DE8718128U1

DE8718128U1 - Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch Teilsinterung

Info

Publication number: DE8718128U1
Application number: DE8718128U
Authority: DE
Original assignee: University of Texas System
Current assignee: University of Texas System
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 1997-10-15

Description

Dipl.-Chem. Dr. Steffen ANDRAE
Dipl.-Phys. Dieter FLACH
Dipl.-Ing. Dietmar HAUG
Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL
Balanstraße 55
81541 München

Unsere Akte: 1697 A

Anmelder: BOARDS OF REGENTS, THE UNIVERSITY OF TEXAS SYSTEM Austin, Texas, USA

jVorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch Teilsinterung

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bei der ein gerichteter Energiestrahl eingesetzt wird, um selektiv ein Pulver zu sintern, damit ein Teil hergestellt werden kann, und das hergestellte Teil. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine computergestützte Laservorrichtung, die sequentiell eine Vielzahl von Pulverschichten sintert, um das gewünschte Teil in einer Weise "Schicht um Schicht" aufzubauen. Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Pulverschicht und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Luftflusses auf die Zielfläche zur Senkung der Pulvertemperatur gerichtet.

Die Wirtschaftlichkeit, die mit den konventionellen Verfahren zur Herstellung von Teilen verbunden ist, zeigt im allgemeinen eine direkte Beziehung zur Menge der herzustellenden Teile und zu den gewünschten Materialeigen-0 schäften der fertigen Teile. Beispielsweise sind großtechnische Gieß- und Strangpreßverfahren oftmals kostenwirksam, aber diese Herstellungsverfahren sind im allgemeinen für kleine Mengen nicht akzeptabel, d.h., für Ersatzteile oder eine Prototypfertigung·. Viele derartige konventionelle Herstellungsverfahren für Teile erfordern eine kostspielige teilspezifische Werkzeugausrüstung. Sogar

die Pulvermetallurgie erfordert ein Werkzeug für die Formgebung des Pulvers, wodurch die Pulvermetallurgie als Verfahren für die Herstellung einer kleinen Anzahl von Teilen wenig attraktiv ist.
5

Wo nur eine kleine Anzahl von Teilen gewünscht wird, werden meistens konventionelle Herstellungsverfahren unter Einbeziehung eines subtraktiven Bearbeitungsverfahrens angewandt, um das gewünschte Teil herzustellen. Bei derartigen subtraktiven Verfahren wird das Material von einem Ausgangsblock des Materials abgetragen, um eine vielseitigere Form herzustellen. Beispiele für subtraktive Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen umfassen: Fräsen, Bohren, Schleifen, Drehen, Brennschneiden, Elektroerosivbearbeitung, usw. Wenn auch derartige konventionelle subtraktive Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen meistens bei der Herstellung des gewünschten Teils effektiv sind, sind sie in vieler Hinsicht mangelhaft.

0 Erstens produzieren derartige konventionelle subtraktive Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen eine große Menge an Abfallmaterial, das beseitigt werden muß. Außerdem schließen derartige Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen meistens große Anfangskosten für die Aufstellung des richtigen Bearbeitungsablaufs und die Einrichtung der Werkzeugmaschinen ein. Als solche ist die Rüstzeit nicht nur kostspielig, sondern verläßt sich auch sehr stark auf die menschliche Urteilskraft und die Erfahrung. Diese Probleme werden natürlich verschlimmert, wenn nur eine kleine Anzahl 0 von Teilen hergestellt werden soll.

Eine weitere Schwierigkeit in Verbindung mit derartigen konventionellen Bearbeitungsverfahren schließt die Abnutzung der Werkzeuge ein - die nicht nur die Kosten der Aus-5 wechselung einschließt, sondern die ebenfalls die Genauigkeit der Bearbeitung verringert, wenn das Werkzeug abgenutzt ist. Eine weitere Grenze hinsichtlich Genauigkeit

· ««fr*

und Toleranz eines Teils, das mittels konventioneller Bearbeitungsverfahren hergestellt wird, sind die Toleranzgrenzen, die den speziellen Werkzeugmaschinen eigen sind. Beispielsweise werden bei einer konventionellen Fräs- oder Drehmaschine die Leitspindeln und Führungsbahnen mit einer gewissen Toleranz hergestellt, die die Toleranzen begrenzt, die bei der Herstellung eines Teils auf der Werkzeugmaschine erhalten werden können. Natürlich werden die erreichbaren Toleranzen mit dem Alter der Werkzeugmaschine reduziert.

Die letzte Schwierigkeit in Verbindung mit derartigen konventionellen subtraktiven Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen ist die Schwierigkeit oder Unmöglichkeit betreffs der Herstellung vieler Teilkorifigurationen. Das heißt, die konventionellen Bearbeitungsverfahren sind meistens am besten für die Herstellung symmetrischer Teile und der Teile geeignet, wo nur das äußere Teil bearbeitet wird. Wo jedoch das gewünschte Teil hinsichtlich der Form ungewöhnlich ist oder innere Besonderheiten aufweist, wird die Bearbeitung schwieriger, und ziemlich oft muß das Teil für die Herstellung in Segmente unterteilt werden. In vielen Fällen ist eine spezielle Teilkonfiguration wegen der Begrenzungen nicht möglich, die bei der Werkzeuganordnung am Teil auferlegt werden. Daher gestatten die Größe und die Konfiguration des Schneidwerkzeuges nicht den Zugriff des Werkzeuges, um die gewünschte Konfiguration herzustellen.

Es gibt weitere Bearbeitungsverfahren, die additiv sind, beispielsweise das Galvanisieren, Plattieren, und einige 0 Schweißverfahren sind darin additiv, daß ein Material einem Ausgangssubstrat zugefügt wird. In den letzten Jahren wurden weitere additive Bearbeitungsverfahren entwickelt, die einen Laserstrahl anwenden, um das Material auf einem Ausgangsartikel aufzutragen oder abzulagern. Beispiele umfassen die U.S. Patente 4117302, 4474861, 4300474 und 4323756. Diese jüngsten Anwendungen der Laser waren hauptsächlich darauf beschränkt, eine Beschichtung auf einen vorher bearbeiteten

Artikel aufzubringen. Oftmals wurden derartige Laserbeschichtungsverfahren angewandt, um bestimmte metallurgische Eigenschaften zu erzielen, die nur mittels derartiger Beschichtungsverfahren zu erhalten waren. Typischerweise wird bei derartigen Laserbeschichtungsverfahren der Ausgangsartikel gedreht, und der Laser wird auf eine stationäre Stelle gerichtet, wobei das Beschichtungsmaterial auf den Artikel so aufgesprüht wird, daß der Laser die Beschichtung auf dem Artikel schmelzen wird.

Aus dem DE-A-2263777 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Teils bekannt, das die folgenden Schritte aufweist: Ablagerung eines kontinuierlichen Stromes des schmelzbaren Pulvers auf einer Grundsubstanz, Bewegen des Zieles mehrerer gerichteter Energiestrahlen über die Flächen des herzustellenden Teils und Schmelzen des Pulvers, das innerhalb der Fläche des Zieles der gerichteten Energiestrahlen vorhanden ist, so daß nach einer gewissen Zeit das Teil hergestellt ist.

Aus dem DD-A-137951 ist ein Verfahren für die direkte Herstellung von textlien Konstruktionen aus einem Hochpolymersubstrat bekannt, das zu Beginn in Pulverform vorliegt.

Aus dem JP-A-59-45089 ist ein Laserabtastverfahren bekannt, mit dessen Hilfe ein gleichmäßiges und stabiles Auftragschweißen mit einem guten Arbeitswirkungsgrad durchgeführt wird, indem ein flaches, bandartiges Zusatzmetall 0 auf einem Trägermaterial in Längsrichtung durch ein reflektiertes Laserlicht abgetastet wird, während das Metall kontinuierlich in der Querrichtung hin und her abgetastet wird, wodurch das Zusatzmetall geschmolzen wird.

Das US-A-4247508 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Präambeln der Ansprüche 1 und 9.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Teil anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Die vorangehend aufgezeigten Probleme werden im allgemeinen mittels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gelöst, wie sie im Anspruch 1, 15, 30 oder 36 definiert wird. Die vorliegende Erfindung umfaßt einen gerichteten Energiestrahl - wie beispielsweise einen Laser - und sie ist anwendbar, um fast jedes dreidimensionale Teil herzustellen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein additives Verfahren, bei dem das Pulver auf eine Aufnahmefläche gebracht wird, wo der Laser selektiv das Pulver sintert, um eine gesinterte Schicht herzustellen. Die Erfindung ist. ein schichtweises Verfahren, bei dem die Schichten miteinander verbunden werden, bis das fertige Teil geformt ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art von Pulver beschränkt, sondern ist vielmehr bei Kunststoff-, Metall-, Polymer-, Keramikpulvern- oder Verbundmaterialien 0 anwendbar.

Im allgemeinen umfaßt die Vorrichtung einen Laser oder eine andere gerichete Energiequelle, die für das Emittieren eines Strahles zu einer Aufnahmefläche, wo das Teil hergestellt wird, wählbar ist. Eine Einrichtung für das dosierte Aufbringen des Pulvers lagert das Pulver auf der Aufnahmefläche ab. Ein Lasersteuermechanismus funktioniert, um das Ziel des Laserstrahles zu bewegen, und steuert den Laser, um selektiv eine Pulverschicht zu sintern, die auf der Aufnahmefläche aufgetragen wurde. Der Steuermechanismus funktioniert, um selektiv nur das Pulver zu sintern, das innerhalb der definierten Grenzen angeordnet wurde, um die gewünschte Schicht des Teils herzustellen. Der Steuermechanismus betätigt den Laser so, daß selektiv sequentielle Pulverschichten gesintert werden, wodurch ein fertiges Teil erhalten wird, das eine Vielzahl von Schichten aufweist, die miteinander gesintert wurden. Die definierten Grenzen einer

jeden Schicht entsprechen den betreffenden Querschnittsbereichen des Teils. Vorzugsweise umfaßt der Steuermechanismus einen Computer - beispielsweise ein CAD/CAM-System - um die definierten Grenzen für jede Schicht zu ermitteln. Das heißt, bei vorgegebenen Gesamtabmessungen und der Konfiguration des Teils ermittelt der Computer die definierten Grenzen für jede Schicht und betätigt den Lasersteuermechanismus in Übereinstimmung mit den definierten Grenzen. Alternativ dazu kann der Computer zu Beginn mit den definierten Grenzen einer jeden Schicht programmiert werden.

In einer bevorzugten Ausführung umfaßt der Lasersteuermechanismus einen Mechanismus für das B'ühren des Laser-Strahles zur Aufnahmefläche und einen Mechanismus für das Steuern der Ein- und Ausschaltung des Laserstrahles, um selektiv das Pulver auf der Aufnahmefläche zu sintern. Bei einer Ausführung funktioniert der Führungsmechanismus so, daß das Ziel des Laserstrahles in einer kontinuierlichen Rasterabtastung der Aufnahmefläche bewegt wird. Der Steuermechanismus schaltet den Laserstrahl ein und aus, so daß das Pulver nur gesintert wird, wenn das Ziel des Laserstrahles innerhalb der definierten Grenzen für die betreffende Schicht zu finden ist. Alternativ richtet der Führungsmechanismus den Laserstrahl nur innerhalb der definierten Grenzen für die betreffende Schicht auf das Ziel aus, so daß der Laserstrahl kontinuierlich eingeschaltet gelassen werden kann, um das Pulver innerhalb der definierten Grenzen für die betreffende Schicht zu sintern.

Bei einer bevorzugten Ausführung bewegt der Führungsmechanismus den Laserstrahl in einer sich wiederholgenden Rasterabtastung der Aufnähmefläche, indem ein Paar Spiegel eingesetzt wird, die durch Galvanometer angetrieben werden.

5 Der erste Spiegel reflektiert den Laserstrahl zum zweiten Spiegel, der den Strahl zur Aufnahmefläche reflektiert. Die Schiebebewegung des ersten Spiegels durch sein Galvanometer

1 !!

verschiebt den Laserstrahl im allgemeinen in einer Richtung in der Aufnahmefläche. Gleichermaßen verschiebt die Schiebebewegung des zweiten Spiegels durch sein Galvanometer den Laserstrahl in der Aufnahmefläche in einer zweiten Richtung. Vorzugsweise sind die Spiegel relativ zueinander so orientiert, daß die erste und die zweite Richtung im allgemeinen senkrecht zueinander verlaufen. Eine derartige Anordnung berücksichtigt viele Arten von Abtastmustern des Laserstrahles in der Aufnähmetlache, einschließlich des Rasterabtastmusters der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Das Verfahren für die Fertigung von Teilen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte der Aufbringung eines ersten Anteils des Pulvers auf eine Aufnähmefläche, die Abtastung des Zieles eines gerichteten Energiestrahles (vorzugsweise eines Lasers) über die Aufnahmefläche und das Sintern einer ersten Schicht des ersten Pulveranteils auf der Aufnahmefläche. Die erste Schicht entspricht einem 0 ersten Querschnittsbereich des Teiles. Das Pulver wird gesintert, indem die gerichtete Energiequelle betätigt wird, wenn sich das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen befindet, die die erste Schicht abgrenzen. Ein zweiter Anteil des Pulvers wird auf die erste gesinterte Schicht aufgebracht, und das Ziel des Laserstrahles wird über der ersten gesinterten Schicht abgetastet. Eine zweite Schicht des zweiten Pulveranteils wird gesintert, indem die gerichtete Energiequelle betätigt wird, wenn sich das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen befindet, die die zweite 0 Schicht abgrenzen. Das Sintern der zweiten Schicht verbindet ebenfalls die erste und die zweite Schicht zu einer kohäsiven Masse. Die aufeinanderfolgenden Anteile des Pulvers werden auf die vorangehend gesinterten Schichten aufgebracht, wobei jede Schicht der Reihe nach gesintert wird. Bei einer Ausführung wird das Pulver kontinuierlich auf der Aufnahmefläche aufgebracht.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird der Laserstrahl während der Rasterabtastung so gesteuert, daß er ein- und ausgeschaltet wird, so daß das Pulver gesintert wird, wenn das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen der betreffenden Schicht geführt wird. Vorzugsweise wird der Laser mittels eines Computers gesteuert; der Computer kann ein CAD/CAM-System umfassen, wo dem Computer die Gesamtabmessungen und die Konfiguration des herzustellenden Teils eingegeben werden und der Computer die Grenzen eines jeden Querschnittsbereiches des Teils ermittelt. Bei Verwendung der ermittelten Grenzen steuert der Computer das Sintern einer jeden Schicht entsprechend den Querschnittsbereichen des Teils. Bei einer alternativen Ausführung wird der Computer einfach mit den Grenzen eines jeden Querschnittsbereiches des Teils programmiert.

Außerdem umfaßt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung für die Verteilung des Pulvers als Schicht über der Aufnahmefläche oder dem Bereich.

0 Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung für die Verteilung eine Walze, einen Mechanismus für die Bewegung der Walze über den Bereich und einen Mechanismus für das gegenläufige Drehen der Walze, während sie über den Bereich bewegt wird. Der Walzenbewegungsmechanismus hält vorzugsweise die Walze in einem gewünschten Abstand über dem Bereich, um eine Pulverschicht mit der gewünschten Stärke zu liefern. Die Walze ist betriebsfähig, wenn sie gegenläufig gedreht und über den Bereich bewegt wird, um Pulver in der Bewegungsrichtung nach vorn zu herauszuschleudern, wobei sie hinter sich eine 0 Pulverschicht mit der gewünschten Stärke zurückläßt.

Bei einer noch weiteren Ausführung wird ein Saugzugmechanismus für die Steuerung der Temperatur des Pulvers zur Verfügung gestellt, der eine Auflage, die die Aufnahmefläche abgrenzt, einen Mechanismus für das Zuführen der Luft zur Aufnahmefläche und einen Mechanismus für die Steuerung der Temperatur der Luft vor dem Erreichen der Aufnahmefläche

umfaßt. Die Auflage umfaßt vorzugsweise einen porösen Träger, auf dem das Pulver aufgebracht wird, und einen Luftraum, der an den porösen Träger angrenzt. Auf diese Weise wird die Luft mit der geregelten Temperatur dem Pulver auf der Aufnahmefläche zugeführt und hilft dabei, die Temperatur des gesinterten und des nicht gesinterten Pulvers auf der Aufnahmefläche zu steuern.

Wie aus der vorangegangenen allgemeinen Beschreibung erkannt werden kann, lösen das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung viele der Probleme, die mit den bekannten Verfahren für die Herstellung von Teilen verbunden sind. Erstens ist die vorliegende Erfindung gut für die Herstellung von Prototypteilen oder die Herstellung von Ersatzteilen in begrenzten Mengen geeignet. Außerdem sind das Verfahren und die Vorrichtung in der Lage, Teile mit vielseitigen Konfigurationen herzustellen, die mittels der konventionellen Fertigungsverfahren nicht erhalten werden können. Außerdem eliminiert die vorliegende Erfindung den Werkzeugverschleiß und die Maschinenkonstruktion als einschränkende Faktoren für die Toleranzen, die bei der Herstellung des Teils erhalten werden können. Schließlich kann, wenn die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in ein CAD/CAM-System einbezogen wird, eine große Anzahl von Ersatzteilen im Computer programmiert und ohne weiteres bei einer geringfügigen Einrichtung oder einem geringen menschlichen Eingreifen hergestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt des schichtartigen Aufbaus eines Teils zeigt, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,

- 10 -

und die das Rasterabtastmuster des Laserstrahles in der Aufnahmefläche veranschaulicht,

Fig. 3 ein Blockschema, das die Interface-Hardware zwischen dem Computer, dem Laser und den Galvanometern der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein Teil, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung mit herausgebrochenen Abschnitten und im Phantombild von dem Teil, das in Fig. veranschaulicht wird,
15

Fig. 6 ein Ablaufschema des Datenmeßprogrammes gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung längs der Linie 7-7 der Fig. 4,

Fig. 8 in Diagrammform die Wechselbeziehung zwischen einer einzelnen Überstreichung des Lasers über die Schicht aus Fig. 7 und den Steuersignalen der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 eine schematische vertikale Schnittdarstellung der Einrichtung für das dosierte Aufbringen des Pulvers gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Pulver in einer Schicht auf dem herzustellenden Teil verteilt wird,

Fig. 10 eine schematische perspektivische Ansicht der Einrichtung für das dosierte Aufbringen des Pulvers gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für das Mäßigen der Temperatur des Pulvers gemäß der vorliegenden Erfindung.

- 11 -

Fig. 1 zeigt deutlich die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen umfaßt die Vorrichtung 10 einen Laser 12, eine Einrichtung 14 für das dosierte Aufbringen des Pulvers und eine Lasersteuervorrichtung 16. Detaillierter umfaßt die Einrichtung 14 für das dosierte Aufbringen des Pulvers einen Trichter 20 für die Aufnahme des Pulvers 22 und eine Austrittsöffnung 24. Die Austrittsöffnung 24 ist so ausgerichtet, daß das Pulver dosiert auf eine Aufnahmefläche 26 aufgebracht wird, die in Fig. 1 im allgemeinen durch die begrenzende Konstruktion 28 definiert wird. Natürlich gibt es viele Alternativen für das dosierte Aufbringen des Pulvers 22.

Die Bauteile des Lasers 12 werden etwas schematisch in Fig.

1 gezeigt und umfassen einen Laserkopf 30, einen Sicherheitsverschluß 3 2 und eine vordere Spiegelbaugruppe 34. Die Art des eingesetzten Lasers ist von vielen Faktoren abhängig und insbesondere von der Art des Pulvers 22, das gesintert werden soll. In der Ausführung der Fig. 1 wurde ein Nd:YAG-Laser (Lasermetrics 9500Q) eingesetzt, der in kontinuierlicher oder impulsgesteuerter Betriebsart mit einer maximalen Ausgangsleistung von 100 Watt in der kontinuierlichen Betriebsart arbeiten kann. Der Laserstrahlausgang des Lasers 12 zeigt eine Wellenlänge von etwa 1060 nM, was ein nahes Infrarot ist. Der Laser 12, der in Fig. 1 veranschaulicht wird, umfaßt einen inte:rnen Impulsfrequenzgenerator mit einem wählbaren Bereich von etwa 1 kHz bis 40 kHz und einer Impulsdauer von etwa 6 Nanosekunden. Bei entweder der impulsgesteuerten oder der kontinuierlichen 0 Betriebsart kann der Laser 12 so gesteuert werden, daß er ein- oder ausgeschaltet wird, um selektiv einen Laserstrahl zu liefern, der sich im allgemeinen längs des Weges bewegt, der in Fig. 1 durch die Pfeile gezeigt wird.

Um den Laserstrahl zu bündeln, werden eine Zerstreungslinse ' 36 und eine Sammellinse 38 längs des Weges der Bewegung des Laserstrahles angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Durch

Benutzung der Sammellinse 3 8 wird die Stelle des wirklichen Brennpunktes nicht leicht dadurch gesteuert, daß der Abstand zwischen der Sammellinse 3 8 und dem Laser 12 verändert wird. Die Zerstreuungslinse 36, die zwischen dem Laser 12 und der Sammellinse 3 8 angeordnet wird, erzeugt einen virtuellen Brennpunkt zwischen der Zerstreuungslinse 36 und dem Laser 12. Eine Veränderung des Abstandes zwischen der Sammellinse 3 8 und dem virtuellen Brennpunkt gestattet die Steuerung des wirklichen Brennpunktes längs des Bewegungsverlaufes des Laserstrahles auf der Seite der Sammellinse 38, die vom Laser 12 abgelegen ist. In den letzten Jahren gab es viele Fortschritte auf dem Gebiet der Optik, und es wird erkannt, daß viele Alternativen zur Verfügung stehen, um den Laserstrahl an einer bekannten Stelle wirksam zu bündeln.

Detaillierter gesagt, umfaßt die Lasersteuervorrichtung 16 einen Computer 40 und ein Abtastsystem 42. Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt der Computer 40 einen Mikroprozessor für die Steuerung des Lasers 12 und ein CAD/CAM-System für die Erzeugung der Daten. Bei der Ausführung, die in Fig. 1 veranschaulicht wird, wird ein Personalcomputer (Commodore 64) eingesetzt, dessen primären Merkmale ein zugängliches Interface-Tor und eine Markierungsleitung umfassen, die eine nichtmaskierbare Unterbrechung erzeugt.

Wie in Fig. 1 gezeigt wird, umfaßt das Abtastsystem 42 ein Prisma 44 für die Umkehrung des Bewegungsverlaufes des Laserstrahles. Natürlich ist die physikalische Anordnung der 0 Vorrichtung 10 die hauptsächliche Betrachtung bei der Ermittlung dessen, ob ein Prisma 44 oder eine Vielzahl von Prismen 44 benötigt werden, um den Bewegungsverlauf des Laserstrahles zu manipulieren. Das Abtastsystem 42 umfaßt ebenfalls ein Paar Spiegel 46, 47, die durch die entsprechenden Galvanometer 48, 49 angetrieben werden. Die Galvanometer 48, 49 sind mit ihren entsprechenden Spiegeln 46, 47 gekoppelt, um selektiv die Spiegel 46, 47 zu

- 13 -

orientieren. Die Galvanometer 48, 4 9 sind senkrecht zueinander so montiert, daß die Spiegel 46, 47 nominell unter rechtem Winkel zueinander angeordnet sind. Ein Funktionsgeneratortreiber 50 steuert die Bewegung des Galvanometers 48 (das Galvanometer 49 ist mit der Bewegung des Galvanometers 48 gekoppelt), so daß das Ziel des Laserstrahles (in Fig. 1 durch die Pfeile döirgestellt) in der Aufnahmefläche gesteuert werden kann. Der Treiber 50 ist funktionell mit dem Computer 40 gekoppelt, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Es wird erkannt, daß alternative Abtastverfahren für einen Einsatz als Abtastsystem 42 verfügbar sind, einschließlich der akustisch-optischen Abtaster, der sich drehenden Polygonspiegel und der Resonanzspiegelabtaster.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Teils 52 und die vier Schichten 54-57. Das Ziel des Laserstrahles, das in Fig. 2 mit 64 gekennzeichnet wird, wird in ein Rasterabtastmuster wie bei 66 gerichtet. Wie es hierin verwendet wird, wird das "Ziel" als neutraler Begriff benutzt, der die Richtung anzeigt, der aber nicht den Steuerungszustand des Lasers 12 bedeutet. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird die Achse 68 als die schnelle Abtastachse betrachtet, während man sich auf die Achse 70 als die langsame Abtastachse bezieht. Die Achse 72 ist die Richtung des Aufbaus des Teils.

In den Figuren 9 und 10 wird eine alternative Ausführung der Einrichtung 20 für das dosierte Aufbringen des Pulvers veranschaulicht. Im allgemeinen begrenzt eine Auflage eine 0 Aufnähmetlache 102, wohin das Ziel des Strahles 64 gerichtet wird (siehe Fig. 1). Ein Trichter 104 dosiert das Pulver 106 durch die Öffnung 108 auf die Aufnahmefläche 102. Eine Dosierwalze {nicht gezeigt) wird in der Öffnung 108 angeordnet, so daß, wenn die Dosierwalze gedreht wird, eine dosierte Aufschüttung des Pulvers in einer Linie am Ende 110 der Aufnahmefläche 102 aufgebracht wird.

Ein Einebnungsmechanismus 114 breitet die Aufschüttung des Pulvers 106 vom Ende 110 zum anderen Ende 112 der Aufnahmefläche aus. Der Einebnungsmechanismus 114 umfaßt eine zylindrische Walze 116, die eine äußere gerändelte Oberfläche besitzt. Ein Motor 118, der an einer Schiene 120 montiert ist, ist mit der Walze 116 über die Riemenscheibe 122 und den Riemen 124 verbunden, um die Walze zu drehen.

Der Einebnungsmechanismus 114 umfaßt ebenfalls einen Mechanismus 126 für die Bewegung der Walze 116 zwischen dem Ende 110 und dem Ende 112 der Aufnahmefläche. Der Mechanismus 126 weist einen X/Y-Tisch für die Bewegung der Schiene 120 in horizontaler und vertikaler Richtung auf. Das heißt, der Tisch 128 ist stationär, während die Platte 13 0 selektiv relativ zum Tisch 128 beweglich ist.

Eine noch weitere Ausführung wird in Fig. 11 für die Steuerung der Temperatur des herzustellenden Artikels gezeigt. Es wurde beobachtet, daß die unerwünschte Schrumpfung des herzustellenden Artikels infolge der Unterschiede zwischen der Temperatur der Teilchen, die noch nicht durch den gerichteten Energiestrahl abgetastet wurden, und der Temperatur der vorangehend abgetasteten Schicht auftrat. Es wurde ermittelt, daß eine Abwärtsströmung der Luft mit der geregelten Temperatur durch die Aufnahmefläche in der Lage ist, derartige unerwünschte Temperaturunterschiede zu mäßigen. Das Saugzugsystem 132 für die Luft mit geregelter Temperatur aus Fig. 11 verringert die Wärmeschrumpfung, indem ein Wärmeübergang zwischen der Luft mit geregelter Temperatur und der oberen Schicht der Pulverteilchen, die gesintert werden sollen, bewirkt wird. Dieser Wärmeübergang mäßigt die Temperatur der oberen Schicht der zu sinternden Teilchen, steuert die mittlere Temperatur der oberen Schicht und entfernt die Hauptmenge der Wärme aus dem herzustellenden Artikel, wodurch dessen Temperatur in der Masse reduziert wird, und wodurch verhindert wird, daß der Artikel in das nicht gesinterte Material hineinwächst. Die

Temperatur der ankommenden Luft wird auf oberhalb des Erweichungspunktes des Pulvers einreguliert, aber auf unterhalb der Temperatur, bei der es zu einem bedeutenden Sintern kommen wird.
5

Das Saugzugsystem 132 umfaßt im allgemeinen eine Auflage 134, die die Aufnahmefläche 13 6 abgrenzt, eine Einrichtung für das Zuführen der Luft zur Aufnahmefläche und einen Mechanismus für die Steuerung der Temperatur der ankommenden Luft, wie beispielsweise einen Widerstandsheizkörper 142. Die Luftführungseinrichtung umfaßt die Kammer 138, die die Auflage 134 umgibt, das Gebläse 140 und/oder das Vakuum 141. Ein Fenster 144 läßt das Ziel des Strahles 64 (Fig. 1) zur Aufnahmefläche 136. Ein Mechanismus für das dosierte Aufbringen des Pulvers (nicht gezeigt), wie beispielsweise der, der in Fig. 1 oder 10 gezeigt wird, wird zumindestens teilweise in der Kammer 138 angeordnet, um das Pulver dosiert auf die Aufnahmefläche 13 6 aufzubringen.

0 Die Auflage 13 4 weist vorzugsweise ein Filtermaterial 146 {beispielsweise ein kleinporiges Papier) oben auf einem wabenförmigen, porösen Träger 148 auf. Ein Luftraum 150 ist für das Sammeln der Luft angeordnet, damit diese zur Austrittsöffnung 152 gelangen kann. Die Austrittsöffnung 152 ist natürlich mit dem Vakuum 141 oder einem anderen Luftfördermechanismus verbunden.

Betrieb

0 Ein grundlegender Gedanke der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau eines Teils in schichtartiger Weise. Das heißt, ein Teil wird als eine Vielzahl von einzelnen Querschnittsbereichen betrachtet, die kumulativ die dreidimensionale Konfiguration des Teils ergeben. Jeder Querschnittsbereich besitzt definierte zweidimensionale Grenzen - natürlich kann jeder Bereich eindeutige Grenzen aufweisen. Vorzugsweise ist die Stärke {Dimension in der

- 16 Richtung
der Achse 72) einer jeden Schicht konstant.

Beim Verfahren wird ein erster Anteil des Pulvers 22 auf die Aufnahmefläche 26 aufgebracht und selektiv durch den Laserstrahl 64 gesintert, um eine erste gesinterte Schicht 54 herzustellen (Fig. 2). Die erste gesinterte Schicht 54 entspricht einem ersten Querschnittsbereich des gewünschten Teils. Der Laserstrahl sintert selektiv nur das aufgebrachte Pulver 22 innerhalb der Beschränkung der definierten Grenzen.

Es gibt natürlich alternative Verfahren des selektiven Sinterns des Pulvers 22. Ein Verfahren schließt ein, daß das Ziel des Strahles in der Art eines "Vektors" gerichtet wird - das heißt, der Strahl würde tatsächlich die Umrißlinie und das Innere eines jeden Querschnittsbereichs des gewünschten Teiles abtasten. Alternativ wird das Ziel des Strahles 64 in einem sich wiederholenden Muster abgetaistet, und der Laser 12 wird gesteuert. In Fig. 2 wird ein Rasterabtastmuster verwendet, und es ist gegenüber der Vektormethode hauptsächlich wegen seiner Einfachheit der Durchführung vorteilhaft. Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination der Vektor- und Rasterabtastverfahren, so daß die gewünschten Grenzen der Schicht nach der Vektormethode abgetastet werden, und so daß das Innere nach der Rasterabtastmethode bestrahlt wird. Es sind natürlich Kompromisse in Verbindung mit dem ausgewählten Verfahren vorhanden. Beispielsweise zeigt die Rastermethode einen Nachteil, wenn sie mit der Vektormethode darin verglichen 0 wird, daß die Bogen und die Linien, die nicht parallel zu den Achsen 68, 70 des Rastermusters 66 des Laserstrahles verlaufen, nur angenähert werden. Auf diese Weise kann in einigen Fällen die Zerlegung des Teils verschlechtert werden, wenn nach der Rastermustermethode hergestellt wird.

5 Die Rastermethode ist jedoch gegenüber der Vektormethode hinsichtlich der Einfachheit der Durchführung vorteilhaft.

- 17 -

In Fig. 1 wird das Ziel des Laserstrahles 64 in der Aufnahmefläche 26 in einem kontinuierlichen Rastermuster abgetastet. Im allgemeinen steuert der Treiber 50 die Galvanometer 48, 49, um das Rastermuster 66 zu erzeugen (siehe Fig. 2). Die Schiebebewegung des Spiegels 46 steuert die Bewegung des Ziels des Laserstrahles 64 in der schnellen Abtastachse 68 (Fig. 2), während die Bewegung des Spiegels 47 die Bewegung des Ziels des Laserstrahles 64 in der langsamen Abtastachse 70 steuert.

Die gegenwärtige Position des Ziels des Strahles 64 wird durch den Treiber 50 zum Computer 40 zurückgemeldet (siehe Fig. 3). Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, besitzt der Computer 40 die Information betreffs des gewünschten Querschnittsbereichs des Teils, das dann hergestellt wird. Das heißt, ein Anteil, des losen Pulvers 22 wird dosiert auf die Aufnahmefläche 26 aufgebracht, und das Ziel des Laserstrahles 64 wird in seinem kontinuierlichen Rastermuster bewegt. Der Computer 40 steuert den Laser 12, um selektiv einen Laserstrahl in den gewünschten Intervallen im Rastermuster 66 zu erzeugen. Auf diese Weise sintert der· gerichtete Strahl des Lasers 12 selektiv das Pulver 22 auf der Aufnahmefläche 26, um die gewünschte gesinterte Schicht mit den definierten Grenzen des gewünschten Querschnittsbereichs herzustellen. Dieser Vorgang wird Schicht um Schicht wiederholt, wobei die einzelnen Schichten miteinander gesintert werden, um ein kohäsives Teil herzustelllen - beispielsweise das Teil 52 der Fig.2.

0 Wegen der relativ niedrigen Ausgangsleistung des Laserkopfes 30, der in Fig. 1 veranschaulicht wird, bestand das Pulver 2 2 aus einem Kunststoffmaterial (z.B. ABS) auf der Grundlage der geringeren Schmelzwärme der meisten Kunststoffe, die mit dem Laser mit geringerer Leistung kompatibel ist. Mehrere Behandlungen nach der Bildung werden für die Teile in Betracht gezogen, die mittels der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Beispielsweise,

wenn ein derartiges hergestelltes Teil nur als Prototypmodell oder als Form für das Sandgießen oder Wachsausschmelzgießen verwendet werden soll, dann muß eine Behandlung nach der Bildung nicht erforderlich sein. In einigen Situationen können bestimmte Oberflächen der hergestellten Teile für enge Toleranzen ausgelegt sein, wobei in diesem Fall eine gewisse Bearbeitung nach der Fertigung durchgeführt würde. Alternativ können einige Ausführungen von Teilen gewisse Materialeigenschaften erfordern, die durch eine Wärmebehandlung und/oder eine chemische Behandlung des Teils erreicht werden können. Beispielsweise könnte die Körnchengröße des Pulvers 22 so sein, daß ein Teil hergestellt wird, das eine offene Porosität aufweist, und Epoxidharz oder eine ähnliche Substanz, das in das Teil eingespritzt wird, könnten die gewünschten Materialeigenschaften erreichen - beispielsweise die Druckfestigkeit, Abriebfestigkeit, Homogenität, usw.

Mehrere Eigenschaften des Pulvers 22, die die Gebrauchsleistung verbessern, wurden nachgewiesen. Erstens kann die Energieaufnahme durch das Pulver durch Zusatz eines Farbstoffes, wie beispielsweise Ruß, gesteuert werden. Die Regulierung der Konzentration und der Zusammensetzung des Zusatzmittels steuert die Aufnahmefähigkeitskonstante K des Pulvers. Im allgemeinen wird die Energieaufnahmefähigkeit durch die exponentielle Abnahmebeziehung gesteuert:

Kz) = I₀ exp(K Z)

worin Kz) die optische Intensität (Pulver pro Flächeneinheit) im Pulver in einem Abstand &zgr; senkrecht zur Oberfläche ist, I₀ ist der Oberflächenwert von I (Intensität auf der Oberfläche), und K ist die
Aufnahmefähigkeitskonstante. Die Regulierung der Aufnahmefähigkeitskonstanten K und die Regulierung der Schichtstärke, in der ein vorgegebener Anteil der Strahlenergie absorbiert wird, bewirken die Gesamtsteuerung

- 19 der
Energie, die beim Verfahren absorbiert wird.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Pulvers ist das Schlankheitsverhältnis der Teilchen (d.h., das Verhältnis der maximalen Abmessung des Teilchens zu seiner minimalen Abmessung). Das heißt, die Teilchen mit bestimmten Schlankheitsverhältnissen neigen dazu, sich während der Schrumpfung des Teils zu verziehen. Wenn die Teilchen niedrige Schlankheitsverhältnisse aufweisen, d.h., nahezu kugelförmig sind, ist die Schrumpfung des Teils mehr dreidimensional, was zu einem stärkeren Verziehen führt. Wenn Teilchen mit großen Schlankheitsverhältnissen verwendet werden (beispielsweise Flocken oder Stäbe), erfolgt die Schrumpfung hauptsächlich in einer vertikalen Richtung, wodurch das Verziehen des Teils vermindert oder eliminiert wird. Man glaubt, daß Teilchen mit großem Schlankheitsverhältnis eine größere Freiheit besitzen, um eine Bindung aufzunehmen, und der Kontakt zwischen den Teilchen ist vorzugsweise in den horizontalen Ebenen ausgerichtet, wodurch bewirkt wird, daß die Schrumpfung hauptsächlich in einer vertikalen Richtung auftritt.

Wendet man sich jetzt den Figuren 9 und 10 zu, so wurde ermittelt, daß ein Mechanismus 114 für das dosierte Aufbringen eine Pulverschicht auf der Aufnahmefläche 102 liefert, die eine regulierte Höhe aufweist, ohne daß das herzustellende Teil gestört wird. Eine dosierte Menge des Pulvers 1OS wird am Ende 110 der Aufnahmefläche 102 aufgebracht. Die Walze 116 ist im Abstand vom Ende 110 angeordnet, wenn das Pulver 106 dosiert aufgebracht wird. Bei dem System, das in Fig. veranschaulicht wird, werden die Platte 130 und die Schiene 12 0 (und die angebrachten Mechanismen) vertikal angehoben, nachdem das Pulver als Aufschüttung dosiert aufgebracht wurde. Die Bewegung der Platte 130 in Richtung des Trichters 5 104 bringt die Walze 116 in eine Position angrenzend an die Aufschüttung des Pulvers, die längs des Endes 110 ausgerichtet ist. Die Walze 116 wird abgesenkt, um mit der Auf-

schüttung des Pulvers in Berührung zu kommen, und sie wird horizontal über die Aufnahmefläche 102 gebracht, um die Aufschüttung des Pulvers zu einer gleichmäßigen, glatten Schicht auszubreiten. Natürlich kann die genaue Stellung der Platte 130 relativ zum Tisch 128 gesteuert werden, so daß der Abstand zwischen der Walze 116 und der Aufnahmefläche 102 genau gesteuert werden kann, um die gewünschte Stärke der Pulverschicht zu liefern. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Walze 116 und der Aufnahmefläche 102 konstant, um eine parallele Bewegung zu erhalten, aber andere Abstandsoptionen stehen zur Verfügung.

Während die Walze 116 horizontal über die Aufnahmefläche vom Ende 110 zum Ende 112 bewegt wird, wird der Motor 118 in Betrieb genommen, um die Walze 116 gegenläufig zu drehen. Wie in Fig. 9 gezeigt wird, bedeutet die "gegenläufige Drehung", daß die Walze 116 in der Richtung R entgegengesetzt der Richtung der Bewegung M der Walze 116 horizontal über die Aufnahmefläche 102 gedreht wird.

Detaillierter ausgeführt (Fig. 9), wird die Walze 116 mit hoher Drehzahl gegenläufig gedreht, um mit der Aufschüttung des Pulvers 10 6 längs des hinteren Randes 160 in Berührung zu kommen. Die mechanische Wirkung der Walze auf das Pulver verdrängt das Pulver in der Richtung der Bewegung M, so daß die verdrängten Teilchen in den Bereich des vorderen Randes 162 des Pulvers fallen. Wie in Fig. 9 veranschaulicht wird, wird hinter der Walze 116 (zwischen der Walze 116 und dem Ende 110) eine gleichmäßige, ebene Schicht des Pulvers zurückgelassen, wie bei 164 dargestellt wird.

Fig. 9 zeigt ebenfalls schematisch, daß das Pulver 106 über die Aufnahmefläche verteilt werden kann, ohne daß das vorangehend gesinterte Pulver 166 oder das nicht gesinterte Pulver 168 gestört werden. Das heißt, die Walze 116 wird über die Aufnähmefläche 102 bewegt, ohne daß eine Scherspannung auf die vorangehend aufgebauten Schichten

- 21 -

übertragen wird, und ohne daß der Artikel gestört wird, während er hergestellt wird. Das NichtVorhandensein einer derartigen Scherspannung gestattet, daß eine gleichmäßige Schicht des Pulvers 106 auf einem zerbrechlichen Substrat in der Aufnahmefläche, das sowohl die gesinterten Teilchen als auch die nicht gesinterten Teilchen 168 einschließt, verteilt werden kann.

Interface und Software

Die Interface-Hardware verbindet operativ den Computer 40 mit dem Laser 12 und den Galvanometern 47, 48. Der Ausgabekanal des Computers 40 (siehe Fig. 1 und 3) ist direkt mit dem Laser 12 verbunden, um selektiv den Laser 12 zu steuern.

Wenn in der impulsgesteuerten Betriebsart gearbeitet wird, wird der Laser 12 leicht durch Digitaleingaben zum Impulstoreingang des Lasers gesteuert. Das Galvanometer 48 wird durch den Funktionsgeneratortreiber 50 angetrieben, um den Strahl in der schnellen Abtastachse 68 unabhängig von irgendwelchen Steuersignalen vom Computer 40 anzutreiben. Ein Positionsrückführsignal vom Galvanometer 48 wird einem Spannungsvergleicher 74 zugeführt, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Der andere Eingang zum Vergleicher ist mit dem Digital-Analog-Umsetzer 76 verbunden, der die niedrigsten gültigen sechs Bits (Bits 0 bis 5) des Benutzerkanals des Computers 40 anzeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist der Ausgang des Spannungsvergleichers 74 mit der Markierungsleitung des Benutzerkanals des Computers 40 verbunden. Wenn der Spannungsvergleicher ermittelt, daß das 0 Rückführsignal vom Galvanometer 48 das Signal vom Digital-Analog-Umsetzer 76 kreuzt, geht die Markierungsleitung nach unten, wodurch eine nichtmaskierbare Unterbrechung hervorgerufen wird. Wie nachfolgend diskutiert wird, bewirkt die nichtmaskierbare Unterbrechung, daß das nächste Byte der Daten am Benutzerkanal eines Computers 40 ausgegeben wird.

- 22 -

Schließlich wird, wie in Fig. 3 gezeigt wird, das Galvanometer 49, das das Ziel des Laserstrahles 64 in der langsamen Abtastachse 70 antreibt, durch einen zweiten Digital-Analog-Umsetzer 78 gesteuert. Der Digital-Analog-Umsetzer 78 wird durch einen Zähler 79 angetrieben, der mit jeder Überstreichung des Ziels des Strahles 64 in der schnellen Abtastachse 68 fortschaltet. Der 8-Byte-Zähler ist so konstruiert, daß er nach 256 Abtastungen in der schnellen Abtastachse 68 überläuft, um einen neuen Zyklus oder ein neues Rasterabtastmuster 66 zu beginnen.

Vorzugsweise wurden die Steuerinformationsdaten {d.h., die definierten Grenzen der Querschnittsbereiche) für jedes Rastermuster 66 mittels eines CAD-Systems ermittelt, dem die Gesamtabmessungen und die Konfiguration des herzustellenden Teils vorgegeben werden. Ob programmiert oder abgeleitet, die Steuerinformationsdaten für jedes Rastermuster 66 werden im Computerspeicher als Reihe von 8-Bit.-Worten gespeichert.

0 Das Datenformat verkörpert ein Muster von "eingeschalteten" und "ausgeschalteten" Bereichen des Lasers 12 über der Entfernung längs des Rastermusters 66, die das Ziel des Strahles 64 zurücklegt. Die Daten werden in einem "Auslösepunkt"-Format gespeichert, wo die Daten die Entfernung längs eines jeden Rasterabtastmusters 66 verkörpern, wo der Laser gesteuert wird (d.h., von ein auf aus oder von aus auf ein geschaltet wird). Obgleich ein "Bit-Übersicht" -Format benutzt werden könnte, wurde das Auslösepunkt-Format bei der Herstellung von Teilen mit hoher 0 Auflösung als wirksamer ermittelt.

Für jedes 8-Bit-Wort verkörpern die niedrigsten gültigen sechs Bits (Bits 0 bis 5) die Stelle des nächsten Auslösepunktes - d.h., die nächste Stelle für die Steuerung des Lasers 12. Das nächste Bit (Bit 6) stellt dar, ob der Laser unmittelbar vor dem Auslösepunkt, der durch die niedrigsten gültigen sechs Bits gekennzeichnet wird, ein-

oder ausgeschaltet wird. Das höchste gültige Bit (MSB oder Bit 7) wird für den Schleifenbetrieb und für die Steuerung der langsamen Abtastachse 70 des Ziels des Strahles 64 benutzt. Weil der Commodore 64 einen begrenzten Speicher besitzt, war der Schleifenbetrieb erfoirderlich - man wird verstehen, daß ein Computer 40 mit einem größeren Speicher nicht den Schleifenbetrieb erfordern wird.

Fig. 6 zeigt das Ablaufschema des Datenmeßprogrammes. Das Datenmeßprogramm wird in Gang gebracht, wann auch immer die Markierungsleitung nach unten geht, wodurch eine nichtmaskierbare Unterbrechung hervorgerufen wird {siehe Fig. 3). Die Unterbrechung bewirkt, daß der Mikroprozessor des Computers 40 einen 2-Byte-Unterbrechungsvektor wiederauffindet, der auf die Stelle im Speicher verweist, wo die Programmsteuerung bei der Unterbrechung übertragen wird. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, schiebt das Datenmeßprogramm zuerst die Register in die Stapel und ladet danach das nächste Byte der Daten in den Akkumulator. Das Datenwort wird ebenfalls zum Benutzerkanal ausgegeben, wobei das sechste Bit benutzt wird, um den Laser 12 zu steuern (Fig. 3) .

Wie in Fig. 6 gezeigt wird, wird das höchste gültige Bit (MSB oder Bit 7) des Datenwortes im Akkumulator überprüft. Wenn der Wert des höchsten gültigen Bits Eins ist, bedeutet das, daß das Ende der Schleife nicht erreicht wurde; daher wird die Datenhinweisadresse fortgeschaltet, die Register werden vom Stapel regeneriert, und das Datenmeßprogramm wird 0 gestoppt, wobei die Steuerung zum Mikroprozessor an der Stelle der Unterbrechung zurückgeführt wird. Wenn das höchste gültige Bit im Akkumulator Null ist, ist das Datenwort das letzte Wort in der Schleife. Wenn das Datenwort das letzte Wort in der Schleife ist, ist das 5 nächste Bit im Speicher ein Schleifenzähler, und die folgenden zwei Bytes sind ein Vektor, der auf die Oberseite der Schleife hinweist. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, wird

- 24 -

der Schleifenzähler (nächstes Bit) stufenweise verringert und analysiert, wenn das höchste gültige Bit gleich Null ist (Ende der Schleife). Wenn der Schleifenzähler dennoch größer als Null ist, nimmt die Datenhinweisadresse den Wert von den nächsten zwei Speicherbytes nach dem Schleifenzähler an, die Register werden vom Stapel zurückgezogen, und die Programmsteuerung kehrt zur Stelle der Unterbrechung zurück. Andererseits, wenn der Schleifenzähler Null ist, wird die Datenhinweisadresse um drei fortgeschaltet, und der Schleifenzähler wird auf zehn zurückgestellt, bevor das Programm gestoppt wird. Es kann erkannt werden, daß die Notwendigkeit für einen derartigen Schleifenbetrieb aufgehoben wird, wenn die Speichergröße des Computers 40 angemessen ist.

Beispiel

In den Figuren 4 und 5 wird als Beispiel das Teil 52 gezeigt. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, nimmt das Teil 52 eine ungewöhnliche Form darin an, daß es nicht symmetrisch ist, und daß seine Herstellung bei Anwendung konventioneller Bearbeitungsverfahren schwierig wäre. Für Bezugszwecke umfaßt das Teil 52 eine äußere Grundkonstruktion 80, die einen inneren Hohlraum 82 und eine innerhalb des Hohlraumes 82 angeordnete Säule 84 aufweist (siehe Fig. 4). Fig. 5 zeigt das Teil 5 2 innerhalb der begrenzenden Konstruktion 28, die die Aufnahmefläche 26 abgrenzt, die in Fig. 1 gezeigt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt wird, ist ein Teil des Pulvers 22 lose, während der Rest des 0 Pulvers selektiv gesintert wird, um die Konstruktion des Teils 52 einzuschließen. Fig. 5 wird in der vertikalen Schnittdarstellung gezeigt, wobei Abschnitte herausgebrochen und im Phantombild skizziert werden, um die gesinterten kohäsiven Abschnitte des Teils 52 zu zeigen.

Fig. 7 zeigt den horizontalen Querschnttsbereich, der längs der Linie 7-7 der Fig. 4 genommen wurde. Fig. 7 verkörpert

- 25 -

eine einzelne Schicht 8 6 in Verbindung mit dem Querschnittsbereich des herzustellenden Teils. Als solche ist die gesinterte Schicht 86 der Fig. 7 ein Produkt eines einzelnen Rastermusters 66, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. 5

Für Bezugszwecke wurde eine Überstreichungslinie durch die gesinterte Schicht 86 mit "L" gekennzeichnet. Fig. 8 zeigt die Software und den Hardware-Interface-Betrieb während der Überstreichung L. Die obere grafische Darstellung zeigt die Position des Rückführsignals vom Galvanometer 48 der schnellen Achse und des Ausgangssignals vom ersten Digital-Analog-Umsetzer 76 (vergleiche Fig. 3). Der Spannungsvergleicher 74 erzeugt ein Ausgangssignal zur Markierungsleitung des Computers 40 jedesmal dann, wenn sich das Rückführsignal und das Ausgangssignal des ersten Digital-Analog-Umsetzers kreuzen.

In der oberen grafischen Darstellung der Fig. 8 werden diese Punkte mit T gekennzeichnet, um die Auslösepunkte darzustellen. Wie aus der unteren grafischen Darstellung der Fig. 8 zu sehen ist, erzeugt die Markierungsleitung eine nichtmaskierbare Unterbrechung entsprechend einem jeden Auslösepunkt T. Das sechste Bit eines jeden Datenwortes wird analysiert, und der gegenwärtige Zustand des Lasers 12 wird den Wert widerspiegeln. Die grafische Vorendstufendarstellung der Fig. 8 zeigt das Lasersteuersignal für die Überstreichungslinie L der Fig. 7. Die zweite grafische Darstellung der Fig. 8 zeigt, daß man am Ende einer jeden Überstreichung des Ziels des Laserstrahles 64 in der schnellen Abtastachse 68 einer ansteigenden Kante beim höchsten gültigen Bit begegnen wird. Wie in den Figuren 3 und 6 gezeigt wird, schaltet der Zähler 79 bei einer ansteigenden Kante fort und gibt ein Signal an den zweiten Digital-Analog-Umsetzer 78 aus, um das Galvanometer 49 der langsamen Achse anzutreiben.

Wie aus dem in der Zeichnung veranschaulichten Beispiel

&diams; »

- 26 -

gesehen werden kann, können Teile mit komplizierter Form relativ leicht hergestellt werden. Die Fachleute werden einschätzen, daß das in Fig. 4 gezeigte Teil 52 bei Anwendung konventioneller Bearbeitungsverfahren schwer herzustellen wäre. Insbesondere würde der Zugriff des Maschinenwerkzeuges die Herstellung des Hohlraumes 82 und der Säule 84 schwierig machen, wenn nicht unmöglich, wenn das Teil 52 eine relativ kleine Größe zeigen würde.

Zusätzlich zur Vermeidung des Zugriffsproblems wird eingeschätzt, daß die Genauigkeit der Herstellung nicht von der Abnutzung des Maschinenwerkzeuges und der Genauigkeit der mechanischen Bauteile abhängig ist, die bei den konventionellen Werkzeugmaschinen vorgefunden werden. Das heißt, die Genauigkeit und die Toleranzen der Teile, die nach dem Verfahren und mittels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind hauptsächlich eine Funktion der Qualität der Elektronik, der Optik und der Software der Abarbeitung. Natürlich beeinflussen der Wärmeübergang und das Material die erreichbaren Toleranzen.

Die Fachleute werden einschätzen, daß die konventionellen Bearbeitungsverfahren ein beträchtliches menschliches Eingreifen und eine Beurteilung erfordern. Beispielsweise würde ein konventioneller Bearbeitungsvorgang, wie z.B. das Fräsen, eine Kreativität erfordern, um derartige Entscheidungen zu treffen, wie beispielsweise die Auswahl des Werkzeuges, die Segmentierung des Teils, die Reihenfolge 0 der Bearbeitungsgänge, usw. Derartige Entscheidungen wären noch wichtiger, wenn ein Steuerband für eine Fräsmaschine mit Bandsteuerung hergestellt wird. Andererseits erfordert die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nur die Daten in Verbindung mit einem jeden Querschnittsbereich des herzustellenden Teils. Wenn auch derartige Daten einfach in den Computer 4 0 programmiert werden können, umfaßt der Computer 40 vorzugsweise ein CAD/CAM-System. Das heißt, dem

CAD/CAM-Abschnitt des Computers 40 werden die Gesamtabmessungen und die Konfiguration des gewünschten Teils, das hergestellt werden soll, vorgelegt, und der Computer 40 bestimmt die Grenzen für jeden einzelnen Querschnittsbereich des Teils. Daher kann der sehr große Bestand an Teilinformationen gespeichert und dem Computer auf selektiver Basis zugeführt werden. Die Vorrichtung stellt ein ausgewähltes Teil ohne Rüstzeit, eine teilspezifische Werkzeugausrüstung oder ein menschliches Eingreifen her. Sogar die komplizierten und kostspieligen Formen in Verbindung mit der Pulvermetallurgie und den konventionellen Gießverfahren werden vermieden.

Wenn auch Fertigungslose in großer Menge und gewisse Materialeigenschaften des Teils am vorteilhaftesten bei Anwendung konventioneller Fertigungsverfahren erhalten werden könnten, ist das Verfahren und die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in vieler Hinsicht nützlich. Insbesondere werden Prototypmodelle und Gießmuster leicht und billig hergestellt. Beispielsweise werden Gießmuster leicht für einen Einsatz beim Sandgießen, Wachsausschmelzgießen oder anderen Verfahren der Formgebung hergestellt. Wo die gewünschten Mengen sehr klein sind, wie beispielsweise bei veralteten Ersatzteilen, zeigt die Herstellung derartiger Ersatzteile bei Benutzung der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung außerdem viele Vorteile. Schließlich kann die Benutzung der Vorrichtung 10 dort nützlich sein, wo die Größe der Produktionsanlagen ein Haupthindernis ist, wie beispielsweise auf dem Schiff oder 0 im Weltraum.

Claims

- 28 - SCHUTZANSPRUCHE:

1. Vorrichtung für die Herstellung eines Teils, die aufweist:

eine Energiequelle (12), die so funktionsfähig ist, daß sie einen gebündelten Energiestrahl (64) emittiert;

eine Konstruktion (28), die eine Aufnahmefläche (26) besitzt, auf der ein Teil (52) schichtartig hergestellt werden soll;

eine Einrichtung für das dosierte Aufbringen einer Schicht des sinterfähigen Pulvers (22) auf die Aufnahmefläche (26); und

einen Regler (16), der so funktionsfähig ist, daß er das Ziel des gebündelten Energiestrahles (64) führt, um selektiv innerhalb festgelegter Grenzen einen Abschnitt einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Pulvers (22), das auf die Aufnahme fläche (26) dosiert aufgebracht: wurde, zu sintern,

wobei der Regler (16) eine Abtastanlage (42), um das Ziel des Energiestrahles (64) in die Aufnahmefläche (26) in einem sich wiederholenden Muster (66) zu bewegen, und einen Computer (40) umfaßt, der mit den festgelegten Grenzen einer jeden Schicht (54, 55, 56, 57) des Teiles (52) programmiert ist, um den Energiestrahl (64) einzuschalten, wobei sich das Ziel des Strahles (64) innerhalb der festgelegten Grenzen für jede Schicht (54, 55, 56, 57) befindet, während das Ziel des Strahles (64) in die Aufnahmefläche (26) bewegt wird, und wobei er funktionsfähig ist, um den Energiestrahl (64) über die Aufnahmefläche (26) zu führen, um ausgewählte Abschnitte der aufeinanderfolgenden Schichten (54, 55, 56, 57) des Pulvers

(22) innerhalb der entsprechenden festgelegten Grenzen in Übereinstimmung mit den aufeinanderfolgenden Querschnittsbereichen eines Teiles zu sintern; und

•J»·· " &Idigr; *_M"

- 29 -

wobei die Einrichtung für das dosierte Aufbringen (14) so funktionsfähig ist, daß die nachfolgenden Schichten des Pulvers (55, 56, 57) jeweils nach dem selektiven Sintern einer vorangegangenen Schicht (54, 55, 56) dosiert aufgebracht werden·, so daß die gesinterten ausgewählten Abschnitte einer jeden der nachfolgenden Schichten mit den gesinterten Abschnitten einer vorangegangenen Schicht verbunden werden, um ein Teil (52) herzustellen, das eine Vielzahl von Schichten (54, 55, 56, 57) aufweist, die nacheinander gesintert wurden;

wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Einrichtung (13 2) für die Steuerung der Temperatur des gesinterten und des nicht gesinterten Pulvers auf der Aufnahmefläche (26) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle einen Laser aufweist, so daß der Energiestrahl (64) ein Laserstrahl ist, und dadurch, daß der Regler (16) eine Einrichtung (42, 44, 35, 38) für das Führen des Zieles des Laserstrahles (64) in die Aufnahmefläche (26) und eine Einrichtung für das Steuern des Lasers umfaßt, indem der Strahl (64) ein- und ausgeschaltet wird, um das Pulver (22) in der Aufnahmefläche (26) selektiv zu sintern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (42) so funktionsfähig ist, daß das Ziel des Laserstrahles (64) in eine Rasterabtastung {66) der Aufnahmefläche (26) bewegt wird.

0 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine oder mehrere Linsen (3 6, 38) umfaßt, um den Laserstrahl (64) zu bündeln.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 5 Führungseinrichtung ein Prisma (44) umfaßt, um die Richtung des Laserstrahles (64) zu verändern, der aus der Lasereinrichtung (12) emittiert wird.

- 30 -

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (132) für das Zuführen von Luft mit geregelter Temperatur zum Teil (52) vorhanden ist, um die Temperatur des Teiles (52) zu mäßigen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (40) so funktionsfähig ist, daß die festgelegten Grenzen der ausgewählten Abschnitte einer jeden Schicht {54, 55, 56, 57) des Teiles (52) bestimmt werden, wodurch die Gesamtabmessungen des Teiles (52) erhalten werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da/3 die Einrichtung für das dosierte Aufbringen des Pulvers einen Trichter (104) für das Aufnehmen des Pulvers (106), eine Dosieraustrittsöffnung (108) , die das Pulver (106) zur Aufnahmefläche (102) führt, und eine gegenläufige Walze (116) umfaßt, die sich über die Aufnahmefläche (102) bewegt, um das Pulver (106) auf der Aufnähmefläche (102) zu verteilen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da/3 die Einrichtung für das dosierte Aufbringen (14) so funktionsfähig ist, daß ein Kunststoff-, Keramik-, Polymer- oder Metallpulver dosiert aufgebracht werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterabtastung (66) erhalten wird, indem der Strahl (64) in einer ersten Richtung (68) zurückgeführt wird, und indem der Strahl (64) aus der ersten Richtung in eine zweite Richtung (70) zurückgeführt wird, um auf eine im allgemeinen ebene 0 Aufnahmefläche aufzutreffen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Spiegelpaar (46, 47) , das mit Galvanometern (48, 49) verbunden ist, wobei der erste Spiegel (46) verschiebbar ist, um die Bewegung des Strahles (64) in der Aufnahmefläche (26) in einer ersten Hauptrichtung (68) zu bewirken, und wobei der zweite Spiegel (47) verschiebbar ist, um die Bewegung des Strahles

- 31 -

(64) in der Aufnahmefläche (26) in einer zweiten Hauptrichtung (70) senkrecht zur ersten Richtung (68) zu bewirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Imprägnierung des Teils (52) mit einem Klebstoff.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufbringung des Pulvers (22) auf die Aufnähmefläche (26).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Aufbringen kann:

dosiertes Aufbringen einer Aufschüttung des Pulvers (106) in der Nähe eines Endes (110) der Aufnahmefläche (102); und

Bewegen einer gegenläufigen Walze (116) von einem Ende (110) zum anderen Ende (112) der Aufnahmefläche (102) , um mit der Aufschüttung des Pulvers in Berührung zu kommen und hinter der sich bewegenden Walze (116) eine Schicht (164) des Pulvers zurückzulassen.

15. Vorrichtung zur Herstellung eines Teiles (52), mit:

einer Lasereinrichtung (12) zum gezielten Abstrahlen eines Laserstrahles (64);

einer Struktur (28) zur Bildung eines Zielgebietes (26) zum Herstellen des Teiles;
30

einer Einrichtung zum Zuführen einer pulverförmigen Substanz (22) in das Zielgebiet (26); und

einer Lasersteuereinrichtung (16) zur Bewegung des Laserstrahl-5 zieles und zum Abstimmen des Lasers, um eine Schicht (54, 55, 56, 57) der pulverf örmigen Substanz (22) , die in das Zielgebiet eingeführt wurde, innerhalb vorbestimmter Grenzen gezielt zu

sintern,

wobei die Steuereinrichtung (16) betreibbar ist, um ein selektives Sintern von aufeinanderfolgenden Schichten {54, 55, 56, 57) der pulverförmigen Substanz (22) innerhalb der jeweils vorbestimmten Grenzen zu bewirken, um ein Teil (52) herzustellen, das eine Vielzahl miteinander gesinterter Schichten {54, 55, 56, 57) enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung (16) eine Einrichtung (42, 44, 35, 38) zum Führen des Laserstrahlzieles in dem Zielgebiet und eine Einrichtung zum Abstimmen des Lasers durch An- und Abschalten des Strahles enthält, um die pulverförmige Substanz (22) in dem Zielgebiet

(26) selektiv zu sintern.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Führungseinrichtung betreibbar ist, um das Laserstrahlziel in einem Abtastraster (66) des Zielgebietes (26) zu bewegen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Führungseinrichtung eine oder mehrere Linsen (36, 38) zum Bündeln des Lasers aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Führungseinrichtung ein Prisma {44) zum Ändern der Richtung des von der Lasereinrichtung abgestrahlten Laserstrahles (64) enthält.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Führungseinrichtung ein Abtastsystem aufweist, um das Lciserstrahlziel in einem sich wiederholenden Muster in dem Zielgebiet (26) zu bewegen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei eine Einrichtung (132) zum Einleiten von Luft mit geregelter Temperatur zu dem Teil {52) vorgesehen ist, um die Temperatur des Teiles zu temperieren.

• •te, ··»· ···

- 33 -

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung einen Computer (40) und eine Schnittstelleneinrichtung umfaßt, um den Laserstrahl an- und abzuschalten, wenn das Strahlziel in dem Zielgebiet (26) bewegt wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Computer (40) mit den definierten Grenzen jeder Schicht (54, 55, 56, 57) des Teiles (52) programmiert ist, um den Laserstrahl (64) für jede Schicht mit innerhalb der definierten Grenzen angeordnetem Strahlziel anzuschalten.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Computer betreibbar ist, um die definierten Grenzen jeder Schicht des Teiles zu bestimmen, wobei die Gesamtabmessungen des Teiles gegeben sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einrichtung zum Zuführen der pulverförmigen Substanz einen Speicher zur Aufnahme der pulverförmigen Substanz, einen Dosierauslaß (108), der die pulverförmige Substanz (106) zu dem Zielgebiet (102) führt, und eine gegenläufig drehende Walze (116) aufweist, die über das Zielgebiet (102) geführt wird, um die pulverförmige Substanz (106) in dem Zielgebiet (102) zu verteilen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Zuführeinrichtung betreibbar ist, um aus Kunststoff, Keramik, Polymer oder Metall bestehende pulverförmige Substanz zuzuführen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Strahl mittels eines Spiegelpaares (46, 47) das mit jeweiligen Galvanometern (48, 49) verbunden ist, zurückgeführt wird, wobei ein erster Spiegel (46) verstellbar ist, um eine Strahlbewegung in dem Zielgebiet in einer ersten Grundrichtung zu bewirken, und wobei ein zweiter Spiegel (47) einstellbar ist, um eine Strahlbewegung in dem Zielgebiet in einer zweiten zur ersten Richtung senkrechten Grundrichtung zu bewirken.

• ·

- 34 -

28. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Teil mit einem Klebstoff versehen wird.

29. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die pulverförmige Substanz kontinuierlich auf die Zieloberfläche aufgebracht wird.

30. Einrichtung zum Verteilen einer Schüttung einer pulverförmigen Substanz (22, 106) an einem ersten Ende eines Gebietes als eine Schicht der pulverförmigen Substanz in dem Gebiet, mit:

einer Walzeneinrichtung;

einer Einrichtung zum Bewegen der Walze von einem ersten Ende des Gebietes zu einem anderen Ende des Gebietes mit gewünschtem Abstand zwischen dem Gebiet und der Walze;

einer Einrichtung zum Drehen der Walze gegenläufig zu der Bewegungsrichtung der Walze von dem einen Ende zu dem anderen Ende ;

wobei die Walzeneinrichtung bei der Gegendrehung und Bewegung von dem einen Ende zu dem anderen Ende betreibbar ist, um die Schüttung zu berühren und die pulverförmige Substanz in der Bewegungsrichtung auszutragen, um eine Schicht der pulverförmigen Substanz zwischen der Walzeneinrichtung und dem einen Ende zu bilden, die eine Dicke aufweist, die näherungsweise dem gewünschten Abstand entspricht.

31. Einrichtung nach Anspruch 30, wobei der gewünschte Abstand konstant ist.

32. Einrichtung nach Anspruch 30, wobei der Bereich eben ist 5 und der gewünschte Abstand beim Bewegen der Walzeneinrichtung parallel zu dem Bereich konstant ist.

- 35 -

33. Einrichtung nach Anspruch 30, wobei die Walzeneinrichtung einen Zylinder aufweist, der einen im wesentlichen einheitlichen Kreisquerschnitt besitzt.

34. Einrichtung nach Anspruch 33, wobei der Zylinder eine geriffelte Außenfläche aufweist.

35. Einrichtung nach Anspruch 30, wobei eine Einrichtung zum Aufbringen der Schüttung nahe dem einen Ende vorgesehen ist.

36. Vorrichtung zum Temperieren der Temperatur einer pulverförmigen Substanz, die in einem Zielgebiet gesintert wird, mit:

einer Auflage, die das Zielgebiet festlegt und ein für Luft durchlässiges Medium und einen Kanal zur Führung der Luft aufweist, die durch das Medium weg von dem Zielgebiet strömt;

eine Einrichtung zum Zuführen einer pulverförmiger! Substanz in das Zielgebiet;
20

eine Einrichtung zum selektiven Sintern der pulverförmigen Substanz in dem Zielgebiet;

eine Einrichtung zum Zuführen von Luft in das Zielgebiet; und 25

eine Einrichtung zum Regeln der Temperatur der Luft bevor diese das Zielgebiet erreicht.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Führungseinrich-0 tung eine das Zielgebiet umgebende Kammer und ein Gebläse umfaßt, das Luft in die Kammer fördert.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Einrichtung zum selektiven Sintern einen direkten Energiestrahl und eine Einrichtung zum Steuern des Strahlzieles und zum Abstimmen des Strahles aufweist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Einrichtung zum Zuführen eine Walze, eine Einrichtung zum Bewegen der Walze von einem ersten Ende des Zielgebietes zu dem anderen Ende, eine Einrichtung für die gegenläufige Bewegung der Walze und eine Einrichtung zum Aufbringen einer Schüttung der pulverförmigen Substanz in der Nähe des einen Endes aufweist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Temperaturregeleinrichtung ein in der Luft angeordnetes Heizelement aufweist.

41. Teil (52), das mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.