designed as a rigid element, for example, and is not arranged movably on the layer preparation device except for adjustment purposes before the production process. Such an embodiment has the advantage that the entire layer preparation device can be made mechanically simple, whereby costs and maintenance can be saved. Furthermore, a rigid blade reduces any inaccuracies during the manufacturing process by unintentional shifting or misalignment.
Die Klinge weist vorteilhafterweise eine Gummilippe aus oder ist gänzlich als solche ausgebildet.The blade advantageously has a rubber lip or is designed entirely as such.
Eine Gummilippe bedingt den Vorteil, dass kleine Unebenheiten des hergestellten Objekts während Beschichtungsvorgängen diesen nicht behindern. Des Weiteren sind Gummilippen günstig in der Herstellung, was wiederum die Wartungskosten reduziert.A rubber lip has the advantage that small bumps of the object produced during coating operations do not hinder this. Furthermore, rubber lips are inexpensive to manufacture, which in turn reduces maintenance costs.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine innerhalb der Prozesskammer angeordnete zweite Trägervorrichtung mit einem höhenverstellbaren Träger zum Tragen des Aufbaumaterials auf.In an advantageous embodiment, the device has a second carrier device arranged within the process chamber with a height-adjustable support for carrying the building material.
Mittels einer derartigen Ausführungsform wird es ermöglicht, dass das für den Herstellungsprozess benötigte pulverförmige Aufbaumaterial in der zweiten Trägervorrichtung und somit bereits vor Herstellungsbeginn vollständig innerhalb der Prozesskammer aufbewahrt werden kann. Die zweite Trägervorrichtung dient somit als Reservoir für das Aufbaumaterial. Die bewegliche Schichtpräparierungseinrichtung transportiert das Material schließlich von der zweiten auf die erste Trägervorrichtung und erzeugt eine homogene Pulverschicht auf dem ersten Träger. Dies bedingt eine Reduktion der Gefahr möglicher Oxidationen des Aufbaumaterials. Zudem kann das Aufbaumaterial auf eine einfache und wartungsarme Weise von dem Reservoir zu der ersten Trägervorrichtung transportiert und für den Herstellungsprozess bereitgestellt werden.By means of such an embodiment, it is possible that the powdery building material required for the manufacturing process in the second carrier device and thus already before production start can be stored completely within the process chamber. The second carrier device thus serves as a reservoir for the building material. The movable layer preparation device finally transports the material from the second to the first carrier device and generates a homogeneous powder layer on the first carrier. This requires a reduction in the risk of possible oxidation of the building material. In addition, the building material can be transported in a simple and low-maintenance manner from the reservoir to the first support device and provided for the manufacturing process.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer eine Bodenwandung mit wenigstens zwei Öffnungen aufweist und über eine Öffnung das pulverförmige Aufbaumaterial in die Prozesskammer transportierbar ist. A likewise advantageous embodiment of the device is characterized in that the process chamber has a bottom wall with at least two openings and the powdery building material can be transported into the process chamber via an opening.
Eine derartige Ausführungsform ermöglicht einen leichten und effizienten Zufuhrprozess des pulverförmigen Aufbaumaterials.Such an embodiment enables an easy and efficient feeding process of the powdery building material.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Dabei zeigenFurther features and embodiments of the device according to the invention will be explained in connection with the following description of the figures. Show
In der
In der
In der
Wie bereits im Zusammenhang mit der
In der
Wie bereits im Zusammenhang mit den
Die Bearbeitungseinrichtung
In der
Zuzüglich zu der Schichtpräparierungseinrichtung
An der Antriebseinheit
Der Innenseite
Die Bearbeitungseinrichtung
In der
Wie bereits voran erwähnt ist in der
Die Fräsvorrichtung
Des Weiteren ist der Abstand zwischen der Innenseite
Die
Mittels der Antriebseinheit
In der
Ebenfalls ersichtlich wird in der
In der
Des Weiteren sind die Antriebseinheit
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Vorrichtungcontraption
- 200200
- Prozesskammerprocess chamber
- 201201
- Zugangsöffnungaccess opening
- 210210
- ProzesskammerwandungProzesskammerwandung
- 211211
- Deckenwandungtop wall
- 212212
- Seitenwandungsidewall
- 213213
- Verschlusswandungclosing wall
- 214214
- Absaugöffnungsuction
- 215215
- Verschlussvorrichtungclosure device
- 216216
- Sicherheitseinrichtungsafety device
- 217217
- Schutzglasprotective glass
- 220220
- Bodenwandungbottom wall
- 220a220a
- Prozessbereichprocess area
- 220b220b
- Begrenzungsbereichlimiting region
- 220c220c
- Auffangbereichcatch area
- 221221
- Innenseiteinside
- 222222
- Außenseiteoutside
- 223a223a
- Öffnungopening
- 223b223b
- Öffnungopening
- 223c223c
- Öffnungopening
- 230230
- GaskreislaufGas circuit
- 231231
- StutzenSupport
- 232232
- Auslassstutzenoutlet
- 233233
- Leitungmanagement
- 300300
- erste Trägervorrichtungfirst carrier device
- 350350
- zweite Trägervorrichtungsecond carrier device
- 400400
- Bestrahlungsvorrichtungirradiator
- 500500
- SchichtpräparierungseinrichtungLayer preparation device
- 510510
- Antriebseinheitdrive unit
- 511511
- Konterringlock ring
- 512512
- Anschlussconnection
- 513513
- Anschlussconnection
- 520520
- Rotationseinheitrotation unit
- 521521
- Rotationsplatterotation plate
- 522522
- Führungsvorrichtungguiding device
- 523523
- Begrenzungselementlimiting element
- 524524
- Führungsstangeguide rod
- 530530
- Klingenvorrichtungsound device
- 531531
- Klingenhalterungblade holder
- 532532
- Klingeblade
- 533533
- MikrometerschraubeMicrometer
- 534534
- Befestigungselementfastener
- 535535
- Klingenkörperblade body
- 536536
- Klingenschwertblade sword
- 537537
- Befestigungselementfastener
- 600600
- Bearbeitungseinrichtungprocessing device
- 610610
- Kühlkörperheatsink
- 611611
- Verbindungselementconnecting member
- 620620
- Fräsvorrichtungmilling
- 621621
- Fräskopfmilling head
- 622622
- Fräskörpermilling body
- 623623
- Anschlussconnection
- 630630
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 631631
- Enkoderencoder
- 632632
- Motorengine
- B1B1
- Ausschnittneckline
- B2B2
- Ausschnittneckline
- AA
- Rotationsachseaxis of rotation
- BB
- Rotationsachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 4863538 [0005] US 4863538 [0005]
- US 5155324 [0005] US 5155324 [0005]
- EP 2598313 B1 [0007] EP 2598313 B1 [0007]
- EP 1439050 B1 [0009, 0009] EP 1439050 B1 [0009, 0009]
- EP 1289736 B2 [0011, 0012] EP 1289736 B2 [0011, 0012]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202017005861.8U DE202017005861U1 (en) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Device with a milling device for the production and surface treatment of a three-dimensional object |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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---|---|
DE202017005861U1 true DE202017005861U1 (en) | 2018-02-21 |
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ID=61564154
Family Applications (1)
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DE202017005861.8U Expired - Lifetime DE202017005861U1 (en) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Device with a milling device for the production and surface treatment of a three-dimensional object |
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---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |