DE29506204U1 - Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes - Google Patents

Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes

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Description

PRÜFER & PARTNER ■ PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
EP 114-9542.1 P/DH
EOS GmbH Electro Optical Systems, Planegg
Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 bzw. 2.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO 92/08566 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ergibt sich das Problem, daß der Zwischenraum zwischen dem Rand des Objektträgers bzw. des das pulverförmige Material nachliefernden Materialträgers und den den Rand jeweils umgebenden Zylinderwänden gegen eindringendes Pulvermaterial abgedichtet werden muß, um die Funktionsfähigkeit des Objektträgers bzw. der Materialzufuhr zu erhalten. Ferner führt eine fehlende Abdichtung zu einem erheblichen Materialverlust.
Eine bekannte Lösung besteht in der Abdichtung des Zwischenraumes mit einem O-Ring, der in eine am Rand des Objekt- bzw. Materialträgers umlaufende Nut eingelegt ist.
Diese Art der Abdichtung ist jedoch für die Verwendung von Pulvermaterial sehr geringer Korngröße, beispielsweise im
D-81545 MÜNCHEN, HARTHAUSER.S«T.R4-2§cfc«»"fe]>eto.n,{»89J«64G64.&»Jftex 522962 pruef d ■ Telefax (089) 6422238
Mikrometerbereich., wie es beim Lasersintern verwendet wird, nicht geeignet. Um eine gute Abdichtung gegen Material dieser Korngröße zu erhalten, muß der O-Rxng zwischen den zu dichtenden Teilen stark zusammengedrückt werden, wodurch das Verschieben des Trägers erschwert ist. Wird der O-Ring nur geringfügig zusammengedrückt so daß der Träger leicht verschiebbar ist, ist die Dichtung nur ungenügend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mittels Lasersintern bereitzustellen, die auch für die Verwendung von Pulvermaterial geringer Korngrößen geeignet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Schutzanspruch 1 bzw. 2.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Dichtung zwischen den zu dichtenden Teilen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung einen an seiner Oberseite offenen Behälter 1 mit einer Seitenwand 2 und einem oberen Rand 3 auf. Durch den oberen Rand ist eine Arbeitsebene 3 0 definiert. In den Behälter 1 ist ein Träger mit einer im wesentlichen ebenen und parallel zu dem oberen Rand 3 des Behälters ausgerichteten Oberseite 5 zum Tragen eines zu bildenden Objektes 6 angeordnet. Auf der Oberseite des Trägers 4 befindet sich das Objekt 6, welches aus einer
Mehrzahl von sich parallel zu der Oberseite 5 ersteckenden Schichten eines mittels elektromagnetischer Strahlung verfestigbaren pulverförmigen Aufbaumateriales 7 in der später beschriebenen Weise aufgebaut. Der Träger 4 weist in einer Ebene senkrecht zu der Seitenwand 2 quadratischen Querschnitt mit einem Außenmaß, das geringfügig kleiner als das Innenmaß des Behälters 2 ist, auf. Zwischen dem Träger 4 und der Seitenwand 2 des Behälters 1 ist eine an dem Rand des Trägers umlaufende Dichtung 8 zum Abdichten gegen hindurchtretendes Aufbaumaterial 7 vorgesehen. Ferner ist der Träger 4 über eine Höheneinstellvorrichtung 9 in vertikaler Richtung d.h. parallel zu der Seitenwand 2 des Behälters 1 verschiebbar. Damit kann die Position des Trägers 4 relativ zu der Arbeitsebene 30 eingestellt werden.
Seitlich an dem Behälter 1 ist ein an seiner Oberseite offener Vorratsbehälter 10 mit einer Seitenwand 100 für das Aufbaumaterial 7 vorgesehen. An seinem an die Seitenwand 2 des Behälters 1 angrenzenden Teil der Seitenwand 100 schließt die Oberkante 11 des Vorratsbehälters 10 bündig mit dem oberen Rand 3 des Behälters 1 ab. Der Vorratsbehälter ist mit dem pulverförmigen Aufbaumaterial 7 stets bis etwas über die an den Behälter 1 angrenzende Oberkante 11 gefüllt. Um dies zu gewährleisten, ist ein in Fig. 1 nicht dargestellter Stempel bzw. ein verschiebbarer Boden, ähnlich dem Träger 4 vorgesehen, der in dem Vorratsbehälter 10 in vertikaler Richtung verschiebbar ist und der zu der Seitenwand 100 des Vorratsbehälters über eine an dem Rand des Stempels umlaufende Dichtung derselben Art wie der zwischen dem Träger 4 und der Seitenwand 2 des Behälters 1 abgedichtet ist.
Oberhalb des Behälters 1 bzw. der Arbeitsebene 30 ist ein Abstreifer 12, dessen Unterkante in der Arbeitsebene 3 0 liegt, zum Aufbringen des Aufbaumateriales 7 auf die Oberseite 5 des Trägers bzw. eine zuvor gebildete Schicht des zu bildenden Objektes 6 angeordnet. Der Abstreifer 12 ist von einer ersten Position über dem Vorratsbehälter 10 quer über den Behälter 1 bis zu einer dem Vorratsbehälter 10 gegenüberliegenden zweiten Position parallel zu dem oberen Rand 3 des Behälters 1 und
wieder zurück mittels einer Verschiebevorrichtung 13 verschiebbar.
Oberhalb des Behälters 1 bzw. der Arbeitsebene 30 ist eine Vorrichtung 14 zum Verfestigen der an die Arbeitsebene 30 angrenzenden jeweils obersten Schicht des Objektes 6 vorgesehen. Die Vorrichtung 14 weist eine Strahlungsquelle in Form eines Lasers auf, der einen gebündelten Lichtstrahl 15 erzeugt. Etwa mittig oberhalb des Behälters 1 ist ein Umlenkspiegel 16 angeordnet, der kardanisch aufgehängt ist und von einer schematisch angedeuteten Schwenkvorrichtung 17 so geschwenkt werden kann, daß der auf den Spiegel 16 gerichtete Lichtstrahl 15 als reflektierter Lichtstrahl 18 im wesentlichen an jeder Stelle der Arbeitsebene 30 positioniert werden kann.
Die Höheneinstellvorrichtung 9, die Verschiebevorrichtung 13 und die Schwenkvorrichtung 17 sind mit einer gemeinsamen Steuervorrichtung 50 zur zentralen und koordinierten Steuerung dieser Vorrichtungen verbunden. Die Steuervorrichtung 50 ist mit einem Computer 60 verbunden, bzw. dieser ist Bestandteil der Steuervorrichtung.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung 8 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Dichtung 8 besteht aus einem flexiblen, harten, verschleiß-und reibungsarmen Material wie beispielsweise ultrahochmolekularem Polyethylen (PE). Der Träger 4 weist eine Basisplatte 4b und einen der Oberseite des Behälters zugewandten Deckel 4a auf. Die Dichtung 8 weist einen ersten Abschnitt 80 mit rechteckigem Querschnitt auf der in eine an dem Rand 40 der Basisplatte 4b an der dem Deckel 4a zugewandten Seite umlaufende ebenfalls rechteckigen Querschnitt aufweisende Ausnehmung 41 eingelegt ist. Durch den Deckel 4a wird die Dichtung in ihrer Lage festgehalten. Angrenzend an den ersten Abschnitt 80 erstreckt sich ein zweiter Abschnitt 82, der den Raum zwischen dem Rand des Trägers 40 und der Seitenwand 2 abdichtet. Im Querschnitt weist der zweite Abschnitt 82 die Form eines im wesentlichen gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks auf, wobei die eine Kathete an den ersten Abschnitt 80 der Dichtung angrenzt und die andere
Kathete der Oberseite 5 des Trägers zugewandt ist, und wobei diese zweite Kathete einen V-förmigen, an seinem Grund abgerundeten Ausschnitt 83 aufweist. Die Hypothenuse des Dreiecks verläuft unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Seitenwand 2 des Behälters 1. Somit wird durch den zweiten Abschnitt 82 der Dichtung 8 eine zu dem oberen Rand 3 des Behälters 1 bzw. zum dem aufgetragenen Aufbaumaterial 7 unter einem Winkel von etwa 45° hin gerichtete schmale Lippe 84 gebildet. Bevorzugt weist die Lippe 84 eine Dicke von 0,1mm bis 3mm auf. Das der Seitenwand 2 zugewandte äußere Ende 85 der Lippe 84 ist spitz. Damit ergibt sich eine auf einen minimalen Bereich beschränkte Kontaktfläche bzw. Linie der Lippe 84 mit der Seitenwand 2. Das Außenmaß der Dichtung 8 ist geringfügig größer als das Innenmaß des Behälters 1, so daß die Dichtung im Behälter leicht deformiert ist (gestrichelte Linie in Fig. 2) und die Lippe 84 mit ihrem spitzen äußeren Ende 85 unter Vorspannung an der Seitenwand 2 anliegt.
Der Stempel des Vorratsbehälters 10 ist durch eine ebensolche Dichtung gegen die Wand 100 des Vorratsbehälters abgedichtet.
Als pulverförmiges Aufbaumaterial 7 wird insbesondere Metallpulver oder Keramikpulver mit Korngrößen im Bereich zwischen etwa 5 bis 100 Mikrometer verwendet. Auch kunststoffummanteltes Metall- bzw. Keramikpulver oder Formsand bestehend aus Quarzsand mit einem Überzug aus Kunstharz kann verwendet werden.
Üblicherweise ist der Behälter 1 an seiner Unterseite offen, d.h. der Boden fehlt. Dasselbe gilt für den Vorratsbehälter Ferner muß der Querschnitt des Trägers bzw. Behälters nicht quadratisch sein. Auch ein rechteckiger bzw. kreisförmiger Querschnitt sind möglich.
Im Betrieb werden zunächst in dem mit der Steuerung 50 gekoppelten Computer 60 mit einem Konstruktionsprogramm Daten über die Form des Objektes 6 erstellt. Diese Daten werden für die Herstellung des Objektes 6 so aufbereitet, daß das Objekt in eine Vielzahl von horizontalen, im Vergleich zur
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Objektdimension dünnen Schichten mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 bis lmm zerlegt wird und die Formdaten für die Schicht bereitgestellt werden.
Dann werden für jede Schicht die folgenden Schritte durchgeführt.
Der Träger 4 wird mittels der Höheneinstellvorrichtung 9 so in dem Behälter 1 positioniert, daß bei der ersten Schicht seine Oberseite 5 bzw. beim Vorhandensein bereits verfestigter Schichten die Oberseite der zuletzt verfestigten Schicht um eine gewünschte Schichtdicke h unterhalb des Randes 3 des Behälters 1 liegt. Dann wird eine Schicht des Materials 7 mit dem Abstreifer 12 von dem Vorratsbehälter 10 auf die Oberseite des Trägers 4 bzw. auf eine zuvor gebildete Schicht aufgebracht. Dann steuert die Steuerung die Schwenkvorrichtung 17 entsprechend den Formdaten für die Schicht derart, daß der abgelenkte Lichtstrahl 18 an den dem Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen der Schicht auftrifft und dort das Aufbaumaterial 7 verfestigt bzw. sintert. Anschließend wird der Träger 4 um eine Schichtdicke der nachfolgenden Schicht abgesenkt. Da die Höhe der Füllung des Aufbaumateriales 7 in dem Vorratsbehälter 10 nach einer Beschichtung der aufgetragenen Menge an Material entsprechend abgenommen hat, wird der Stempel in dem Vorratsbehälter 10 um eine entsprechende Höhe nach oben gefahren, damit der Abstreifer 12 wieder neues Material aus dem Vorratsbehälter 10 zum Auftragen einer neuen Schicht zur Verfügung hat.
Die beschriebenen Schritte werden sooft wiederholt bis das Objekt fertiggestellt ist. Anschließend wird der Träger 4 soweit aus dem Behälter herausgefahren, bis das Objekt 6 entnommen werden kann.
Die Dichtung 8 zwischen der Seitenwand 2 des Behälters 1 und dem Objektträger 4 bzw. zwischen der Wand des Vorratsbehälters 10 und dem in dem Vorratsbehälter angeordneten Stempel gewährleistet durch ihre sich nur mit dem spitzen äußeren Ende 85 an die jeweilige Wand anschmiegende Lippe 84 ein leichtes
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Auf- und Abbewegen des Trägers bzw. Stempels und verhindert, daß Pulver mit geringer Korngröße zwischen der Wand und dem Träger hindurchtritt.

Claims (12)

-. 8 SCHUTZANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines pulverformigen Aufbaumateriales (7) an dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (6) entsprechenden Stellen mittels Strahlung mit:
einer in Umfangsrichtung geschlossenen Seitenwand (2) mit einem oberen Rand (3),
einem innerhalb der Seitenwand (2) und parallel zu dieser verschiebbaren Träger (4) zum Tragen des zu bildenden Objektes
einer Materialauftragevorrichtung (10, 12) zum Auftragen einer Schicht des Aufbaumateriales auf den Träger (4) bzw. eine zuvor gebildete Schicht und
einer Verfestigungseinrichtung (14) zum Verfestigen der aufgetragenen Schicht an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand (40) des Trägers und der Seitenwand (2) eine Dichtung (8) in Form einer an dem Rand (40) des Trägers umlaufenden und zu dem oberen Rand (3) der Seitenwand (2) hin gerichteteten Lippe (84) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen Aufbaumateriales (7) an dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (6) entsprechenden Stellen mittels Strahlung mit:
einem Vorratsbehälter (10) für das Aufbaumaterial mit einer in Umfangsrichtung geschlossenen Seitenwand (100) mit einem oberen Rand (11),
einem innerhalb der Seitenwand (100) und parallel zu dieser verschiebbaren Träger,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand des Trägers und der Seitenwand (100) eine Dichtung in Form einer an dem Rand des Trägers umlaufenden und zu dem oberen Rand (11) der Seitenwand (100) hin gerichteteten Lippe vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (8) aus einem flexiblen, verschleiß- und reibungsarmen Material, insbesondere aus Polyethylen, gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (84) unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Seitenwand (2, 100) gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (8) an der der Seitenwand abgewandten Seite einen an die Lippe (84) angrenzenden Abschnitt (80) aufweist, der in einer an dem Rand (40) des Trägers (4) umlaufenden Ausnehmung (41) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (84) eine Dicke von etwa 0,1mm bis 3mm aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (84) an ihrem der Seitenwand (2, 100) zugewandten Ende zugespitzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (2, 100) und der Träger (4) einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (8) in unverformtem Zustand einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig größer als der Innendurchmesser der Seitenwand (2, 100) ist.
- 10 -
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Aufbaumaterial (7) eine Korngröße im Bereich von 5 bis 100 u aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Dichtung ultrahochmolekulares Polyethylen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materia!auftragevorrichtung (10, 12) einen Vorratsbehälter (10) für das Aufbaumaterial mit einer in Umfangsrichtung geschlossenen Seitenwand (100) mit einem oberen Rand (11) und einem innerhalb der Seitenwand (100) und parallel zu dieser verschiebbaren Träger aufweist, wobei zwischen dem Rand des Trägers und der Seitenwand (100) eine Dichtung in Form einer an dem Rand des Trägers umlaufenden und zu dem oberen Rand (11) der Seitenwand (100) hin gerichteteten Lippe vorgesehen ist.
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