DE3789213T2

DE3789213T2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verbundkörpers aus schichtmaterial.

Info

Publication number: DE3789213T2
Application number: DE3789213T
Authority: DE
Inventors: Michael Feygin
Original assignee: Individual
Current assignee: Helisys Inc Torrance Calif Us
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2007-06-04
Also published as: HK173795A; EP0272305B1; EP0272305A4; WO1987007538A1; DE3789213D1; CA1301617C; JPH01500575A; EP0272305A1; US4752352A; AU7589987A; JP2517338B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers, der aus individuell profilierten Schichten der gleichen oder einer graduell abweichenden Form gebildet wird.
Der Konferenzbericht der 25. International Machine Tool Design and Research Conference in Birmingham, Seiten 22-24, April 1985, veröffentlicht von MacMillian Publishers Ltd., enthält einen Artikel von T. Nakagawa et al., der mit "Laser cut sheet laminated forming dies by diffusion bonding" betitelt ist.
Dieser Artikel beschreibt ein Herstellungssystem zur Erzeugung von 3-D-Spritzformen durch ein Schichten von mittels eines Lasers geschnittenen Blättern mit entsprechenden Profilen. Die bei diesem System verwendeten Schritte sind die Erzeugung einer 3-D gekrümmten Oberfläche, die Bestimmung der Anzahl der Blätter und deren die Oberfläche bildenden Profile, ein Schneiden der Blätter durch einen Laserstrahl in die Querschnittsform, ein Schichten der Blätter, um die Spritzformoberflächen mit Abstufungen zu bilden, und ein Verschweißen (solid state bonding) der Blätter, dem ein CNC-Fräsen und ein Polieren folgt.
Das vorgeschlagene System zur Herstellung einer willkürlichen dreidimensionalen Oberfläche durch ein Schichten von mittels eines Lasers geschnittenen Blätter soll fähig sein, eine effiziente Methode einer raschen und wirtschaftlichen Herstellung von sogar einem einzigen Stück einer komplex geformten Komponente bereitzustellen. Blattmetallformung, Metallgußerzeugnisse und Plastikgußformen sind typische Beispiele von derartigen komplexen Komponenten.
Die verschiedenen dabei vorkommenden Schritte beinhalten im besonderen die Technik des "solid state bonding", welches die Gestaltung einer beliebigen Hohlraumform und von Kanälen zur Kühlwasserzirkulation erlauben wird. Die Struktur kann eine zusammengesetzte Struktur sein, was bedeutet, daß ein Material von hoher Stärke nur für diese Bereiche verwendet wird, wo es erforderlich ist.
Das Verfahren enthält das Erhitzen von geschichteten Blättern in einer Schutzatmosphäre, dem ein Zuführen des Zusammenbaus zu einer hydraulischen Presse und ein Pressen für einige Sekunden in Luft folgt. Dies resultiert in einer sehr guten Verbindung bei Schichtmaterialien.
Weil das Verfahren ein Diffusionsverbinden beinhaltet, erfordert es eine teuere Heißpresse. Das Verfahren ist auch zeitaufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Rechnerdaten bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Speicherstation zur Lagerung und Versorgung von blattähnlichem Werkstoff, aus dem der Körper aufgebaut wird, einen Rechner zum Erzeugen von Daten, die eine Reihe von Flächenprofilen, die einer Folge von in Abständen schrittweise durch den Körper vorgenommenen parallelen Schnitten entsprechen, definieren, eine Formungsvorrichtung, die den Werkstoff von der Speicherstation erhält und entsprechend den Daten des Rechners den Werkstoff in eine Vielzahl von Schichten umwandelt, von denen jede eine den Flächenprofilen entsprechende Form hat, einen Stapler, der die Schichten von der Formungsvorrichtung aufnimmt und in dem die Schichten aufeinander in einer der Folge der Flächenschnitte entsprechenden Reihenfolge ablegbar sind, eine Haltevorrichtung, die mit dem Stapler so zusammenwirkt, daß die richtige Lage jeder Schicht im Stapel gewährleistet ist, und eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden der Schichten zum dreidimensionalen Verbundkörper, wobei der blattähnliche Werkstoff aus zwei Werkstoffen besteht, wobei der eine Werkstoff den Hauptwerkstoff für die Schicht darstellt und der andere Werkstoff ein Haftwerkstoff ist, mit dem bei Wärme- und/oder Druckeinwirkung eine vollständige Verbindung der Schichten erreicht ist; und wobei die Verbindungsvorrichtung einen Druck- und/oder Wärmeerzeuger für eine gleichmäßige Verbindung benachbarter Schichten und eine Steuervorrichtung aufweist, die in Abhängigkeit vom Stapler den Druck- und/oder Wärmeerzeuger betätigt, um so jede Schicht beim Stapeln mit der unmittelbar benachbarten Schicht, während eines Zeitraumes, bevor die nächstfolgende Schicht darauf abgelegt ist, vollständig zu verbinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird desweiteren ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Rechnerdaten bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Zuführen eines blattähnlichen Werkstoffs zum Herstellen des Körpers; Erzeugen von Daten, die eine Reihe von Flächenprofilen, die einer Folge von in Abständen schrittweise durch den Körper vorgenommenen parallelen Schnitten entsprechen, definieren; Profilieren des Werkstoffs entsprechend den Daten zur Umwandlung des Materials in eine Vielzahl von Schichten, wobei jede mit dem Haftmittel überzogen ist und das Aussehen der Flächenprofile hat; aufeinanderfolgendes Stapeln der Schichten aufeinander in einer Reihenfolge, die der Reihenfolge der Flächenschnitte entspricht; Anordnen jeder Schicht, wie sie gestapelt wurde und Verbinden der Schichten miteinander, um den dreidimensionalen Körper aufzubauen, wobei der blattähnliche Werkstoff aus zwei Werkstoffen besteht, von denen der eine Werkstoff der Hauptwerkstoff für die Schicht darstellt und der andere Werkstoff ein Haftwerkstoff ist, mit dem bei Wärme- und/oder Druckeinwirkung eine vollständige Verbindung der Schichten erreicht wird, und wobei der Schritt der Wärme- und/oder Druckanwendung zum vollständigen Verbinden jeder Schicht beim Stapeln mit der unmittelbar benachbarten Schicht während eines Zeitraums, bevor die nächstfolgende Schicht darauf abgelegt wird, durchgeführt wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers, welche die Erfindung verkörpern, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Beispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A zeigt eine Perspektivdarstellung eines Produktteils, welches mit einer Spritzform oder Gußform erzeugt wird, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
Fig. 1B zeigt eine Perspektivdarstellung einer Hälfte einer Spritzform oder Gußform, welche verwendet wird, um das Produktteil der Fig. 1A herzustellen;
Fig. 1C zeigt eine Perspektivdarstellung der anderen Hälfte der Spritzform oder Gußform, welche verwendet wird, um das Produktteil der Fig. 1A herzustellen;
Fig. 2A zeigt eine Perspektivdarstellung eines rechnerunterstützten Entwurfssystems zur Eingabe von Daten, welche das Produktteil und die Spritzform oder Gußform, die in den Fig. 1A-1C dargestellt sind, betreffen;
Fig. 2B zeigt eine Perspektivdarstellung, welche die Bildung der individuell profilierten Schichten für einen dreidimensionalen Verbundkörper wie die Spritzform oder die Gußform, welche in den Fig. 1B und 1C gezeigt ist, darstellt.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 der Fig. 2B;
Fig. 4 zeigt eine Perspektivdarstellung, welche den Zusammenbau von individuell profilierten Schichten zu einem dreidimensionalen Verbundkörper wie die Spritzform oder die Gußform, welche in den Fig. 1B und 1C gezeigt ist, darstellt;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch das Entfernen von Rauhigkeit von einem aus individuell profilierten Schichten gebildeten dreidimensionalen Verbundkörper, wie die in den Fig. 1B und 1C gezeigte Spritzform oder Gußform darstellt;
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch das Plattieren eines aus individuell profilierten Schichten gebildeten dreidimensionalen Verbundkörpers, wie die in den Fig. 1 und 1C dargestellten Spritzform oder Gußform, darstellt;
Fig. 7 zeigt eine Perspektivdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 zeigt eine Perspektivdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine Perspektivdarstellung eines Sensors für eine Lokalisierung von Rändern einer individuell profilierten Schicht während des Zusammenbaus eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 zeigt eine Perspektivdarstellung eines Zeichengeräts zur Herstellung einer Ätzvorlage, die für das chemische Ätzen der benötigten Formen der individuell profilierten Schichten für einen dreidimensionalen Verbundkörper benötigt wird;
Fig. 11 zeigt eine Perspektivdarstellung des chemischen Ätzens, nachdem der blattähnliche Werkstoff durch die vom Zeichengerät generierte Ätzvorlage selektiv ultraviolettem Licht ausgesetzt wurde;
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung des Ofenlötens, um die Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers, der aus individuell profilierten Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, zu vollenden;
Fig. 13 zeigt eine Grundrißdarstellung, die ein Verfahren zum Befestigen von nicht-zusammenhängenden Querschnittsteilen darstellt;
Fig. 14 zeigt eine Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus individuell profilierten Schichten, wobei ein Pulvermaterial verwendet wird; und
Fig. 16 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus individuell profilierten Schichten, wobei ein Pulvermaterial verwendet wird.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:

Bezugnehmend auf Fig. 7 bezeichnet die Bezugszahl 20 im allgemeinen eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers 22 aus Schichten 24 der gleichen oder graduell abweichender Gestalt. Die Vorrichtung 20 enthält eine Station 26 zur Lagerung und Versorgung eines Werkstoffs 28 und ein Mittel zur Formung des Werkstoffs 28 in eine Vielzahl individuell profilierter Schichten 24 mit den Profilen, welche für den Zusammenbau des dreidimensionalen Körpers 22 in einer vorbestimmten Reihenfolge benötigt werden. Genauer enthält das die Schichten bildende Mittel eine Arbeitsstation 30, welche eine Position 32 zum Schneiden des Werkstoffs zusammen mit einem Mittel zum Schneiden des Werkstoffs 28 in die gewünschte Form bei der Schneideposition 32, wie einen Laserstrahlgenerator 34, welcher funktionell mit der Arbeitsstation 30 verbunden ist, aufweist. Die Vorrichtung 20 enthält desweiteren ein Mittel zur Kontrolle der Arbeitsweise der Arbeitsstation 30, um die individuell profilierten Schichten 24 für den dreidimensionalen Körper 22 in Abhängigkeit von eingegebenen Daten, welche den dreidimensionalen Körper 22 betreffen, bereitstellen zu können. Spezieller enthält das Mittel zur Kontrolle der Arbeitsweise eine rechnerunterstützte Entwurfsstation 36 zur Eingabe der Daten, welche den dreidimensionalen Körper 22 betreffen (siehe dazu Fig. 2A). Die Vorrichtung 20 enthält weiter eine Zusammenbaustation 38 zum Zusammenbauen der Vielzahl von individuell profilierten Schichten 24, die aus dem Werkstoff 28 gebildet wurden, in der vorgewählten Reihenfolge zur Form des dreidimensionalen Körpers 22. Mit dieser Anordnung können die individuell profilierten Schichten 24 der gleichen oder graduell abweichender Form vollständig verbunden werden, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers 22 zu vervollständigen.
In diesem Zusammenhang enthält die Vorrichtung 20 ein Mittel zum vollständigen Verbinden jeder der individuell profilierten Schichten 24 mit der nächsten, benachbarten der individuell profilierten Schichten 24, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers 22 zu vervollständigen. Wenn der Werkstoff 28 ein blattähnliches Material wie ein Blattmetallband ist, enthält das Mittel zum vollständigen Verbinden ein Punktlöten der individuell profilierten Schichten 24 bei der Zusammenbaustation 38 durch die Verwendung des Laserstrahlgenerators 34 in einer untenstehend zu beschreibenden Art und Weise. Alternativ hierzu, wenn der blattähnliche Werkstoff 28 aus einem anderen Material, wie einem blattähnlichen Plastikmaterial, ist, wird das Mittel zum vollständigen Verbinden derart ausgewählt, um mit dem vorgegebenen Material verträglich zu sein.
Immer noch bezugnehmend auf Fig. 7 ist die Speicherstation 26 vorzugsweise eine Rolle 40 zur Lagerung des blattähnlichen Werkstoffs 28. Es wird auch erkannt, daß bei dieser Anordnung die Vorrichtungen 20, im wesentlichen wie gezeigt, einen Zuführmechanismus 42 zum Fortbewegen des blattähnlichen Werkstoffs 28 (wie z. B. eines Bandmetallstreifens) von der Rolle 40 durch die Arbeitsstation 30 enthalten wird. Durch die Verwendung eines Paars von Reibrollen 44, 46 zusammen mit einem Motor 48 zum Antrieb einer der Rollen 46 kann der blattähnliche Werkstoff 28 durch die Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 geführt werden.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung enthalten das Schneidemittel auch Mittel zum Fokussieren eines Laserstrahls 50 des Laserstrahlgenerators 34 auf den blattähnlichen Werkstoff 28 bei der Schneideposition 32. Dieses enthält vorzugsweise eine Linse 52, durch welche der Laserstrahl 50 durchtritt, bevor er den blattähnlichen Werkstoff 28 bei der Schneideposition 32 erreicht. Das Schneidemittel enthält auch ein Mittel zum Führen des Laserstrahls 50 des Laserstrahlgenerators 34 über den blattähnlichen Werkstoff 28, um die benötigten Profile bei der Schneideposition 32 herzustellen. Dieses enthält vorzugsweise ein Paar von Spiegeln 54 und 56, welche ausgebildet sind, um den Laserstrahl 50 vom Laserstrahlgenerator 34 durch die Linse 52 zu lenken. Wie gezeigt sind die Spiegel 54 und 56 vom Laserstrahlgenerator 34, der Linse 52 und voneinander beabstandet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Mittel zum Führen des Laserstrahls 50 einen Positionierungstisch 58 zum Halten der Spiegel 54 und 56 für eine Axialbewegung entlang zueinander senkrechter Achsen 60 und 62. Der Positionierungstisch 58 hält einen der Spiegel 54 für eine Bewegung hin und weg von dem Laserstrahlgenerator 54 entlang der Achse 60, und er hält auch den anderen der Spiegel 56 für eine Bewegung mit der des Spiegels 54. Zusätzlich hierzu hält der Positionierungstisch 58 den anderen der Spiegel 56 für eine Bewegung hin und weg von dem einen der Spiegel 54 entlang der Achse 62.
Wie aus der Fig. 7 erkannt werden kann, bewegen sich die Spiegel 54 und 56 in einer Ebene, welche im allgemeinen parallel zur Ebene des blattähnlichen Werkstoffs 28 bei der Schneideposition 32 ist. Es ist also ersichtlich, daß der Positionierungstisch 58 die Linse 52 für eine Bewegung mit dem anderen der Spiegel 56 trägt, so daß die Linse 52 angepaßt ist, um sich mit den Spiegeln 54 und 56 in einer Ebene, die im allgemeinen parallel mit der Ebene der Spiegel ist, zu bewegen. Darüberhinaus wird die Linse 52 auch für eine Bewegung entlang einer Achse 64, welche im allgemeinen senkrecht zu der Ebene der Spiegel 54 und 56 ist, getragen.
Wie vorstehend erwähnt wurde enthält das Schichtzusammenbaumittel eine Zusammenbaustation 38, die eine Stelle 66 zum Stapeln der individuell profilierten Schichten 24 aufweist. Es wird auch erkannt, daß Mittel zur Bewegung der individuell profilierten Schichten 24 von der Schneidestation 32 der Arbeitsstation 30 zu der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 vorgesehen sind. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bewegungsmittel eine elektromagnetisch betätigte Aufnahmeplatte 68, die zwischen der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 und der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 bewegbar ist.
Wie gezeigt enthält die Vorrichtung 20 vorzugsweise ein Schleifband 70, welches zwischen der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 und der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 angeordnet ist. Die Aufnahmeplatte 68 ist derart ausgebildet, um die individuell profilierten Schichten 24 während der Bewegung von der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 zu der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 in Kontakt mit dem Schleifband 70 zu bringen. Auf diese Art und Weise können rauhe Kanten, welche während des Schneidens erzeugt werden, zwischen der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 und der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 entfernt werden.
Wie ebenfalls gezeigt enthält die Zusammenbaustation 38 eine federbelastete Stapelplatte 72 bei der Stapelstelle 66, die für eine Axialbewegung in einem Stapelhalter 74 angeordnet ist, welcher ausgebildet ist, um die individuell profilierten Schichten 24 aufzunehmen und zu halten. Der Stapelhalter 74 ist für eine beschränkte Bewegung in einer Ebene parallel zu der Ebene der Stapelplatte 72 ausgebildet und enthält wenigstens eine Rückhaltelippe 76, und vorzugsweise ein Paar von Rückhaltelippen, welche ausgebildet sind, um mit der federbelasteten Stapelplatte 72 zusammenzuwirken, um die individuell profilierten Schichten 24 dazwischen zu halten. Bei dieser Konstruktion hat jeder der individuell profilierten Schichten 24 eine identische, im allgemeinen rechteckige Außenkontur und die Stapelplatte 72, der Stapelhalter 74 und die Rückhaltelippen 76 wirken mit der im allgemeinen rechteckigen Kontur zusammen, um die individuell profilierten Schichten 24 zur Form des dreidimensionalen Körpers 22 zusammenzubauen.
Vorzugsweise enthält die Stapelplatte 72 ein Paar von Haltestifte 78, welche zur präzisen Positionierung der individuellen profilierten Schichten 24 zur Form des dreidimensionalen Körpers 22 ausgebildet sind. Zu diesem Zweck hat jede der individuell profilierten Schichten 24 ein Paar von Stiftaufnahmelöchern 80 (siehe Fig. 12) in der im allgemeinen rechteckigen Außenkontur, außerhalb von jeder Innenkontur wie bei 82.
Nochmals bezugnehmend auf Fig. 7 ist die elektromagnetisch betätigte Aufnahmeplatte 68 funktionell mit dem die Linse 52 tragenden Teil des Positionierungstisches 58 verbunden. Die Aufnahmeplatte 68 ist ausgebildet, um mit den individuell profilierten Schichten 24 bei der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 in Kontakt gebracht zu werden, die elektromagnetisch daran befestigt werden, und der Positionierungstisch 58 ist ausgebildet, um die individuell profilierten Schichten von der Schneideposition 32 der Arbeitsstation 30 zuerst zu dem Schleifband 70 und danach zu der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 zu bewegen. Danach sind die individuell profilierten Schichten 24 ausgebildet, um von der Aufnahmeplatte 68 freigegeben zu werden und sind ausgebildet, um durch den Laserstrahlgenerator 34 bei der Stapelstelle 66 der Zusammenbaustation 38 punktgelötet zu werden.
Bei einem in Fig. 14 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 20' ein Transportband 84 zum direkten Transport der individuell profilierten Schichten 24' von der Schneideposition 32' der Arbeitsstation 30' zu der Stapelstelle 66' der Zusammenbaustation 38' auf. Der blattähnliche Werkstoff 28' ist vorzugsweise ein blattähnliches Kunststoffband, welches einen druckempfindlichen Klebstoff an seiner Oberseite 28a' aufweist, der mit einem Oberflächenschutzband 86 abgedeckt ist, obwohl es ins Auge gefaßt werden kann, daß das blattähnliche Kunststoffband ohne einen vorbeschichteten Klebstoff bereitgestellt werden kann, in welchem Fall die Vorrichtung 20' eine Beschichtungsstation enthalten würde, in der eine dünne Schicht von Klebstoff auf das Band vor dem Schneiden aufgetragen werden würde. Mit dem vorigen Typ von Material enthält die Vorrichtung 20' ein Mittel wie eine Rolle 88 zum Entfernen des Bands 86 bevor das Plastikband 28' in die Schneideposition 32' der Arbeitsstation 30' eintritt.
Immer noch auf Fig. 14 bezugnehmend enthält die Zusammenbaustation 38' eine Staplereinrichtung 90, die eine bewegbare Platte 92 an der Stapelstelle 66' enthält. Die Platte 92 ist auf einer Stapelplattform 94 für eine Axialbewegung angeordnet, um die individuell profilierten Schichten 24', die auf der Platte 92 zusammengebaut sind, gegen die nächste, benachbarte individuell profilierte Schicht 24' zu pressen, die von der Schneideposition 32' der Arbeitsstation 30' zu der Stapelstelle 66' der Zusammenbaustation 38' bewegt wird. Darüber hinaus, wie gezeigt, ist eine Meßdose 96 mit der Platte 92 verbunden, um eine Kraft zu gewährleisten, die ausreichend ist, um eine Klebeverbindung zwischen den individuell profilierten Schichten zu bewirken.
In einem in Fig. 8 dargestellten weiteren alternativen Ausführungsbeispiel enthält das Schichtbildungsmittel eine Vielzahl von Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc., wobei jede eine Position 32a'', 32b'', 32c'', 32d'', etc. zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs 28' in die erforderlichen Profile an den entsprechenden Schneidepositionen aufweist. Die Schneidemittel können einen einzigen Laserstrahlgenerator 34'' enthalten, der mit jeder der Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. durch Strahlenteiler 98, 100, 102, 104, etc. zusammen mit Mitteln zum Lenken und Fokussieren der Laserstrahlen 106, 108, 110, 112, etc. von den Strahlenteilern 98, 100, 102, 104, etc.
auf den blattähnlichen Werkstoff 28' bei den Schneidepositionen 32a'', 32b'', 32c'', 32d'', etc. funktionell verbunden ist. Mit einer derartigen Anordnung bietet die Vorrichtung 20'' eine Hochgeschwindigkeitsherstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers 22'' aus einer Vielzahl von individuell profilierten Schichten 24'' an.
Noch bezugnehmend auf Fig. 8 enthält das Mittel zum Lenken und Fokussieren der Laserstrahlen 106, 108, 110, 112, etc. ein Paar von Spiegeln und eine Linse, die für eine Bewegung von jedem der Positionierungstische 58a'', 58b'', 58c'', 58d'', etc. getragen werden. Die Positionierungstische 58a'', 58b'', 58c'', 58d'', etc. enthalten vorzugsweise entsprechende Paare von Spiegeln 54a'' und 56a'', 54b'' und 56b'', 54c'' und 56c'', 54d'' und 56d'', etc. und entsprechende Linsen 52a'', 52b'', 52c'', 52d'', etc., wobei all diese in einer Art und Weise arbeiten, wie in Verbindung mit den entsprechenden Komponenten des in Fig. 7 dargestellten einzigen Positionierungstisches 58 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Spiegel 54a'', 54b'', 54c'', 54d'', etc. eher hin und weg von den entsprechenden Strahlteilern 98, 100, 102, 104, etc. beweglich sind als in Bezug auf den Laserstrahlgenerator 34''. Mit dieser Anordnung kann eine Vielzahl von individuell profilierten Schichten 24' simultan bei den entsprechenden Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. geschnitten werden, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers 22'' zu beschleunigen.
Wie in Fig. 8 gezeigt enthält das Schichtzusammenbaumittel eine einzige Zusammenbaustation 38'', die eine Stelle 66'' zum Stapeln der individuell profilierten Schichten 24'' von allen der Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. aufweist. Zusätzlich enthält die Vorrichtung 20'' Mittel wie die elektromagnetisch betätigte Aufnahmeplatte 68'' zum Bewegen der individuell profilierten Schichten 24'' von den Schneidepositionen 32a'', 32b'', 32c'', 32d'', etc. der Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. zu der Stapelstelle 66'' der einzigen Zusammenbaustation 38''.
Immer noch bezugnehmend auf Fig. 8 enthält die Vorrichtung 20 enthält eine rechnerunterstützte Entwurfsstation 36'' zum Eingeben der Daten, welche den dreidimensionalen Körper 22'' betreffen, zusammen mit Mitteln, die mit der rechnerunterstützten Entwurfsstation 36'' verbunden sind, um zu den Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'' deren Arbeitsweise kontrollierende Signale zu übertragen. Im besonderen enthält das Signalübertragungsmittel einen Multiplexer 114, welcher funktionell sowohl mit der rechnerunterstützten Entwurfsstation 36'' als auch mit den Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. in einer herkömmlichen Art und Weise verbunden ist, und die computerunterstützte Entwurfsstation 36'' ist mit einer Software zur Bestimmung der Dicke der individuell profilierten Schichten 24'', zur Bestimmung der individuellen Konturen der individuell profilierten Schichten 24'', zur Bestimmung der Reihenfolge der Bildung der individuell profilierten Schichten 24'' und zur Bestimmung der Reihenfolge des Zusammenbaus der individuell profilierten Schichten 24'' zum dreidimensionalen Körper 22'' ausgestattet. Mit dieser Anordnung ist die rechnerunterstützte Entwurfsstation 36'' in der Lage, für jede der individuell profilierten Schichten 24'' zu gewährleisten, daß, nachdem die Dicke und die individuellen Konturen bestimmt wurden, die Reihenfolge der Bildung der individuell profilierten Schichten 24'' derart ist, daß jeder der individuellen Konturen nicht eine der anderen auftretenden Konturen enthält.
Obwohl es nicht speziell gezeigt ist, wird es verstanden und erkannt werden, daß eine ähnliche rechnerunterstützte Entwurfsstation auch bei jedem der in den Fig. 7 und 14 dargestellten Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält das Schichtbildungsmittel ein Zeichengerät 116 (Fig. 10) zur Herstellung der benötigten Profile als Negativbilder auf einem separaten transparenten, blattähnlichen Werkstoff 118 zur Verwendung als Ätzvorlage in dem chemischen Ätzprozeß. Der blattähnliche Werkstoff 118 wird dem Zeichengerät 116 von Rollen eines Speicherstationsgehäuses oder Behältern des Werkstoffs zugeführt. Bezugnehmend nun auf Fig. 11 kann die Verwendung der vom Zeichengerät generierten Ätzvorlage in einem chemischen Ätzprozeß verstanden werden. Der blattähnliche Werkstoff 120 für den dreidimensionalen Körper 22 enthält einen aus zwei Metallen bestehenden Streifen aus dünnem Metall, welches mit einem photoresistenten Material für eine Belichtung mit ultraviolettem Licht beschichtet ist. Wie es erkannt wird, muß das blattähnliche Material 120 dünn sein im Vergleich zur Gesamtgröße des dreidimensionalen Körpers 22, so daß graduelle Änderungen in der dreidimensionalen Geometrie im Schichtungsprozeß reproduziert werden können.
Immer noch bezugnehmend auf Fig. 11 führt die Vorrichtungen 122 den blattähnlichen Werkstoff 120 von der Rolle 124 der Station 126 zu, wo die selektive Belichtung mit ultraviolettem Licht geschieht. Bei dieser Station 126 wird der blattähnliche Werkstoff 118 mit der vom Zeichengerät generierten Ätzvorlage von der Rolle 118 nach und nach abgewickelt und auf die Rolle 130 aufgewickelt, wenn der blattähnliche Werkstoff 120 sich unter der Ätzvorlage mit der gleichen Geschwindigkeit zur Belichtung mit ultraviolettem Licht durch die Ätzvorlage von der Quelle 132 bewegt. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit der Ätzvorlage auf dem blattähnlichen Werkstoff 118 und die Geschwindigkeit des blattähnlichen Werkstoffs 120 durch die Verwendung einer Serie von konventionellen Kettenzahnrädern (nicht gezeigt), welche mit entsprechenden Eingriffsperforationen 134 zusammenwirken, aneinander angeglichen.
Es soll verstanden werden, daß die Ätzvorlage durch das Zeichengerät auf einem transparenten Film, der am Metallband vor dem Zeichnen und der Belichtung durch das ultraviolette Licht befestigt wird, erzeugt werden könnte. In einer anderen Version dieses Verfahrens könnte die Ätzvorlage durch das Zeichengerät direkt auf der Oberfläche des mit einem photoresistenten Material vorbeschichteten Metalls erzeugt werden.
Nach der Belichtung durch das ultraviolette Licht wird eine chemische Ätzlösung von einer Düse 136 auf den blattähnlichen Werkstoff 120 gesprüht. Dann fallen die individuell profilierten Schichten auf ein Förderband 138. An diesem Punkt bewegt das Förderband 138 die individuell profilierten Schichten wie 140a, 140b, 140c und 140d zu einer Waschstation, wo von einer Düse 142 Waschlösung aufgesprüht wird.
Um den aus zwei Metallen bestehende Werkstoff vollständig auszunützen, kann mehr als ein Querschnitt wie 140a, 140b, 140c, 140d in jeder gegebenen Reihe hergestellt werden, wobei jede Reihe von geätzten und gewaschenen individuell profilierten Schichten wie 140a und 140b durch das Förderband 138 zu einem anderen Förderband 140 transportiert wird, welches sich vorzugsweise im allgemeinen quer zu der Richtung des Förderbands 138 bewegt. Nach der Aufnahme einer neuen Reihe von individuell profilierten Schichten wie 140a und 140b schreitet das Förderband 138 fort, um Platz für eine andere Reihe von individuell profilierten Schichten wie 140c und 140d zu schaffen, und um die erste Reihe von individuell profilierten Schichten zu dem Stapel wie bei 150 zu bewegen, wobei der nicht verwendete, aus zwei Metallen bestehende Werkstoff auf eine Rolle 152 zurückgewunden wird.
Bezugnehmend auf Fig. 13 kann ein Verfahren zum Befestigen von nicht-zusammenhängende Bereichen des gleichen Querschnitts verstanden werden. Die Bereiche 154 und 156 sind mittels dünner Streifen 158 verbunden. Nach dem Stapeln der individuell profilierten Schichten und deren Zusammenlöten können die dünnen Streifen 158 mittels konventioneller Bearbeitungstechniken entfernt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 12 können die Stiftaufnahmelöcher 80 in die individuell profilierten Schichten 24 entweder chemisch geätzt oder mittels eines Lasers geschnitten werden. Dies wird deswegen getan, um die Innenkonturen wie bei 82 während des Ofenlötprozesses in einem Lötofen 160 passend auszurichten. Bei dem in Fig. 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Ausrichtung durch das Zusammenwirken von zwei Ausrichtstiften wie 78, die ausgebildet sind, um durch die Stiftaufnahmelöcher 80 zu treten, unterstützt.
Bezugnehmend auf die Fig. 1A-1C kann eine Anwendung der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Es wird gesehen werden, daß in Fig. 1A ein Produktteil 162 und in den Fig. 1B und 1C zwei Spritz- oder Gußformhälften 164 und 166 zur Herstellung des Produktteiles 162 dargestellt sind. Mit dieser Information können die Spritz- oder Gußformhälften 164 und 166 aus den Schichten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung geschaffen werden.
Im besonderen wird das Spritz- oder Gußform-Design zuerst auf der rechnerunterstützten Entwurfsstation 36 (siehe dazu Fig. 2A) kreiert. Danach wird der Laserstrahl 50 gehandhabt, um individuell profilierte Schichten 24 zu schneiden und die Schichten werden zusammengesetzt, um den dreidimensionalen Körper 22 zu bilden (siehe dazu Fig. 2B und 3). Danach werden die individuell profilierten Schichten 24 mittels des Laserstrahls 50 punktgelötet und danach ofengelötet, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers 22 zu vervollständigen (siehe dazu Fig. 4). Schließlich wird jede Rauhigkeit der Spritz- oder Gußformhälften 164 und 166 mittels z. B. schleifen entfernt (siehe dazu Fig. 5), und die Spritzform- oder Gußformhälften 164 und 166 werden plattiert, wenn dies gewünscht ist (siehe dazu Fig. 6).
Wie es aus dieser Beschreibung und der dadurch beschriebenen Schematik erkannt wird, stellt die vorliegende Erfindung ein einzigartiges Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten bereit. Das Verfahren enthält den Schritt des Bereitstellens eines Mittels zur Formung eines Werkstoffs in eine Vielzahl von individuell profilierten Schichten mit Profilen, die für den Zusammenbau in der vorgewählten Reihenfolge zum dreidimensionalen Körper erforderlich sind. Es enthält auch den Schritt des Bereitstellens eines Mittels zur Kontrolle der Arbeitsweise des Schichtformungsmittels, um individuell profilierte Schichten für den dreidimensionalen Körper bereitzustellen. Das Verfahren enthält desweiteren den Schritt der Eingabe von Daten, welche den dreidimensionalen Körper betreffen, in das Arbeitsweise-Kontrollmittel, und danach das Instruieren des Arbeitsweise-Kontrollmittels, um das Schichtformungsmittel in einer kontrollierten Art und Weise zu betreiben, um die Vielzahl von individuell profilierten Schichten zu formen. Es enthält auch den Schritt des Zusammenbaus der Vielzahl von individuell profilierten Schichten in einer vorgewählten Reihenfolge zur Form des dreidimensionalen Körpers. Das Verfahren enthält desweiteren, daß die Vielzahl von individuell profilierten Schichten zusammengebaut wird, derart, daß jede der individuell profilierten Schichten integral mit der nächsten, benachbarten der individuell profilierten Schichten verbunden wird, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers zu vervollständigen. Aus diesen Schritten resultiert ein einziger dreidimensionaler Körper, der aus individuell profilierten Schichten gebildet ist.
Es wird erkannt werden, daß das Schichtformungsmittel vorzugsweise in Übereinstimmung mit den Details der oben beschriebenen Ausführungsformen gestaltet wird. Es ist auch vorteilhaft für das Arbeitsweise-Kontrollmittel, gleich konfiguriert zu sein und gleiche Merkmale aufzuweisen, um die Vorteile, die man erzielt, wenn man dem Verfahren der vorliegenden Erfindung folgt, zu maximieren. Wenn man derart verfährt, ist das Arbeitsweise-Kontrollmittel fähig, das Schichtformungsmittel in der erforderlichen kontrollierten Art und Weise zu betreiben.
Bezüglich des Zusammenbauschritts enthält dieser vorzugsweise das Vorsehen einer Stelle zum Stapeln der individuell profilierten Schichten. Die individuell profilierten Schichten werden dann von der Schneideposition der Arbeitsstation zu der Stapelstelle bewegt. Nach dieser Bewegung werden die individuell profilierten Schichten zur Form des dreidimensionalen Körpers gestapelt.
Vorzugsweise, wenn Grate während der Schneideoperation gebildet werden, enthält das Verfahren den Schritt des Schleifens der individuell profilierten Schichten nach dem Schneiden der benötigten Profile an der Schneideposition der Arbeitsstation. Dies wird deshalb gemacht, um jede Rauhigkeit, welche durch den Schneideschritt hervorgerufen wird, zu entfernen, obwohl es erkannt wird, daß dies nicht notwendig ist im Fall des chemischen Ätzprozesses, da hierbei keine Grate gebildet werden. Wie es aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 verstanden wird, wird der Schleifschritt - wenn erforderlich - zu einem Zeitpunkt vor dem Stapeln der individuell profilierten Schichten an der Stapelstelle durchgeführt.
Bezüglich des Schritts des Verbindens der Schichten enthält dieser bevorzugt ein Punktlöten jeder der Schichten an die nächste benachbarte der Schichten, um die Herstellung des dreidimensionalen Körpers zu vervollständigen, obwohl dies im chemischen Ätzprozeß nicht erforderlich ist. Er enthält desweiteren vorzugsweise ein Ofenlöten des gesamten dreidimensionalen Körpers, wie es in Fig. 12 gezeigt wird, nach dem der dreidimensionale Körper ein einheitliches Produkt wird, wie z. B. die zwei Spritzform- oder Gußformhälften 164 und 166 jeweils ein einheitlicher Teil der gesamten Spritzform oder Gußform zur Herstellung des Produktteiles 162 sind. Nach dem Ofenlöten enthält das Verfahren vorzugsweise den Schritt des Schleifens des dreidimensionalen Körpers (siehe dazu Fig. 5) und danach ein Plattieren des dreidimensionalen Körpers (siehe dazu Fig. 6), obwohl das Schleifen wiederum beim chemischen Ätzprozeß nicht erforderlich sein kann.
Wenn der Werkstoff ein blattähnlicher Werkstoff wie z. B. ein blattähnliches Kunststoffband ist, welches einen druckempfindlichen Klebstoff an seiner Oberfläche hat, wird das Verfahren den Schritt des Entfernens des Oberflächenschutzbandes über dem druckempfindlichen Klebstoff enthalten, bevor das blattähnliche Plastikband in die Schneideposition der Werkstation eintritt. Das Verfahren wird desweiteren den Schritt des Pressens der individuell profilierten Schichten, die sich an der Stapelstelle befinden, an die nächste, benachbarte individuell profilierte Schicht, welche von der Schneideposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle bewegt wird, enthalten, um eine Klebeverbindung zwischen den individuell profilierten Schichten zu bewirken. Während man nicht auf die Vorrichtung des in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiels beschränkt ist, wird es erkannt, daß diese Vorrichtung verwendet werden kann, um das beschriebene einzigartige Verfahren auszuführen.
Schließlich kann das Verfahren den Schritt des Vorsehens einer Vielzahl von Arbeitsstationen, wobei jede eine Position zum Schneiden eines blattähnlichen Werkstoffs aufweist, zusammen mit dem Schritt des Bereitstellens eines Mittels zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die benötigten Profile an den Schneidepositionen, enthalten. Das Schneidemittel wird dann einen einzigen Laserstrahlgenerator enthalten, welcher funktionell mit jeder der Arbeitsstation über einen Strahlteiler verbunden ist. Darüberhinaus wird das Schneidemittel auch ein Mittel zum Lenken und Fokussieren der Laserstrahlen von den Strahlteilern auf den blattähnlichen Werkstoff an den Schneidepositionen jeder der Arbeitsstationen enthalten.
Durch die Verwendung des Verfahrens der Erfindung kann ein einzigartiger dreidimensionaler Körper, der aus individuell profilierten Schichten gebildet wird, bereitgestellt werden. Dies wird mit einer Technik erreicht, welche zur Herstellung von komplexen dreidimensionalen Teilen, Spritzformen, Gußformen, Prototypen, von Teilen, die konventionell durch eine spanende Technik hergestellt werden, und sogar von Formteilen für eine rekonstruktive Knochenchirurgie verwendet werden kann, und enthält das Erzeugen und dann das Schichten der dünnen, individuell profilierten Schichten des festen Körpers, wobei eine Ausrüstung wie eine rechnerunterstützte Entwurfsstation, Zeichengeräte, Laserstrahlgeneratoren und ähnliches verwendet werden. Als Ergebnis ist es möglich, die Zeit zwischen dem Entwurf und den Herstellungsstadien signifikant zu verkürzen, Arbeitskosten zu reduzieren, die Produktivität zu erhöhen und ein flexibles Herstellungssystem bereitzustellen.
Das Prinzip des flexiblen Herstellungssystems kann nun verstanden werden. Ein Blattmetallband 28 wird der Arbeitsstation 30 (siehe Fig. 7) von einer Rolle 40 einer Speicherstation 26 zugeführt, wobei das Band aus 0.001-0.030 Zoll dickem, aus zwei Metallen bestehenden Werkstoff gebildet ist, wie z. B. Stahl, der mit Kupfer an der Unterseite verkleidet ist, oder beliebigen anderen derartigen Werkstoffen, welche unterschiedliche Schmelztemperatur besitzen, wobei das Metall mit der höheren Schmelztemperatur die dickste Schicht des Bandes in der Größenordnung von 70 bis 98% bildet und der Rest, d. h. 2 bis 32%, den Teil mit der niedrigeren Schmelztemperatur bildet, welcher zum Zusammenlöten der individuell profilierten Schichten 24 verwendet wird, und ein Laserstrahl 50 erzeugt und zu einer Schneideposition 32 mittels Spiegel 54 und 56 und der Linse 52, welche auf dem Positioniertisch 58 angebracht sind, geleitet wird. Wie bereits vorher erwähnt, sind die Spiegel 54 und 56 in einer durch die Achsen 60 und 62 festgelegten Ebenen bewegbar, und die Linse 52 ist entlang der darauf senkrechten Achse 64 bewegbar.
In ähnlicher Weise kann das Prinzip des flexiblen Herstellungssystems unter Bezugnahme auf die Fig. 11 verstanden werden. Ein Bandmetallstreifen 120 wird unter die Ultraviolett-Lichtquelle 132, die Ätzdüse 136 und die Waschdüse 142 geführt, wobei das Band wiederum aus 0.001- 0.030 Zoll dickem, aus zwei Metallen bestehenden Werkstoff, wie z. B. Stahl, der an seiner Unterseite mit Kupfer verkleidet ist oder anderen derartigen Werkstoffen mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen gebildet ist, wobei das Metall mit der höheren Schmelztemperatur wieder die dickste Schicht des Bandes mit einem Anteil von 70 bis 98% bildet und der Rest, d. h. 2 bis 30%, den Teil mit der niedrigeren Schmelztemperatur darstellt, welcher zum Zusammenlöten der individuell profilierten Schichten 24 verwendet wird, und wobei das gesamte Verfahren wie oben beschrieben ist. Wie vorstehend erwähnt ist, werden die individuell profilierten Schichten wie 140a, 140b, 140c und 140d auf dem Stapel 150 nach der Vollendung des chemischen Ätzprozesses abgelegt.
Noch einmal auf Fig. 7 bezugnehmend ist es durch die Verwendung des Positionierungstisches 58 zur Handhabung des Laserstrahls 50 möglich, daß eine individuell profilierte Schicht 24 für den dreidimensionalen Körper 22 geschnitten werden kann. Die Reihenfolge des Schneidens ist durch die Software der rechnerunterstützten Entwurfsstation oder durch einen Programmierer in einer derartigen Art und Weise bestimmt, daß Teile des Querschnittes, welche zuerst geschnitten werden, keine andere der eingeschlossenen Konturen enthalten, um zu gewährleisten, daß immer eine schmale Lücke zwischen dem Teil des Stahlbandes 28, welcher geschnitten wird, und dem Tisch 168, auf dem er nach dem Schneiden fällt, vorhanden ist. Zum Beispiel muß, wenn die individuell profilierte Schicht 24 geschnitten wird, die Kontur 170 zuerst geschnitten werden und die Kontur 172 muß danach geschnitten werden.
Nachdem die individuell profilierten Schichten 24 geschnitten wurden, bewegt der Positionierungstisch 158 die Aufnahmeplatte 68 über und in Kontakt mit der Oberfläche der Schicht 24. Ein Elektromagnet 174 wird eingeschaltet, um die Schicht 24 zur Aufnahmeplatte 68 hin anzuziehen und die Schicht 24 wird in Kontakt mit dem sich bewegenden Schleifband 70 gebracht. Wenn man derart verfährt, wird der Abfall, der durch das Schmelzen und das Wiederverfestigen des Metalls am Boden der Schnittlinie entsteht, durch diese Tätigkeit von der Schicht 24 entfernt.
Wie es erkannt werden wird, kann der Schleifriemen 70 auch Teile der Schicht 24, welche in einen Abfallbehälter 176 entsorgt werden sollen, transportieren. Dies ist z. B. dann hilfreich, wenn das System verwendet wird, anstatt einer Spritzform oder einer Gußform einen Teil-Prototyp zu schaffen, bei dem es erwünscht sein kann, den Teil zwischen den Konturen 170 und 172 zu entsorgen. Für solche Anwendungen ist die Vorrichtung 20 gut geeignet zum Zusammenbau einer Vielzahl von individuell profilierten Schichten 24 zu einem dreidimensionalen Verbundkörper 22.
Spezieller würde die Kontur 170 zuerst geschnitten werden, der Abfall würde, wenn es erforderlich wäre, mit dem Schleifriemen 70 entfernt werden, und die Kontur 170 würde auf die Stapelplattform 72 geladen werden. Danach würde der Teil zwischen den Konturen 170 und 172 entfernt werden, indem zuerst die Kontur 172 geschnitten werden würde, diese dann mittels der Aufnahmeplatte 68 angehoben und über dem sich bewegenden Schleifband 70 freigegeben werden, welches diesen Teil zu einem Abfallbehälter 176 transportieren wird. Schließlich werden die rechteckige Außenkontur 178 und die Stiftaufnahmelöcher 80 mittels des Laserstrahls 50 geschnitten.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die rechteckige Außenkontur 178 wichtig für das Stapeln der individuell profilierten Schichten 24 in einer einem genauen Punktlöten entgegenkommenden Weise. Wie es vorher mit der Innenkontur 170 durchgeführt wurde, wird die rechteckige Außenkontur 178 aufgenommen und über dem Stapelhalter 74 positioniert, und danach wird sie gegen den Stapel von individuell profilierten Schichten 24 gepreßt, so daß die Feder 180 zusammengepreßt wird. Wenn die Aufnahmeplatte 68 in ihre obere Position zurückkehrt, drückt die Feder 180 die Stapelplatte 72 solange, bis die individuell profilierte Schicht 24, welche gerade geladen wurde, gegen die Rückhaltelippen 76 drückt.
Wegen der dreieckigen Form der Rückhaltelippen 76 kann der Stapel von individuell profilierten Schichten 24 nach unten gedrückt werden, er ist aber daran gehindert, nach oben über die Rückhaltelippen 76 gedrückt zu werden. Daher landet jede Schicht 24 nach ihrem erstmaligen Laden auf der gleichen Höhe, d. h. auf der Höhe der Rückhaltelippen 76. Nach dem erstmaligen Laden positioniert der Positionierungstisch 58 die Spiegel 54 und 56 wo sie gebraucht werden und positioniert die Linse 52 innerhalb der Brennweite von der gerade geladenen Schicht 24, und das System punktlötet mit kurzen Laserpulsen die gerade geladene Schicht 24 an den Stapel.
Wie es erkannt werden wird, wird das Punktlöten nur benötigt, um die individuell profilierten Schichten 24 vorübergehend zusammenzuhalten, bis zum Ofenlöten in einem späteren Stadium des Zusammenbaus, obwohl, wenn jede individuell profilierte Schicht 24 aus einem einzigen Metallstück besteht, der Schritt des Punktlötens ausgelassen werden kann.
Während der Positionierungstisch 58 präzise genug ist, um die individuell profilierten Schichten 24 genau zu plazieren, wird der Stapelprozeß durch die beiden Ausrichtestifte 78 unterstützt. Diese Stifte 78, welche senkrecht zu der Stapelplatte 72 angeordnet sind, weisen konische Enden auf, und, wenn jede individuell profilierte Schicht 24 auf den Stapel gedrückt wird, treten die Stifte 78 durch die Haltelöcher 80. Wenn die Löcher 80 nicht genau konzentrisch mit den Stiften 78 sind, pressen ihre Innendurchmesser gegen die konischen Flächen der Stifte 78, um genug Kraft zu erzeugen, um den Stapelhalter 74 bezüglich des Stapelhaltergehäuses 182 zu bewegen.
In diesem Zusammenhang weist das Stapelhaltergehäuse 182 ein Paar von Vertiefungen 184 auf, welche in einer im allgemeinen horizontalen Ebene angeordnet sind. Diese Vertiefungen nehmen ein Paar von Zungen 186 lose auf, welche von den Seiten des Stapelhalters 74 nach außen vortreten. Durch diese Konstruktion halten die Zungen 186 den Stapelhalter 74 bei einer beschränkten Bewegung mit minimaler Reibung in einer im allgemeinen horizontalen Ebene.
Nachdem jede der individuell profilierten Schichten 24 an den Stapel punktgelötet wurde, bewegt ein Zuführmechanismus 42 das Blattmetallband 28 weiter und der Zyklus beginnt von neuem.
Nachdem alle der individuell profilierten Schichten 24 befestigt wurden, um den dreidimensionalen Körper 22 zu bilden, kann der dreidimensionale Körper 22 in einen Lötofen 160 (siehe dazu Fig. 12) eingebracht werden. Eine nicht akzeptable Rauhigkeit nach dem Löten kann durch Schleifen (siehe Fig. 5) eliminiert werden, bevor die Gußformoberfläche beschichtet wird (durch Verwendung eines stromlosen Vernickelungsprozesses oder einer anderen Oberflächenbehandlungstechnik), um die gewünschte Toleranz und Oberflächenbehandlungscharakteristik zu erzielen. Im Falle einer Gußform oder Spritzform werden beide Hälften simultan in einem einzigen Prozeß durch Schichten aufgebaut, und das Schneiden, die Entfernung des Abfalls und das Punktlöten werden von demselben Positionierungstisch, welcher durch die rechnerunterstützte Entwurfsstation bewegt wird, durchgeführt.
Noch einmal bezugnehmend auf das in Fig. 14 dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 20' gut geeignet zum Herstellen dreidimensionaler Kunststoff-Prototypen nach den oben im Detail beschriebenen Prinzipien. Der primäre Grund für eine Verwendung von Kunststoff ist, die benötigte Laserleistung ausreichend zu reduzieren, um die Verwendung eines kompakten, billigen Lasers zu ermöglichen, der leicht in einer Konstruktionsabteilung, einer Designabteilung, einem Forschungslaboratorium oder einer Modelladen-Umgebung installiert werden kann. Praktisch würde die Vorrichtung 20 dann eine andere Computer-Ausgabepheripherie analog zu einem Drucker oder einem Zeichengerät sein.
Bei der Vorrichtung 20' wird das Kunststoffband 28', welches an seiner Oberseite mit einem druckempfindlichen Klebstoff beschichtet ist, von einer Rolle 190 zugeführt. Ein Mechanismus, der aus mehreren Rollen 88 besteht, wird das Oberflächenschutzband 86 entfernen, welches vorgesehen ist, um die Oberfläche des mit Klebestoff beschichteten Kunststoffbandes 28' zu schützen. Wenn das Band 86 entfernt wurde, wird der Laserstrahl 50' die individuell profilierten Schichten 24' in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Reihenfolge schneiden.
Bei der Vorrichtung 20' der Fig. 14 werden die Teile, die vom Kunststoffband 28' ausgeschnitten werden, auf das Förderband 84 fallen. Diese Teile, welche die individuell profilierten Schichten 24 enthalten, welche am Stapel bei der Stapelplattform 90 befestigt werden sollen, werden durch das Förderband 84 über eine bestimmte Distanz bewegt und unter der Stapelplattform 94 positioniert. Zusätzlich werden diejenigen Teile, welche entsorgt werden sollen, durch das Förderband 84 bewegt, bis sie in einen Abfallbehälter fallen.
Nachdem eine individuell profilierte Schicht 24' unter der Stapelplattform 94 positioniert ist, bewegt sich die Stapelplattform 94 nach unten, bis die Stapelplatte 92 den Stapel auf die individuell profilierte Schicht 24', welche befestigt werden soll, preßt. Die Meßdose 96 sendet eine Rückmeldung über die Belastung, und die Menge der Belastung, welche notwendig ist, um eine bestimmte individuell profilierte Schicht 24' zu befestigen, wird von einem Rechner berechnet. Auf diese Art und Weise bildet sich eine Klebeverbindung zwischen der individuell profilierten Schicht 24' und dem Rest des Stapels aus, und die Schicht 24' bleibt am Stapel befestigt, wenn sich der Stapel mit der Stapelplattform 94 nach oben bewegt.
In Bezug auf das in Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung 20'' eine automatisierte Produktionslinie, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet. Alle der Arbeitsstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. können Querschnitte aus Metall oder Kunststoff simultan schneiden und können sich entweder das gleiche Band - wie in Fig. 8 dargestellt - teilen, oder sie können eine Anordnung ähnlich der in den Fig. 7 und 14 gezeigten aufweisen, wo individuelle Bandzuführer für jede Substation vorgesehen sind, welche senkrecht zu einem gemeinsamen Förderband angeordnet sind. Nachdem alle der individuell profilierten Schichten 24'' geschnitten wurden, bewegt das Förderband 192 diese Stück-für-Stück zu der Entlade-Substation 194, wo sie zu der Stapelstation 38'' in der vorher beschriebenen Art und Weise gebracht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist kein physikalisches Limit für die Anzahl der Arbeitstationen 30a'', 30b'', 30c'', 30d'', etc. vorhanden, die in einer automatisierten Produktionslinie installiert werden können. Zusätzlich hierzu kann eine Anzahl von derartigen Arbeitsstationen durch den gleichen Laserstrahlgenerator 34'' versorgt werden, indem der Laserstrahl 50'' mittels der Strahlteiler 98, 100, 102, 104, etc. bereitgestellt wird. Zusätzlich hierzu können alle derartigen Arbeitsstationen sich die gleiche rechnerunterstützte Entwurfsstation 36'', das Förderband 192, und die Stapelstation 38'' teilen, um sowohl Kunststoff- wie auch Metallteile zu produzieren.
In Bezug auf das in den Fig. 10 und 11 dargestellte System wird ein chemischer Ätzprozeß verwendet, um automatisch Verbundteile zu produzieren. Die dreidimensionalen Verbundteile können Spezialteile, Spritzformen, Gußformen, Produkt-Prototypen und andere Objekte, welche durch geometrisch begrenzte Formen beschrieben werden können, umfassen. Grundlegendermaßen sind die Fig. 10 und 11 repräsentativ für ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche eine Anzahl von Vorteilen aufweist.
Im besonderen haben die Fortschritte auf dem Gebiet der Polymer-Wissenschaften zu der Schaffung von gegossenen Teilen mit derart guten mechanischen Eigenschaften geführt, daß diese direkt Metallteile ersetzen. Im Gegensatz hierzu werden Spritzformen und Gußformen nunmehr primär durch das spanende Bearbeiten von Stahlblöcken mit Fräsmaschinen und anderen konventionellen und numerisch kontrollierten Bearbeitungswerkzeugen hergestellt. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine völlig neue Methode zur Herstellung von Spritzformen und Gußformen bereitgestellt, welche die Vorteile und Fortschritte auf dem Gebiet der Polymer- Wissenschaften ausnutzt.
In diesem Zusammenhang stellt chemisches Ätzen oder Bearbeiten einen Prozeß dar, bei dem Werkstoff durch chemische und elektrochemische Zersetzung von bevorzugt exponierten Oberflächen eines Werkstücks entfernt wird. Dieser Prozeß, der auch als chemisches Fräsen, Photoherstellung oder Photoätzen bekannt ist, besitzt viele technische und wirtschaftliche Vorteile bei der Herstellung von flachen Metallkomponenten. Teile eines komplizierten Designs, wie Computerchips und gedruckte Leiterplatten, werden mit dieser Methode produziert.
Da das Metall nicht nur sehr präzise, sondern auch ohne die Verwendung von mechanischen Kräften und Hitze entfernt wird, werden Probleme mit Abfall, verbrannten Kanten, Beanspruchung, Spannung, Aufwerfungen und Graten vermieden. Die Werkzeugkosten sind im Vergleich zu konventionellen oder numerisch kontrollierten Werkzeugen gering und die Zeitkosten werden wegen der verhältnismäßig raschen Umsätze, die erzielt werden können, reduziert. Viele Werkstoffe können chemisch gefräst werden, einschl. Aluminium, Nickel, Messing, Kupfer, rostfreier Stahl, Federstahl und Molybdän.
Die Herstellung einer schichtweise aufgebauten Guß- oder Spritzform unter Verwendung des chemischen Fräsen oder Ätzens wird in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Das Guß oder Spritzform-Design wird kreiert und durch die rechnerunterstützte Entwurfsstation in Querschnitte zerlegt, und der Abstand zwischen den Querschnitten oder Schichten wird derart festgelegt, daß der gleich mit der Dicke des Blattwerkstoffs ist, welcher verwendet werden soll. Zusätzlich wird die Geometrie jeder der individuell profilierten Schichten zu einem bestimmten Zeichengerät 116 übertragen, das besonders gut zur Herstellung von ausgefüllten Bereichen geeignet ist.
Wenn mehrere Zeichengeräte wie 116 verwendet werden, können mehrere individuell profilierte Schichten für den dreidimensionalen Körper simultan hergestellt werden. Daher hängt die kritische im Produktionspfad vergehende Zeit von der Zahl der Zeichengeräte wie 116 ab, welche für die Produktion der individuell profilierten Schichten verwendet werden. Zum Beispiel, wenn jede der individuell profilierten Schichten 3,5 Minuten benötigt, und wenn zehn derartige Zeichengeräte verwendet werden, kann die Ätzvorlage, welche für die Herstellung eines vier Zoll dicken Teils benötigt wird, innerhalb von zwei Stunden erzeugt werden.
Wie vorstehend vorgeschlagen wurde, wird jede der individuell profilierten Schichten als Negativbild in weiß auf einem dunklen Hintergrund gezeichnet. Die Hintergrundbereiche werden dann in einem darauffolgenden Ätzprozeß (wie in Fig. 11 dargestellt) entfernt und die Negative können dann auf Papier oder Mylar erzeugt werden. In diesem Zusammenhang: Mylar könnte direkt befestigt werden oder direkt auf der Oberfläche von Metallblättern, welche mit einem photoresistenten Material zur Belichtung mit ultraviolettem Licht beschichtet sind, erzeugt werden.
Um den Schritt des chemischen Abdeckens durchzuführen, kann das Aufbringen eines photoresistenten Materials in großer Menge durchgeführt werden, solange wie die Blätter bei der Vorbereitung der Werkstücke mit Sorgfalt gelagert und behandelt werden. Die Belichtungs- und die Ätzvorgänge sind relativ schnell, z. B. für ein Metallblatt, das 0.01 Zoll dick ist, wird es 10 bis 30 Minuten dauern, um eine Badätzung durchzuführen. Da alle Querschnitte simultan geätzt werden können, ist der Prozeß prinzipiell von der Ätzvorlagen-Produktion abhängig.
Nachdem das Ätzen durchgeführt wurde und das photoresistente Material entfernt wurde, müssen die Blätter zusammengestapelt und in einem Lötofen schichtweise verbunden werden. Nach der Vollendung des Lötprozesses wird eine monolithische Spritzform, Gußform, ein Prototyp oder ein anderer Körper aus dem dreidimensionalen Körper, der aus individuell profilierten Schichten gebildet ist, entstehen. In Abhängigkeit von der Endanwendung für den Körper kann eine Oberflächenbeschichtung oder -behandlung wie vorstehend beschrieben durchgeführt werden.
Wie in Fig. 5 gezeigt wird der gelötete Teil eine stufenförmige Geometrie aufweisen, wobei aber die Stufenkanten durch Schleifen eliminiert werden können, bevor die Oberfläche beschichtet wird. Wie vorstehend erwähnt, kann die Oberfläche durch die Verwendung eines stromlosen Vernickelungsprozesses und einer anderen Oberflächenbehandlungstechnik beschichtet werden, um die gewünschte Toleranzen und Oberflächengüte zu erreichen.
In Bezug auf den blattähnlichen Werkstoff, der für die individuell profilierten Schichten im Laser-Schneideprozeß und im chemischen Ätzprozeß verwendet wird, wird es verstanden werden, daß dieser vorzugsweise ein aus zwei Werkstoffen bestehender Werkstoff ist, mit der Bedeutung, daß er mehr als einen einzigen Werkstoff enthält. Zum Beispiel kann er einen aus zwei Metallen bestehenden Werkstoff, wie Stahl, der mit Kupfer verkleidet ist, enthalten, oder er kann Metall, das mit Klebstoff bedeckt ist, enthalten, oder er kann Kunststoff, der mit Klebstoff bedeckt ist, enthalten, in Abhängigkeit vom exakt verwendeten Prozeß, d. h. ob die individuell profilierten Schichten mittels Löten oder durch die Anwendung von Druck vollständig verbunden werden. Zusätzlich hierzu können entweder eine oder beide Seiten des Hauptteils des blattähnlichen Werkstoffs in entsprechender Art und Weise mit dem Verbindungsmaterial bedeckt werden.
Wie vorstehend in Verbindung mit der Verwendung eines aus zwei Metallen bestehenden Werkstoffs erwähnt wurde, wird das Hauptmaterial die Größenordnung von 70 bis 98% des blattähnlichen Werkstoffs umfassen, während das Verbindungsmaterial die Größenordnung von 2 bis 30% eines blattähnlichen Werkstoffs umfaßt. Es wird selbstverständlich erkannt werden, daß im Fall eines aus zwei Metallen bestehenden Werkstoffs das Hauptmaterial einen Schmelzpunkt haben sollte, der ausreichend höher ist als der des Verbindungsmaterials, so daß sich das Hauptmaterial während des Lötens nicht verformt. Entsprechenderweise wird im Fall einer Klebeverbindung genügend Klebstoff vorhanden sein, um nach der Anwendung eine starke Verbindung auszubilden.
Um einen dreidimensionalen Körper aus individuell profilierten Schichten zu bilden, ist es sehr wünschenswert für die individuell profilierten Schichten, daß sie die gleiche oder eine nur graduell abweichende Gestalt aufweisen. Dies kann unter der Voraussetzung erreicht werden, daß jeder der individuell profilierten Schichten nicht mehr als ungefähr 0.125% der Gesamtdicke des dreidimensionalen Verbundkörpers aufweist, z. B. ungefähr 0.030 Zoll (0.0762 cm) Maximaldicke für einen dreidimensionalen Verbundkörper von bis zu ungefähr 2 Fuß Dicke. Bei Beachtung dieses Parameters wird die Kontur relativ glatt sein und ein Minimum von Schleifen vor dem Plattieren erfordern.
Bezugnehmend nun auf Fig. 16 ist eine weitere Vorrichtung 200 zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten dargestellt, die eine Station 202 zum Lagern und Versorgen eines Pulvermaterials 204 enthält. Das Schichtbildungsmittel enthält eine das Pulver aufnehmende Plattform 206, ein Mittel 208 zum Komprimieren des Pulvers 204 auf der Plattform 206 auf eine vorbestimmte Dicke, und eine Mittel 210 zum integralen Verbinden wenigstens eines Teils des Pulvers 204, um die Bildung einer der individuell profilierten Schichten zu vollenden. Das Arbeitsweise- Kontrollmittel enthält eine rechnerunterstützte Entwurfsstation 212 zur Eingabe von Daten, welche den dreidimensionalen Körper betreffen, und ein Mittel 214 zur Übertragung von die Arbeitsweise kontrollierenden Signalen zu dem Schichtbildungsmittel. Das Schichtzusammenbaumittel enthält ein Mittel 216 für eine Bewegung der das Pulver aufnehmenden Plattform 206 in zyklischer Weise von der pulverspeichernden und -versorgenden Station 202 zu den Pulverkompressionsmittel 208 unter dem Integralverbindungsmittel 210. Vorzugsweise enthält das Pulverkompressionsmittel 208 einen geheizten Roller 218, welcher von einem Betätigungsglied 220 kontrolliert wird, das gesteuert wird, um die Kraft des Rollers 218 auf das Pulver 204 zu kontrollieren, um eine Verbindung während des Komprimierens zu erreichen.
Wie es aus Fig. 16 erkennbar ist, enthält das Integralverbindungsmittel 210 vorzugsweise einen von einem Rechner angesteuerten Laserscanner. Der von einem Rechner angesteuerten Laserscanner 210 ist ausgebildet, um wenigstens einen Teil des Pulvers 204, welches in einer Schicht wie 222 auf der Plattform 206 gebildet ist und durch den Roller 218 komprimiert wird, vollständig zu verbinden. Nachdem dies durchgeführt wurde, enthält das integral verbundene Pulver eine der individuell profilierten Schichten.
Es wird erkannt, daß das die Plattform bewegenden Mittel 216 ein Förderband ist. Auch, daß die Station 202 zur Speicherung und Versorgung des Pulvers vorzugsweise über einer oberen Fläche des Förderbandes 216 angeordnet ist. Zusätzlich hierzu ist ein Rezirkulationsbehälter 224 vorzugsweise unter der oberen Fläche des Förderbands 216 angeordnet.
Wie gezeigt ist die Plattform 206 vorzugsweise am Förderband 216 durch gelenkig angebrachte Seitenhalterungen 226 befestigt. Die Plattform 206 nimmt das Pulver 204 auf, um die Schicht 222 zu bilden, während sie unter dem Behälter 202 angeordnet ist, wobei jeder Überschuß in den Rezirkulationsbehälter 224 fällt, um periodisch zur Station 202 zurückgebracht zu werden. Nach der Pulverablagerung auf der Plattform 206 bewegt das Förderband 216 die Plattform 206 unter den Roller 218.
Während dies geschieht, wird der Roller 218 durch das lineare Betätigungsglied 220 in Kontakt mit der Pulverschicht 222 gebracht. Der Roller 218 wird vorzugsweise durch eine Energieversorgung 228 elektrisch geheizt, wobei die Kraft des Betätigungsglieds 220 reguliert wird, um eine entsprechende Verbindung während der Kompression der Pulverschicht 220 zu erreichen. Wie es erkannt werden wird, besitzt der Roller 218 den Vorteil, daß er eine kleine Kontaktfläche mit der Pulverschicht 222 aufweist, was bedeutet, daß nur eine relativ kleine Kraft des Betätigungsglieds 220 erforderlich ist, um den gewünschten Druck zu erzielen.
Danach bewegt das Förderband 216 die Plattform 206 unter den rechnerangesteuerten Laserscanner 210. Der Scanner sintert oder schmilzt den Werkstoff innerhalb der Grenzen des Querschnitts, welcher durch die rechnerunterstützte Entwurfsstation 212 festgelegt wird, um die gewünschte der individuell profilierten Schichten zu bilden. Danach wird die Plattform 206 um die Trommel 230 des Förderbands 216 bewegt (das überschüssige Pulver 204 fällt in den Behälter 232), wonach die Plattform 206 zu einer Position unter der Station 202 zurückkehrt, um den Prozeß zu wiederholen, um die nächste der individuell profilierten Schichten zu bilden.
Die im Detail in der Fig. 16 dargestellte Vorrichtung 200 zeigt deutlich, daß Pulvertechniken zur Herstellung eines Verbundkörpers verwendet werden können. Bei diesem Prozeß wird eine kleinere Laserstrahl-Intensität benötigt als in Vergleich mit den oben beschriebenen Querschnitts- Schnittechniken. Anstatt das Metall oder den Kunststoff zu verdampfen (wie es beim Schneiden geschieht), muß der Werkstoff nur selektiv auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der intermolekulare Verbindungen erzeugt werden.
Bei einer solchen Temperatur geschieht ein Sintern oder ein Schmelzen der Teilchen des Werkstoffs. Die diesen Pulverprozeß implementierende Vorrichtung 200 ist einfacher als z. B. schichtweise Körper aus Folien aufzubauen, da zur gleicher Zeit die Querschnitte geschaffen und an dem Stapel befestigt werden. Darüber hinaus werden durch die Verwendung dieser Technik Probleme, die mit nicht-zusammenhängen Konturen verbunden sind, vollständig vermieden.
Nun insbesondere auf Fig. 15 bezugnehmend wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Schichten beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte des Positionierens einer Plattform 234 unter einer Station 236 zur Speicherung und Versorgung eines Pulvermaterials 238, des Ablagerns einer Menge des Pulvermaterials 238 auf der Plattform 234, um eine Schicht 240 des Pulvermaterials 238 mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden, des Komprimierens der Schicht 234 des Pulvermaterials 238, um zu bewirken, daß das Pulvermaterial zu einer kohärenten Masse geformt wird, des Heizens wenigstens eines Teils der Schicht 240 des Pulvermaterials 238, um eine individuell profiliert Schicht 242 zu bilden, und des Wiederholens des Ablagerungs-, des Komprimierungs- und des Heizschrittes, um eine Vielzahl von profilierten Schichten (wie 242) herzustellen. Bei diesem Verfahren sind die individuell profilierten Schichten wie 242 integral mit der nächsten benachbarten der individuell profilierten Schichten durch die Heizschritte verbunden.
Vorzugsweise enthält dieses Verfahren die Herstellung von individuell profilierten Schichten wie 242 in einer Dicke, welche im wesentlichen die gleiche ist als die Dicke der Schichten wie 240. Es enthält desweiteren das Bereitstellen eines Mittels zur Kontrolle des Ablagerungs-, des Kompressions- und des Heizschrittes, um individuell profilierte Schichten wie 242 für den dadurch herzustellenden dreidimensionalen Körper bereitzustellen. Es enthält weiterhin die Eingabe von Daten, welche den dreidimensionalen Körper betreffen, in das Kontrollmittel und danach das Instruieren des Kontrollmittels, und zu bewirken, daß das Pulvermaterial 238 zu individuell profilierten Schichten wie 242 für den dreidimensionalen Körper geformt wird. Spezifischer enthält das Kontrollmittel vorzugsweise eine rechnerunterstützte Entwurfsstation 244 für den Dateneingabeschritt und ein Mittel 246 für das Übertragen von dessen Kontrollsignalen.
Unter Bezugnahme auf die in den Fig. 15 und 16 dargestellte Vorrichtung und das Verfahren sind die Schichten wie 240 des Pulvermaterials 238 von einer Dicke in der Größenordnung von 0.002 bis 0.020 Zoll (0.005-0.050 cm) nach dem Kompressionsschritt. Es wird auch erkannt, daß der Kompressionsschritt entweder durch eine geheizte Rolle 218 (Fig. 16) oder durch eine geheizte Preßplattform 248 (Fig. 15) durchgeführt wird. In beiden Fällen wird der erhitzte Bereich der Schicht 222 oder 240 durch einen rechnergesteuerten Laserscanner 210 oder 250 erhitzt, welcher ausgebildet ist, um wenigsten einen Teil des Pulvermaterials 204 oder 238 vollständig zu verbinden.
Zusätzlich hierzu wird erkannt, daß das Pulvermaterial, das nach der Bildung des dreidimensionalen Körpers, der durch die integral verbundenen individuell profilierten Schichten hergestellt wird, zurückbleibt, entfernt wird. Dies kann - wie in Fig. 16 dargestellt - durch eine "Dumping-Methode" getan werden, oder, alternativ hierzu, indem die entsprechenden Plattformen 206 oder 234 Vibrationen und/oder einem Stoß unterworfen werden. Auf diese Art und Weise wird das nicht gesinterte oder nicht geschmolzene Pulver, welches den dreidimensionalen Körper umgibt und seine Löcher und Hohlräume ausfüllt, gelockert und verläßt das Teil.
Schließlich und bezugnehmend auf Fig. 15 kann das Verfahren Metall, Kunststoff oder keramisches Pulver 238 verwenden. Das Pulver 238 fließt aus dem Behälter 236 durch das Sieb 252 und dieser Ablageprozeß kann durch ein Vibrieren des Behälters 236 gesteigert werden. Vorzugsweise bleibt die Plattform 234 in dieser Position, bis eine Pulverschicht 240 der gewünschten Dicke abgelagert wurde.
Wie vorstehend erwähnt wurde wird die Pulverschicht 222 oder 240 durch den geheizten Roller 218 oder die geheizte Preßplattform 248 komprimiert. In diesem Stadium werden einige intermolekulare Verbindungen ausgebildet und die Pulverschicht 222 und 240 wird an der Plattform 206 oder 234 oder, wenn eine oder mehrere Schichten bereits gebildet wurden, an der nächsten, benachbarten Schicht befestigt. Obwohl die Verbindungen ziemlich schwach sind, bleibt das komprimierte Pulver 204 oder 238 daran haften, sogar wenn die Plattform 236 oder 234 umgedreht wird.
Insbesondere auf Fig. 15 bezugnehmend wird das Bild des Querschnitts 254 auf der rechnerunterstützten Entwurfsstation 244 durch einen Rechner gerastert. Die geometrische Information über den Querschnitt 254 wird vom Rechner zu dem vom Rechner angesteuerten Laserscanner 250 übertragen, der die Oberfläche des komprimierten Pulvers 238 innerhalb der Grenzen des Querschnitts mit einem Laserstrahl überstreicht. Desweiteren wird der Laserstrahl automatisch auf die Oberfläche des Querschnitts fokussiert, seine Energie wird pulsförmig abgegeben (ein Impuls pro Rasterpunkt), und die Pulsenergie dabei derart reguliert, daß der Werkstoff bis auf eine Dicke, welche gleich der Dicke des Querschnitts ist, gesintert oder geschmolzen wird.
Unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Fig. 15 und 16 kann die Vorrichtung passenderweise eine Peripherie eines Rechners für eine werkzeuglose Herstellung praktisch jeden Teils, welcher auf einem Rechnerbildschirm erzeugt werden kann, bilden. Obwohl eine sekundäre Oberflächenbearbeitung des dreidimensionalen Körpers, welcher durch die Vorrichtung erzeugt wird, erforderlich sein kann, resultiert die Verbindung in einer idealen Methode für eine "Nahe-der- Nettogestalt"-Herstellung.

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Verbundkörpers (22) aus Rechnerdaten, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Speicherstation (26) zur Lagerung und Versorgung von blattähnlichem Werkstoff, aus dem der Körper (22) aufgebaut wird; einen Rechner (36) zum Erzeugen von Daten, die eine Reihe von Flächenprofilen, die einer Folge von in Abständen schrittweise durch den Körper (22) vorgenommenen parallelen Schnitten entsprechen, definieren; eine Formungsvorrichtung (30), die den Werkstoff von der Speicherstation (26) erhält und entsprechend den Daten des Rechners (36) den Werkstoff in eine Vielzahl von Schichten (24) umwandelt, von denen jede eine den Flächenprofilen entsprechende Form hat; einen Stapler (38), der die Schichten von der Formungsvorrichtung (30) aufnimmt und in der die Schichten (24) aufeinander in einer Folge der Flächenschnitte entsprechenden Reihenfolge stapelbar sind; eine Haltevorrichtung (78), die mit dem Stapler so zusammenwirkt, daß die richtige Lage jeder Schicht (24) im Stapel gewährleistet ist; und eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden der Schichten zum dreidimensionalen Verbundkörper (22), dadurch gekennzeichnet, daß der blattähnliche Werkstoff aus zwei Werkstoffen besteht, wobei der eine Werkstoff den Hauptwerkstoff für die Schicht darstellt und der andere Werkstoff ein Haftwerkstoff ist, mit dem bei Wärmeund/oder Druckeinwirkung eine vollständige Verbindung der Schichten erreicht ist; und daß die Verbindungsvorrichtung einen Druck- und/oder Wärmeerzeuger für eine gleichmäßige Verbindung benachbarter Schichten (26) und eine Steuervorrichtung aufweist, die in Abhängigkeit vom Stapler den Druckund/oder Wärmeerzeuger betätigt, um so jede Schicht (26), während eines Zeitraumes, bevor die nächstfolgende Schicht darauf abgelegt ist, vollständig zu verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Arbeitsstation besitzt, die eine Position (32) zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs aufweist und eine Vorrichtung zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die Flächenprofile an der Schneideposition aufweist, daß die Schneidvorrichtung einen Laserstrahlgenerator (34), der funktionell der Arbeitsstation zugeordnet ist, eine Vorrichtung (52) zum Fokussieren eines Laserstrahls vom Generator (34) auf den blattähnlichen Werkstoff an der Schneidposition (32) und eine Vorrichtung (54, 56) zum Führen des Laserstrahls über den blattähnlichen Werkstoff entsprechend den Daten, um die Flächenprofile an der Schneidposition (32) zu erzeugen, daß die Vorrichtung zum Fokussieren und Führen des Laserstrahls eine Linse (52) und ein Spiegelpaar (54, 56) aufweist, daß die Spiegel (54, 56) zum Generator, zur Linse und untereinander im Abstand angeordnet sind, daß die Vorrichtung zum Führen des Laserstrahls einen die Spiegel (54, 56) für eine Axialbewegung entlang zueinander senkrechter Achsen haltenden Positionierungstisch (58) aufweist, daß der Positionierungstisch (58) einen der Spiegel zur Bewegung zum Generator hin und von ihm weg hält, daß der Positionierungstisch (58) den anderen Spiegel zur Bewegung mit dem einen der Spiegel hält, daß der Positionierungstisch (58) auch den anderen der Spiegel zur Bewegung zum einen der Spiegel hin und von ihm weg hält, daß sich die Spiegel in einer Ebene, die im wesentlichen parallel zur Ebene des blattähnlichen Werkstoffs an der Schneidposition ist, bewegen, daß der Positionierungstisch (58) die Linse (52) zur Bewegung mit dem anderen der Spiegel derart hält, daß die Linse mit den Spiegeln in einer Ebene, die im wesentlichen parallel zur Ebene der Spiegel (54, 56) ist, bewegbar ist, und daß die Linse (52) auch entlang einer im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Spiegel (54, 56) befindlichen Achse bewegbar gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner eine rechnerunterstützte Entwurfssektion (36) zur Eingabe von den dreidimensionalen Körper betreffenden Details, ferner eine Vorrichtung, die der rechnerunterstützten Entwurfssektion zugeordnet ist, um die Daten für die Formungsvorrichtung zu erzeugen, und auch eine der rechnerunterstützten Entwurfssektion zugeordnete Vorrichtung zum Bestimmen der Dicke der individuell profilierten Schichten, zum Bestimmen der individuellen Konturen jeder der individuell profilierten Schichten, zum Bestimmen der Reihenfolge der Formung der individuell profilierten Schichten, und zum Bestimmen der Reihenfolge des Zusammenbaus der individuell profilierten Schichten zum dreidimensionalen Körper aufweist, wobei die Bestimmungsvorrichtung für jede der individuell profilierten Schichten sicherstellt, daß, nachdem die Dicke und die individuellen Konturen bestimmt worden sind, die Reihenfolge der Formung der individuell profilierten Schichten derart ist, daß jede der individuellen Konturen keine andere enthaltene Kontur aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Arbeitsstation besitzt, die eine Position (32) zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs aufweist und eine Vorrichtung zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die erforderlichen Profile an der Schneideposition aufweist, daß der Stapler (38) eine Zusammenbaustation mit einer Stelle zum Stapeln der individuell profilierten Schichten und eine Vorrichtung zum Transportieren der individuell profilierten Schichten von der Schneideposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle der Zusammenbaustation aufweist, daß die Transportvorrichtung eine zwischen der Schneideposition der Arbeitsstation und der Stapelstelle der Zusammenbaustation bewegliche, elektromagnetisch betriebene Aufnahmeplatte (68) ist, daß der blattähnliche Werkstoff ein auf einer Rolle an der Speicherstation (26) aufgerolltes Blechband ist, die einen Zuführmechanismus zum Fortbewegen des Bandes (28') von der Rolle zur Schneidposition der Arbeitsstation enthält, daß der Stapler (38) eine durch eine Feder belastete Stapelplatte (72) an der Stapelstelle aufweist, daß die Stapelplatte (72) für eine axiale Bewegung in einem Stapelhalter ausgelegt ist und die individuell profilierten Schichten aufnehmen und halten kann, daß der Stapelhalter für eine beschränkte Bewegung in einer Ebene parallel zur Ebene der Stapelplatte (72) ausgelegt ist, daß der Stapelhalter (74) eine Rückhaltelippe (76) aufweist, die mit der durch eine Feder vorgespannten Stapelplatte zum Festhalten der individuell profilierten Schichten Zusammenwirken kann, daß jede der individuell profilierten Schichten eine identische, im allgemeinen rechteckige Außenkontur aufweist, daß die Stapelplatte (72), der Stapelhalter (74) und die Rückhaltelippe (76) mit der im allgemeinen rechteckigen Außenkontur zum Zusammenbau der individuell profilierten Schichten (24) zur Form des dreidimensionalen Körpers (22) zusammenwirken, daß die Haltevorrichtung ein Paar Haltestifte (78) aufweist, die die individuell profilierten Schichten (24) genau in die Form des dreidimensionalen Körpers (22) positionieren, und daß jede der individuell profilierten Schichten ein Paar Stiftaufnahmelöcher in der allgemein rechteckigen Außenkontur außerhalb einer Innenkontur aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektromagnetisch betätigte Aufnahmeplatte (68), die funktionell dem die Linse (52) tragenden Teil des Positionierungstisches zugeordnet ist, und dadurch daß die Aufnahmeplatte (68) mit den individuell profilierten Schichten an der Schneideposition der Arbeitsstation in Kontakt bringbar und daran elektromagnetisch befestigbar ist, daß mit dem Positionierungstisch die individuell profilierten Schichten von der Schneideposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle des Staplers (38) transportierbar sind, daß die individuell profilierten Schichten (24) danach von der Aufnahmeplatte (68) an der Stapelstelle des Staplers freigebbar sind, und daß die Verbindungsvorrichtung (34) eine Vorrichtung zum Punktschweißen der individuell profilierten Schichten mit dem Laserstrahlgenerator aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Arbeitsstation besitzt, die eine Position zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs aufweist und eine Vorrichtung zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die erforderlichen Profile an der Schneideposition aufweist, daß der Stapler (38) eine Zusammenbaustation mit einer Stelle zum Stapeln der individuell profilierten Schichten und eine Vorrichtung zum Transportieren der individuell profilierten Schichten (24) von der Schneidposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle des Staplers aufweist, daß die Transportvorrichtung ein Förderband zum Transportieren der individuell profilierten Schichten von der Schneidposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle des Staplers (38) aufweist, daß der Werkstoff, der durch die Speicherstation gespeichert ist, ein blattähnliches Kunststoffband ist, das das Haftmittel in der Form eines druckempfindlichen Klebers aufweist, dessen Oberseite mit einem Oberflächenschutzband bedeckt ist, daß eine Vorrichtung zur Entfernung des Bandes, bevor das Kunststoffband die Schneideposition der Arbeitsstation erreicht, vorgesehen ist, daß der Stapler (38) eine Stapeleinrichtung mit einer beweglichen Platte an der Stapelstelle aufweist, daß die Platte an einer Stapelplattform axial bewegbar angeordnet ist, um jede auf der Platte zusammengebaute, individuell profilierte Schicht auf die benachbarte individuell profilierte Schicht, die von der Schneideposition der Arbeitsstation zur Stapelstelle der Zusammenbaustation gebracht ist, zu drücken, und daß die Betätigungsmittel einen Belastungsgeber aufweisen, der der Platte zugeordnet ist, um eine Kraft zu gewährleisten, die ausreichend ist, um eine dauerhafte Klebeverbindung zwischen den individuell profilierten Schichten zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Vielzahl von Arbeitsstationen umfaßt, von denen jede eine Position zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs und eine Vorrichtung zum Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die erforderlichen Profile an der Schneideposition aufweist, daß die Schneidevorrichtung einen einzigen Laserstrahlgenerator (50) aufweist, der funktionell jeder der Arbeitsstationen durch einen Strahlenteiler zugeordnet ist, daß die Schneidevorrichtung auch eine Vorrichtung zum Ausrichten und Fokussieren der Laserstrahlen vom Strahlenteiler auf den blattähnlichen Werkstoff an den Schneidpositionen aufweist, daß der Stapler eine einzige Zusammenbaustation aufweist, die eine Stelle zum Stapeln der individuell profilierten Schichten (24) aller Arbeitsstationen und eine Vorrichtung besitzt, um die individuell profilierten Schichten von den Schneidepositionen der Arbeitsstationen zur Stapelstelle der einzigen Zusammenbaustation zu transportieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Zeicheneinrichtung zum Erzeugen von Flächenprofilen als Negativbild auf einem separaten blattähnlichen Werkstoff zur Nutzung als Ätzvorlage beim chemischen Ätzen des blattähnlichen Werkstoffs für den dreidimensionalen Verbundkörper (22) aufweist, daß der blattähnliche Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper eine Schicht enthält, die mit photoresistentem Werkstoff bedeckt ist, um sie ultraviolettem Licht auszusetzen, daß die Formungsvorrichtung weiterhin eine Ätzstation aufweist, um die bedeckte Schicht nach dem Anbringen des das Negativbild tragenden, separaten blattähnlichen Werkstoffs aufzunehmen, daß der als Ätzvorlage benutzte blattähnliche Werkstoff ein Band ist, das für ultraviolettes Licht durchsichtige Bereiche aufweist, daß das Band mit derselben Geschwindigkeit wie die bedeckte Schicht für den dreidimensionalen Körper bewegt wird, und daß das Band vorzugsweise die bedeckte Schicht ultraviolettem Licht aussetzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Zeicheneinrichtung zum Erzeugen der erforderlichen Profile als Negativbild auf einem separatem blattähnlichem Werkstoff zur Nutzung als Ätzvorlage zum chemischen Ätzen des blattähnlichen Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper (22) enthält, daß der blattähnliche Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper eine Schicht aufweist, die mit photoresistentem Werkstoff bedeckt ist, um sie ultraviolettem Licht auszusetzen, daß die Formungsvorrichtung (30) weiterhin eine Ätzstation besitzt, um die bedeckte Schicht nach dem Anbringen des separaten blattähnlichen Werkstoffs, der das Negativbild trägt, aufzunehmen, daß die Vorrichtung ferner eine Fördereinrichtung, die sich parallel zur Bewegungsrichtung des separaten blattähnlichen Werkstoffs und des überzogenen Blatts bewegt, und eine weitere Fördervorrichtung aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der ersten Fördervorrichtung bewegt, um die individuell profilierten Schichten zum Stapler zu transportieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formungsvorrichtung (30) eine Zeicheneinrichtung zur Erzeugung der Flächenprofile, die als Ätzvorlage bei chemischem Ätzen verwendet werden, direkt auf dem blattähnlichen Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper aufweist, daß der blattähnliche Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper eine mit photoresistentem Werkstoff bedeckt Schicht zur Belichtung mit ultraviolettem Licht aufweist, und daß die Formungsvorrichtung (30) weiterhin eine Ätzstation besitzt, um die bedeckte Schicht, nachdem das Negativbild direkt darauf produziert wurde, aufzunehmen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der blattähnliche Werkstoff ein Band aus zwei Werkstoffen darstellt und so bemessen ist, daß jede einzelne der individuell profilierten Schichten nicht mehr als 0,125% der Gesamtdicke des dreidimensionalen Verbundkörpers, der durch alle individuell profilierten Schichten definiert ist, aufweist.

12. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Verbundkörpers aus Rechnerdaten, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Zuführen eines blattähnlichen Werkstoffs zum Herstellen des Körpers; Erzeugen von Daten, die eine Reihe von Flächenprofilen, die einer Folge von in Abständen schrittweise durch den Körper vorgenommenen parallelen Schnitten entsprechen, definieren; Profilieren des Werkstoffs entsprechend den Daten zur Umwandlung des Materials in eine Vielzahl von Schichten, wobei jede mit dem Haftmittel bedeckt ist und das Aussehen der Flächenprofile hat; aufeinanderfolgendes Stapeln der Schichten aufeinander in einer Reihenfolge, die der Reihenfolge der Flächenschnitte entspricht; Anordnen jeder Schicht, wie sie gestapelt wurde und Verbinden der Schichten miteinander, um den dreidimensionalen Körper aufzubauen, dadurch gekennzeichnet, daß der blattähnliche Werkstoff aus zwei Werkstoffen besteht, von denen der eine Werkstoff den Hauptwerkstoff für die Schicht darstellt und der andere Werkstoff ein Haftwerkstoff ist, mit dem bei Wärme- und/oder Druckeinwirkung eine vollständige Verbindung der Schichten erreicht wird, und daß der Schritt der Wärmeund/oder Druckanwendung zum vollständigen Verbinden jeder Schicht beim Stapeln mit der unmittelbar benachbarten Schicht (26) während eines Zeitraums, bevor die nächstfolgende Schicht darauf abgelegt wird, durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Formgebung das Fokussieren eines Laserstrahls auf den blattähnlichen Werkstoff und das Führen des Laserstrahls um-den blattähnlichen Werkstoff zum Formen der Flächenprofile beinhaltet.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Datenerzeugung die Eingabe der den dreidimensionalen Körper betreffenden Daten in eine rechnerunterstützte Entwurfsstation umfaßt, welche die Dicke der individuell profilierten Schichten bestimmt, die individuellen Konturen jeder individuell profilierten Schichten bestimmt, die Reihenfolge des Formens der individuell profilierten Schichten bestimmt, die Reihenfolge des Zusammenbaus der individuell profilierten Schichten zum dreidimensionalen Körper bestimmt und sicherstellt, daß, nachdem die Dicke und die individuellen Konturen bestimmt worden sind, die Reihenfolge des Formens der individuell profilierten Schichten so ist, daß jeder der individuellen Konturen keine andere enthaltende Kontur aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Formgebung das Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die Flächenprofile an der Schneideposition aufweist, daß der Stapelschritt den Transport der individuell profilierten Schichten von der Schneideposition zur Stapelstelle aufweist, und daß der Ausrichtschritt ein Paar Stiftaufnahmelöcher in jeder Schicht verwendet, um die individuell profilierten Schichten gegeneinander auszurichten.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Formgebung das Schneiden des blattähnlichen Werkstoffs in die Flächenprofile aufweist, derart, daß all nicht-zusammenhängenden Teilbereiche der individuell profilierten Schichten durch wenigstens einen Verbindungsstreifen verbunden sind.

17. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt des Ofenlötens des dreidimensionalen Verbundkörpers und dem Entfernen der Verbindungsstreifen nach dem Ofenlöten.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungsschritt das Versehen jeder der individuell profilierten Schichten mit einem Außenrand konstanter Größe und Form und das Versehen jeder der individuell profilierten Schichten mit wenigstens zwei Stiftaufnahmelöchern nahe dem Außenrand beinhaltet.

19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Wärmeund/oder Druckanwendung die Punktverschweißung des Haftwerkstoffes der individuell profilierten Schichten beim Stapeln und die Schritte des Ofenlötens des dreidimensionalen Körpers dann, wenn er vollendet ist, und des Schleifens des dreidimensionalen Körpers nach dem Ofenlöten enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt des Galvanisierens des dreidimensionalen Körpers nach dem Ofenlöten.

21. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als blattähnliches Metallband mit einem druckempfindlichen Klebmittel als Haftkomponente, dessen Oberseite mit einem Oberflächenschutzband bedeckt ist, bereitgestellt wird, und daß der Schritt des Entfernens des Bandes vor dem Formgebungsschritt vorgesehen ist.

22. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in blattähnlicher Form bereitgestellt wird, daß der Schritt der Formgebung des Werkstoffs das gleichzeitige Schneiden einer Vielzahl von unterschiedlichen Schichten aus dem Blatt unter Verwendung eines einzigen Laserstrahls und eines Strahlenteilers beinhaltet, daß der Schritt des Schneidens das Ausrichten und Fokussieren der Laserstrahlen vom Strahlenteiler auf den blattähnlichen Werkstoff an den unterschiedlichen Schneidepositionen beinhaltet, und daß der Schritt der Datenerzeugung das Bestimmen der Dicke der individuell profilierten Schichten, das Bestimmen der individuellen Konturen jeder der individuell profilierten Schichten, das Bestimmen der Reihenfolge des Formens der individuell profilierten Schichten, das Bestimmen der Reihenfolge des Zusammenbaus der individuell profilierten Schichten zum dreidimensionalen Körper und das Sicherstellen, daß die Reihenfolge des Formens der Schichten derart ist, daß jede der individuellen Konturen kein anderes enthaltendes Profil aufweisen.

23. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in der Form eines blattähnlichen Metallbandes mit einem druckempfindlichen Klebmittel als Haftkomponente, dessen Oberseite mit einem Oberflächenschutzband bedeckt ist, bereitgestellt wird, daß der Schritt der Bandentfernung vor dem Formgebungsschritt vorgesehen ist, daß der Betätigungsschritt das Pressen jeder Schicht auf die benachbarte Schicht beinhaltet, um eine dauerhafte Klebeverbindung zwischen den individuell profilierten Schichten zu bewirken, daß der Formgebungsschritt das Herstellen der erforderlichen Profile als Negativbild auf einem separaten blattähnlichen Werkstoff zur Verwendung als Ätzvorlage beim chemischen Ätzen des blattähnlichen Werkstoffs für den dreidimensionalen Verbundkörper beinhaltet, daß der blattähnliche Werkstoff für den dreidimensionalen Verbundkörper ein Blatt aus zwei Werkstoffen aufweist, das mit einem photoresistentem Werkstoff zur Belichtung mit ultraviolettem Licht beschichtet ist, und die Schritte des Ätzens des beschichteten Blattes aus zwei Werkstoffen nach dem Bedecken mit dem separaten blattähnlichen Werkstoff, das das Negativbild trägt, wobei der als Ätzvorlage verwendete, separate blattähnliche Werkstoff ein Band ist, das für ultraviolettes Licht durchlässig ist, und des Bewegens des Bandes mit derselben Geschwindigkeit wie das Blatt aus zwei Werkstoffen und das bevorzugte Belichten des aus zwei Werkstoffen bestehenden Blattes mit ultraviolettem Licht durch das Band hindurch enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als ein blattähnliches Metallband mit einem druckempfindlichen Klebemittel als Haftkomponente, dessen Oberseite mit einem Oberflächenschutzband bedeckt ist, bereitgestellt wird, daß der Schritt der Entfernung des Bandes vor dem Formgebungsschritt vorgesehen ist, daß der Betätigungsschritt das Pressen jeder Schicht auf die benachbarte Schicht beim Stapeln beinhaltet, um eine dauerhafte Klebeverbindung zwischen den individuell profilierten Schichten zu erzeugen, daß der Formgebungsschritt das Herstellen der erforderlichen Formen als Negativbild auf einem separaten blattähnlichen Werkstoff als Ätzvorlage für das chemische Ätzen des blattähnlichen Bandes beinhaltet, daß das blattähnliche Band ein Blatt aus zwei Werkstoffen aufweist, das mit einem photoresistentem Werkstoff zur Belichtung mit ultraviolettem Licht versehen ist, und daß den Schritt des Ätzens des beschichteten Blattes aus zwei Werkstoffen nach dem Bedecken mit dem separaten blattähnlichen Werkstoff, der das Negativbild trägt, enthält.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der separate blattähnliche Werkstoff als auch das Band eine für Zähne geeignete Lochung aufweisen und daß der Formgebungsschritt das Ziehen des separaten blattähnlichen Werkstoffs und des Bandes mit der gleichen Geschwindigkeit beinhaltet.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der blattähnliche Werkstoff Ätzvorlagen für mehr als eine der individuell profilierten Schichten in einer Einzelreihe beinhaltet.

27. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch den Schritt des Bewegens des blattähnlichen Werkstoffs und des Bandes in einer ersten Richtung während des Schritts der Formgebung, und des Bewegens der Schichten danach in einer senkrechten Richtung dazu vor dem Stapelschritt.