DE60114453T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen metallteils unter verwendung von hochtemperatur-direktlaserschmelzen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen metallteils unter verwendung von hochtemperatur-direktlaserschmelzen Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum direkten Sintern von Metallpulver und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum direkten Sintern von Metallpulver an einer Arbeitsraumfläche in einer Umgebung mit hohen Temperaturen, wobei das Sintern schichtweise erfolgt. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mittels derer zusammengesetzte Teile mit zwei Arten von Material hergestellt werden können.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Verschiedene Verfahren nach dem Stand der Technik wurden bereits zur Bildung von dreidimensionalen Formteilen durch Aufbringen von Materialschichten auf ein Substrat vorgeschlagen. Dieses schichtweise Herstellungsverfahren ist auch als Feststoff-Freiformherstellung (SFF) oder als Rapid Prototyping (RP) bekannt. Verschiedene Materialien und Kombinationen von Materialien können gemäß diesem Verfahren verarbeitet werden, einschließlich Materialien wie Kunststoffe, Wachse, Metalle, Keramik und dergleichen. Das US-Patent Nr. 5.252.264, erteilt an Foderhase et al., beschreibt ein Beispiel für diese Art von Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Prototypteilen. Foderhase et al. beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Prototypteilen mit mehreren Pulverkolben durch Schmelzen ausgewählter Abschnitte einer Pulverschicht an einer Zielfläche.
  • Die RP-Technologie wurde bereits erfolgreich verwendet, um verschiedenste Arten an Prototypen bereitzustellen, wie z.B. visuelle, funktionelle und Produktionsprototypen. RP-Techniken haben jedoch nur eingeschränkten Nutzen, wenn sie ausschließlich zur direkten Fertigung von Prototypen eingesetzt werden. Durch die Vorteile von RP, wie z.B. Flexibilität bei Freiform-Fertigung ohne geometrische Vorgaben, kurze Materialverarbeitungszeit und innovative Verbindungsverfahren, werden Verkürzungen der Fertigungsdauer im Fall von komplexen Werkzeugen möglich. Auf dem stark konkurrierenden Markt werden RP-Techniken bei Rapid Tooling (RT) eingesetzt, um die Vorlaufzeit in der Werkzeugherstellung zu verkürzen und die Dauer von der Produktentwicklung bis zur Platzierung des Produkts am Markt weiter zu reduzieren.
  • RT-Technologie wird typischerweise in die zwei Klassen des indirekten und des direkten Rapid Tooling eingeteilt. Indirekte Rapid-Tooling-Verfahren beginnen mit einem Modell, das durch das RP-Verfahren hergestellt wurde, und ein Werkzeug wird mit dem Modell durch Gießen oder Sprühen nachgebildet usw. In direkten Arbeitsverfahren wird ein Werkzeug mit der RP-Maschine durch Sintern, Bonden, Härten, Auftragen usw. ohne jegliche Zwischenschritte gefertigt. Im Bereich der Metallpulver-Formverfahren sind selektives Lasersintern (SLS), direktes Metall-Lasersintern (DMLS) und Lasererzeugung (LG) oder Laser-induzierte Netzformung (LENS) durchwegs bekannt.
  • Das SLS-Verfahren wurde von DTM Corporation, Austin, entwickelt. Das System umfasst eine CO2-Lasereinheit mit 50 W, Pulverkassette, eine Laser-Abtasteinheit, einen Aufbauzylinder und eine Pulverzuführung. Im Betriebszustand betreibt ein Motor die Pulverzuführung bei einer festgelegten Menge, bei der sich ein Pulvervolumen über eine Nivellierungsfläche ausdehnt. Die Pulverkassette wird über die Nivellierungsfläche geführt und gibt das Pulver an die Zielfläche ab. Im Bereich der Zielfläche wird ein Laserstrahl durch die Laservorrichtung erzeugt und durch Galvanometer-gesteuerte Spiegel abgelenkt. Die Rotation des Spiegels wird von einem Computer entsprechend dem Querschnitt der Schicht des herzustellenden Teils gesteuert. Sobald eine Schicht hergestellt ist, wird das Pulver selektiv angeschmolzen. Nach Fertigstellung einer Schicht wird das Verfahren wiederholt, bis das Teil Schicht für Schicht aufgebaut ist.
  • Das US-Patent Nr. 4.863.538, ausgegeben am 5. September 1989 an Deckard; das US-Patent Nr. 4.938.816, ausgegeben am 3. Juli 1990 an Beaman et al., das US-Patent Nr. 4.944.817, ausgegeben am 31. Juli 1990 an Bourell et al.; die PCT-Veröffentlichung WO 88/02677, veröffentlicht am 21. April 1998; das US-Patent Nr. 5.147.587, ausgegeben am 15. September 1992 an Marcus et al.; das US-Patent Nr. 5.156.697, ausgegeben am 20. Oktober 1992 an Bourell et al.; und das US-Patent Nr. 5.182.170, ausgegeben am 26. Januar 1993 an Marcus et al. beschreiben alle im Detail Beispiele für Verfahren und Vorrichtungen in Bezug auf das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren.
  • Mehrere Arten von Material in Pulverform, wie z.B. Polymer, Nylon und Metall, werden im SLS-System verwendet. Die erhältlichen Werkzeugmaterialien sind das "Copper Polyamide" und "Rapid Steel". Rapid Steel 2.0 ist ein Polymer-beschichtetes Edelstahlpulver. Es kann verwendet werden, um Werkzeuge für Brücken- oder Vorproduktions-Spritzgießen zu schaffen. Ein Bindemittel, das während des Lasersinterns geschmolzen ist, hält das Edelstahlpulver zusammen. In einem Rapid-Steel-Verfahren wird nur das Polymer-Bindemittel geschmolzen. Das Metall schmilzt durch den Laser während des Sinterns nicht, da die Laserenergie, z.B. 50 W, nicht hoch genug ist, um das Pulver bis zum Schmelzpunkt des Metalls zu erhitzen.
  • Nachdem alle Schichten abgetastet wurden, wird das Einlegeteil für den ersten Ofenzyklus vorbereitet, da die geschaffene Formeinlegeteil nun ein Grünling ist. Während des ersten Ofenzyklus löst sich das Bindemittel auf und das Stahlpulver wird gesintert, wodurch kleine Ansätze (oder Brücken) zwischen Teilchen gebildet werden. Das resultierende Teil, das eine Dichte von 60% aufweist, wird als "brauner" Einlegeteil bezeichnet und ist viel widerstandsfähiger als der grüne Einlegeteil. Der Braunling wird in einen Schmelztiegel gegeben, und eine bemessene Menge an Bronze wird in der Nähe des Teils platziert. Der Schmelztiegel wird dann für den zweiten Ofenzyklus in den Ofen gegeben. Die Bronze schmilzt und dringt durch Kapillarwirkung in den Braunling ein, um das Durchdringungsteil zu bilden. Die resultierenden Formeinlagen sind daher gänzlich dicht. Das Nachbehandlungsverfahren ist jedoch zeitaufwändig und erfordert einen beträchtlichen Arbeitsaufwand.
  • Mitte des Jahres 1998 führte DTM Copper Polyamide (PA) ein, einen hitzebeständigen, wärmeleitenden Verbundwerkstoff aus Kupfer und Kunststoff, der verwendet werden kann, um Werkzeuge für Kleinserien von herstellungsgleichen Kunststoffteilen zu schaffen. Im Betriebszustand schmilzt das Kupfermetallpulver nicht. Anstelle dessen schmilzt der Kunststoff-Verbundwerkstoff, wodurch das Pulver zusammengehalten wird.
  • DMLS ist ein anderes Metall-Laser-Formgebungsverfahren, das von Electro Optics Systems (EOS) aus München, Deutschland, entwickelt wurde. Die im Handel erhältliche Maschine EOSINT M wurde entwickelt und ist seit 1995 am Markt. Die Maschine besteht aus einer CO2-Lasereinheit mit 200 W, einer Laser-Abtasteinheit, einer Aufbaufläche und einer Streicheranordnung. Das Aufbauverfahren ist einem SLS-Verfahren ähnlich. Ein Beispiel für Verfahren und Vorrichtung wird im US-Patent Nr. 6.042.774, ausgegeben am 28. März 2000 an Wilkening et al., beschrieben.
  • Ein in EOSINT häufig verwendetes Metallpulver ist ein Gemisch aus Bronze, Nickel und Kupferphosphid. In diesem Pulver schmilzt Kupferphosphid bei 660°C und wirkt als das Tieftemperatur-Bindemittel. Trifft der Laserstrahl am Pulver auf, so homogenisieren Bronze- und Nickelpulver bei hohen Temperaturen. Kupferphosphidpulver schmilzt, und die Flüssigphase dringt in die umgebenden Hohlräume ein, befeuchtet die Bronze/Nickel-Teilchen und bindet die Teilchen aneinander. Nach dem Sintern beläuft sich die Teildichte auf etwa 70% der theoretischen Dichte des Materials.
  • Basierend auf bekannten Laser-Plattierungsverfahren (Hoadley & Drezet, 1991) wurde das Lasererzeugungs- (LG-) Verfahren an der Technischen Hochschule in Aachen als "Laser-gestützte Pulververfestigung" (LAPS) (Kreutz et al., 1995), im Los Alamos National Laboratory als "Direktlaser-Formen" (DLF) (Lewis, 1995) und in den Sandia Laboratories als "Laser-induzierte Netzformung" (LENS) entwickelt. Im Rahmen von LENS gemäß den Sandia Laboratories wird im System ein über Roboter kontrollierter Laser verwendet, um Metallpulver zu schmelzen, um somit maßgefertigte Teile in einer speziellen Kammer herzustellen. Die Kammer wird mit Argon gespült, das als eine Schutzatmosphäre für die Pulvermetalle während des Schmelzprozesses wirkt.
  • Innerhalb der Kammer arbeitet ein sechsachsiger Roboter, der programmiert ist, um die zur Formung eines bestimmten Teils erforderlichen Bewegungen durchzuführen.
  • Das Pulvermetall wird durch ein Kabel in den Gelenkarm des Roboters eingeführt. Gleichzeitig läuft ein Laserstrahl durch ein Glasfaserkabel, um Energie zuzuführen. LG ist das einzige RT-Verfahren, das in der Lage ist, auf direkte Weise vollständig dichte Teile herzustellen (N.P. Karapatis et al., 1998).
  • Die erforderliche Laserleistung und Strahlqualität sind jedoch üblicherweise hoch, z.B. liegt die Laserleistung normalerweise über 1 kW. Darüber hinaus induziert das Verfahren selbst hohe Wärmebeanspruchungen, die zu defekten Teilen führen können. Geometrische Exaktheit und Teilstabilität sind aufgrund von mangelndem Trägermaterial schwierig zu erlangen. Die Geometrie der Teile ist häufig auf eher einfache Formen eingeschränkt. Aufgrund der Anwendung von hoher Leistung und Laserqualität sowie aufgrund komplizierter mechanischer Strukturen für Pulver- und Laserzufuhr ist das LENS-System teurer als ein SLS-System (R. Irving, 1999).
  • Alle diese Systeme sind Beispiele für Versuche, dreidimensionale Gegenstände unter Verwendung von Metallpulver mittels Laser-Sintern herzustellen. Zahlreiche Probleme, wie z.B. geringe Dichte der gefertigten Teile bei SLS- und EOS-Systemen oder Verwerfung, geometrische Einschränkung und hohe Kosten des LENS-Systems, schränkten bisher jedoch die praktische Anwendung dieser Systeme ein.
  • Die obige Erläuterung des Standes der Technik umfasste mehrere Verweise auf zahlreiche verschiedene Referenzen, die nur durch ihre(n) Autor(en) und ihr Veröffentlichungsdatum belegt wurden. Die bibliographische Beschreibung dieser Referenzen ist nachstehend bereitgestellt. A. Hoadley & J.M. Drezet, "Modelisation thermique de la refusion et du traitement de surface par laser, Lasers de puissance et traitement des materiaux", Ecole de Printemps, Sireuil, France (28.–31. Mai 1991); E.W. Kreutz, G. Backes, A. Gasser & K. Wissebach, "Rapid prototyping With CO2 laser radiation", Applied Surface Science, Bd. 86, Nr. 1, 310–316 (1995); G.K. Lewis, "Direct laser metal deposition process fabricates near-net-shape components rapidly", Materials Technology, Bd. 10, 3–4 (1995); N.P. Karapatis et al., "Direct rapid tooling: a review of current research", Rapid Prototyping Journal, Bd. 4, Nr. 2, 77–89 (1998); und Robert Irving, "Taking a powder", Mechanical Engineering, 55–59 (Sept. 1999). Die US-A-5.908.569 offenbart eine Laser-Sintervorrichtung mit einem Heizelement, das über dem Pulverträger angeordnet ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung kommt diesen Nachteilen des Standes der Technik bei und weist weitere Vorteile auf, die nach dem Stand der Technik noch nicht realisiert wurden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Herstellungseffizienz und der Produktdichte im Rahmen der Herstellung von dreidimensionalen, geschichteten Produkten.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von gesteuerter, zuverlässiger Teilherstellung von Komponenten aus mehr als einem Material und in einer Umgebung mit hohen Produktionstemperaturen.
  • Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines erwünschten, dreidimensionalen Metallteils erreicht, das die Schritte des Erwärmens einer Herstellungsvorrichtung für Teile mittels eines Heizsystems auf eine Einstelltemperatur; des Aufrechterhaltens der Einstelltemperatur während eines Fertigungszeitraums; des Aufbringens eines Metallpulvers auf eine Zieloberfläche, wobei das Pulver ein erstes und ein zweites Material umfasst; des genauen Regulierens einer Schichtdicke; des Verhinderns, dass das Pulver in einer Umgebung mit hohen Temperaturen aus einem Pulverbehältnis austritt; und des Sinterns eines ausgewählten Abschnitts des Pulvers, der einem relativen Querschnittbereich des gewünschten Teils entspricht, durch Abtasten und Schmelzen des Abschnitts mithilfe eines Lasers umfasst; worin das Heizsystem Heizkomponenten oberhalb und unterhalb der Zieloberfläche umfasst, um das Pulver vor dem Sintern zu erhitzen.
  • Diese und andere Ziele werden weiters durch eine Sintervorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Metallteils aus zumindest einem Metallpulver erreicht, wobei die Sintervorrichtung einen Laser zum selektiven Schmelzen des zumindest einen Metallpulvers; einen Abtastkopf, der entlang des Laserstrahlungswegs angebracht ist, wobei der Abtastkopf einen Laserstrahl aus dem Laser fokussiert und lenkt; eine Arbeitskammer zum Hochtemperatursintern des zumindest einen Metallpulvers; eine luftdichte Kammer zur Aufrechterhaltung einer Inertgasdichtung, wobei die luftdichte Kammer die Arbeitskammer umgibt; ein Sekundärpulverbehältnis; einen Streicher zum Abgeben des zumindest einen metallischen Pulvers an eine Zielfläche; ein Heizsystem zum Erwärmen der Vorrichtung auf eine Einstelltemperatur; eine Zylinder- und Kolbenanordnung zum Abgeben und Aufbauen des zumindest einen Metallpulvers, um das Metallteil zu bilden; und Mittel zum Steuern der Sintervorrichtung umfasst; worin das Heizsystem Heizkomponenten oberhalb und unterhalb der Zieloberfläche umfasst, um das Pulver vor dem Sintern zu erhitzen.
  • Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aufgrund der nachstehenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich sein. Es gilt jedoch zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung sowie die spezifischen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung aufzeigen, ausschließlich als Veranschaulichung bereitgestellt sind, da verschiedene Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Idee und des Schutzumfangs der Erfindung Fachleuten aufgrund von dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird auf Grundlage der nachstehenden, detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich sein, die ausschließlich als Veranschaulichung bereitgestellt werden, und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, und worin:
  • die 1(a) bis 1(c) Montage-Ansichten einer Vorrichtung zur Herstellung von Teilen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Heizsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • die 3(a) bis 3(c) mehrfache Ansichten eines Heizkastens zeigen, durch den Inertgas hindurch in eine Arbeitskammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strömt;
  • die 4(a) bis 4(c) Detailansichten einer Arbeitskammer und einer luftdichten Kammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • die 5(a) bis 5(d) Detailansichten der Anordnung eines Zuführungssystems und eines Abgabemechanismus für Sekundärpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • die 6(a) bis 6(c) Detailansichten einer Kolbenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
  • die 7(a) bis 7(b) das speziell entworfene Bewegungssystem zeigen, das einen Kolben antreibt, der innerhalb eines Zylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Auf- und Abbewegung durchführt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die 1(a) bis 1(c) zeigen Montage-Ansichten einer Vorrichtung zur Herstellung von Teilen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Heizsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die 3(a) bis 3(c) zeigen mehrfache Ansichten eines Heizkastens, durch den Inertgas hindurch in eine Arbeitskammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strömt; die 4(a) bis 4(c) zeigen Detailansichten einer Arbeitskammer und einer luftdichten Kammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die 5(a) bis 5(d) zeigen Detailansichten der Anordnung eines Zuführungssystems und eines Abgabemechanismus für Sekundärpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die 6(a) bis 6(c) zeigen Detailansichten einer Kolbenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 7(a) bis 7(b) zeigen das speziell entworfene Bewegungssystem, das einen Kolben antreibt, der innerhalb eines Zylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Auf- und Abbewegung durchführt.
  • Die 1(a) bis 1(c) zeigen Montage-Ansichten einer Vorrichtung zur Herstellung von Teilen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Teilen wird nachstehend im Detail beschrieben. 1(a) ist eine Vorderansicht der Vorrichtung, 1(b) ist eine Seitenansicht, und 1(c) ist eine Draufsicht der Vorrichtung zur Herstellung von Teilen. Um die Beschreibung zu erleichtern und die Ansicht zu verbessern, ist das System der 1(a)–1(c) in einer Explosionsansicht ohne Abdeckplatten und dergleichen dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Laser 1, einen Abtastkopf 2, eine Arbeitskammer 3, luftdichte Kammern 4a und 4b, ein Sekundärpulverbehältnis 5, einen Streicher 6, eine Strahlungsheizplatte 7, einen Abgabezylinder 10a, einen Aufbauzylinder 10b und einen Personalcomputer 15.
  • Der Laser 1 ist in 1 in gewisser Weise schematisch dargestellt. Es wird ein CO2-Laser verwendet, der auf kontinuierliche Weise mit etwa 200 W maximaler Austrittsleistung arbeiten kann. Der Laserstrahlausgang des Lasers 1 weist eine Wellenlänge von etwa 10.590 nm auf, was im Infrarotbereich liegt. Der Laser 1 kann EIN-AUS-moduliert werden, um auf selektive Weise einen Laserstrahl zu erzeugen. Die Ausgangsleistung kann auch innerhalb eines ausgewählten Bereichs von 0 bis 200 W moduliert werden. In dieser Vorrichtung werden die EIN-AUS-Modulation des Lasers und die Modulation des Leistungsausgangs durch den Personalcomputer 15 gesteuert. Der Laser kann selektiv über den Computer 15 und gemäß einer CAD-Datei, die detaillierte Abmessungen des erwünschten Teils und seine damit verbundenen Querschnitte enthält, gesteuert werden.
  • Der Abtastkopf 2 ist entlang des Laserstrahlungsweges angebracht, um den Laserstrahl zu fokussieren und zu lenken. Der Abtastkopf 2 umfasst ein Paar an Spiegeln, die durch ein entsprechendes Paar an Galvanometern angetrieben werden. Der Computer 15 steuert die Galvanometer mittels einer Controller-Karte. Die Controller-Karte ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Computer 15 und den Spiegeln.
  • Wie in den 1(a) bis 1(c) gezeigt ist, stellt die Arbeitskammer 3 einen Ort dar, an dem Vorheiz-, Pulverabgabe- und Sinterprozesse stattfinden. Die Innenoberfläche der Kammer 3 besteht aus Edelstahl. Die Außenoberfläche der Kammer 3 ist mit Wärmeisolierungsmaterial (Glimmer, 20 mm Dicke) beschichtet. Oben an der Kammer 3 ermöglicht eine runde Öffnung, dass der Laserstrahl austritt und die Zielfläche 8b abtastet. Kammer 4 ist luftdicht, und Inertgas ist darin eingeschlossen. Inertgas wird in die Kammer 4 durch einen Einlass 23 eingebracht, und die Luft wird durch den Auslass 24 ausgeblasen. Ein spezieller optischer Kristall, der die Linse des Abtastkopfes 2 vor Verunreinigung schützt, ist zuoberst der Kammer 4 angebracht. Der Laserstrahl kann bei unerheblichem Energieverlust durch den Kristall gehen.
  • Das Behältnis 5 dient zur Aufbewahrung des Sekundärpulvers. Am Boden des Behältnisses 5 ist ein Verschlusstopf vorhanden. Eine Schneckenwelle wird in das Behältnis 5 eingeführt, um das Pulver im Behältnis 5 zu vermischen, sodass es leicht abgegeben werden kann. Schrittmotor 20 treibt das Behältnis 5 an und bewegt es in der Arbeitskammer 3 vor und zurück. Der Streicher 6 ist am Behältnis 5 angebracht. Treibt der Motor 20 das Behältnis 5 an, so kann sich der Streicher 6 vor- und zurückbewegen, um das Pulver zur Zielfläche 8b zuzuführen und die Pulveroberfläche zu nivellieren.
  • Wie in den 1(a) bis 1(c) gezeigt ist die Strahlungsheizplatte 7 über der Nivellierungsfläche 29 angeordnet. Die Strahlungsheizplatte 7 kann durch den Gaszylinder 12 angetrieben werden, um sich auf- und abzubewegen. Während des Aufbauprozesses ist die Heizplatte in der unteren Position festgestellt, sodass das Pulver im Abgabezylinder 10a und im Aufbauzylinder 10b wirksam erhitzt werden kann. Nach dem Aufbauprozess wird die Heizplatte 7 durch den Zylinder 12 in die obere Position geschoben, sodass der aufgebaute Teil auf einfache Weise entnommen werden kann.
  • Die Zylinder 10a und 10b weisen eingebaute Pulverkolbenanordnungen 8a und 8b auf. Die Vorschubmotoren 13a und 13b treiben eine Kugelumlaufspindeleinheit (zusammen, 9a und 9b) durch ein Paar an Zahnrädern 11a und 11b an. Durch die Anordnung der Kugelumlaufspindeleinheit (9a und 9b) wird die Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt, und eine Gewindespindel 9a treibt die Kolbenanordnungen 8a und 8b an, die sich in den Zylindern 10a und 10b auf- und abbewegen.
  • Der Betrieb nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Ein grundlegendes Konzept der vorliegenden Erfindung ist der direkte und schichtweise Aufbau eines Metallteils. Das heißt, dass eine STL-Datei eines Teils in zwei einzelne Schichten mit einer bestimmten Dicke geschnitten wird, die in Summe die dreidimensionale Konfiguration des Teils umfassen. Jede Schicht weist eine zweidimensionale Querschnittkontur des Teils auf.
  • Im Betriebszustand, wie in den 1(a) bis 1(c) gezeigt, werden der Zylinder 10 und das Behältnis 5 mit verschiedenen Pulvern aufgefüllt, wenn sich die Kolbeneinheit 8a in die untere Position bewegt. Die Türen 16 und 17 sind geschlossen. Heizkomponenten 7, 33, 36 und 37 (siehe 2) beginnen zu arbeiten, um die Arbeitskammer 3 und die Pulver im Zylinder 10a und Behältnis 5 auf die Einstelltemperatur zu erwärmen. Inertgas wird in den Heizkasten durch einen Inertgaseinlass IGI und in die Kammer 4 nach dem Vorwärmen des Heizkastens 33 (siehe 2) durch einen Inertgasauslass IGO eingeführt.
  • Nach der zuvor beschriebenen Vorbereitung beginnt ein Aufbauprozess. Der Abgabekolben 8a bewegt sich über eine bestimmte Distanz nach oben, und ein erster Abschnitt des Pulvers wird höher als die Nivellierungsfläche 29 nach oben gehoben. Der Zielkolben 8b bewegt sich in einer bestimmten Distanz nach unten, um das Pulver, das eingeleitet wird, aufzunehmen. Der Streicher 6, der durch den Schrittmotor 20 angetrieben wird, streicht ausgehend von der linken Seite der Vorrichtung hin zur rechten Seite und verteilt den ersten Pulverabschnitt auf der Zielfläche 8b. Entsprechend dem ersten Querschnittsbereich des erwünschten Teils steuert der Personalcomputer 15 den Laserstrahl, sodass dieser nur das abgelagerte Pulver innerhalb der definierten Grenzen selektiv abtastet. Mithilfe von Heizkomponenten erhitzt der Laserstrahl das Pulver, bis es schmilzt, und das Pulver wird vereinigt. Hiermit ist die erste gesinterte Schicht fertiggestellt.
  • Wird ein Sekundärpulver in die Teilherstellung eingebunden, so ist die Abgabe des Sekundärpulvers wie folgt zu beschreiben. Das Sekundärpulverbehältnis 5 bewegt sich in die mittlere Position zwischen Abgabezylinder 8a und Zielzylinder 8b (die in 1 gezeigte Position) und bleibt dort stehen. Der Gaszylinder 18 bringt den Verschluss 21 am Auslass des Behältnisses 5 in Öffnungsposition, und der Motor 19 treibt die rotierende Schneckenwelle 25 an. Das Sekundärpulver im Behältnis 5 wird eingeleitet und rieselt von der Nivellierungsfläche 29.
  • Ist die Menge an Pulver ausreichend, um sich bis zur Zielfläche 8b für eine Schicht auszubreiten, so bringt der Gaszylinder 18 den Verschluss 21 in Verschlussposition. Der Streicher 6 ist am Behältnis 5 fixiert. Bewegt der Schrittmotor 20 das Behältnis 5, so bewegt sich der Streicher 6 zusammen mit dem Behältnis 5 und streicht über die Nivellierungsfläche 29. Das aus dem Behältnis 5 eingeleitete Sekundärpulver wird über die Zielfläche 8b verteilt. Der Laserstrahl schmilzt das Pulver selektiv in Übereinstimmung mit dem Querschnitt des erwünschten Teils. Nach Abschluss des selektiven Schmelzens für diese bestimmte Pulverschicht bewegt sich der Zielkolben 8b um eine Distanz nach unten, die der Dicke der nächsten Schicht entspricht, und ruht dort bis zur Ablagerung der nächsten Pulverschicht von Streicher 6.
  • 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Heizsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte Heizsystem sorgt für ein Vorheizen der Metallpulvers und stellt sicher, dass die Temperatur des Metallpulvers vor dem Sintern 400°C erreicht. 2 veranschaulicht auf schematische Weise das bevorzugte Heizsystem der vorliegenden Erfindung. Das Ziel der vorliegenden Vorrichtung ist das Metallpulver direkt zu schmelzen.
  • Metalle, die üblicherweise in der bevorzugten Vorrichtung verwendet werden, sind Nickel, Kupfer und Eisen usw. Der Schmelzpunkt dieser Materialien liegt üblicherweise über 1.000°C. Unter Verwendung einer Laserleistung von nur 200 W ist es schwierig, das Pulver auf so hohe Temperaturen zu erhitzen. Abtasten bei geringer Geschwindigkeit ist eine Art; mehr Energie auf das Pulver zu fokussieren, um es zu schmelzen. Dies geht jedoch zulasten der Produktionsdauer und -effizienz. Eine bevorzugte Alternative, die ausschließlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist, ist die Anwendung von Hilfs-Heizkomponenten, um das Pulver vor dem Sintern auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Wird Laserenergie zugesetzt, so kann das Pulver bis auf den Schmelzpunkt erhitzt werden.
  • In der vorliegenden Vorrichtung wird erwartet, dass sich das Pulver bis zu einer Temperatur von 400°C erhitzt. Zuerst wird eine Strahlungsheizplatte 7 mit 3.000 W in einer Hängeposition über der Nivellierungsoberfläche 29 gehalten, um die vorbestimmte Temperatur zu erreichen. Während des Herstellungsverfahrens sinkt die Heizplatte 7 durch ihr Gewicht ab und wird von zwei Stoppern 38, die an der Wand der Arbeitskammer 3 befestigt sind, gehalten. Das Pulver in den Zylindern 10a und 10b kann von der Heizplatte 7 ausgestrahlte Hitze absorbieren. Nach Abschluss der Teilherstellung schieben die Gaszylinder 12 (in 1 gezeigt), die der Computer 15 steuert, die Heizplatte 7 nach oben, sodass der hergestellte Teil leicht entnommen werden kann.
  • Die Öffnung 34 an der Heizplatte 7 ist als Durchlass für den Laserstrahl vorgesehen. Die Positionierung der Öffnung 34 exakt über dem Zielkolben stellt jedoch einen Nachteil für das Erhitzen des Pulvers im Zielzylinder 10b dar. Daher sind Bandheizkörper 37 unter der Platte 8a und 8b vorgesehen, um sicherzustellen, dass das Pulver in den Zylindern auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird.
  • Sekundärpulver im Behältnis 5 absorbiert Wärme auf zumindest zwei Arten. Einerseits strahlt die Strahlungsheizplatte 7 Wärme zum Pulver im Behältnis 5. Andererseits sind Bandheizkörper 35 und 36 an zwei Seiten des Behältnisses 5 vorgesehen, um sicherzustellen, dass das Pulver im Behältnis 5 auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird.
  • Inertgas, wie z.B. Stickstoff, kann kurz nach Freisetzung aus dem Gaszylinder sehr kalt sein. Wird ein kaltes Gas in die Arbeitskammer 3 eingeführt, so könnte dies die Temperatur in der Kammer 3 auf unerwünschte Weise beeinflussen. Daher heizt der Heizkasten 33 das Inertgas vor, bevor es in die Kammer 3 eintritt (wie in 2 gezeigt ist).
  • Die 3(a) bis 3(c) zeigen mehrfache Ansichten eines Heizkastens 33 zum Vorheizen von Inertgas vor Eintritt des Gases in eine Arbeitskammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3(a) ist eine Draufsicht, 3(b) eine Vorderansicht und 3(c) eine Seitenansicht des Heizkastens 33 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der Heizkasten 33 umfasst zwei Kästen, einen inneren luftdichten Kasten 43 zum Erhitzen des Inertgases und einen äußeren Kasten 44 als Wärmeisolierung. Im inneren Kasten 43 sind drei Heizkörper 39 mit 350 W vorgesehen. Ein Wärmekoppler 41 ist im Kasten 43 zur Temperaturkontrolle im geschlossenen Regelsystem angeordnet. Die Luft zwischen dem Innenkasten 43 und dem Außenkasten 44 vermeidet eine Verteilung der Wärme im Kasten 43.
  • Das zur Prävention von Oxidation verwendete Inertgas tritt durch den Einlass 40 in den Heizkasten 43 ein. Das Inertgas wird erhitzt, wenn es durch den Heizkörper 39 strömt, und wird dann durch den Auslass 42 freigesetzt. Der Auslass 42 ist mit der Arbeitskammer 3 an der Verbindung 23 verbunden (gezeigt in 2), über die das vorgeheizte Inertgas IGO in die Arbeitskammer 3 eintritt. Das Pulver in Kammer 3 kann die erwünschte Temperatur von 400°C erreichen, wenn die vorangehenden Komponenten wie oben beschrieben verwendet werden.
  • Die 4(a) bis 4(c) zeigen Detailansichten einer Arbeitskammer und einer luftdichten Kammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4(a) ist eine Vorderansicht im Querschnitt, 4(b) ist eine Draufsicht und 4(c) ist eine Seitenansicht der zwei Kammern. Die Arbeitskammer und die luftdichte Kammer helfen, die Temperatur des Metallpulvers bei einer erwünschten Temperatur/einem bestimmten Einstellwert zu halten. Die Struktur der Arbeitskammer 3 und der luftdichten Kammer 4 wird nun näher beschrieben.
  • Es ist entscheidend, das Ausbreiten der Hitze innerhalb der Kammer 3 zu unterbinden, da die Arbeitstemperatur sehr hoch ist. Erstens kann wirksame Aufrechterhaltung der Hitze und/oder Isolierung unnotwendigen Energieverbrauch reduzieren. Zweitens kann das Isolieren der Präzisions-Bewegungskomponenten und elektrischen Komponenten, die außerhalb der Kammer 3 angeordnet sind, von der hochtemperierten Zone für diese Komponenten geeignete Arbeitsbedingungen sicherstellen. Anderenfalls würde die Bewegungsexaktheit beeinträchtigt und somit die Lebensdauer der Präzisionskomponenten stark reduziert werden.
  • Ein innerer Teil der Arbeitskammer 3 ist eine Edelstahlbeschichtung. An der Vorderseite ist eine Tür 16 angebracht, und in der Decke der Kammer 3 ist eine Öffnung 22 vorgesehen, durch die der Laserstrahl eintreten kann. An der Rückseite der Kammer 3 sind ein Einlass 23 für das Eintreten von Inertgas und ein Auslass 24 für das Austreten von Inertgas vorgesehen. Ein Wärmeisoliermaterial 45, z.B. Glimmer und/oder Entsprechungen davon, mit einer Dicke von etwa 20 mm ist außen an der Kammer 3 als Beschichtung aufgetragen. Eine Arbeitsplatte 29 bildet den Boden der Kammer 3, und eine Wärmeisolierplatte 30 dient unter der Arbeitsplatte 29 als Unterschicht. Vier Wärmeisolierstäbe 47 sind unter der Isolierplatte 30 vorgesehen, wodurch zwischen der Isolierplatte 30 und der Grundplatte 31 ein Raum mit 20 mm Dicke für weitere Wärmeisolierung freigelassen ist.
  • Die luftdichte Kammer 4 umgibt die Arbeitskammer 3. Die Kammer 4 ist ebenfalls aus einem Edelstahlblech hergestellt und ist an der Basisplatte 31 fixiert. Die Kammer 4 besteht aus zwei Teilen 4a und 4b. Teil 4a umgibt die Arbeitskammer 3, und Teil 4b bedeckt das Bewegungssystem des Streichers 6 und das Sekundärbehältnis 5. Luft kann zwischen Teil 4a und Teil 4b strömen. Ein Fenster 22 ist zuoberst der Kammer 4 vorgesehen, damit der CO2-Laser durchtreten kann, während das Austreten von Gas aus dem Inneren der Kammer 4 stets unterbunden wird. Inertgas ist in der Kammer 4 dicht eingeschlossen. Zwischen Kammer 3 und Kammer 4 ist ein Raum freigelassen, der zur Erreichung einer guten Wärmeisolierwirkung beiträgt.
  • Die 5(a) bis 5(d) zeigen Detailansichten der Anordnung eines Zuführungssystems und eines Abgabemechanismus für Sekundärpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5(a) ist eine Draufsicht, 5(b) ist eine Teilvorderansicht im Querschnitt, 5(c) ist eine Seitenansicht von links und 5(d) ist eine Seitenansicht von rechts der Anordnung des Zuführungssystems und des Abgabemechanismus.
  • Das Struktur- und Bewegungssystem des Sekundärpulverbehältnisses 5 wird nun insbesondere unter Verweis auf die 5(a) bis 5(d) näher beschrieben. Das Sekundärpulverbehältnis 5 ist an seiner Oberseite geöffnet. Das Pulver kann in das Behältnis 5 eingeführt werden und dort Hitze von der Heizplatte 7 absorbieren. Der Streicher 6 ist an einer Seite 77 des Behältnisses 5 fixiert. Am Boden des Behältnisses ist ein Schlitz freigelassen, um das Pulver austreten zu lassen. Eine Schneckenwelle 25 setzt in das Behältnis 5 ein und kann durch den Motor 19 rotiert werden. Die Rührwirkung erleichtert eine gleichförmige Abgabe des feinen Pulvers. Ein Verschluss 21, fixiert an einer Achse 26, die durch den Gaszylinder 18 angetrieben wird, verschließt normalerweise den Schlitz. Wird der Gaszylinder 18 gefüllt, so wird die Achse 26 in Rotationsbewegung angetrieben, und der an der Achse 26 angebrachte Verschluss 21 öffnet sich.
  • Die zwei Seitenwände 75 und 76 des Behältnisses 5 sind mit den Platten 79 bzw. 80 über Wärmeisolierplatten 77 und 78 verbunden, um Wärmeleitung zu den Bewegungsteilen zu unterbinden. Die Platten 79 und 80 sind an der beweglichen Arbeitsbühne 84 fixiert, die mit dem Förderriemen 82 verbunden ist. Der Förderriemen 82 wird über ein Paar von Riemenrädern 83 und 86 geführt, und das Riemenrad 83 ist mit dem Schrittmotor 20 verbunden. Durch das Paar von Riemenrädern wird die Drehbewegung des Motors 20 zur linearen Bewegung des Riemens 82 umgesetzt. Die Bewegung des Riemens 82 bewegt das Behältnis 5 und den Streicher 6 zusammen mit der beweglichen Arbeitsbühne 84 vor und zurück. Die Bewegung der beweglichen Arbeitsbühne 84 wird durch ein Paar an Führungsleisten 85 gelenkt.
  • An der Rückwand der Kammer 3 ist ein Schlitz 73 als Verbindung zwischen der beweglichen Arbeitsbühne 84 und dem Behältnis 5 vorgesehen. Der Schlitz 73 liefert auch einen Raum für die relative Bewegung zwischen der Bewegungseinheit und der Kammer 3. Das Bewegungssystem, einschließlich der Komponenten 19, 20, 82, 83, 85 und 86, die an Teil 4b angeordnet sind, sollte das Arbeiten in einer hochtemperierten Umgebung vermeiden, um die Bewegungsexaktheit sicherzustellen und eine Steigerung der Lebensdauer von Präzisionskomponenten zu garantieren.
  • Luft kann durch den Schlitz 73 von Teil 4a zu Teil 4b strömen. Da der Arbeitsbereich 4a unter hoher Temperatur steht, sollte der Schlitz 73 so gering wie möglich geöffnet werden. Ein flexibler Wärmeisolierriemen 74 ist mit dem Behältnis 5 verbunden. Der flexible Wärmeisolierriemen 74 kann sich zusammen mit dem Behältnis 5 bewegen und verschließt den Schlitz 73, um die Übertragung von Wärme aus dem Bereich 4a in den Bereich 4b durch Wärmestrahlung und -strömung zu vermeiden.
  • Die 6(a) bis 6(c) zeigen Detailansichten einer Kolbenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das 3D-Zielteil ist auf der Kolbenanordnung aufgebaut und das ungesinterte Pulver ist darin gelagert. 6(a) ist eine Teilquerschnittsansicht, 6(b) ist eine zweite Teilquerschnittsansicht und 6(c) ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils aus 6(b) der Kolbenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 veranschaulicht die Struktur von Kolben 8a und Zylinder 10a. Die Temperatur des in den Zylinder 10a geladenen Pulvers beträgt etwa 400°C. Üblicherweise verwendete Dichtungsmasse, wie z.B. Kautschuk oder Gummi, können solch einer hohen Temperatur nicht standhalten. Wird der Kolben 8a direkt verwendet, um das Pul ver abzudichten, so erfordert diese starre Dichtung, dass der Kolben 8a und der Zylinder 10a feinmechanisch hergestellt werden, und die Toleranz muss streng geregelt werden. Da der Kolben 8a sich in den Zylinder 10a bewegen können muss, ist die Justierung zwischen Kolben, Zylinder und Präzisionsbewegungssystem mit der starren Dichtung sehr schwierig. Darüber hinaus kann in einer Umgebung mit hohen Temperaturen die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Zylinders 10a und des Kolbens 8a die Bewegung des Kolbens blockieren.
  • In der bevorzugten Ausführungsform werden Kolbenringe 50 verwendet, um eine Dichtung aufrechtzuerhalten. Die Kolbenringe 50 sind aus Gusseisen hergestellt. Die Kolbenringe 50 können bei einer Temperatur von 800°C korrekt arbeiten. Darüber hinaus besitzt Gusseisen gute Sandlagereigenschaften, z.B. weist es Vorteile für die Verwendung mit Dichtungspulvermaterial auf. Der Durchmesser des Kolbenrings beträgt etwa 252 mm in einer bevorzugten Ausführungsform. Durch das Vorhandensein einer schrägen Fuge 59 im Kolbenring und durch die Elastizität des Materials ist der Durchmesser des Kolbenrings regulierbar. Am Kolben 8a befinden sich vier eingearbeitete Rillen, und vier Kolbenringe sind in die jeweiligen Rillen gelegt. Die Fugen der vier Kolbenringe sind wechselweise angeordnet. Der Durchmesser des Zylinders 10a, in dem sich der Kolben auf- und abbewegt, beträgt etwa 250 mm in einer bevorzugten Ausführungsform. Wird der Kolben 8a mit den Kolbenringen 50 in den Zylinder 10a eingeführt, so werden, da der Durchmesser der Kolbenringe 50 größer ist als jener des Zylinders 10a, die Kolbenringe durch den Druck zusammengerafft, sodass sie an den Durchmesser des Zylinders 10a angeglichen sind. Aufgrund der Elastizität schmiegen sich die Kolbenringe 50 an den Zylinder 10a und vermeiden so ein Austreten des Pulvers in den Zylinder 10a.
  • Die 7(a) und 7(b) zeigen ein speziell entworfenes Bewegungssystem, das den Kolben innerhalb des Zylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf- und abbewegt. 7(a) ist eine Seitenansicht und Draufsicht, und 7(b) ist eine Seitenansicht und Teildraufsicht von der gegenüberliegenden Seite des Bewegungssystems. Das Bewegungssystem der Kolbeneinheit wird nachstehend insbesondere unter Verweis auf die 7(a) und 7(b) näher beschrieben.
  • Kugelumlaufspindeleinheit 9, Führungsstift 28a und Muffe 28b verbinden die Kolbeneinheit 8a mit dem Bewegungssystem. Eine Kugelumlaufspindelmutter 9b und eine Schraubenwelle 9a sind hier angeordnet, um eine Rotationsbewegung zu einer linearen Bewegung umzusetzen. Der Vorschubmotor 13a treibt die Kugelumlaufspindelmutter 9b an, die sich durch ein Paar an Präzisionszahnrädern 11a und 11b dreht. Aufgrund der Bindung durch Komponente 62 in vertikaler Richtung rotiert die Kugelumlaufspindelmutter 9b nur ohne Bewegung in dieser Richtung. Aufgrund der Rotationswirkung treibt die Umlaufspindelmutter 9b die Schraubenwelle 9a auf präzise Weise an und bewegt sie in die vertikale Richtung. Die lineare Bewegung der Kolbeneinheit wird durch den Führungsstift 28a und die Führungsmuffe 28b geführt und unterstützt, und die Wälzpassung zwischen dem Führungsstift 28a und der Führungsmuffe 28b ermöglicht eine regelmäßige und reibungslose Bewegung des Kolbens.
  • In den 6(a) und 6(b) ist auch eine Fuge 57 in axialer Richtung und eine Fuge 58 in radialer Richtung zwischen Kolbenring 50 und Kolben 8a zu sehen. Die Fugen ermöglichen, dass sich die Kolbenringe 50 innerhalb des Kolbens 8a leicht bewegen. Obwohl die Grundplatte 31 nicht vollständig mit dem Bewegungssystem bündig ist, wie in 1 gezeigt, bleiben die Kolbenringe 50 enganliegend am Zylinder 10a, und die Kolbeneinheit 8a kann sich innerhalb des Zylinders 10a leicht bewegen, ohne die Dichtungswirkung zu beeinflussen.
  • Nach dieser Beschreibung der Erfindung wird verständlich sein, dass dies auf zahlreiche verschiedene Weisen umgesetzt werden kann. Solche Variationen sind nicht als Veränderungen zu betrachten, die über die Idee und den Schutzumfang der Erfindung hinausgehen, und alle solche Modifikationen, die Fachleuten ersichtlich sein werden, sind im Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche eingebunden.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines gewünschten, dreidimensionalen Metallteils, umfassend die Schritte: des Erwärmens einer Herstellungsvorrichtung für Teile mithilfe eines Heizsystems auf eine Einstelltemperatur; des Aufrechterhaltens der Einstelltemperatur während eines Fertigungszeitraums; des Aufbringens eines Metallpulvers auf eine Zieloberfläche, wobei das Pulver ein erstes und ein zweites Material umfasst; des genauen Regulierens einer Schichtdicke; des Verhinderns, dass das Pulver in einer Umgebung mit hohen Temperaturen aus einem Pulverbehältnis austritt; und des Sinterns eines ausgewählten Abschnitts des Pulvers, der einem relativen Querschnittbereich des gewünschten Teils entspricht, durch Abtasten und Schmelzen des Abschnitts mithilfe eines Lasers; worin das Heizsystem Heizkomponenten oberhalb und unterhalb der Zieloberfläche umfasst, um das Pulver vor dem Sintern zu erwärmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Heizsystem einen Strahlungsheizkörper, unter einer Plattform, auf welche das Pulver geladen wird, angebrachte Bandheizkörper sowie einen Heizkasten, durch welchen ein Inertgas vor dem Eintritt in eine Arbeitskammer vorgewärmt wird, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Aufrechterhaltens der Einstelltemperatur ein Wärmeaufrechterhaltungssystem verwendet, wobei das Wärme aufrechterhaltungssystem eine Arbeitskammer zum Hochtemperatursintern und eine die Arbeitskammer umgebende luftdichte Kammer umfasst, um eine Inertgasdichtung und Wärmeisolierung bereitzustellen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Pulver ein erstes Pulver und ein Sekundärpulverumfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin der Schritt des Verhinderns, dass das Pulver aus dem Pulverbehältnis austritt, weiters ein Sekundärpulver-Aufbringungssystem verwendet, wobei das Sekundärpulver-Aufbringungssystem ein Behältnis für das Sekundärpulver und ein Relativbewegungssystem umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, worin der Schritt des Verhinderns des Austretens des Pulvers ein Austrittsverhinderungssystem mit einem Dichtungskolben und eine Vielzahl von Kolbendichtungsringen verwendet.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Laser ein CO2-Laser mit 200 W ist, der das Pulver in Übereinstimmung mit einer CAD-Datei des gewünschten Teils selektiv schmilzt.
  8. Sintervorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Metallteils aus zumindest einem Metallpulver, wobei die Sintervorrichtung Folgendes umfasst: einen Laser zum selektiven Schmelzen des zumindest einen Metallpulvers; einen Abtastkopf, der entlang des Laserstrahlungswegs angebracht ist, wobei der Abtastkopf einen Laserstrahl aus dem Laser fokussiert und lenkt; eine Arbeitskammer zum Hochtemperatursintern des zumindest einen Metallpulvers; eine luftdichte Kammer zur Aufrechterhaltung einer Inertgasdichtung, wobei die luftdichte Kammer die Arbeitskammer umgibt; ein Sekundärpulverbehältnis; einen Streicher zum Abgeben des zumindest einen metallischen Pulvers an eine Zielfläche; ein Heizsystem zum Erwärmen der Vorrichtung auf eine Einstelltemperatur; eine Zylinder- und Kolbenanordnung zum Abgeben und Aufbauen des zumindest einen Metallpulvers, um das Metallteil zu bilden; und Mittel zum Steuern der Sintervorrichtung; worin das Heizsystem Heizkomponenten oberhalb und unterhalb der Zieloberfläche umfasst, um das Pulver vor dem Sintern zu erwärmen.
  9. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin der Laser ein CO2-Laser mit 200 W ist, der fähig ist, zur Erzeugung des Laserstrahls EIN-AUS-moduliert zu werden und innerhalb eines ausgewählten Leistungsbereichs moduliert zu werden.
  10. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin der Laser eine Wellenlänge von etwa 10.590 nm aufweist.
  11. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin der Abtastkopf weiters ein Paar aus Spiegeln umfasst, die durch ein entsprechendes Paar aus Galvanometern angetrieben werden.
  12. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin die Arbeitskammer eine innere Oberfläche aus Edelstahl und eine äußere Oberfläche, die ein Wärmeisoliermaterial aufweist, umfasst.
  13. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin die luftdichte Kammer einen Inertgaseinlass und einen Inertgasauslass umfasst.
  14. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Heizsystem einen Strahlungsheizkörper, unter einer Plattform, auf welche das Pulver geladen wird, angebrachte Bandheizkörper sowie einen Heizkasten, durch welchen ein Inertgas vor dem Eintritt in eine Arbeitskammer vorgewärmt wird, umfasst.
  15. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin die Einstelltemperatur in etwa 400°C beträgt.
  16. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin die Zylinder- und Kolbenanordnung einen Abgabezylinder, einen Aufbauzylinder und ein Paar aus entsprechenden Kolbenanordnungen umfasst.
  17. Sintervorrichtung nach Anspruch 8, worin die Zylinder- und Kolbenanordnung einen Zylinderdichtungsmechanismus umfasst, wobei der Zylinderdichtungsmechanismus Kolbendichtungsringe umfasst.
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