DE202018003678U1

DE202018003678U1 - Beschichtungsvorrichtung für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts

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Publication number: DE202018003678U1
Application number: DE202018003678.1U
Authority: DE
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2028-08-08

Abstract

Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) als Aus- oder Nachrüstsatz für eine Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von Aufbaumaterial (15) an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen in einer Arbeitsebene (7), vorzugsweise in einem Baufeld (8), wobei die Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) um eine eigene Vorrichtungsachse, besonders bevorzugt um eine, insbesondere eigene, Längsachse (A), drehbar ist und zumindest zwei Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130) an ihrer Oberfläche (51) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtungsvorrichtung für eine Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen eines Aufbaumaterials, vorzugsweise eines Pulvers, und auf eine derartige Vorrichtung.
Bei additiven Schichtbauverfahren, wie beispielsweise dem Lasersintern oder Laserschmelzen, wird das herzustellende dreidimensionale Objekt Schicht für Schicht aus einem (insbesondere pulverförmigen) Aufbaumaterial erzeugt, indem wiederholt eine dünne Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht wird und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch Bestrahlen von einem Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechenden Stellen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt wird.
Das Aufbringen des Aufbaumaterials erfolgt dabei in der Regel durch ein Beschichtungselement eines Beschichters, beispielsweise eine Klinge, indem der Beschichter über die zu beschichtende Fläche so bewegt wird, dass das Beschichtungselement eine vorzugsweise vorab dosierte Menge an Aufbaumaterial zu einer gleichmäßig dünnen Schicht auszieht. Mit der Zeit kann es dabei zu einem Verschleiß des Beschichtungselements kommen, so dass dieses gegen ein neues Beschichtungselement ausgetauscht werden muss. Ferner kann ein Wechsel des Beschichtungselements auch beispielsweise erforderlich sein, um den Beschichter bzw. das Aufbringen der Pulverschicht an einen neuen Bauvorgang oder Schichtauftrag anzupassen, beispielsweise bei Verwendung unterschiedlicher Aufbaumaterialien oder Aufbringen von Schichten unterschiedlicher Dicke oder Verdichtung.
WO 2008/061764 A1 beschreibt eine additive Schichtbauvorrichtung, bei der pulverförmiges Aufbaumaterial mittels eines über ein Baufeld bewegbaren Beschichters erfolgt. Der Beschichter ist dabei zur Aufnahme verschiedener auswechselbarer Klingenmodule ausgebildet, wobei ein Klingenmodul im Wesentlichen zwei zueinander parallele Beschichtungsklingen umfasst.
Eine weitere additive Schichtbauvorrichtung ist aus der WO 2016/177516 A1 bekannt, bei der der Beschichter nach dem Aufbringen einer Schicht mittels einer Ausweich-Rückführbewegung in seine Ausgangslage zurückgeführt wird. Durch eine Wechselvorrichtung ist es möglich, ein Beschichtungselement des Beschichters im Zuge der Rückführbewegung auszutauschen.
Ein Wechsel eines Beschichtungselements erfolgt bei den in den o.g. Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen durch Austauschen des Beschichtungselements an dem Beschichter selbst, was einen manuellen Eingriff eines Bedieners bzw. das Vorhandensein einer zusätzlichen Vorrichtung zum automatischen Wechseln des Beschichtungselements erfordert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative bzw. verbesserte Beschichtungsvorrichtung für eine Schichtbauvorrichtung bzw. eine alternative bzw. verbesserte Schichtbauvorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen eines Aufbaumaterials bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann die Beschichtungsvorrichtung auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtung weitergebildet sein oder umgekehrt.
Eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung dient als Aus- oder Nachrüstsatz für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines vorzugsweise pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen, wobei das Aufbringen und Verfestigen des Aufbaumaterials in einer Arbeitsebene, vorzugsweise in einem Baufeld erfolgt. Die Beschichtungsvorrichtung ist um eine eigene Vorrichtungsachse, vorzugsweise um eine, insbesondere eigene, Längsachse, drehbar und umfasst an ihrer Oberfläche zumindest zwei Beschichtungselemente.
Eine derartige Beschichtungsvorrichtung dient zum Aufbringen und/oder Verdichten und/oder Glätten einer Schicht des Aufbaumaterials in der Arbeitsebene bzw. dem Baufeld durch Verfahren der Beschichtungsvorrichtung über die Arbeitsebene bzw. das Baufeld. Der Begriff „umfasst an ihrer Oberfläche“ schließt dabei nicht aus, dass sich die Beschichtungselemente zumindest teilweise in die Beschichtungsvorrichtung hinein erstrecken, beispielsweise zum Zweck der Befestigung der Beschichtungselemente an der Beschichtungsvorrichtung. Der Begriff meint vielmehr insbesondere, dass die Beschichtungselemente Erhöhungen an der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung ausbilden.
Mit einer derartigen Beschichtungsvorrichtung ist es beispielsweise möglich, eine Schicht des Aufbaumaterials in dem Baufeld aufzubringen und/oder zu glätten und/oder zu verdichten, wobei für verschiedene Abschnitte einer Schicht und/oder für verschiedene Aufbaumaterialschichten und/oder für verschiedene Bauvorgänge auf einfache Art und Weise unterschiedliche Beschichtungselemente verwendet werden können.
Vorzugsweise sind die Beschichtungselemente zumindest im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung, d.h. während dem Verfahren der Beschichtungsvorrichtung über die Arbeitsebene bzw. das Baufeld, in einem vorab definierten Winkel, beispielsweise zu einer Tangentialebene (T), zu der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung an der Beschichtungsvorrichtung fixiert bzw. befestigt.
Der vorab definierte Winkel ermöglicht es beispielsweise, insbesondere in Verbindung mit einer definierten Rotationsstellung der Beschichtungsvorrichtung in Bezug auf ihre Vorrichtungsachse, ein Beschichtungselement in einer definierten Position über das Baufeld zu verfahren, beispielsweise um einen definierten und reproduzierbaren Schichtauftrag sicherzustellen.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsvorrichtung derart ausgebildet, dass ein erstes Beschichtungselement durch Rotation der Beschichtungsvorrichtung um die Vorrichtungsachse in eine erste, bevorzugt in Richtung der Arbeitsebene bzw. des Baufelds orientierte, Beschichtungsposition zum Aufbringen und/oder Glätten und/oder Verdichten zumindest eines Abschnitts einer aufzubringenden Schicht des Aufbaumaterials gebracht werden kann und dass ein zweites Beschichtungselement durch Rotation der Beschichtungsvorrichtung um die Vorrichtungsachse in eine zweite, bevorzugt in Richtung des Baufelds orientierte, Beschichtungsposition zum Aufbringen und/oder Glätten und/oder Verdichten zumindest eines Abschnitts einer Schicht des Aufbaumaterials gebracht werden kann, wobei die erste und zweite Beschichtungsposition bevorzugt im Wesentlichen identisch sind. Die erste und zweite Beschichtungsposition sind dabei insbesondere durch eine erste bzw. eine zweite Rotationsstellung der Beschichtungsvorrichtung in Bezug auf ihre Vorrichtungsachse gegeben. Dadurch ist es beispielsweise möglich, auf einfache Art und Weise einen Beschichtungselementewechsel durchzuführen. Da hierzu lediglich eine Rotation der Beschichtungsvorrichtung um ihre Vorrichtungsachse erforderlich ist, kann ein derartiger Beschichtungselementewechsel beispielsweise automatisch erfolgen, d.h. ohne einen Eingriff eines Benutzers.
Vorzugsweise sind die Beschichtungselemente zumindest im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung, d.h. während dem Verfahren der Beschichtungsvorrichtung über die Arbeitsebene bzw. das Baufeld, auf Radiusvektoren, ausgehend von der Vorrichtungsachse zu einem Punkt auf einem äußeren Umfang bzw. der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung, fixiert bzw. angeordnet. Damit ist beispielsweise eine Beschichtungsvorrichtung bereitgestellt, bei der die Beschichtungselemente durch Rotation der Beschichtungsvorrichtung um die Vorrichtungsachse jeweils in eine Beschichtungsposition bringbar sind.
Vorzugsweise umfasst zumindest ein Beschichtungselement eine Klinge, weiter bevorzugt ist zumindest ein Beschichtungselement als Klinge ausgebildet. Damit ist beispielsweise ein einfach zu realisierendes und/oder flexibel einsatzbares Beschichtungselement bereitgestellt. Alternativ kann zumindest ein Beschichtungselement als vorzugsweise flexibles Abziehelement, beispielsweise als eine Gummilippe und/oder Bürste ausgebildet sein und/oder zumindest ein Beschichtungselement kann als Beschichtungswalze ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind zumindest zwei der Beschichtungselemente im Wesentlichen identisch. Dies ermöglicht es beispielsweise, bei einem Verschleiß und/oder einer Verunreinigung eines ersten Beschichtungselements dieses auf einfache Art und Weise durch eine Drehbewegung um die Vorrichtungsachse gegen ein zweites mindestens im Wesentlichen identisches Beschichtungselement auszutauschen, insbesondere auch während des Bauvorgangs und ohne den Bauvorgang z.B. durch Öffnen einer Prozesskammer, in der der Bauvorgang stattfindet, zu unterbrechen.
Alternativ oder zusätzlich unterscheiden sich zumindest zwei der Beschichtungselemente voneinander, vorzugsweise in einer Geometrie und/oder in zumindest einem Material, aus dem sie gefertigt sind. Dies ermöglicht es beispielsweise, ein erstes Beschichtungselement während und/oder nach einem Bauvorgang gegen ein zweites Beschichtungselement auszutauschen, beispielsweise um verschiedene Klingenformen in einem Bauvorgang einsetzen zu können und/oder bei Verwendung verschiedener Aufbaumaterialien. Auch können dadurch beispielsweise unterschiedliche Beschichtungselemente bereitgestellt sein, denen unterschiedliche Aufgaben zugeordnet sind, wie das Ausziehen von pulverförmigen Aufbaumaterial zu einer gleichmäßigen Schicht und/oder das Glätten und/oder Verdichten der aufgebrachten Schicht.
Vorzugsweise sind die Beschichtungselemente entnehmbar an der Beschichtungsvorrichtung angebracht, d.h. die Beschichtungselemente sind an die Beschichtungsvorrichtung anbringbar und von dieser lösbar und/oder die Beschichtungselemente sind aktivierbare Beschichtungselemente, beispielsweise an der Beschichtungsvorrichtung klappbar und/oder herausfahrbar vorgesehene Beschichtungselemente. Die Beschichtungselemente können beispielsweise mittels einer lösbaren kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung an der Beschichtungsvorrichtung anbringbar sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine an einen speziellen Bauvorgang angepasste Auswahl verschiedener Beschichtungselemente und/oder eine bestimmte Anzahl von Beschichtungselementen an der Beschichtungsvorrichtung bereitzustellen und/oder bei Verschleiß der Beschichtungselemente lediglich diese und nicht die gesamte Beschichtungsvorrichtung auszutauschen.
Weiter bevorzugt sind in einer Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung Aufnahmevertiefungen bzw. Ausnehmungen vorgesehen zur Aufnahme der entnehmbaren, vorzugsweise über zumindest einen Teilbereich komplementär zu den Aufnahmevertiefungen ausgestalteten Beschichtungselementen, wobei die Aufnahmevertiefungen besonders bevorzugt in Richtung der Vorrichtungsachse (d.h. in axialer Richtung) in die Aufnahmevertiefungen einschiebbar sind. Hierzu können die Aufnahmevertiefungen beispielsweise zumindest abschnittsweise in eine Richtung von der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung zu der Vorrichtungsachse hin (d.h. in radialer Richtung) einen sich vergrößernden Querschnitt zum formschlüssigen Befestigen aufweisen, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Beschichtungselemente in radialer Richtung zu verhindern. Durch die Aufnahmevertiefungen sind beispielsweise Anordnungsplätze für die Beschichtungselemente gegeben, in die je nach Bedarf identische und/oder unterschiedliche Beschichtungselemente eingebracht werden können, wobei die Anordnungsplätze auch unbesetzt bleiben können. Alternativ oder ergänzend können die Aufnahmevertiefungen auch ausgebildet sein, um ein kraftschlüssiges Befestigen des jeweiligen Beschichtungselements in der Aufnahmevertiefung zu ermöglichen. Hierbei kann weiterhin vorgesehen sein, innerhalb einer solchen Aufnahmevertiefung zwischen der Vorrichtungsachse und der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung ein elastisches Element, beispielsweise eine Feder, anzubringen, welches mithilfe eines Kraftübertrags in Richtung der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung auf einen Basisbereich, d. h. einem der Oberfläche der Beschichtungsvorrichtung bzw. der Aufnahmevertiefung zugewandten Bereich, des Beschichtungselements drücken kann.
Vorzugsweise umfasst die Beschichtungsvorrichtung einen Zylinder, besonders bevorzugt eine Walze. Damit ist beispielsweise eine Beschichtungsvorrichtung bereitgestellt, die um eine eigene Längsachse drehbar ist.
Vorzugsweise sind zumindest zwei, vorzugsweise mehrere Beschichtungselemente, auf einer Oberfläche der Walze, vorzugsweise in einer Umfangsrichtung des Zylinders bzw. der Walze, regelmäßig voneinander beabstandet und/oder parallel zueinander angeordnet. Damit sind beispielsweise definierte Anordnungspositionen der Beschichtungselemente bereitgestellt, so dass ein Beschichtungselement auf einfache Art und Weise durch eine Rotation der Beschichtungsvorrichtung um einen definierten Winkel um ihre Vorrichtungsachse in eine Beschichtungsposition drehbar ist, d.h. beispielsweise für einen Schichtauftrag verwendet werden kann.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Beschichtungselemente im Wesentlichen entlang ihrer Längserstreckung (d.h. ihrer Haupterstreckungsrichtung in Bezug auf ihre Abmessungen) parallel zu der Vorrichtungsachse angeordnet. Dies ist beispielsweise bei einem Schichtauftrag durch Verfahren der Beschichtungsvorrichtung senkrecht zur Vorrichtungsachse besonders vorteilhaft.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises selektives Verfestigen von, bevorzugt pulverförmigem, Aufbaumaterial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen und umfasst eine über eine Arbeitsebene, bevorzugt über ein Baufeld, in eine Beschichtungsrichtung bewegbare Beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials auf das Baufeld, wobei die Beschichtungsvorrichtung als eine oben beschriebene Beschichtungsvorrichtung ausgebildet ist. Damit ist es beispielsweise möglich, die oben in Bezug auf die Beschichtungsvorrichtung beschriebenen Wirkungen auch in einer additiven Schichtbauvorrichtung zu erzielen.
Vorzugsweise verläuft die Beschichtungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Vorrichtungsachse der Beschichtungsvorrichtung. Damit ist beispielsweise ein Schichtauftrag auf einfache Art und Weise durch Verfahren der Beschichtungsvorrichtung in Beschichtungsrichtung möglich.
Vorzugsweise weist eine Abmessung der Beschichtungsvorrichtung entlang ihrer Vorrichtungsachse und/oder eine Abmessung zumindest eines Beschichtungselements entlang der Richtung der Vorrichtungsachse mindestens eine Breite des Baufelds und/oder eines Beschichtungsbereichs, in dem ein Schichtauftrag erfolgen soll, auf. Damit ist beispielsweise sichergestellt, dass das Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials mindestens über die gesamte Breite des Baufelds bzw. des Beschichtungsbereichs erfolgt.
Vorzugsweise ist die Beschichtungsvorrichtung zusätzlich in eine Richtung senkrecht zur Arbeitsebene bzw. zum Baufeld bewegbar. Durch eine derartige Höhenverstellbarkeit der Beschichtungsvorrichtung ist es beispielsweise möglich, einen Abstand eines Beschichtungselements von einer zuvor aufgeberachten Schicht einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit einer gewünschten Dicke und/oder Verdichtung einer aufzubringenden Schicht.
Ein Verfahren zum Auswechseln eines ersten Beschichtungselements im Betrieb einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von vorzugsweise pulverförmigem Aufbaumaterial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen erfolgt unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung. Die Beschichtungsvorrichtung wird in dem Verfahren um ihre Vorrichtungsachse gedreht, um ein zweites der Beschichtungselemente an eine Beschichtungsposition zum Aufbringen und/oder Glätten und/oder Verdichten zumindest eines Abschnitts einer aufzubringenden Schicht des Aufbaumaterials zu bringen, an welcher Beschichtungsposition zuvor das erste der Beschichtungselemente positioniert war. Mit dem Verfahren ist es beispielsweise möglich, auf einfache Art und Weise einen Beschichtungselementewechsel durchzuführen, insbesondere automatisch, d.h. ohne einen Eingriff eines Benutzers.
Ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von vorzugsweise pulverförmigem Aufbaumaterial umfasst die Schritte:

Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials mittels einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung,
selektives Verfestigen des Aufbaumaterials an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels einer Verfestigungsvorrichtung, beispielsweise einer Belichtungsvorrichtung, und
Wiederholen der Schritte des Aufbringens und des selektiven Verfestigens, bis das dreidimensionale Objekt fertiggestellt ist.

Dabei wird zumindest einmal während und/oder vor und/oder nach der Herstellung des dreidimensionalen Objekts ein Beschichtungselementewechsel unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zum Auswechseln eines Beschichtungselements durchgeführt.
Mit diesem Verfahren ist es beispielsweise möglich, ein dreidimensionales Objekt auf einfache Art und Weise unter Verwendung verschiedener Beschichtungselemente herzustellen und/oder ein Beschichtungselement, welches beispielsweise verschmutzt oder abgenutzt ist, auf einfache Art und Weise während dem Bauvorgang durch ein neues Beschichtungselement auszuwechseln.
Die oben beschriebenen Verfahren können auch durch die obenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.

1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2a ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines ersten Ausführungsbeispiels einer Beschichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten Vorrichtung geeignet ist, 2b zeigt einen Ausschnitt der in 2a gezeigten Beschichtungsvorrichtung in der seitlichen Ansicht und 2c zeigt einen Ausschnitt gemäß einer Weiterbildung der in 2a, 2b gezeigten Beschichtungsvorrichtung in derselben Ansicht wie 2b,
3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der in 1 gezeigten Arbeitsebene und der in 1 bzw. 2a-c gezeigten Beschichtungsvorrichtung von oben,
4a ist eine schematische Schnittansicht der in 2a-c verwendeten Beschichterklinge, Fig. 4b und 4c sind schematische Schnittansichten von weiteren Ausführungsbeispielen für Beschichterklingen zur Verwendung in der in 2a-c gezeigten Beschichtungsvorrichtung,
5a und 5b sind schematische Schnittansichten einer zweiten Ausführungsform einer Beschichtungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und 5c zeigt eine schematische Schnittansicht einer Weiterbildung der zweiten Ausführungsform,
6a ist eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels und 6b ist eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts der Beschichtungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 eine Ausführungsform einer additiven Schichtbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersintervorrichtung oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4.
In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Behälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiter einen Vorratsbehälter 14 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Aufbaumaterial 15 und eine als ein Beschichter ausgebildete Beschichtungsvorrichtung 160. Der Vorratsbehälter 14 umfasst vorzugsweise eine Dosiereinrichtung (nicht gezeigt) zum Dosieren einer aus dem Vorratsbehälter 14 abzugebenden Pulvermenge. Der Vorratsbehälter 14 ist vorzugsweise fest in der Vorrichtung 1 in einer Befüllposition oberhalb der Beschichtungsvorrichtung 160 außerhalb des Baufelds 8 angeordnet. Die Beschichtungsvorrichtung 160 ist in einer horizontalen Richtung H, welche im Folgenden auch als Beschichtungsrichtung bezeichnet wird, bewegbar in der Vorrichtung 1 angeordnet zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb eines Beschichtungsbereichs (in 1 nicht gezeigt) der Arbeitsebene 7. Der Beschichtungsbereich kann beispielsweise das Baufeld 8 sein. Weiter ist der als Beschichtungsvorrichtung 160 ausgebildete Beschichter so in der Vorrichtung 1 angeordnet, dass er um eine eigene Beschichterachse A, vorzugsweise eine eigene Längsachse, drehbar ist. Die Beschichterachse A verläuft in 1 senkrecht zur Zeichnungsebene. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen des Beschichters werden weiter unten mit Bezug auf die 2 bis 7 beschrieben.
Optional ist in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet, die zum Beheizen des aufgebrachten Aufbaumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinheit auch teilweise oder ganz außerhalb der Vorrichtung angebracht sein. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann.
Eine erste Ausführungsform einer als Beschichter 16 ausgebildeten Beschichtungsvorrichtung 160 wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2a, Fig. 2b und 3 beschrieben. Der in 2a gezeigte Beschichter 16 ist im Wesentlichen als eine Walze, d.h. als ein gerader Kreiszylinder, ausgebildet mit einer zylinderförmigen Oberfläche 51, wobei dessen Stirnflächen 50 kreisförmig sind. Der äußere Umfang 52 des Zylinders ist somit im Wesentlichen ein Kreis, welcher in Fig. 2a beispielhaft an der Stirnfläche 50 gezeigt ist. Durch den Mittelpunkt M der im Wesentlichen kreisförmigen Stirnflächen erstreckt sich die Längsachse A des Zylinders. Somit ist die Längsachse A die Vorrichtungsachse des Beschichters 16. Der Beschichter 16 ist um die Längsachse A drehbar in der Vorrichtung 1 angeordnet, was durch den Pfeil D in 2a angedeutet ist. Entlang der Längsachse A erstreckt sich der Beschichter 16 im Wesentlichen über eine Länge L.
Auf oder an der Oberfläche 51 des Beschichters 16 sind mehrere, beispielsweise vier, als Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 ausgebildete Beschichtungselemente angeordnet, die als Erhöhungen der Oberfläche 51 mit einer Höhe h ausgebildet sind und jeweils eine von der Oberfläche 51 weg weisende Beschichtungsfläche 35 aufweisen. Die Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 erstrecken sich jeweils über eine Länge K parallel zur Längsachse A des Beschichters 16, wobei die Länge K der Beschichterklingen höchstens so groß ist wie die Länge L des Beschichters 16. Sie sind im Wesentlichen auf Radiusvektoren angeordnet, wobei die Radiusvektoren jeweils von der Längsachse A zu einem Punkt auf der Oberfläche 51 bzw. auf den kreisförmigen äußeren Umfang 52 zeigen. In 2a sind beispielhaft die vier Radiusvektoren ${\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, {\vec{r}}_{4}$
gezeigt, die in der Stirnfläche 50 liegen. Die Radiusvektoren ${\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, {\vec{r}}_{4}$
sind dabei derart gewählt, dass sie die kreisförmige Stirnfläche 50 in vier gleich große Segmente unterteilen, also so, dass benachbarte Radiusvektoren jeweils einen Winkel von 90° einschließen, so dass die vier Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 in Umfangsrichtung parallel zueinander und regelmäßig voneinander beabstandet an der Oberfläche 51 angeordnet sind.
Die Beschichtungsfläche 35 ist bei den in 2a gezeigten Flachklingen 31, 32, 33, 34 als eine ebene Fläche ausgebildet, wobei die Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 so ausgebildet und an der Oberfläche 51 des Beschichters 16 angeordnet sind, dass die Beschichtungsfläche 35 jeweils im Wesentlichen parallel ist zu einer Tangentialebene T (s. 2b) in dem Punkt der Oberfläche 51, der durch den jeweiligen Radiusvektor ${\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3} bzw . {\vec{r}}_{4}$
festgelegt ist.
Bei der in 2a gezeigten Position bzw. Rotationsstellung des Beschichters 16 in Bezug auf die Längsachse A weist die Beschichtungsfläche 35 der dritten Beschichterklinge 33 senkrecht nach unten zu der (nicht gezeigten) Arbeitsebene 7 und ist in Beschichtungsposition vorzugsweise parallel zu der Arbeitsebene 7. Durch Drehen des Beschichters 16 um die Längsachse A im Uhrzeigersinn um 90° kann die zweite Beschichterklinge 32 in die Beschichtungsposition gebracht werden. Ebenso kann, ausgehend von der in 2a gezeigten Position, durch Rotation um die Längsachse A im Uhrzeigersinn um 180° bzw. um 270° die erste Beschichterklinge 31 bzw. die vierte Beschichterklinge 34 in die Beschichtungsposition gebracht werden. Die Rotation kann alternativ auch entgegen dem Uhrzeigersinn um einen entsprechenden Winkel erfolgen.
3 zeigt eine Aufsicht von oben auf einen Bereich der Arbeitsebene 7 und den in 2a-c gezeigten Beschichter 16 in einer Ruheposition außerhalb des gezeigten Bereichs der Arbeitsebene 7. Der in 3 gezeigte rechteckige Bereich der Arbeitsebene 7 umfasst einen ebenfalls rechteckigen Beschichtungsbereich 18, der beispielsweise eine Breite N' und eine Länge M' aufweist und ein Teilbereich der Arbeitsebene 7 ist. Innerhalb des Beschichtungsbereichs 18 liegt das Baufeld 8, das in 3 ebenfalls rechteckig ist mit einer Breite N und einer Länge M.
Die in 3 schematisch an dem Beschichter 16 gezeigte Beschichtungsfläche 35 der der Arbeitsebene 7 zugewandten Beschichterklinge erstreckt sich entlang der Längsachse A über die Länge K, wobei die Länge K der Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 vorzugsweise mindestens der Breite N des Baufelds entspricht. Der Beschichter 16 ist in 3 in Beschichtungsrichtung H parallel zur Breite N des Baufelds und entlang der Länge des Baufelds M hinweg bewegbar in der Vorrichtung 1 angeordnet, wobei die Beschichtungsrichtung H senkrecht zur Längsachse A des Beschichters 16 verläuft.
Die Breite N' des Beschichtungsbereichs 18 ist maximal die Länge K der Beschichterklingen und die Länge M' des Beschichtungsbereichs 18 ist abhängig von der Menge des durch den in 1 gezeigten Vorratsbehälter 14 ausgegebenen Aufbaumaterials.
Im Betrieb der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger 10 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Der Vorratsbehälter 14 gibt eine vorzugsweise vorab festgelegte Menge des Aufbaumaterials 15 an die Arbeitsebene 7 ab und der Beschichter 16, 16', 116, 160 fährt über einen Bereich der Arbeitsebene 7, den Beschichtungsbereich 18, und zieht das Aufbaumaterial dort mittels der in der Beschichtungsposition befindlichen Beschichterklinge 33 des Beschichters zu einer Pulverschicht aus. Optional wird das pulverförmige Aufbaumaterial 15 mittels einer Strahlungsheizung 17 auf eine Arbeitstemperatur aufgeheizt.
Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, sodass das pulverförmige Aufbaumaterial 15 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Dabei werden die Pulverkörner an diesen Stellen mittels der durch die Strahlung eingebrachte Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, so dass sie nach einer Abkühlung miteinander verbunden als Festkörper vorliegen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist und der Prozesskammer 3 entnommen werden kann.
Falls während oder nach einem Bauvorgang das für den Schichtauftrag verwendete erste Beschichtungselement 33 verschmutzt und/oder abgenutzt ist, so wird durch Rotation des Beschichters 16 um seine Längsachse A ein zweites Beschichtungselement 31, 32 oder 34 in die Beschichtungsposition gebracht zum Aufbringen einer weiteren Schicht oder eines Abschnitts einer Schicht des Aufbaumaterials.
Bei dem oben in Bezug auf Fig. 2a und 2b gezeigten Beschichter 16 sind die Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 51 bzw. deren Tangentialebene T angeordnet, d.h. im Wesentlichen in Verlängerung der Radiusvektoren. Wie in 2c gezeigt können die Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 jedoch auch in einem vorab definierten Winkel zu der Oberfläche 52 angeordnet sein, d.h. die Höhenerstreckung h der Beschichterklingen bildet mit dem jeweiligen Radiusvektor einen Anordnungswinkel α > 0°.
Auch können die in 2a, 2b und 2c als Flachklingen 30 (s. 4a) gezeigten Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 eine andere geometrische Form aufweisen. Beispielsweise kann die Klinge als Dachklinge 30' ausgebildet sein mit zwei schräg aufeinander zulaufenden Beschichtungsflächen 35' (4b) oder als Radiusklinge 30" mit einer abgerundeten Beschichtungsfläche 35" (4c).
Der in 2a gezeigte Beschichter 16 weist vier identische Beschichterklingen 31, 32, 33, 34 auf. Alternativ dazu können auch zumindest zwei der Beschichterklingen unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise können sie sich in ihrer Geometrie, d.h. dem Anordnungswinkel α (s. 2b, 2c) und/oder ihrer Klingenform (s. 4a-c), voneinander unterscheiden und/oder in zumindest einem Material, aus dem sie gefertigt sind.
Durch das Bereitstellen unterschiedlicher Beschichterklingen an dem Beschichter kann eine erste Schicht des Aufbaumaterials oder ein erster Abschnitt einer Schicht mit einer ersten Beschichterklinge aufgebracht werden und eine zweite Schicht des Aufbaumaterials bzw. ein zweiter Abschnitt einer Schicht mit einer zweiten Beschichterklinge, wobei die erste und die zweite Beschichterklinge unterschiedliche Klingen sind. Die aufgebrachten Schichten bzw. Schichtabschnitte können sich dabei beispielsweise in ihrer Schichtdicke und/oder Verdichtung und/oder Aufbaumaterial unterscheiden. Auch kann der Beschichter zum Aufbringen einer Pulverschicht den Beschichtungsbereich beispielsweise mindestens zweimal überfahren und bei seiner ersten Überfahrt das Pulver mittels einer ersten Beschichterklinge zu einer dünnen Schicht ausziehen und bei seiner zumindest zweiten Überfahrt die aufgebrachte Schicht mittels einer zweiten, sich von der ersten unterscheidenden, Beschichterklinge glätten und/oder verdichten. Der Beschichterelementwechsel von der ersten zu der zweiten Beschichterklinge erfolgt dabei wie oben beschrieben durch eine Drehung bzw. Rotation des Beschichters 16 um einen entsprechenden Winkel um die Längsachse A.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 5a, 5b eine zweite Ausführungsform des in 2a gezeigten Beschichters beschrieben. Der in 5a und 5b beschriebene Beschichter 16' unterscheidet sich im Wesentlichen von dem in 2a gezeigten Beschichter 16 dadurch, dass die Beschichterklingen nicht integral mit der Walze ausgebildet sind, sondern entnehmbar bzw. auswechselbar an dieser angebracht sind.
Hierzu weist die Walze Aufnahmevertiefungen 41, 42, 43, 44 auf, die zur Aufnahme separat von dem Beschichter 16' ausgebildeter Beschichterklingen 31', 32', 33' bzw. 34' ausgebildet sind. 5a zeigt die Stirnfläche 50 des Beschichters ohne Beschichterklingen und 5b mit eingesetzten Beschichterklingen.
Die Aufnahmevertiefungen 41, 42, 43, 44 sind an den in Bezug auf 2a beschriebenen Radiusvektoren ${\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, {\vec{r}}_{4}$
vorgesehen und bilden Ausnehmungen der Walze aus, d.h. sie erstrecken sich im Wesentlichen um eine Vertiefungshöhe c von der Oberfläche 51 bzw. dem äußeren Umfang 52 in Richtung der Längsachse A zu einem Vertiefungsgrund 45. In Richtung der Längsachse A (d.h. senkrecht zur Zeicheneben in 5a, 5b) erstrecken sich die Aufnahmevertiefungen 41, 42, 43, 44 im Wesentlichen parallel zur Längsachse A zumindest über die Länge K der Beschichterklingen 31', 32', 33', 34', vorzugsweise über die Länge L der Walze.
Die Beschichterklingen 31', 32', 33' bzw. 34' (in 5a ist lediglich die Beschichterklinge 32' gezeigt) umfassen jeweils einen ersten Abschnitt 38, der komplementär zu der jeweiligen Aufnahmevertiefung ausgebildet ist und sich entlang der Höhe der Beschichterklinge 32' um die Vertiefungshöhe c erstreckt. Ein zweiter Abschnitt 39 der Beschichterklinge 32' entspricht der in 2a gezeigten Beschichterklinge 32, d.h. er erstreckt sich im Wesentlichen über eine Höhe h und bildet den Abschnitt der Beschichterklinge 32', der als Erhöhung der Oberfläche 51 ausgebildet ist, wenn die Beschichterklinge 32' in die Aufnahmevertiefung 42 eingesetzt ist (5b). Selbiges gilt für die Beschichterklingen 31', 33' und 34'.
Die Beschichterklingen 31', 32', 33', 34' sind vorzugsweise mittels einer lösbaren Befestigung in der jeweiligen Aufnahmevertiefungen 41, 42, 43 bzw. 44 zumindest in radialer Richtung befestigbar, z.B. formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigbar.
5c zeigt ein Beispiel einer formschlüssigen Befestigung für eine Beschichterklinge 33" in einer Aufnahmevertiefung 43'. Die Querschnittsfläche der Aufnahmevertiefung 43' senkrecht zur Längsachse A bzw. in der Stirnfläche 50 nimmt zumindest abschnittsweise von der Oberfläche 51' zu der Vorrichtungsachse A hin (d.h. in radialer Richtung) zu. Der erste Abschnitt 38 der Beschichterklinge 33" ist komplementär zu der Aufnahmevertiefung 43' ausgebildet, so dass die Beschichterklinge 33" in radialer Richtung nicht aus der Aufnahmevertiefung 43' entnehmbar ist. Zum Einbringen und Entnehmen der Beschichterklinge 33" in bzw. aus der Aufnahmevertiefung 43' kann die Beschichterklinge 33" beispielsweise entlang der Längsachse A in die Aufnahmevertiefung 43' eingeschoben bzw. aus dieser herausgeschoben werden. Beispielsweise können der erste Abschnitt 38 der Beschichterklinge 33" und die Aufnahmevertiefung 43' als eine Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet sein.
In 5c ist eine formschlüssige Verbindung zur Befestigung einer Beschichterklinge an der Walze gezeigt, bei der die Aufnahmevertiefung an der Walze vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Beschichterklinge eine Vertiefung bzw. Ausnehmung aufweist und an der Walze ein entsprechender komplementärer Abschnitt, der als Erhöhung an der Oberfläche 51 ausgebildet ist, vorgesehen ist.
Wie in Bezug auf den in 2a, 2b gezeigten Beschichter 16 beschrieben, können auch die in 5a-5c gezeigten Beschichterklingen 31', 32', 33', 34' des Beschichters 16' in ihrer Geometrie von der gezeigten Flachklinge 30 (s. 4a) abweichen, z.B. als Dachklinge 30' (4b) oder Radiusklinge 30" (4c) ausgebildet sein, und/oder in einem Anordnungswinkel α in Bezug auf die Oberfläche 51 anbringbar sein (vgl. 2c). Auch können verschiedene Beschichterklingen an den Aufnahmevertiefungen des Beschichters 16' angebracht werden, die sich insbesondere in der Geometrie und/oder dem Material ihres zweiten Abschnitts 39 unterscheiden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Beschichters 116, der zur Verwendung in der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 geeignet ist, wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 6a und 6b beschrieben. Der Beschichter 116 umfasst ein Basismodul 101 und ein an dem Basismodul 101 befestigbares Klingenmodul 111 zur Befestigung einer Beschichterklinge 130.
Das Basismodul 101 weist eine Längsachse A, auf, um die es mittels Befestigungsabschnitte 102 drehbar in der Vorrichtung 1 angeordnet ist, und erstreckt sich im Wesentlichen über eine Länge L entlang der Längsachse A. Der Querschnitt Q des Basismoduls senkrecht zur Längsachse A ist vorzugsweise als ein regelmäßiges Vieleck, in 6a als ein regelmäßiges Achteck, ausgebildet, wobei die das Basismodul 101 entlang der Längsachse A begrenzenden Querschnitte Q als Stirnflächen 103 des Basismoduls 101 ausgebildet sind. Die Größe der Querschnittsfläche variiert vorzugsweise stetig über die Länge L des Basismoduls 101. In 6a nimmt die Querschnittsfläche von jeder Stirnseite 103 kontinuierlich zur Mitte des Basismoduls 101 (d.h. über die Hälfte der Länge L) zu. Damit weist die Oberfläche 104 des Basismoduls 101 im Wesentlichen die Form zweier an ihren achteckigen Grundflächen zusammengesetzter Pyramidenstümpfe auf. Alle Querschnitte Q entlang der Länge L sind somit zueinander ähnlich und das Basismodul 101 ist drehsymmetrisch bezüglich der Längsachse A.
Das Basismodul 101 umfasst weiter Befestigungselemente, beispielsweise Bohrungen 106, zur Befestigung des Klingenmoduls 111.
Das Klingenmodul 111 erstreckt sich vorzugsweise über eine Länge L, die der Länge L des Basismoduls entspricht, und umfasst eine Innenfläche 114, die komplementär zu der Oberfläche 104 des Basismoduls 101 ausgebildet ist, so dass sich die Innenfläche 114 des Klingenmoduls 111 und die Oberfläche 104 des Basismoduls 101 im Wesentlichen spaltfrei aneinander anfügen, wenn das Klingenmodul 111 an dem Basismodul 101 befestigt ist. Das in 6a gezeigte Klingenmodul 111 ist so ausgebildet, dass seine Innenfläche 114 lediglich die Hälfte der Oberfläche 104 des Basismoduls 101 in dessen Umfangsrichtung abdeckt, wenn das Klingenmodul 111 an dem Basismodul 101 befestigt ist, so dass zwei identische Klingenmodule 111 an dem Basismodul 101 befestigbar sind. Die doppelpyramidenstumpfförmige Ausgestaltung der Oberfläche 104 des Basismoduls und die komplementäre Innenfläche 114 des Klingenmoduls 111 kann ein Verrutschen des Klingenmoduls 111 entlang der Längsachse A verhindern und das Positionieren des Klingenmoduls 111 an dem Basismodul 101 erleichtern.
Weiter umfasst das Klingenmodul 111 an einer der Innenfläche 114 abgewandten Seite eine Oberfläche 115, welche die Oberfläche des Beschichters 116 bildet wenn das Klingenmodul 111 an dem Basismodul 101 befestigt ist. Auf oder an der Oberfläche 115 ist eine als Beschichterklinge 130 ausgebildetes Beschichtungselement anbringbar (s. 6b).
Wie auch in 6b gezeigt, dient das Klingenmodul 111 als ein Klingenhalter zur Aufnahme zumindest einer separat von dem Beschichter bereitgestellten Beschichterklinge 130. Hierzu umfasst das Klingenmodul eine feste Backe 122 und eine verstellbare Backe 123, die dazu geeignet sind, die Beschichterklinge 130 zwischen ihnen aufzunehmen. Mittels eines Stell- und Befestigungsmittels, beispielsweise einer Schraube 124, ist der Zwischenraum zwischen der festen Backe 122 und der verstellbaren Bakke 123 einstellbar, so dass er vergrößert werden kann um die Beschichterklinge 130 freizugeben und verkleinert werden kann, um die Beschichterklinge 130 zwischen den Backen 122, 123 zu klemmen und kraftschlüssig in dem Zwischenraum zwischen den Backen zu halten.
Analog zu dem in 2a gezeigten zylinderförmigen Beschichter 16 ist der Beschichterklinge 130 ein Radiusvektor zugeordnet (in 6a, 6b nicht gezeigt), wenn die Beschichterklinge 130 an dem Klingenmodul 111 befestigt ist und das Klingenmodul 111 an dem Basismodul 101 befestigt ist. Der (nicht gezeigte) Radiusvektor verläuft dabei von der Längsachse A zu einem Punkt auf der Oberfläche 115, an dem die Beschichterklinge 130 angeordnet ist.
Das Klingenmodul 111 ist so ausgebildet, dass zwei identische, in Umfangsrichtung des Basismoduls 101 aneinander grenzende Klingenmodule 111 an dem Basismodul 101 befestigbar sind. Der Beschichter 116 kann entweder mit nur einem oder mit zwei angebrachten Klingenmodulen 111 bereitgestellt sein. Ist der Beschichter 116 mit zwei Klingenmodulen 111, d. h. mit zwei Beschichterklingen bereitgestellt, so können die Beschichterklingen identische oder unterschiedliche Beschichterklingen sein. Insbesondere können sie sich in ihrer Geometrie voneinander unterscheiden (z.B. in ihrer Klingenform oder ihrem Anordnungswinkel) oder in zumindest einem Material, aus dem sie gefertigt sind. Wie mit Bezug auf 2a beschrieben, kann durch eine Rotation des Beschichters 116 um seine Längsachse A um einen definierten Winkel ein Wechsel der in einer Beschichtungsposition (d.h. nach unten zum Baufeld weisenden) befindlichen Beschichterklinge erzielt werden.
Die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen können, soweit möglich, miteinander kombiniert werden. So kann die in 6b gezeigteBeschichterklinge beispielsweise auch in einem Winkel anstatt parallel zu der Längsachse A anordbar bzw. angeordnet sein. Auch kann die in 6b gezeigte als Dachklinge ausgebildete Beschichterklinge 130 eine Flachklinge 30 (s. 4a) oder eine Radiusklinge 30" (s. 4c) sein.
Auch wenn die oben gezeigten Beschichter mit vier bzw. zwei Beschichterklingen beschrieben wurden, so kann die Anzahl der an dem Beschichter angebrachten bzw. anbringbaren Beschichterklingen auch beliebig davon abweichen. Allgemein umfasst ein erfindungsgemäßer Beschichter zumindest zwei Beschichterklingen. Bei einem Beschichter mit entnehmbaren (auswechselbaren) Beschichterklingen müssen zudem im Betrieb des Beschichters nicht alle möglichen Anordnungsplätze für Beschichterklingen mit einer Beschichterklinge besetzt sein. Beispielsweise kann der in 5a und 5b gezeigte Beschichter auch mit nur zwei oder drei Beschichterklingen bereitgestellt sein.
Die Beschichterklingen müssen nicht regelmäßig voneinander beabstandet sein, sondern können auch unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen.
Anstelle der Beschichterklingen können auch Beschichterwalzen und/oder vorzugsweise flexible Abstreiflippen an dem Beschichter bereitgestellt sein.
Die oben beschriebene als Beschichter ausgebildete Beschichtungsvorrichtung ist in der horizontalen Richtung H, d. h. der Beschichtungsrichtung, bewegbar in der Vorrichtung 1 angeordnet. Zusätzlich kann die Beschichtungsvorrichtung auch vertikal bewegbar, d. h. höhenverstellbar, in der Vorrichtung 1 angeordnet sein, so dass ein Abstand des Beschichters und somit der Beschichtungsfläche eines in der Beschichtungsposition befindlichen Beschichtungselements von der Arbeitsebene bzw. dem Baufeld einstellbar ist.
Ferner können in der Vorrichtung 1 Überlaufschlitze vorgesehen sein, in denen Pulver aus Bereichen des Beschichtungsbereichs 18 aufgenommen wird, die außerhalb des Baufelds 8 liegen.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials angewendet werden.
Als Belichter kann jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial zu verfestigen. Statt des Ablenkens eines Strahls kann auch das Belichten mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter angewendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das High-Speed-Sintern (HSS), bei dem auf dem Aufbaumaterial selektiv ein Material aufgebracht wird, das die Strahlungsabsorption an den entsprechenden Stellen erhöht (Absorptionssintern) oder verringert (Inhibitionssintern), und dann unselektiv großflächig oder mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter belichtet wird, kann die Erfindung angewendet werden.
Anstelle des Einbringens von Energie kann das selektive Verfestigen des aufgetragenen Aufbaumaterials auch durch 3D-Drucken erfolgen, beispielsweise durch Aufbringen eines Klebers. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf das generative Herstellen eines Objekts mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines Aufbaumaterials unabhängig von der Art und Weise, in der das Aufbaumaterial verfestigt wird.
Als Aufbaumaterial können verschiedene Arten von Pulver verwendet werden, insbesondere Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/061764 A1 [0004]
WO 2016/177516 A1 [0005]

Claims

Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) als Aus- oder Nachrüstsatz für eine Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen von Aufbaumaterial (15) an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen in einer Arbeitsebene (7), vorzugsweise in einem Baufeld (8), wobei die Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) um eine eigene Vorrichtungsachse, besonders bevorzugt um eine, insbesondere eigene, Längsachse (A), drehbar ist und zumindest zwei Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130) an ihrer Oberfläche (51) umfasst.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)zumindest im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) in einem vorab definierten Winkel (a), beispielsweise zu einer Tangentialebene (T), an der Oberfläche (51) der Beschichtungsvorrichtung an der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) fixiert sind.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erstes Beschichtungselement (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)durch Rotation der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) um die Vorrichtungsachse (A) in eine erste, bevorzugt in Richtung des Baufelds (8) orientierte, Beschichtungsposition zum Aufbringen und/oder Glätten und/oder Verdichten zumindest eines Abschnitts einer aufzubringenden Schicht des Aufbaumaterials (15) gebracht werden kann und wobei ein zweites Beschichtungselement (30-34, 30'-34', 30", 33", 130) durch Rotation der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) um die Vorrichtungsachse (A) in eine zweite, bevorzugt in Richtung des Baufelds (8) orientierte, Beschichtungsposition zum Aufbringen und/oder Glätten und/oder Verdichten zumindest eines Abschnitts einer Schicht des Aufbaumaterials (15) gebracht werden kann, wobei die erste und zweite Beschichtungsposition bevorzugt im Wesentlichen identisch sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)zumindest im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) auf Radiusvektoren $({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, {\vec{r}}_{4})$
ausgehend von der Vorrichtungsachse (A) zu einem Punkt auf einem äußeren Umfang (52) und/oder einer Oberfläche (51) der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116), fixiert sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest zwei der Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)im Wesentlichen identisch sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich zumindest zwei der Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)voneinander unterscheiden, vorzugsweise in einer Geometrie und/oder in zumindest einem Material, aus dem sie gefertigt sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)entnehmbar an der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) angebracht sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) einen Zylinder, vorzugsweise eine Walze umfasst.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei zumindest zwei, vorzugsweise mehrere Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)auf einer Oberfläche (51) der Walze, vorzugsweise in einer Umfangsrichtung der Walze regelmäßig voneinander beabstandet und/oder parallel zueinander angeordnet sind.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zumindest zwei Beschichtungselemente (30-34, 30'-34', 30", 33", 130)parallel zu der Vorrichtungsachse (A) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises selektives Verfestigen von, bevorzugt pulverförmigem, Aufbaumaterial (15) an den dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mit einer über eine Arbeitsebene (7), bevorzugt über ein Baufeld (8), in eine Beschichtungsrichtung (H) bewegbaren Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials (15) auf das Baufeld (8), wobei die Beschichtungsvorrichtung als Beschichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Beschichtungsrichtung (H) im Wesentlichen senkrecht zur Vorrichtungsachse (A) der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Abmessung (L) der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) entlang ihrer Vorrichtungsachse (A) und/oder eine Abmessung (K) zumindest eines Beschichtungselements (30-34, 30'-34', 30", 33", 130) entlang der Richtung der Vorrichtungsachse (A) der Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) mindestens eine Breite (N) des Baufelds (8) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Beschichtungsvorrichtung (160, 16, 16', 116) zusätzlich in eine Richtung senkrecht zur Arbeitsebene (7) bewegbar ist.