DE9018138U1 - Selective radiation sintering device - Google Patents
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Description
Dipl.-Chem. Dr. Steffen ANDRAE
Dipl.-Phys. Dieter FLACH
Dipl.-Ing. Dietmar HAUG
Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL
Balanstraße 55
81541 MünchenDipl.-Chem. Dr. Steffen ANDRAE
Dipl.-Phys. Dieter FLACH
Dipl.-Ing. Dietmar HAUG
Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL
Balanstrasse 55
81541 Munich
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Anmelder: BOARD OF REGENTS THE UNIVERSITY OF TEXAS SYSTEM Office of General Council, 201 West 7th Street Austin, Texas 78701, USApplicant: BOARD OF REGENTS THE UNIVERSITY OF TEXAS SYSTEM Office of General Council, 201 West 7th Street Austin, Texas 78701, US
Vorrichtung für selektives StrahlungssinternDevice for selective radiation sintering
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die einen gerichteten Energiestrahl anwendet, um ein Pulver selektiv zu sintern, um ein Teil herzustellen. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine computergestützte Laservorrichtung, die sequentiell mehrere Schichten des Pulvers sintert, um das gewünschte Teil Schicht um Schicht aufzubauen. Die vorliegende Anmeldung ist insbesondere auf ein Pulver ausgerichtet, das mehrere Pulver in Kombination aufweist, wobei jedes Pulver aus einem Material besteht, das eine Bindetemperatur aufweist, die der des anderen Materials entspricht oder davon abweichend sein kann, und wobei ein Pulver dissoziiert ist und aus einem Material besteht, das eine Dissoziationstemperatur aufweist, die der des anderen entspricht oder davon abweichend sein kann, und sie ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Verteilen einer Pulverschicht ausgerichtet, um eine hohe Massendichte des Pulvers in jeder Schicht während des Sinterns zu erreichen.This invention relates to an apparatus that applies a directed energy beam to selectively sinter a powder to produce a part. More particularly, this invention relates to a computer-aided laser apparatus that sequentially sinters multiple layers of the powder to build the desired part layer by layer. The present application is particularly directed to a powder comprising multiple powders in combination, each powder consisting of a material having a bonding temperature that may be the same or different from that of the other material, and one powder being dissociated and consisting of a material having a dissociation temperature that may be the same or different from that of the other, and to an apparatus and method for dispersing a layer of powder to achieve a high mass density of the powder in each layer during sintering.
Die Wirtschaftlichkeit, die mit den konventionellen Herstellungsverfahren für Teile verbunden ist, zeigt imThe economic efficiency associated with conventional manufacturing processes for parts is demonstrated in
allgemeinen eine direkte Beziehung zur Menge der herzustellenden Teile und zu den gewünschten Materialeigenschaften der fertigen Teile. Beispielsweise sind die großtechnischen Herstellungsverfahren des Gie/3ens und Extrudierens oftmals kostenwirksam, aber diese Herstellungsverfahren sind im allgemeinen bei kleinen Mengen nicht akzeptabel - d.h., bei Ersatzteilen oder der Herstellung von Prototypen. Viele derartige konventionelle Verfahren zur Herstellung von Teilen erfordern eine kostspielige teilespezifische Werkzeugausrüstung. Sogar die Pulvermetallurgie erfordert eine Form für das Formen des Pulvers, wodurch die Pulvermetallurgie als Verfahren für die Herstellung einer kleinen Anzahl von Teilen unattraktiv ist.generally have a direct relationship to the quantity of parts to be produced and the desired material properties of the finished parts. For example, the large-scale manufacturing processes of casting and extrusion are often cost-effective, but these manufacturing processes are generally not acceptable for small quantities - i.e., spare parts or prototype production. Many such conventional processes for manufacturing parts require expensive part-specific tooling. Even powder metallurgy requires a mold for shaping the powder, making powder metallurgy unattractive as a process for manufacturing small numbers of parts.
Wo nur eine kleine Anzahl von Teilen gewünscht wird, werden die konventionellen Herstellungsverfahren, die das Verfahren der subtraktiven Bearbeitung einschließen, meistens angewandt, um das gewünschte Teil herzustellen. Bei derartigen subtraktiven Verfahren wird das Material aus einem Ausgangs-0 block des Materials herausgeschnitten, um eine kompliziertere Form herzustellen. Beispiele für substraktive Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen umfassen: das Fräsen, Bohren, Schleifen, Drehen, Schneidbrennen, die elektrische Entladungsmaschine, usw. Wenn derartige konventionelle subtraktive Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen meistens auch bei der Herstellung des gewünschten Teils effektiv sind, zeigen sie in vieler Hinsicht Mangel.Where only a small number of parts are desired, conventional manufacturing processes, which include the subtractive machining process, are most often used to produce the desired part. In such subtractive processes, material is cut out of a starting block of material to produce a more complicated shape. Examples of subtractive processes using machine tools include: milling, drilling, grinding, turning, flame cutting, the electric discharge machine, etc. While such conventional subtractive processes using machine tools are most often effective in producing the desired part, they are deficient in many respects.
Erstens produzieren derartige konventionelle substraktive 0 Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen eine große Menge an Materialabfall, der zu beseitigen ist. Außerdem schließen derartige Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen meistens zu Beginn einen großen Aufwand für die Aufstellung des richtigen Ablaufs der maschinellen Bearbeitung und die Anordnung der Werkzeuge ein. Als solche ist die Vorbereitungszeit nicht nur kostspielig, sondern sie verläßt sich auch in starkem Maße auf die menschliche BeurteilungFirst, such conventional subtractive processes using machine tools produce a large amount of waste material that must be disposed of. In addition, such processes using machine tools usually involve a great deal of initial effort in setting up the correct machining sequence and tooling arrangement. As such, the preparation time is not only costly, but also relies heavily on human judgment.
und Erfahrung. Diese Probleme werden natürlich verstärkt, wenn nur eine kleine Anzahl von Teilen hergestellt werden soll.and experience. These problems are of course exacerbated when only a small number of parts are to be produced.
Eine weitere Schwierigkeit in Verbindung mit derartigen konventionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung schließt den Verschleiß der Werkzeuge ein - was nicht nur die Kosten der Auswechselung einschließt, sondern ebenfalls die Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung verringert, wenn das Werkzeug einen Verschleiß zeigt. Eine weitere Beschränkung hinsichtlich Genauigkeit und Toleranz eines Teils, das mittels der konventionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung hergestellt wird, sind die Toleranzgrenzen, die der betreffenden Werkzeugmaschine eigen sind. Beispielsweise werden bei einer konventionellen Fräsmaschine oder Drehmaschine die Leitspindeln und Führungen mit einer gewissen Toleranz hergestellt, die die Toleranzen einschränkt, die bei der Fertigung eines Teils auf der Werkzeugmaschine erreichbar sind. Natürlich werden die erreichbaren Toleranzen mit dem Alter der Werkzeugmaschine verringert.Another difficulty associated with such conventional machining methods includes tool wear - which not only involves the cost of replacement, but also reduces the accuracy of the machining when the tool wears. Another limitation on the accuracy and tolerance of a part produced by conventional machining methods is the tolerance limits inherent in the machine tool in question. For example, in a conventional milling machine or lathe, the lead screws and guides are manufactured to a certain tolerance which limits the tolerances achievable when producing a part on the machine tool. Of course, the achievable tolerances are reduced as the machine tool ages.
Die letzte Schwierigkeit in Verbindung mit derartigen konventionellen subtraktiven Verfahren bei Einsatz von Werkzeugmaschinen ist die Schwierigkeit oder Unmöglichkeit der Herstellung vieler Formen von Teilen. Das heißt, die konventionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung sind am besten für die Herstellung von symmetrischen Teilen und solchen Teilen geeignet, wo nur das äußere Teil maschinell bearbeitet wird. Wo jedoch ein gewünschtes Teil eine ungewöhnliche Form oder innere Merkmale aufweist, wird die maschinelle Bearbeitung schwieriger, und ziemlich oft muß das Teil für die Fertigung in Segmente unterteilt werden. In vielen Fällen ist eine spezielle Form des Teils wegen der 5 Beschränkungen nicht möglich, die hinsichtlich der Anordnung des Werkzeuges am Teil auferlegt werden. Somit gestatten die Größe und der Aufbau des Schnittwerkzeuges nicht den ZugangThe final difficulty associated with such conventional subtractive processes using machine tools is the difficulty or impossibility of producing many shapes of parts. That is, the conventional machining processes are best suited to the production of symmetrical parts and those parts where only the external part is machined. However, where a desired part has an unusual shape or internal features, machining becomes more difficult and quite often the part must be divided into segments for manufacture. In many cases a special shape of part is not possible because of the restrictions imposed on the location of the tool on the part. Thus the size and design of the cutting tool do not allow access
des Werkzeuges, um die gewünschte Form herzustellen.of the tool to produce the desired shape.
Es gibt weitere Verfahren der maschinellen Bearbeitung, die additiv sind, beispielsweise das Galvanisieren, Plattieren, und einige Schweißverfahren sind dahingehend additiv, da/3 das Material zum Ausgangssubstrat hinzugefügt wird. In den letzten Jahren wurden weitere additive Verfahren der maschinellen Bearbeitung entwickelt, bei denen ein Laserstrahl angewendet wird, um das Material auf einem Ausgangsartikel aufzutragen. Beispiele umfassen die U.S.Patente Nr. 4117302; 4474861; 4300474 und 4323756. Diese jüngsten Anwendungen der Laser waren hauptsächlich darauf begrenzt, eine Beschichtung auf einen vorher maschinell bearbeiteten Artikel aufzubringen. Oftmals wurden derartige Beschichtungsverfahren mittels Laser angewandt, um bestimmte metallurgische Eigenschaften zu erreichen, die nur durch derartige Beschichtungsverfahren erhalten werden können. Im typischen Fall wird bei derartigen Beschichtungsverfahren mittels Laser der Ausgangsartikel gedreht, und der Laser 0 wird auf eine unveränderliche Stelle ausgerichtet, wobei das Beschichtungsmaterxal auf den Artikel gespritzt wird, so da/3 der Laser das Beschichtungsmaterxal auf dem Artikel schmelzen wird.There are other machining processes that are additive, such as electroplating, plating, and some welding processes are additive in that the material is added to the starting substrate. In recent years, other additive machining processes have been developed that use a laser beam to deposit the material onto a starting article. Examples include U.S. Patent Nos. 4,117,302; 4,474,861; 4,300,474 and 4,323,756. These recent applications of lasers have been primarily limited to applying a coating to a previously machined article. Often, such coating processes using lasers have been used to achieve certain metallurgical properties that can only be obtained by such coating processes. Typically, in such laser coating processes, the starting article is rotated and the laser is aimed at a fixed location and the coating material is sprayed onto the article so that the laser will melt the coating material onto the article.
Zusätzlich wird ein Verfahren für das Verdichten eines Materials in Pulverform zu einer kohärenten Masse vor dem Sintern vorgeschlagen. Ein Beispiel umfaßt das U.S.Patent Nr. 4752352.Additionally, a method is proposed for compacting a material in powder form into a coherent mass prior to sintering. An example includes U.S. Patent No. 4,752,352.
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Die vorangehend aufgezeigten Probleme werden in starkem Maße durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gelöst. Die vorliegende Erfindung umfaßt einen gerichteten Energiestrahl - wie z.B. einen Laser - und sie ist so anpassungsfähig, da/3 fast jedes dreidimensionale Teil gefertigt werden kann. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein additives Verfahren, bei dem das Pulver in einer Zielfläche verteilt wird, wobei der Laser selektiv einen Teil des Pulvers sintert, um eine gesinterte Schicht herzustellen. Es wird bei einer Temperatur gesintert, die einen viskosen Fluß bewirkt, beispielsweise an den benachbarten Grenzen der Teilchen des Pulvers, wobei mindestens ein gewisser Teil eines jeden Teilchens fest bleibt. Ein derartiges Sintern bewirkt, daß die Dichte des gesinterten Teils zunimmt, wenn man mit der Massendichte jenes Teils des Pulvers vergleicht, bevor es gesintert wurde, und ein Teil, das durch das schichtweise Verbinden von mehreren Schichten gebildet wird, wird daher autogen verdichtet sein. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art des Pulvers beschränkt, sondern ist vielmehr für Kunststoff-, Metall-, Polymer-, Keramik-, Wachs-, Halbleiter- oder amorphe Pulver oder Pulver aus Verbundmaterial anwendbar.The problems identified above are largely solved by the apparatus of the present invention. The present invention involves a directed energy beam - such as a laser - and is so adaptable that almost any three-dimensional part can be made. The process of the present invention is an additive process in which the powder is dispersed in a target area, the laser selectively sintering a portion of the powder to produce a sintered layer. Sintering is carried out at a temperature which causes viscous flow, e.g. at the adjacent boundaries of the particles of the powder, with at least some portion of each particle remaining solid. Such sintering causes the density of the sintered part to increase when compared to the bulk density of that portion of the powder before it was sintered, and a part formed by the layer-by-layer bonding of multiple layers will therefore be autogenously densified. The method of the present invention is not limited to a specific type of powder, but rather is applicable to plastic, metal, polymer, ceramic, wax, semiconductor or amorphous or composite powders.
Im allgemeinen umfaßt die Vorrichtung einen Laser oder eine andere gerichtete Energiequelle, die für das Emittieren eines Strahles in eine Zielfläche, wo das Teil hergestellt wird, auswählbar ist. Ein Pulververteilungssystem trägt das 0 Pulver in der Zielfläche auf. Ein Steuermechanismus des Lasers funktioniert, um das Ziel des Laserstrahles zu bewegen, und er moduliert den Laser so, daß selektiv eine Schicht des Pulvers gesintert wird, das in der Zielfläche verteilt ist. Der Steuermechanismus funktioniert so, daß 5 selektiv nur das Pulver gesintert wird, das innerhalb der bestimmten Grenzen angeordnet ist, um die gewünschte Schicht des Teils herzustellen. Der Steuermechanismus betätigt denGenerally, the apparatus includes a laser or other directed energy source selectable for emitting a beam into a target area where the part is to be manufactured. A powder distribution system applies the powder to the target area. A control mechanism of the laser functions to move the target of the laser beam and modulates the laser to selectively sinter a layer of the powder distributed in the target area. The control mechanism functions to selectively sinter only the powder located within the specified boundaries to produce the desired layer of the part. The control mechanism actuates the
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Laser so, daß selektiv sequentielle Schichten des Pulvers gesintert werden, wodurch ein fertiges Teil hergestellt wird, das eine Vielzahl von nacheinander gesinterten Schichten aufweist. Die festgelegten Grenzen einer jeden Schicht entsprechen den betreffenden Querschnittsbereichen des Teils. Vorzugsweise umfaßt der Steuermechanismus einen Computer - beispielsweise ein CAD/CAM-System - um die festgelegten Grenzen für jede Schicht zu bestimmen. Das heißt, sind die gesamten Abmessungen und die Form des Teils angegeben, ermittelt der Computer die festgelegten Grenzen für jede Schicht und betätigt den Steuermechanismus des Lasers entsprechend den festgelegten Grenzen. Alternativ dazu kann der Computer anfangs mit den festgelegten Grenzen einer jeden Schicht programmiert werden.Laser so as to selectively sinter sequential layers of the powder, thereby producing a finished part having a plurality of sequentially sintered layers. The specified boundaries of each layer correspond to the respective cross-sectional areas of the part. Preferably, the control mechanism includes a computer - such as a CAD/CAM system - to determine the specified boundaries for each layer. That is, given the overall dimensions and shape of the part, the computer determines the specified boundaries for each layer and operates the control mechanism of the laser in accordance with the specified boundaries. Alternatively, the computer may be initially programmed with the specified boundaries of each layer.
In einer bevorzugten Ausführung umfaßt der Steuermechanismus des Lasers einen Mechanismus für das Ausrichten des Laserstrahles in die Zielfläche und einen Mechanismus für die Modulation der Ein- und Ausschaltung des Laserstrahles, um das Pulver in der Zielfläche selektiv zu sintern. Bei einer Ausführung funktioniert der Mechanismus für das Ausrichten so, daß das Ziel des Laserstrahles in einer kontinuerlichen Rasterabtastung der Zielfläche bewegt wird. Der Modulationsmechanismus schaltet den Laserstrahl ein und aus, so daß das Pulver nur gesintert wird, wenn das Ziel des Laserstrahles innerhalb der festgelegten Grenzen für die spezielle Schicht zu finden ist. Alternativ dazu lenkt der Mechanismus für das Ausrichten den Laserstrahl nur innerhalb der festgelegten Grenzen für die spezielle Schicht, so daß der Laserstrahl 0 kontinuierlich eingeschaltet bleiben kann, um das Pulver innerhalb der festgelegten Grenzen für die spezielle Schicht zu sintern.In a preferred embodiment, the laser control mechanism includes a mechanism for directing the laser beam into the target area and a mechanism for modulating the on and off switching of the laser beam to selectively sinter the powder in the target area. In one embodiment, the directing mechanism functions to move the target of the laser beam in a continuous raster scan of the target area. The modulation mechanism turns the laser beam on and off so that the powder is sintered only when the target of the laser beam is found within the specified limits for the particular layer. Alternatively, the directing mechanism directs the laser beam only within the specified limits for the particular layer so that the laser beam can remain continuously on to sinter the powder within the specified limits for the particular layer.
Bei einer bevorzugten Ausführung bewegt der Mechanismus für 5 das Ausrichten den Laserstrahl in einer sich wiederholenden Rasterabtastung der Zielfläche bei Benutzung eines Paares Spiegel, die durch Galvanometer angetrieben, werden. DerIn a preferred embodiment, the alignment mechanism moves the laser beam in a repetitive raster scan of the target surface using a pair of mirrors driven by galvanometers. The
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erste Spiegel reflektiert den Laserstrahl zum zweiten Spiegel, der den Strahl in die Zielfläche reflektiert. Die Verschiebebwegung des ersten Spiegels durch sein Galvanometer verschiebt den Laserstrahl im allgemeinen in eine Richtung in die Zielfläche. Gleichermaßen verschiebt die Verschiebebewegung des zweiten Spiegels durch sein Galvanometer den Laserstrahl in die Zielfläche 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 gestattet viele unterschiedliche Arten von Abtastmustern des Laserstrahles in der Zielfläche, die das Rasterabtastmuster der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen.first mirror reflects the laser beam to the second mirror, which reflects the beam into the target area. The translational movement of the first mirror through its galvanometer translates the laser beam generally in one direction into the target area. Likewise, the translational movement of the second mirror through its galvanometer translates the laser beam into the target area in a second direction. Preferably, the mirrors are oriented relative to each other so that the first and second directions are generally perpendicular to each other. Such an arrangement allows for many different types of scanning patterns of the laser beam in the target area, including the raster scanning pattern of the preferred embodiment of the present invention.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Fertigung von Teilen umfaßt die Stufen des Auftragens eines ersten Teils des Pulvers auf einer Zielfläche, der Abtastung des Zieles eines gerichteten Energiestrahles (vorzugsweise eines Lasers) über der Zielfläche und des Sinterns einer ersten Schicht des ersten Teils des Pulvers auf der Zielfläche. Die erste Schicht entspricht einem ersten Querschnittsbereich des Teils. 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 Teil des Pulvers wird auf die erste gesinterte Schicht aufgetragen, und das Ziel des Laserstrahles tastet über die erste gesinterte Schicht. Eine zweite Schicht des zweiten Pulverteils wird gesintert, indem die gerichtete Energiequelle betätigt wird, wenn sich das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen befindet, die die zweite Schicht abgrenzen. Das Sintern der zweiten Schicht verbindet ebenfalls die erste und die zweite Schicht zu einer kohäsiven Masse. Die aufeinanderfolgenden Teile des Pulvers werden auf die vorher gesinterten Schichten aufgetragen, wobei jede Schicht der Reihe nach gesintert wird. Bei einer Ausführung wird das Pulver kontinuierlich in derThe method of the present invention for manufacturing parts includes the steps of applying a first portion of the powder to a target surface, scanning the target of a directed energy beam (preferably a laser) over the target surface, and sintering a first layer of the first portion of the powder to the target surface. The first layer corresponds to a first cross-sectional area of the part. The powder is sintered by actuating the directed energy source when the target of the beam is within the boundaries defining the first layer. A second portion of the powder is applied to the first sintered layer and the target of the laser beam scans over the first sintered layer. A second layer of the second portion of the powder is sintered by actuating the directed energy source when the target of the beam is within the boundaries defining the second layer. Sintering the second layer also bonds the first and second layers into a cohesive mass. The successive portions of the powder are applied to the previously sintered layers, with each layer being sintered in turn. In one embodiment, the powder is continuously
Zielfläche aufgetragen.Target area applied.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird der Laserstrahl so moduliert, daß eic während der Rasterabtastung ein- und ausgeschaltet wird, so da/3 das Pulver gesintert wird, wenn das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen der speziellen Schicht ausgerichtet ist. Vorzugsweise wird der Laser durch einen Computer gesteuert; der Computer kann ein CAD/CAM-System umfassen, wobei dem Computer die gesamten Abmessungen und die Form des herzustellenden Teils vorgelegt werden, und der Computer die Grenzen eines jeden Querschnittsbereiches des Teils bestimmt. Bei Benutzung der festgelegten 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.In a preferred embodiment, the laser beam is modulated to turn on and off during the raster scan so that the powder is sintered when the aim of the beam is aligned within the boundaries of the particular layer. Preferably, the laser is controlled by a computer; the computer may comprise a CAD/CAM system, the overall dimensions and shape of the part to be manufactured being presented to the computer and the computer determining the boundaries of each cross-sectional area of the part. Using the specified boundaries, the computer controls the sintering of each layer according to the cross-sectional areas of the part. In an alternative embodiment, the computer is simply programmed with the boundaries of each cross-sectional area of the part.
Außerdem umfaßt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Pulver, das eine Vielzahl von Materialien aufweist, wobei die Vielzahl der Materialien mehr als eine Dissoziationstemperatur zeigt. Mit Dissoziationstemperatur meint man jene Temperatur, bei der sich ein Molekül in seine Bestandteile aufspaltet. Bei einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Pulver eine Vielzahl von Materialien auf, wobei die Vielzahl der Materialien mehr als eine Bindetemperatur zeigt. Mit Bindetemperatur meint man jene Temperatur, bei der das Pulver gesintert wird, wobei eine derartige Temperatur einen viskosen Fluß nur an 0 den benachbarten Grenzen der Teilchen bewirkt, und wobei mindestens ein bestimmter Teil eines jeden Teilchens fest bleibt.In addition, another embodiment of the present invention includes a powder comprising a plurality of materials, wherein the plurality of materials exhibit more than one dissociation temperature. By dissociation temperature is meant the temperature at which a molecule splits into its constituents. In yet another embodiment of the present invention, the powder comprises a plurality of materials, wherein the plurality of materials exhibit more than one binding temperature. By binding temperature is meant the temperature at which the powder is sintered, wherein such temperature causes viscous flow only at the adjacent boundaries of the particles, and where at least a certain portion of each particle remains solid.
Bei einigen der bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Pulver, das mehrere Materialien in Kombination, ein Material mit einem anderen, aufweist, (i) eine Mischung eines ersten Materials, das mit einem zweitenIn some of the preferred embodiments of the present invention, a powder comprising a plurality of materials in combination, one material with another, comprises (i) a mixture of a first material mixed with a second
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Material gemischt wird, und das wahlweise mit einem dritten und weiteren Materialien gemischt wird; und (ii) ein erstes Material, das mit einem zweiten Material beschichtet ist, und das wahlweise mit einem dritten und weiteren Materialien beschichtet ist. Wenn es gemischt ist, kann ein erstes Pulver auf einer Zielfläche aufgetragen und gesintert werden, danach gefolgt vom Auftragen und Sintern eines zweiten Pulvers, wodurch eine Schicht mit der nächsten nachfolgenden Schicht verbunden wird. Wenn es gewünscht wird, können weitere Materialien sequentiell hinzugefügt und gesintert werden, jede Schicht einzeln.material, and optionally mixed with a third and additional materials; and (ii) a first material coated with a second material, and optionally coated with a third and additional materials. Once mixed, a first powder may be applied to a target surface and sintered, followed by the application and sintering of a second powder, thereby bonding one layer to the next subsequent layer. If desired, additional materials may be added sequentially and sintered, each layer individually.
Außerdem umfaßt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung eines Teils, die aufweist: eine Bestrahlungsvorrichtung für das selektive Emittieren eines gerichteten Energiestrahles; eine Konstruktion für die Bereitstellung einer Zielfläche für die Herstellung des Teils; eine Vorrichtung für das Auftragen des Pulvers in der Zielfläche; und eine Steuervorrichtung für die Bewegung des Zieles des Strahles und für die Modulation des Strahles, um innerhalb der festgelegten Grenzen eine Schicht des Pulvers selektiv zu sintern, das in der Zielfläche aufgetragen wurde. Die Steuervorrichtung kann das selektive Sintern der sequentiellen Schichten des 5 Pulvers innerhalb der entsprechenden bestimmten GrenzenFurthermore, a further embodiment of the present invention includes an apparatus for manufacturing a part, comprising: an irradiation device for selectively emitting a directed energy beam; a structure for providing a target surface for manufacturing the part; a device for depositing the powder in the target surface; and a control device for moving the target of the beam and for modulating the beam to selectively sinter, within predetermined limits, a layer of the powder deposited in the target surface. The control device can selectively sinter the sequential layers of the powder within the respective predetermined limits.
bewirken, um ein Teil herzustellen, das eine Vielzahl von Schichten aufweist, die nacheinander gesintert wurden. Vorzugsweise
erreicht das Pulver während des Sinterns eine hohe Massendichte.
30to produce a part having a plurality of layers sintered one after the other. Preferably, the powder attains a high mass density during sintering.
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Bei einer weiteren Ausführung weist die Vorrichtung für das Auftragen des Pulvers eine Vorrichtung auf, um das Pulver elektrostatisch aufzuladen und zu verteilen. Vorzugsweise wird ein elektromagnetisches Feld nahe der Zielfläche er-5 zeugt, wobei das Feld im Pulver in der Zielfläche während des Sinterns eine hohe Massendichte hervorruft.In a further embodiment, the device for applying the powder comprises a device for electrostatically charging and distributing the powder. Preferably, an electromagnetic field is generated near the target surface, the field causing a high mass density in the powder in the target surface during sintering.
Wie es in diesem Dokument verwendet wird, umfaßt das elektromagnetische Feld elektrostatische und magnetostatische Felder, ist aber nicht darauf beschränkt.As used in this document, the electromagnetic field includes, but is not limited to, electrostatic and magnetostatic fields.
Bei einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen des Pulvers eine Vorrichtung auf, um ein polarisierbares Pulver zu verteilen. Vorzugsweise wird ein elektromagnetisches Feld nahe der Zielfläche erzeugt, wobei das Feld eine hohe Massendichte im Pulver in der Zielfläche während des Sinterns durch die Polarisationskräfte hervorruft.In yet another embodiment of the present invention, the device for applying the powder comprises a device for dispensing a polarizable powder. Preferably, an electromagnetic field is generated near the target area, the field causing a high mass density in the powder in the target area during sintering due to the polarization forces.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen eine Vorrichtung für die Verteilung des Pulvers auf, wobei das Pulver eine erste elektrische Ladung und die Zielfläche eine zweite elektrische Ladung aufweisen. Die erste elektrische Ladung ist der zweiten elektrischen Ladung entgegengesetzt, und die erste Ladung kann eine andere Größe aufweisen als die zweite 0 Ladung.In a further embodiment of the present invention, the device for applying comprises a device for dispersing the powder, wherein the powder has a first electrical charge and the target surface has a second electrical charge. The first electrical charge is opposite to the second electrical charge, and the first charge may have a different magnitude than the second charge.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen eine Vorrichtung für die Verteilung eines ersten Teils des Pulvers auf, auf dem sich eine erste elektrische Ladung befindet. Der erste Teil des Pulvers fließt an einer Formvorrichtung vorbei, die nahe genug am Pulver ist, um seine Ladung zu beseitigen, bevor das Pulver in der Zielfläche aufgetragen wird. Vorzugweise weist die Vorrichtung für das Auftragen außerdem eine Vor-0 richtung für die Verteilung eines zweiten Teils des PulversIn a further embodiment of the present invention, the device for applying comprises a device for dispersing a first portion of the powder having a first electrical charge thereon. The first portion of the powder flows past a shaping device which is close enough to the powder to remove its charge before the powder is applied to the target area. Preferably, the device for applying also comprises a device for dispersing a second portion of the powder.
mit einer darauf vorhandenen zweiten elektrischen Ladung auf. Die zweite elektrische Ladung ist der ersten elektrischen Ladung entgegengesetzt; die erste Ladung kann eine andere Größe aufweisen als die zweite Ladung. 35with a second electrical charge on it. The second electrical charge is opposite to the first electrical charge; the first charge can have a different magnitude than the second charge. 35
Bei einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen eineIn yet another embodiment of the present invention, the device for applying comprises a
Vorrichtung auf, die einen Flüssigkeitsstrom zu dem Pulver lenkt, das in der Zielfläche aufgetragen wird, um die
Massendichte des aufgetragenen Pulvers während des Sinterns zu erhöhen.
5Device that directs a liquid flow to the powder deposited in the target area to increase the mass density of the deposited powder during sintering.
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Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen eine Vorrichtung auf, die die Anwendung der Zentrifugalkraft auf das aufgetragene Pulver ermöglicht, um im Pulver eine hohe Massendichte herbeizuführen.In a further embodiment of the present invention, the device for applying comprises a device that enables the application of centrifugal force to the applied powder in order to induce a high mass density in the powder.
Die elektromagnetischen Felder, die bei den Ausführungen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, können verschiedene Feldstärken über die Zielfläche hinweg aufweisen.The electromagnetic fields generated in embodiments of the present invention may have varying field strengths across the target area.
Bei einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für das Auftragen des Pulvers außerdem auf: eine elektrisch aufgeladene Trommel; eine Vorrichtung für das Bewegen der Trommel von einem Ende eines Bereiches, der eine Pulveraufschüttung aufweist, zu einem anderen Ende des Bereiches bei einem gewünschten Abstand zwischen dem Bereich und der Trommel; eine Vorrichtung für das Drehen der Trommel entgegen der Richtung der Bewegung der Trommel von einem Ende des Bereiches zum anderen, wobei die Trommelvorrichtung betriebsfähig ist, wenn sie in der Gegenrichtung gedreht und von einem Ende des Bereiches zum anderen bewegt wird, um die Pulveraufschüttung zu berühren, und um das Pulver in der Richtung der Bewegung auszustoßen, damit eine Pulverschicht zwischen der Trommel und dem einen 0 Ende des Bereiches zurückbleibt. Die Pulverschicht zeigt eine Dicke, die etwa dem gewünschten Abstand entspricht.In a still further embodiment of the present invention, the apparatus for applying the powder further comprises: an electrically charged drum; means for moving the drum from one end of an area having a powder bed to another end of the area at a desired distance between the area and the drum; means for rotating the drum in the opposite direction to the direction of movement of the drum from one end of the area to the other, the drum means being operable when rotated in the opposite direction and moved from one end of the area to the other to contact the powder bed and to eject the powder in the direction of movement to leave a layer of powder between the drum and one end of the area. The layer of powder has a thickness approximately equal to the desired distance.
Bei einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Pulver magnetisch, und die Vorrichtung für 5 das Auftragen des Pulvers weist vorzugsweise eine Vorrichtung für die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in der Nähe der Zielfläche auf, wo das elektromagnetischeIn yet another embodiment of the present invention, the powder is magnetic and the device for 5 applying the powder preferably comprises a device for generating an electromagnetic field in the vicinity of the target area where the electromagnetic
Feld eine hohe Massendichte im Pulver in der Zielfläche während des Sinterns hervorruft.field causes a high mass density in the powder in the target area during sintering.
Eine Ausführung eines Verfahrens für die Fertigung eines Teils entsprechend der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Stufen auf: Auftragen eines ersten Teils des Pulvers auf einer Zielfläche; Abtasten des Zieles eines gerichteten Energiestrahles über der Zielfläche; Sintern einer ersten Schicht des ersten Teils des Pulvers entsprechend eines ersten Querschnittsbereiches des Teils, indem der Strahl betätigt wird, wenn sich das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen befindet, die durch den ersten Querschnittsbereich abgegrenzt werden; Auftragen eines zweiten Teils des Pulvers auf die erste gesinterte Schicht; Abtasten des Zieles eines gerichteten Energiestrahles über die erste gesinterte Schicht; Sintern einer zweiten Schicht eines zweiten Pulverteils entsprechend eines zweiten Querschnittsbereiches des Teils, indem der Strahl betätigt wird, wenn sich das Ziel des Strahles innerhalb der Grenzen befindet, die durch den zweiten Querschnittsbereich abgegrenzt werden; und Verbinden der ersten und der zweiten Schicht während des Sinterns der zweiten Schicht. Die aufeinanderfolgenden Schichten des Pulvers werden auf die vorher gesinterten Schichten aufgetragen, und das Sintern eines jeden aufeinanderfolgenden Teils wird durchgeführt, um ein Teil herzustellen, das eine Vielzahl von gesinterten Schichten aufweist. Vorzugsweise weisen die Stufen des Auftragens des Pulvers jeweils außerdem die Unterstufe des Zustandebringens einer hohen Massendichte im ersten und im 0 zweiten Teil des Pulvers während des Sinterns auf.An embodiment of a method for manufacturing a part according to the present invention comprises the steps of: depositing a first portion of the powder on a target surface; scanning the target of a directed energy beam over the target surface; sintering a first layer of the first portion of the powder corresponding to a first cross-sectional area of the part by actuating the beam when the target of the beam is within the boundaries delimited by the first cross-sectional area; depositing a second portion of the powder on the first sintered layer; scanning the target of a directed energy beam over the first sintered layer; sintering a second layer of a second portion of the powder corresponding to a second cross-sectional area of the part by actuating the beam when the target of the beam is within the boundaries delimited by the second cross-sectional area; and bonding the first and second layers together during sintering of the second layer. The successive layers of powder are applied to the previously sintered layers and sintering of each successive part is carried out to produce a part having a plurality of sintered layers. Preferably, the steps of applying the powder each further comprise the substep of achieving a high mass density in the first and second parts of the powder during sintering.
Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weist jede Stufe des Auftragens außerdem die Unterstufen des elektrostatischen Aufladens und Verteilens des Pulvers auf. Vorzugsweise wird ein elektromagnetisches Feld in der Nähe der Zielfläche erzeugt, und das elektromagnetische Feld ruft eine hohe Massendichte imIn a further embodiment of the method of the present invention, each stage of application further comprises the sub-stages of electrostatically charging and dispersing the powder. Preferably, an electromagnetic field is generated in the vicinity of the target area, and the electromagnetic field induces a high mass density in the
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aufgetragenen Pulver während des Sinterns hervor.applied powder during sintering.
Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein polarisierbares Pulver verteilt. Vorzugsweise wird ein elektromagnetisches Feld in der Nähe der Zielfläche erzeugt, wo das elektromagnetische Feld eine hohe Massendichte durch die Polarisationskräfte.im aufgetragenen Pulver während des Sinterns hervorruft.In a further embodiment of the method of the present invention, a polarizable powder is dispensed. Preferably, an electromagnetic field is generated near the target area, where the electromagnetic field induces a high mass density through the polarization forces in the applied powder during sintering.
Bei einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weist außerdem jede Stufe des Auftragens die Unterstufen des Verteilens des Pulvers, wobei das Pulver eine erste elektrische Ladung aufweist, und des Aufbringens einer zweiten elektrischen Ladung auf der Zielfläche auf. Die erste elektrische Ladung zeigt eine entgegengesetzte Ladung zur zweiten elektrischen Ladung, und die erste Ladung kann eine andere GrO1Se aufweisen als die zweite Ladung.In yet another embodiment of the method of the present invention, each step of applying further comprises the substeps of dispersing the powder, the powder having a first electrical charge, and applying a second electrical charge to the target surface. The first electrical charge exhibits an opposite charge to the second electrical charge, and the first charge may exhibit a different GrO 1 Se than the second charge.
Bei einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weist außerdem jede Stufe des Auftragens die Unterstufe des Lenkens eines Flüssigkeitsstromes zum aufgetragenen Pulver auf, um eine hohe Massendichte im aufgetragenen Pulver während des Sinterns hervorzurufen.In yet another embodiment of the method of the present invention, each step of applying further comprises the substep of directing a liquid flow to the applied powder to induce a high mass density in the applied powder during sintering.
Bei einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weist außerdem jede Stufe des Auftragens die Unterstufe der Anwendung einer Zentrifugalkraft auf das aufgetragene Pulver auf, um eine hohe Massendichte im aufgetragenen Pulver hervorzurufen, um so das Pulver vorzuverdichten, bevor es gesintert wird.In yet another embodiment of the method of the present invention, each step of applying further comprises the substep of applying a centrifugal force to the applied powder to induce a high mass density in the applied powder so as to pre-densify the powder before it is sintered.
Bei einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weist außerdem jede Stufe des Auftragens die Unterstufen des Aufbringens einer ersten elektrischen Ladung auf einen ersten Teil des Pulvers, des Verteilens des ersten Teils und des Passierens einer Formvorrichtung nahe des verteilten ersten Teils auf. Außerdem wird eine zweiteIn yet another embodiment of the method of the present invention, each step of applying further comprises the substeps of applying a first electrical charge to a first portion of the powder, dispensing the first portion, and passing a molding device proximate the dispensed first portion. In addition, a second
elektrische Ladung vorzugsweise auf dem zweiten Teil des Pulvers aufgebracht, und der zweite Teil wird verteilt. Die erste elektrische Ladung zeigt vorzugsweise eine der zweiten elektrischen Ladung entgegengesetzte Ladung, und die erste Ladung kann eine andere Größe aufweisen als die zweite Ladung.electrical charge is preferably applied to the second part of the powder and the second part is distributed. The first electrical charge preferably exhibits a charge opposite to the second electrical charge and the first charge may have a different magnitude than the second charge.
Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist das Pulver magnetisch, beispielsweise ein ferromagnetisches oder anderweitig magnetisierbares Material, und die Stufen des Auftragens weisen außerdem jeweils die Unterstufe der Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in der Nähe der Zielfläche auf, wo das elektromagnetische Feld eine hohe Massendichte im aufgetragenen Pulver während des Sinterns hervorruft.In a further embodiment of the method of the present invention, the powder is magnetic, for example a ferromagnetic or otherwise magnetizable material, and the steps of applying each further comprise the substep of generating an electromagnetic field proximate the target area where the electromagnetic field induces a high mass density in the applied powder during sintering.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung schlägt ein Verfahren der Aufbringung einer Schicht des Pulvers in einem Bereich vor, das die folgenden Stufen aufweist: Auftragen einer Aufschüttung des Pulvers in der Nähe des einen Endes des Bereiches; Bewegen einer elektrisch geladenen Trommel in einer Richtung von einem Ende des Bereiches zu einem anderen Ende des Bereiches; Drehen der Trommel entgegen der Richtung der Bewegung von einem Ende des Bereiches zum anderen Ende; Berühren der Aufschüttung des Pulvers durch die sich entgegengesetzt drehende Trommel, während sie sich zum anderen Ende bewegt; und Verteilen des Pulvers von unterhalb der Trommel in der Richtung der Bewegung der Trommel, so daß eine Schicht des Pulvers hinter der Trommel 0 zurückbleibt.A further embodiment of the present invention proposes a method of applying a layer of powder in an area comprising the steps of: applying a bed of powder near one end of the area; moving an electrically charged drum in one direction from one end of the area to another end of the area; rotating the drum in the opposite direction of movement from one end of the area to the other end; contacting the bed of powder with the counter-rotating drum as it moves to the other end; and dispersing the powder from beneath the drum in the direction of movement of the drum so that a layer of powder is left behind the drum.
Wie aus der vorangegangenen allgemeinen Beschreibung zu ersehen ist, löst 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 Ersatzteilen in begrenzten Mengen geeignet.As can be seen from the foregoing general description, the apparatus of the present invention solves many of the problems associated with the known methods for manufacturing parts. First, the present invention is well suited for the manufacture of prototype parts or replacement parts in limited quantities.
Außerdem sind das Verfahren und die Vorrichtung hierbei in der Lage, Teile mit komplizierten Formen herzustellen, die nach den konventionellen Fertigungsverfahren nicht erhalten werden können. Außerdem eliminiert die vorliegende Erfindung den Verschleiß der Werkzeuge und die Konstruktion der Maschine als begrenzende Faktoren betreffs der Toleranzen, die bei der Herstellung des Teils erhalten werden können. Schließlich kann bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in CAD/CAM-Systeme eingebunden ist, eine große Anzahl von Ersatzteilen im Computer programmiert werden, und sie können leicht bei einem geringen Einrichtaufwand oder Eingriff seitens des Menschen hergestellt werden.Furthermore, the method and apparatus herein are capable of producing parts with complicated shapes that cannot be obtained using conventional manufacturing processes. Furthermore, the present invention eliminates tool wear and machine design as limiting factors on the tolerances that can be obtained in the manufacture of the part. Finally, with the apparatus of the present invention, which is integrated with CAD/CAM systems, a large number of spare parts can be programmed in the computer and can be easily manufactured with little set-up or human intervention.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a schematic representation of the device of the present invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt des schichtartigen Aufhaus eines Teils zeigt, das entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und die das Rasterabtastmuster des Laserstrahles in der Zielfläche veranschaulicht,Fig. 2 is a schematic diagram showing a portion of the layered structure of a part made in accordance with the present invention and illustrating the raster scan pattern of the laser beam in the target area.
Fig. 3 ein Blockdiagramm, das die Interface-Hardware zwischen dem Computer, dem Laser und den Galvanometern der vorliegenden Erfindung darstellt,Fig. 3 is a block diagram illustrating the interface hardware between the computer, the laser and the galvanometers of the present invention,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Musterteils, das entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,Fig. 4 is a perspective view of a sample part made according to the present invention,
0 Fig. 5 eine Schnittdarstellung mit herausgebrochenen Abschnitten und in Phantomdarstellung von dem Teil, das in Fig. 4 gezeigt wird,0 Fig. 5 is a sectional view with sections broken away and in phantom of the part shown in Fig. 4,
Fig. 6 ein Flußdiagramm des Datenmeßprogrammes entsprechend der vorliegenden Erfindung,Fig. 6 is a flow chart of the data measurement program according to the present invention,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung längs der Linie 7-7 in Fig. 4,Fig. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in Fig. 4,
0 Fig. 8 die Darstellung der Wechselbeziehung zwischen einer einzelnen Abtastung des Lasers über der Schicht aus Fig. 7 und den Steuersignalen der vorliegenden Erfindung in Diagrammform, 0 Fig. 8 is a diagrammatic representation of the interrelationship between a single scan of the laser over the layer of Fig. 7 and the control signals of the present invention,
5 Fig. 9 eine Mischung der Materialien in einem Pulver,5 Fig. 9 a mixture of the materials in a powder,
Fig. 10 die Materialien in einem Pulver, wobei eines durchFig. 10 the materials in a powder, one by
das andere beschichtet ist.the other is coated.
Fig. 11 einen Abschnitt des Sinterzyklusses bei einer Mischung von Materialien, wie er gegenwärtig verstanden wird,Fig. 11 shows a portion of the sintering cycle for a mixture of materials as currently understood,
Fig. 12 zwei Materialien, die als sequentielle aufgetragene Schichten vor dem Sintern gemischt werden,Fig. 12 two materials mixed as sequentially applied layers before sintering,
Fig. 13 eine schematische vertikale Schnittdarstellung der Vorrichtung für das Verteilen des Pulvers nach der vorliegenden Erfindung, bei der das Pulver in einer Schicht auf dem herzustellenden Teil ausgebreitet wird,Fig. 13 is a schematic vertical sectional view of the device for distributing the powder according to the present invention, in which the powder is spread in a layer on the part to be produced,
Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung für die Verteilung des Pulvers nach der vorliegenden Erfindung,Fig. 14 is a schematic perspective view of the device for distributing the powder according to the present invention,
Fig. 15 elektrische und magnetische Felder, die mit einem 0 Pulver entsprechend der vorliegenden Erfindung in Wechselwirkung stehen,Fig. 15 electric and magnetic fields interacting with a 0 powder according to the present invention,
Fig. 16 eine aufgeladene Auflageplatte und eine entgegengesetzt aufgeladene Schicht des Pulvers entsprechend der vorliegenden Erfindung,Fig. 16 shows a charged platen and an oppositely charged layer of powder according to the present invention,
Fig. 17 und 18 eine unter Druck stehende Flüssigkeit, die mit dem aufgetragenen Pulver der vorliegenden Erfindung in
Wechselwirkung steht,
30Fig. 17 and 18 a pressurized liquid interacting with the applied powder of the present invention,
30
Fig. 19 ein Magnetfeld, das mit dem aufgetragenen Pulver der vorliegenden Erfindung in Wechselwirkung steht, undFig. 19 shows a magnetic field interacting with the applied powder of the present invention, and
Fig. 20 ein elektrisches Feld, das mit dem Pulver der vorliegenden Erfindung in Wechselwirkung steht.Fig. 20 an electric field interacting with the powder of the present invention.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 im allgemeinen die Vor-In the drawings, Fig. 1 generally shows the advantages
richtung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen umfaßt die Vorrichtung 10 einen Laser 12, die Pulververteilungsvorrichtung 14 und die Lasersteuervorrichtung 16. Ausführlicher gesagt, die Pulververteilungsvorrichtung 14 umfaßt einen Trichter 20 für das Aufnehmen des Pulvers 22, und dieser besitzt eine Austrittsöffnung 24. Die Austrittsöffnung 24 ist für das Verteilen einer Kombination von Materialien in Pulverform auf eine Zielfläche 26 ausgerichtet, die in Fig. 1 im allgemeinen durch die Begrenzung 28 bestimmt wird. Natürlich gibt es viele Alternativen bei der Verteilung des Pulvers 22.device 10 according to the present invention. In general, the device 10 includes a laser 12, the powder dispensing device 14 and the laser control device 16. In more detail, the powder dispensing device 14 includes a hopper 20 for receiving the powder 22 and has an exit opening 24. The exit opening 24 is directed for dispensing a combination of materials in powder form onto a target area 26, which is generally defined by the boundary 28 in Fig. 1. Of course, there are many alternatives in dispensing the powder 22.
Die Bauteile des Lasers 12 werden in Fig. 1 etwas schematisch dargestellt, und sie umfassen einen Laserkopf 30, einen Sicherheitsverschluß 32 und eine vordere Spiegelbaugruppe 34. Die Art des eingesetzten Lasers hängt von vielen Faktoren ab, und insbesondere von der Art des Pulvers 22, das gesintert werden soll. In der Ausführung der Fig. wurde ein Nd:YAG-Laser (Lasermetrics 9500Q) eingesetzt, der in einer kontinuierlichen oder impulsgesteuerten Betriebsart mit einer maximalen Ausgangsleistung von 100 Watt bei der kontinuierlichen Betriebsart betrieben werden kann. Der Laserstrahlausgang des Lasers 12 weist eine Wellenlänge von etwa 1060 nm auf, was ein nahes Infrarot ist. Der Laser 12, der in Fig. 1 gezeigt wird, umfaßt einen inneren Impulsfrequenzgenerator mit einem wählbaren Bereich von etwa 1 kHz bis 40 kHz und zeigt eine Impulsdauer von etwa 6 Nanosekunden. Bei sowohl der impulsgesteuerten als auch der kontinuierlichen Betriebsart kann der Laser 12 so moduliert werden, daß er ein- oder ausgeschaltet wird, um selektiv einen Laserstrahl zu erzeugen, der sich im allgemeinen längs des Weges bewegt, der in Fig. 1 durch die Pfeile gezeigt wird.The components of laser 12 are shown somewhat schematically in Fig. 1 and include a laser head 30, a safety shutter 32 and a front mirror assembly 34. The type of laser used depends on many factors and in particular on the type of powder 22 to be sintered. In the embodiment of Fig. 1, a Nd:YAG laser (Lasermetrics 9500Q) was used which can be operated in a continuous or pulsed mode with a maximum output power of 100 watts in the continuous mode. The laser beam output of laser 12 has a wavelength of about 1060 nm which is near infrared. Laser 12 shown in Fig. 1 includes an internal pulse frequency generator with a selectable range of about 1 kHz to 40 kHz and exhibits a pulse duration of about 6 nanoseconds. In both the pulsed and continuous modes of operation, the laser 12 can be modulated to be turned on or off to selectively produce a laser beam that moves generally along the path shown by the arrows in Fig. 1.
Um den Laserstrahl zu bündeln, werden eine Zerstreuungslinse 3 6 und eine Sammellinse 3 8 längs des Bewegungsweges des Laserstrahles angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt wird. EbenIn order to focus the laser beam, a diverging lens 3 6 and a converging lens 3 8 are arranged along the path of movement of the laser beam, as shown in Fig. 1.
durch Benutzung der Sammellinse 3 8 wird die Stelle des tatsächlichen Brennpunktes nicht einfach durch Verändern des Abstandes zwischen der Sammellinse 3 8 und dem Laser 12 gesteuert. 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 tatsächlichen Brennpunktes längs des Bewegungsweges des Laserstrahles auf der Seite der Sammellinse 38, die vom Laser 12 abgelegen ist. In den letzten Jahren waren viele Fortschritte auf dem Gebiet der Optik zu verzeichnen, und es wird erkannt, da/3 viele Alternativen vorhanden sind, um den Laserstrahl an einer bekannten Stelle wirksam zu bündeln.by using the converging lens 38, the location of the actual focus is not controlled simply by changing the distance between the converging lens 38 and the laser 12. The diverging lens 36, which is placed between the laser 12 and the converging lens 38, creates a virtual focus between the diverging lens 36 and the laser 12. Changing the distance between the converging lens 38 and the virtual focus allows the actual focus to be controlled along the path of travel of the laser beam on the side of the converging lens 38 remote from the laser 12. In recent years, there have been many advances in the field of optics, and it is recognized that many alternatives exist for effectively concentrating the laser beam at a known location.
Ausführlicher gesagt, die Lasersteuervorrichtung 16 umfajSt den Computer 40 und das 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 gezeigt wird, wird ein Personalcomputer (Commodore 64) eingesetzt, dessen primären Merkmale ein zugängliches Interface-Tor und eine Flag-Leitung umfassen, die eine nichtmaskierbare Unterbrechung erzeugt.In more detail, the laser controller 16 includes the computer 40 and the scanning system 42. In a preferred embodiment, the computer 40 includes a microprocessor for controlling the laser 12 and a CAD/CAM system for generating the data. In the embodiment shown in Figure 1, a personal computer (Commodore 64) is used whose primary features include an accessible interface port and a flag line that generates a non-maskable interrupt.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, umfaßt das Abtastsystem 42 ein Prisma 44 für das Umlenken des Bewegungsweges des Laserstrahles. Natürlich ist die physikalische Auslegung der 0 Vorrichtung 10 die hauptsächliche Betrachtung bei der Ermittlung, ob ein Prisma 44 oder eine Vielzahl von Prismen benötigt werden, um den Bewegungsweg des Laserstrahles zu manipulieren. Das Abtastsystem 42 umfaßt ebenfalls ein Paar Spiegel 46, 47, die durch die entsprechenden Galvanometer 5 48, 49 angetrieben werden. Die Galvanometer 48, 49 sind mit ihren entsprechenden Spiegeln 46, 4 7 verbunden, um selektiv die Spiegel 46, 47 auszurichten. Die Galvanometer 48, 49As shown in Fig. 1, the scanning system 42 includes a prism 44 for redirecting the path of travel of the laser beam. Of course, the physical design of the device 10 is the primary consideration in determining whether one prism 44 or a plurality of prisms are needed to manipulate the path of travel of the laser beam. The scanning system 42 also includes a pair of mirrors 46, 47 driven by the respective galvanometers 48, 49. The galvanometers 48, 49 are connected to their respective mirrors 46, 47 to selectively align the mirrors 46, 47. The galvanometers 48, 49
sind senkrecht zueinander so montiert, da/3 die Spiegel 46, 47 nominell unter einem rechten Winkel zueinander montiert sind. Ein Treiber 50 für den Funktionsgenerator steuert die Bewegung des Galvanometers 48 (das Galvanometer 49 ist an die Bewegung des Galvanometers 48 angekoppelt) , so da/3 das Ziel des Laserstrahles (durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt) in der Zielfläche 2 6 gesteuert werden kann. Der Treiber 50 ist funktionell mit dem Computer 40 verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Es wird wahrgenommen, da/3 alternative Abtastverfahren für einen Einsatz als Abtastsystem verfügbar sind, einschließlich der akustisch-optischen Abtaster, der rotierenden Polygonspiegel und der Resonanzspiegelabtaster. are mounted perpendicular to each other such that the mirrors 46, 47 are nominally mounted at right angles to each other. A driver 50 for the function generator controls the movement of the galvanometer 48 (the galvanometer 49 is coupled to the movement of the galvanometer 48) so that the aim of the laser beam (shown by the arrows in Fig. 1) in the target area 26 can be controlled. The driver 50 is operatively connected to the computer 40 as shown in Fig. 1. It will be appreciated that alternative scanning methods are available for use as a scanning system, including acoustic-optical scanners, rotating polygon mirrors and resonant mirror scanners.
In der Fig. 2 der Zeichnungen wird ein Abschnitt eines Teils 52 schematisch gezeigt, und es werden vier Schichten 54-57 gezeigt. Das Ziel des Laserstrahles, das in Fig. 2 mit 64 gekennzeichnet wird, wird in ein Rasterabtastmuster gelenkt, wie bei 66. Wie es hierin verwendet wird, wird "Ziel" im 0 üblichen Sinn als die "Richtung anzeigend" verwendet, aber es bedeutet nicht den Modulationszustand des Lasers 12. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird die Achse 68 als die Schnellabtastachse betrachtet, während man sich auf die Achse 70 als die Langsamabtastachse bezieht. Die Achse 72 5 ist die Richtung des Aufbaus des Teils.In Fig. 2 of the drawings, a portion of a part 52 is shown schematically and four layers 54-57 are shown. The target of the laser beam, designated 64 in Fig. 2, is directed into a raster scan pattern as at 66. As used herein, "target" is used in the usual sense of "indicating the direction" but does not mean the modulation state of the laser 12. For convenience, axis 68 is considered the fast scan axis while axis 70 is referred to as the slow scan axis. Axis 72 is the direction of build of the part.
Fig. 9 und 10 zeigen schematisch ein Pulver, das erste und zweite Materialien aufweist, aus denen ein Teil bei Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann.Figures 9 and 10 schematically show a powder comprising first and second materials from which a part can be made using the present invention.
Fig. 9 zeigt eine Mischung des ersten Materials 901 und des zweiten Materials 902. Die Materialien werden in einer Mischung durch konventionelle Mischverfahren kombiniert. Fig. 10 zeigt das Material 1002, das mit dem Material 1001 beschichtet ist. Das Material 1002 wird bei Anwendung der konventionellen Beschichtungsverfahren beschichtet.Fig. 9 shows a mixture of the first material 901 and the second material 902. The materials are combined in a mixture using conventional mixing techniques. Fig. 10 shows the material 1002 coated with the material 1001. The material 1002 is coated using conventional coating techniques.
Wie dem Fachmann weiter klar sein wird, können die beschichteten Materialien, wie sie in Fig. 10 gezeigt werden,
gemischt werden, um eine gewünschte Mischung von Materialien herzustellen.
5As will be further appreciated by those skilled in the art, the coated materials as shown in Figure 10 may be mixed to produce a desired blend of materials.
5
In Fig. 11 wird ein Abschnitt eines Sinterzyklusses veranschaulicht, wie er gegenwärtig verstanden wird. Fig. 11a zeigt eine Mischung von Materialien vor der Anwendung der Energie, die ein Sintern bewirken kann. Vorzugsweise zeigen die Materialien, aus der die Pulvermasse 1100 besteht, mehr als eine Binde- oder Dissoziationstemperatur. Fig. 11b zeigt das Pulver 1100 während der Anwendung der Energie, die ausreicht, um das Sintern zu begünstigen. Fig. 11b zeigt das Material 1101, das eine niedrigere Binde- oder Dissoziationstemperatur als das Material 1102 aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführung infiltriert das Material 1101 mit der niedrigen Temperaturphase in die Pulvermasse 1100 in der Fläche, die jedes Teilchen des Materials 1101 umgibt. In einer Pulvermischung aus Polymeren unterschiedlicher Materialien wird eine derartige Infiltration durch die Kettendiffusion und eine Verhakung der Ketten des einen Polymeren mit denen des anderen unter Beweis gestellt. In einer Mischung von ersten und zweiten Metallen, die als Masse des porösen Pulvers von vorgegebener Porosität vorliegt, wird eine derartige Infiltration durch eine gegenseitige Diffusion des einen Metalls in die Oberfläche des anderen bewiesen. Zusätzliche Pulverkomponenten könnten ebenfalls der Mischung zugegeben werden, um die Infiltration zu begünstigen. Gleichermaßen kann eine Gasphase angewendet werden, um die Infiltration und den Sintervorgang zu begünstigen. Die Gasphase kann entweder inert oder aktiv sein, vorzugsweise um etweder ein unerwünschtes Gas zu verdrängen oder ein gewünschtes Gas einzuführen. Fig. lic zeigt einen potentiellen Mechanismus, durch dessen Wirkung, die die 5 Kapillareffekte umfaßt, aber nicht darauf begrenzt ist, das Material 1101 die Pulvermasse 1100 infiltrieren kann. Fig. lld zeigt das Teil im Anschluß an das Sintern bei der vor-In Fig. 11, a portion of a sintering cycle is illustrated, as currently understood. Fig. 11a shows a mixture of materials prior to the application of energy capable of causing sintering. Preferably, the materials comprising the powder mass 1100 exhibit more than one bonding or dissociation temperature. Fig. 11b shows the powder 1100 during the application of energy sufficient to promote sintering. Fig. 11b shows the material 1101 having a lower bonding or dissociation temperature than the material 1102. In a preferred embodiment, the material 1101 having the low temperature phase infiltrates into the powder mass 1100 in the area surrounding each particle of the material 1101. In a powder mixture of polymers of different materials, such infiltration is demonstrated by chain diffusion and entanglement of the chains of one polymer with those of the other. In a mixture of first and second metals present as a mass of porous powder of given porosity, such infiltration is evidenced by mutual diffusion of one metal into the surface of the other. Additional powder components could also be added to the mixture to promote infiltration. Similarly, a gas phase can be used to promote infiltration and sintering. The gas phase can be either inert or active, preferably to either displace an undesirable gas or to introduce a desired gas. Fig. 1c shows a potential mechanism by whose action, including but not limited to capillary effects, the material 1101 can infiltrate the powder mass 1100. Fig. 11d shows the part following sintering at the pre-
liegenden Erfindung.underlying invention.
Weil ein Material, das eine höhere Binde- oder Dissoziationstemperatur als die Temperatur aufweist, die während des Sinterns erhalten wird, ausgewählt werden kann, HiU1S das Material mit der höheren Binde- oder Dissoziationstemperatur nicht sintern, sondern kann seine ursprüngliche Struktur beibehalten. Insbesondere bei kristallinem Material ermöglicht das eine Steuerung des epitaxialen Wachstums beim selektiven Sintervorgang mittels Strahl nach der vorliegenden Erfindung. Wenn beispielsweise ein Material mit einer höheren Binde- oder Dissoziationstemperatur in einer speziellen Struktur angeordnet wird, was vorzugsweise zu einem epitaxialen Wachstum aus der vorhergehenden Schicht führen kann, ermöglicht nur das Binden oder Dissoziieren des Materials mit der niedrigeren Binde- oder Dissoziationstemperatur, da/3 das Material mit der höheren Temperatur seine Struktur beibehält .Because a material having a higher bonding or dissociation temperature than the temperature obtained during sintering can be selected, the material with the higher bonding or dissociation temperature does not sinter but can maintain its original structure. Particularly in the case of crystalline material, this enables control of epitaxial growth in the selective beam sintering process according to the present invention. For example, when a material with a higher bonding or dissociation temperature is arranged in a special structure, which can preferentially lead to epitaxial growth from the previous layer, only the material with the lower bonding or dissociation temperature allows bonding or dissociation since the material with the higher temperature maintains its structure.
Die Auswahl der Materialien für das Pulver gestattet einen breiten Bereich des resultierenden gesinterten Materials. Beispielsweise wird ein leitfähiges Material vorzugsweise mit einem isolierenden polymeren Material beschichtet, um ein Pulver herzustellen. Das Pulver wird danach in der Zielfläche verteilt. Das Material wird vorzugsweise gesintert, und das Isoliermaterial kann später mittels eines konventionellen Verfahrens entfernt werden, das ein chemisches Verfahren umfaßt, aber nicht darauf begrenzt ist, was zu einem leitfähigen, gesinterten Produkt führt.The choice of materials for the powder allows for a wide range of resulting sintered materials. For example, a conductive material is preferably coated with an insulating polymeric material to produce a powder. The powder is then dispersed in the target area. The material is preferably sintered and the insulating material can later be removed by a conventional process including, but not limited to, a chemical process, resulting in a conductive sintered product.
Es wird weiter gezeigt, da/3 extrem harte Materialien bei Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können. Beispielsweise können Wolframkarbid/Kobalt-Werkzeuge, die wegen ihrer extremen Härte schwierig zu formen oder zu schleifen sind, durch ein Beschichten des Wolframkarbids mit Kolbalt, um ein Pulver herzustellen, oderIt is further shown that extremely hard materials can be made using the present invention. For example, tungsten carbide/cobalt tools, which are difficult to shape or grind because of their extreme hardness, can be made by coating the tungsten carbide with cobalt to produce a powder, or
durch Mischen von Wolframkarbid und Kobalt, um ein Pulver herzustellen, gefertigt werden. Während des Sinterns schmilzt das Kobalt vorzugsweise unter dem angewandten Energiestrahl, wodurch eine lokale Infiltration des Wolframkarbids bewirkt wird. Das Teil, das gefertigt wird, ist vorzugsweise nach einem zweiten Prozeß betriebsbereit, der das Glühen umfaßt, aber nicht darauf begrenzt ist.by mixing tungsten carbide and cobalt to produce a powder. During sintering, the cobalt preferably melts under the applied energy beam, causing local infiltration of the tungsten carbide. The part being manufactured is preferably ready for use after a second process, which includes, but is not limited to, annealing.
Es wird weiter gezeigt, daß Kupfer und Zinn in einem Pulver kombiniert werden können. Das Zinn, das eine niedrigere Schmelztemperatur als das Kupfer aufweist, wird schmelzen und das Kupfer während des Sinterns infiltrieren.It is further demonstrated that copper and tin can be combined in a powder. The tin, which has a lower melting temperature than the copper, will melt and infiltrate the copper during sintering.
Die sekundäre Behandlung kann ebenfalls bei Teilen angewandt werden, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Beispielsweise, wo das Zinn schmelzen und das Kupfer während des Sinterns infiltrieren kann, wird das Glühen als Nachbehandlung das Zinn im Kupfer im festen Zustand auflösen, wodurch eine Bronze mit einer minimalen Volumenveränderung oder Verzerrung erzeugt wird.Secondary treatment may also be applied to parts made according to the present invention. For example, where the tin may melt and infiltrate the copper during sintering, annealing as a post-treatment will dissolve the tin in the copper in the solid state, producing a bronze with minimal volume change or distortion.
Es wird weiter gezeigt, da/3 ein Metall, das Eisen oder Stahl umfaßt, aber nicht darauf begrenzt ist, mit dem Polyraethylmethacrylat-Polymeren (PMMA) beschichtet werden kann, um ein Pulver zu bilden. Das Sintern ermöglicht, daß das PMMA fließt und das Metall bindet. Das Glühen als Nachbehandlung wird das PMMA dissoziieren und das Metall sintern, wodurch das Fertigteil hergestellt wird.It is further shown that a metal, including but not limited to iron or steel, can be coated with the polyethyl methacrylate polymer (PMMA) to form a powder. Sintering allows the PMMA to flow and bond the metal. Annealing as a post-treatment will dissociate the PMMA and sinter the metal, producing the finished part.
Auf diese Weise können ebenfalls keramische Materialien verarbeitet werden. Beispielsweise wird eine Mischung von Fluorphosphatglaspulvern mit Aluminiumoxidpulvern zu einer Erweichung des Glases und zur Infiltration des Aluminiumoxides während des Sinterns führen. Bei einem anderen Beispiel kann Aluminiumsilikat, Siliziumdioxid oder ein anderes keramisches Pulver mit einem Polymeren mittels einer Vielzahl von Verfahren beschichtet werden, die dieCeramic materials can also be processed in this way. For example, a mixture of fluorophosphate glass powders with alumina powders will result in softening of the glass and infiltration of the alumina during sintering. In another example, aluminum silicate, silicon dioxide or another ceramic powder can be coated with a polymer using a variety of methods that
Sprühtrocknung und die Lösungsmittelbeschichtung umfassen. Ein oberflächenaktives Mittel kann benutzt werden, um das keramische Pulver vor der Beschichtung vorzubehandeln. Dieses Mittel kann auf der Chemie des organischen Silans oder einer anderen Chemie basieren, von denen bekannt ist, daß sie die Benetzbarkeit des keramischen Materials durch das Polymere und die Adhäsion des keramischen Materials am Polymeren begünstigen. Ein Polymeres, entweder ein thermoplastisches oder duroplastisches, das auf das keramische Material beschichtet werden kann, kann als Bindemittel eingesetzt werden. Typische Materialien umfassen PMMA, Polystyrol, verschiedene Epoxidzusammensetzungen und Phenolharze .spray drying and solvent coating. A surfactant may be used to pretreat the ceramic powder prior to coating. This agent may be based on organic silane chemistry or other chemistry known to promote wettability of the ceramic material by the polymer and adhesion of the ceramic material to the polymer. A polymer, either thermoplastic or thermosetting, that can be coated onto the ceramic material may be used as a binder. Typical materials include PMMA, polystyrene, various epoxies and phenolic resins.
Jegliche Kombination von Materialien, die die Metalle, keramische Materialien und Polymere umfassen, aber nicht darauf begrenzt sind, ermöglicht die Herstellung von Teilen entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei mindestens ein Material im Pulver eine niedrige Binde- oder 0 Dissoziationstemperatur relativ zu den anderen Materialien im Pulver aufweist.Any combination of materials including, but not limited to, metals, ceramics, and polymers enables the manufacture of parts according to the present invention, wherein at least one material in the powder has a low bonding or 0 dissociation temperature relative to the other materials in the powder.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur der Pulvermasse durch Anwen-5 dung konventioneller Heizvorrichtungen erhöht werden, die gestatten, da/3 der Energiestrahl nur eine geringe Erhöhung der Energie liefert, um das Binden oder Dissoziieren des einen der elementaren Materialien des Pulvers zu bewirken.In a further preferred embodiment of the present invention, the temperature of the powder mass can be increased by using conventional heating devices which allow the energy beam to provide only a small increase in energy to cause the binding or dissociation of one of the elemental materials of the powder.
0 Die Materialien, aus denen das Pulver besteht, können für die selektive Absorption der Energie aus einem Laserstrahl {durch die Pfeile in Fig. 11a und 11b dargestellt) für jedes Material ausgewählt werden. Bei einer bevorzugten Ausführung, die in Fig. 11 gezeigt wird, kann das Material 1101 5 ausgewählt werden, um die Wellenlänge der angewandten Strahlenenergie, die durch die Pfeile dargestellt wird, zu absorbieren, während das elementare Material 1102 weniger0 The materials making up the powder can be selected for the selective absorption of the energy from a laser beam (represented by the arrows in Figs. 11a and 11b) for each material. In a preferred embodiment, shown in Fig. 11, the material 1101 5 can be selected to absorb the wavelength of the applied beam energy represented by the arrows, while the elemental material 1102 has less
Energie absorbiert, wodurch das elementare Material 1101 gebunden oder dissoziiert werden kann, bevor es zum Binden oder Dissoziieren des elementaren Materials 1102 kommt. Diese Absorption der Energie kann entweder durch die Auswahl des Materials oder der Wellenlänge des Laserstrahles oder durch beides in einer Vielzahl von Kombinationen erreicht werden.Energy is absorbed, allowing the elemental material 1101 to be bound or dissociated before the elemental material 1102 is bound or dissociated. This absorption of energy can be achieved by either the selection of the material or the wavelength of the laser beam, or both in a variety of combinations.
In Fig. 12 wird bei einer noch weiteren bevorzugten Ausführung ein Material 1201 vorzugsweise auf die Oberfläche 1200 aufgetragen, und danach wird ein zweites Material 1203 auf dem Material 1201 vor dem Sintern aufgetragen. Die Materialien 1201 und 1203 weisen vorzugsweise verschiedene Binde- oder Dissoziationstemperaturen auf.In Fig. 12, in yet another preferred embodiment, a material 1201 is preferably deposited on the surface 1200, and then a second material 1203 is deposited on the material 1201 prior to sintering. The materials 1201 and 1203 preferably have different bonding or dissociation temperatures.
In Fig. 13 und 14 wird eine alternative Form der Pulververteilungsvorrichtung 2 0 gezeigt. Im allgemeinen begrenzt eine Auflage eine Zielfläche 102, die vorzugsweise elektrisch aufgeladen ist, und wohin das Ziel des Strahles 64 gelenkt wird (siehe Fig. 1). Ein Trichter 104 verteilt das Pulver 106 durch die Öffnung 108 in die Zielfläche 102. Eine Dosierwalze (nicht gezeigt) ist in der Öffnung 108 angeordnet, so daß, wenn die Dosierwalze gedreht wird, eine dosierte Aufschüttung des Pulvers in einer Linie am Ende der Zielfläche 102 aufgetragen wird.In Figs. 13 and 14, an alternative form of powder distribution device 20 is shown. Generally, a support defines a target area 102, which is preferably electrically charged, and to which the aim of the jet 64 is directed (see Fig. 1). A hopper 104 distributes the powder 106 through the opening 108 into the target area 102. A metering roller (not shown) is disposed in the opening 108 so that when the metering roller is rotated, a metered deposit of the powder is applied in a line at the end of the target area 102.
Ein Ausgleichsmechanismus 114 verteilt die Aufschüttung des Pulvers 106 vom Ende 110 zum anderen Ende 112 der Zielfläche. Der Ausgleichsmechanismus 114 umfaßt eine 0 zylindrische Trommel 116, die eine elektrische Ladung von entgegengesetzter Polarität zur Zielfläche 102 aufweist. Man glaubt, da/3 die Anziehungskräfte zwischen der aufgeladenen Schicht des Pulvers 164 und der entgegengesetzt aufgeladenen Zielfläche 102 einen Druck in der Pulverschicht 164 erzeugen, wodurch eine hohe Massendichte des Pulvers 106, das das Pulver in der Schicht 164 einschließt, bewirkt wird. Ein Motor 118, der an einem Stab 120 montiert ist, ist mit derA balancing mechanism 114 distributes the load of powder 106 from one end 110 to the other end 112 of the target surface. The balancing mechanism 114 includes a cylindrical drum 116 having an electrical charge of opposite polarity to the target surface 102. It is believed that the attractive forces between the charged layer of powder 164 and the oppositely charged target surface 102 create a pressure in the powder layer 164, thereby causing a high mass density of the powder 106 that encloses the powder in the layer 164. A motor 118 mounted on a rod 120 is connected to the
Trommel 116 über die Riemenscheibe 122 und den Riemen 124 verbunden, um die Trommel zu drehen.Drum 116 via pulley 122 and belt 124 to rotate the drum.
Der Ausgleichsmechanismus 114 umfaßt ebenfalls einen Mechanismus 12 6 für das Bewegen der Trommel 116 zwischen dem Ende 110 und dem Ende 112 der Zielfläche. Der Mechanismus 12 6 weist einen X/Y-Tisch für das horizontale und vertikale Bewegen des Stabes 120 auf. Das heißt, der Tisch 128 ist unveränderlich, während die Platte 13 0 relativ zum Tisch selektiv beweglich ist.The balancing mechanism 114 also includes a mechanism 126 for moving the drum 116 between the end 110 and the end 112 of the target surface. The mechanism 126 includes an X/Y table for horizontally and vertically moving the rod 120. That is, the table 128 is fixed while the plate 130 is selectively movable relative to the table.
Bei den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird die hohe Massendichte des aufgetragenen Pulvers vorzugsweise durch die Anwendung einer Kraft auf das aufgetragene Pulver während des Sinterns erreicht.In the preferred embodiments of the present invention, the high mass density of the applied powder is preferably achieved by applying a force to the applied powder during sintering.
Eine hohe Massendichte in einem Pulver kann einfach durch Anwendung einer mechanischen Presse auf das Pulver während des Sinterns erhalten werden, wobei die Presse vorzugsweise sowohl für den Laserstrahl durchlässig ist als auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.A high mass density in a powder can be obtained simply by applying a mechanical press to the powder during sintering, whereby the press is preferably both transparent to the laser beam and has a high thermal conductivity.
Fig. 15 zeigt eine bevorzugte Ausführung für das Zustandebringen einer hohen Massendichte im Pulver 1207, das auf der Auflageplatte 1201 in der Zielfläche aufgetragen ist. Das Pulver 1207 ist vorzugsweise elektrisch leitfähig. Eine positiv aufgeladene Platte 1209 und eine negativ aufgeladene Platte 1211 werden vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Auflageplatte 1201 und in einer parallelen und beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet. Das Pulver 1207 wird zwischen den Platten 12 0 9 und 1211 auf der Auflageplatte 1201 angeordnet. Zwischen der positiv aufgeladenen Platte 1209 und der negativ aufgeladenen Platte 1211 wird ein elektrisches Feld 1203 durch das Pulver 1207 hindurch 5 erzeugt. Das Magnetfeld 1205 wird ebenfalls erzeugt. Der StromflujS infolge des Feldes 1203 in Verbindung mit dem Feld 1205 erzeugt einen nach unten gerichteten Druck 1213 auf dasFig. 15 shows a preferred embodiment for achieving a high mass density in the powder 1207 deposited on the platen 1201 in the target area. The powder 1207 is preferably electrically conductive. A positively charged plate 1209 and a negatively charged plate 1211 are preferably disposed substantially perpendicular to the platen 1201 and in a parallel and spaced relationship to each other. The powder 1207 is disposed between the plates 1209 and 1211 on the platen 1201. An electric field 1203 is generated through the powder 1207 between the positively charged plate 1209 and the negatively charged plate 1211. The magnetic field 1205 is also generated. The current flow due to field 1203 in conjunction with field 1205 creates a downward pressure 1213 on the
Pulver 1207, wodurch das Pulver 1207 eine höhere Massendichte erreichen kann, als es bei NichtVorhandensein der Felder der Fall gewesen wäre. Die Felder 1203 und 1205 können während des Sinterns aufrechterhalten werden, wodurch eine Kraft auf das Pulver 1207 erhalten wird, und wodurch beim Pulver 12 07 während des Sinterns eine hohe Massendichte erreicht wird.Powder 1207, whereby the powder 1207 can achieve a higher mass density than would have been the case in the absence of the fields. The fields 1203 and 1205 can be maintained during sintering, whereby a force is maintained on the powder 1207 and whereby a high mass density is achieved in the powder 1207 during sintering.
Fig. 16 zeigt das Pulver 13 03, das vorzugsweise isolierend ist, und das auf der aufgeladenen Auflageplatte 13 01 angeordnet ist. Eine aufgeladene Schicht des Pulvers 1305 wird vorzugsweise als die obere Schicht des Pulvers 13 03 angeordnet, und sie ist vorzugsweise entgegengesetzt der Ladung auf der Auflageplatte 13 01 aufgeladen. Bei einer bevorzugten Ausführung kann eine aufgeladene, sich entgegengesetzt drehende Trommel (wie in Fig. 13 gezeigt) eingesetzt werden, um die Schicht 13 05 aufzuladen. Die Anziehung zwischen den entgegengesetzten Ladungen in der Auflageplatte 1301 und der Schicht des Pulvers 13 05 bewirkt eine hohe Massendichte im Pulver 13 03.Fig. 16 shows the powder 13 03, which is preferably insulating, disposed on the charged platen 13 01. A charged layer of powder 1305 is preferably disposed as the upper layer of powder 13 03, and is preferably charged opposite to the charge on the platen 13 01. In a preferred embodiment, a charged, counter-rotating drum (as shown in Fig. 13) can be used to charge the layer 13 05. The attraction between the opposite charges in the platen 1301 and the layer of powder 13 05 causes a high mass density in the powder 13 03.
In Fig. 17 und 18 werden zwei bevorzugte Ausführungen ge- . zeigt, bei denen ein unter Druck stehender Flüssigkeitsstrom benutzt wird. In Fig. 17 wird das Pulver 1401 auf einer Siebauflage 1405 angeordnet, die ebenfalls als Auflageplatte für das verteilte Pulver in der Zielfläche dient. Der Flüssigkeitsstrom 1403 wird von oberhalb der Siebauflage 1405 angewandt, wie in Fig. 17 gezeigt wird, wodurch das Pulver 14 01 eine hohe Massendichte erreichen kann.- Die Siebauflage 1405 weist vorzugsweise ein Material auf, das bewirkt, da/3 der Flüssigkeitsstrom 1403 passieren kann, da/3 aber das Pulver 1401 zurückgehalten wird. Fig. 18 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung, bei der ein Flüssigkeitsstrom benutzt wird, um im Pulver eine hohe Massendichte zu erreichen. In Fig. 18 wird das Pulver 1501 auf der Auflageplatte 1507 angeordnet, und ein unter Druck stehender Flüssigkeitsstrom 1503 wird von oberhalb der AuflageplatteIn Fig. 17 and 18 two preferred embodiments are shown in which a pressurized liquid stream is used. In Fig. 17 the powder 1401 is placed on a sieve support 1405 which also serves as a support plate for the distributed powder in the target area. The liquid stream 1403 is applied from above the sieve support 1405 as shown in Fig. 17, whereby the powder 1401 can achieve a high mass density. The sieve support 1405 preferably comprises a material which causes the liquid stream 1403 to pass through but the powder 1401 is retained. Fig. 18 shows another preferred embodiment in which a liquid stream is used to achieve a high mass density in the powder. In Fig. 18, the powder 1501 is placed on the support plate 1507 and a pressurized liquid stream 1503 is supplied from above the support plate
1507 und des Pulvers 1501 aus angewandt, wie in Fig. 18 gezeigt wird. Die Siebauflagen 1505 werden im wesentlichen senkrecht zur Auflageplatte 1507 in einer beabstandeten Beziehung zum Pulver 1501, das zwischen den Siebauflagen 1505 aufgetragen ist, angeordnet. Die Ausführung, die in Fig. 18 gezeigt wird, ermöglicht eine Reduzierung beim Aufbau eines übermäßigen Druckes auf dem Pulver 1501 nahe der Auflageplatte 1507, indem gestattet wird, da/3 der Flüssigkeitsstrom 1503 aus dem Pulver 1501 durch die Siebauflagen 1505 austritt.1507 and the powder 1501 as shown in Fig. 18. The screen pads 1505 are positioned substantially perpendicular to the platen 1507 in a spaced relationship to the powder 1501 deposited between the screen pads 1505. The design shown in Fig. 18 enables a reduction in the buildup of excessive pressure on the powder 1501 near the platen 1507 by allowing the liquid stream 1503 to exit the powder 1501 through the screen pads 1505.
In Fig. 19 wird ein magnetisches Pulver 1603, das vorzugsweise entweder ein magnetisierbares oder hartes, ferromagnetisches Material ist, auf der Auflageplatte 1601 angeordnet. Ein Magnetfeld 1605 wird vorzugsweise angewandt, wodurch bewirkt wird, daß das Pulver 1603 eine hohe Massendichte erreicht.In Figure 19, a magnetic powder 1603, which is preferably either a magnetizable or hard ferromagnetic material, is placed on the platen 1601. A magnetic field 1605 is preferably applied, causing the powder 1603 to achieve a high mass density.
In Fig. 20 weist das Pulver 1703 polarisierbare Elemente 1705 auf. Der Deutlichkeit halber werden die polarisierbaren Elemente 1705 nur in einer distalen Beziehung zur Auflageplatte 1701 gezeigt. Die Elemente 1705 können jedoch durchweg im Pulver 1703 erscheinen. Das elektrische Feld 1707 wird vorzugsweise durch eine Ladung erzeugt, die auf der Auflageplatte 1701 erscheint. Das Feld 1707 erzeugt eine nach unten auf die Elemente 1705 gerichtete Kraft, die im Pulver 1703 eine hohe Massendichte bewirkt.In Figure 20, the powder 1703 includes polarizable elements 1705. For clarity, the polarizable elements 1705 are shown only in a distal relationship to the platen 1701. However, the elements 1705 may appear throughout the powder 1703. The electric field 1707 is preferably generated by a charge appearing on the platen 1701. The field 1707 generates a downward force on the elements 1705, causing a high mass density in the powder 1703.
Fig. 15 bis 20 zeigen bevorzugte Ausführungen, bei denen 0 eine Vielzahl von Schichten des gesinterten Pulvers nahe einer Auflageplatte angeordnet ist, wobei eine einzelne Schicht des nicht gesinterten Pulvers distal zur Auflageplatte angeordnet ist. Eine äußere Kraft ist daher nur erforderlich, um eine hohe Massendichte in der oberen Schicht zu erreichen.Figures 15 to 20 show preferred embodiments in which a plurality of layers of the sintered powder are arranged close to a support plate, with a single layer of the unsintered powder arranged distal to the support plate. An external force is therefore only required to achieve a high mass density in the upper layer.
Ein grundlegendes Konzept der vorliegenden Erfindung ist derA fundamental concept of the present invention is the
Aufbau eines Teils Schicht um Schicht. Das heißt, ein Teil wird als eine Vielzahl von einzelnen Querschnittsbereichen betrachtet, die kumulativ die dreidimensionale Form des Teils aufweisen. Jeder einzelne Querschnittsbereich weist festgelegte zweidimensionale Grenzen auf - natürlich kann jeder Bereich eindeutige Grenzen aufweisen.Building a part layer by layer. That is, a part is viewed as a multitude of individual cross-sectional regions that cumulatively have the three-dimensional shape of the part. Each individual cross-sectional region has defined two-dimensional boundaries - of course, each region can have unique boundaries.
Beim Verfahren wird ein erster Teil des Pulvers 22 in der Zielfläche 26 aufgetragen 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 aufgetragene Pulver 22
innerhalb der festgelegten Grenzen.
15In the process, a first portion of the powder 22 is deposited in the target area 26 and selectively sintered by the laser beam 64 to produce a first sintered layer 54 (Fig. 2). The first sintered layer 54 corresponds to a first cross-sectional area of the desired part. The laser beam selectively sinters only the deposited powder 22 within the specified boundaries.
15
Es gibt natürliche alternative Verfahren des selektiven Sinterns des Pulvers 22. Ein Verfahren ist, da/3 das Ziel des Strahles in der Art und Weise eines "Vektors" gerichtet wird - d.h., der Strahl würde tatsächlich den Umri/3 und das Innere eines jeden Querschnittsbereiches des gewünschten Teils abfahren. Alternativ dazu wird das Ziel des Strahles 64 in einem sich wiederholenden Muster abgetastet, und der Laser 12 wird moduliert. In Fig. 2 wird ein Rasterabtastmuster 4 6 verwendet, und es ist gegenüber der Vektormethode hauptsächlich wegen der Einfachheit seiner Durchführung von Vorteil. Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination des Vektor- und des Rasterabtastverfahrens, so da/3 die gewünschten Grenzen der Schicht in der Art und Weise eines Vektors abgefahren und das Innere in der Art und Weise einer Rasterabtastung bestrahlt wird. Es gibt natürlich Kompromisse in Verbindung mit den ausgewählten Verfahren. Beispielsweise zeigt das Rasterverfahren beim Vergleich mit dem Vektorverfahren einen Nachteil darin, da/3 die Bogen und Linien, die nicht parallel zu den Achsen 68, 70 des Raster-5 musters 66 des Laserstrahles 64 verlaufen, nur angenähert werden. Daher kann in bestimmten Fällen die Auflösung des Teils verschlechtert werden, wenn nach dem Rastermusterver-There are of course alternative methods of selectively sintering the powder 22. One method is to direct the target of the beam in a "vector" manner - i.e., the beam would actually scan the outline and interior of each cross-sectional area of the desired part. Alternatively, the target of the beam 64 is scanned in a repeating pattern and the laser 12 is modulated. In Fig. 2, a raster scan pattern 46 is used and it is advantageous over the vector method mainly because of the simplicity of its implementation. Another possibility is to combine the vector and raster scan methods so that the desired boundaries of the layer are scanned in a vector manner and the interior is irradiated in a raster scan manner. There are of course trade-offs associated with the methods selected. For example, the raster method has a disadvantage when compared to the vector method in that the arcs and lines that are not parallel to the axes 68, 70 of the raster pattern 66 of the laser beam 64 are only approximated. Therefore, in certain cases, the resolution of the part can be deteriorated if, after the raster pattern processing,
fahren gefertigt wird. Das Rasterverfahren ist jedoch gegenüber dem Vektorverfahren wegen der Einfachheit seiner Durchführung von Vorteil.However, the raster method has an advantage over the vector method because of the simplicity of its implementation.
In Fig. 1 wird das Ziel des Laserstrahles 64 in der Zielfläche 26 in einem kontinuierlichen Rastermuster abgetastet. Im allgemeinen steuert der Treiber 50 die Galvanometer 48, 49, um ein Rastermuster 66 auszuführen (siehe Fig. 2). Die Verschiebebewegung des Spiegels 46 steuert die Bewegung des Zieles des Laserstrahles 64 in der Schnellabtastachse 68 (Fig. 2), während die Bewegung des Spiegels 47 die Bewegung des Zieles des Laserstrahles 64 in der Langsamabtastachse steuert.In Fig. 1, the target of the laser beam 64 is scanned in the target area 26 in a continuous raster pattern. Generally, the driver 50 controls the galvanometers 48, 49 to execute a raster pattern 66 (see Fig. 2). The translating movement of the mirror 46 controls the movement of the target of the laser beam 64 in the fast scan axis 68 (Fig. 2), while the movement of the mirror 47 controls the movement of the target of the laser beam 64 in the slow scan axis.
Die augenblickliche Position des Zieles des Strahles 64 wird durch den Treiber 50 zum Computer 40 zurückgeführt (siehe Fig. 3). Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, besitzt der Computer 40 eine Information in Beziehung zum gewünschten Querschnittsbereich des Teils, das dann hergestellt werden soll. Das heißt, ein Teil des losen Pulvers wird in der Zielfläche 26 verteilt, und das Ziel des Laserstrahles 64 wird in seinem kontinuierlichen Rastermuster bewegt. Der Computer 40 moduliert den Laser 12, um selektiv einen Laserstrahl in gewünschten Intervallen im Rastermuster 66 zu erzeugen. Auf diese Weise sintert der gerichtete Strahl des Lasers 12 selektiv das Pulver 22 in der Zielflache 26, um die gewünschte gesinterte Schicht mit den festgelegten Grenzen des gewünschten Querschnittsbereiches herzustellen. Dieser Vorgang wird Schicht um Schicht wieder-0 holt, wobei die einzelnen Schichten nacheinander gesintert werden, um ein kohäsives Teil herzustellen, beispielsweise das Teil 52 in Fig. 2.The instantaneous position of the target of the beam 64 is fed back to the computer 40 by the driver 50 (see Fig. 3). As will be described in more detail below, the computer 40 has information relating to the desired cross-sectional area of the part then to be produced. That is, a portion of the loose powder is dispersed in the target area 26 and the target of the laser beam 64 is moved in its continuous raster pattern. The computer 40 modulates the laser 12 to selectively produce a laser beam at desired intervals in the raster pattern 66. In this manner, the directed beam of the laser 12 selectively sinters the powder 22 in the target area 26 to produce the desired sintered layer having the specified boundaries of the desired cross-sectional area. This process is repeated layer by layer, with each layer being sintered one after the other to produce a cohesive part, such as part 52 in Fig. 2.
Beim Betrieb kann die Wellenlänge des Lasers 12 verändert 5 werden, um ein höheres Absorptionsvermögen an Energie durch die ausgewählten Materialien im Pulver relativ zu den anderen Materialien im Pulver 22 zu erreichen. Beim BetriebDuring operation, the wavelength of the laser 12 can be changed 5 to achieve a higher absorption capacity of energy by the selected materials in the powder relative to the other materials in the powder 22. During operation
werden gemischte, beschichtete oder andere Kombinationen der Pulver bevorzugt ausgewählt, um ein gesintertes Produkt mit Eigenschaften herzustellen, die enge Dimensionstoleranzen, eine strukturelle Integrität und das erforderliche mechanische Verhalten umfassen, die aber nicht darauf begrenzt sind.mixed, coated or other combinations of the powders are preferably selected to produce a sintered product with properties including, but not limited to, tight dimensional tolerances, structural integrity and the required mechanical behavior.
In Fig. 13 und 14 liefert der Verteilungsmechanismus 114 eine gesteuerte gleichmäßige Schicht des Pulvers in der Zielfläche 102, ohne daß das zu fertigende Teil gestört wird. Eine dosierte Menge des Pulvers 106 wird am Ende 110 der Zielfläche 102 aufgetragen. Die elektrisch aufgeladene Trommel 116 zeigt einen Abstand vom Ende 110, wenn das Pulver 106 verteilt wird. Bei dem System, das in Fig. 14 gezeigt wird, werden die Platte 130 und der Stab 120 (und die daran befestigten Mechanismen) vertikal angehoben, nachdem das Pulver in der Aufschüttung verteilt ist. Die Bewegung der Platte 13 0 in Richtung des Trichters 104 bringt die Trommel 116 in eine Position angrenzend an die Auf-0 schüttung des Pulvers, die längs des Endes 110 ausgerichtet ist. Die Trommel 116 wird abgesenkt, um die Aufschüttung des Pulvers zu berühren, und sie wird horizontal über die Zielfläche 102 gebracht, um die Aufschüttung des Pulvers in einer gleichmäßigen ebenen Schicht auszubreiten. Natürlich kann die genaue Stelle der Platte 130 relativ zum Tisch gesteuert werden, so daß der Abstand zwischen der Trommel 116 und der Zielfläche 102 genau gesteuert werden kann, um die gewünschte Dicke der Schicht des Pulvers zu liefern. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Trommel 116 und 0 der Zielfläche 102 konstant, um eine parallele Bewegung zu erhalten, aber andere Abstandsoptionen sind anwendbar.In Figs. 13 and 14, the distribution mechanism 114 provides a controlled, uniform layer of powder in the target area 102 without disturbing the part being manufactured. A metered amount of powder 106 is applied to the end 110 of the target area 102. The electrically charged drum 116 is spaced from the end 110 as the powder 106 is distributed. In the system shown in Fig. 14, the plate 130 and rod 120 (and the mechanisms attached thereto) are raised vertically after the powder is distributed in the fill. Movement of the plate 130 toward the hopper 104 brings the drum 116 into a position adjacent the fill of powder aligned along the end 110. The drum 116 is lowered to contact the bed of powder and is brought horizontally over the target surface 102 to spread the bed of powder in a uniform, flat layer. Of course, the exact location of the plate 130 relative to the table can be controlled so that the distance between the drum 116 and the target surface 102 can be precisely controlled to provide the desired thickness of the layer of powder. Preferably, the distance between the drum 116 and the target surface 102 is constant to obtain parallel motion, but other spacing options are applicable.
Während die Trommel 116 horizontal über die Zielfläche 102 vom Ende 110 zum Ende 112 bewegt wird, wird der Motor 118 5 aktiviert, um die Trommel 116 entgegengesetzt zu drehen. Wie in Fig. 13 gezeigt wird, bedeutet "Gegendrehung", daß die Trommel 116 in der Richtung R entgegen der BewegungsrichtungAs the drum 116 is moved horizontally across the target surface 102 from end 110 to end 112, the motor 118 5 is activated to counter-rotate the drum 116. As shown in Fig. 13, "counter-rotation" means that the drum 116 is rotated in the direction R opposite to the direction of movement
M der Trommel 116 horizontal über die Zielfläche 102 gedreht wird.M of the drum 116 is rotated horizontally over the target surface 102.
Ausführlicher gesagt (Fig. 13), die Trommel 116 wird mit einer hohen Drehzahl im Gegenuhrzeigersinn gedreht, während sie die Aufschüttung des Pulvers 106 längs der hinteren Kante 160 berührt. Die mechanische Einwirkung der Trommel auf das Pulver führt dazu, da/3 das Pulver in der Bewegungsrichtung M ausgestoßen wird, so daß die ausgestoßenen Teilchen vor die Trommel fallen. Wie in Fig. 13 gezeigt wird, wird eine gleichmäßige ebene Schicht des Pulvers hinter der Trommel 116 (zwischen der Trommel 116 und dem Ende 110) zurückgelassen, wie bei 164 dargestellt wird.In more detail (Fig. 13), the drum 116 is rotated at a high speed in a counterclockwise direction while it contacts the pile of powder 106 along the rear edge 160. The mechanical action of the drum on the powder causes the powder to be ejected in the direction of movement M so that the ejected particles fall in front of the drum. As shown in Fig. 13, a uniform, flat layer of powder is left behind the drum 116 (between the drum 116 and the end 110) as shown at 164.
Fig. 13 zeigt ebenfalls schematisch, daß das Pulver 106 über die Zielfläche verteilt werden kann, ohne daß das vorher gesinterte Pulver 166 oder das nicht gesinterte Pulver 168 gestört wird. Das heißt, die Trommel 116 wird über die Zielfläche 102 bewegt, ohne daß die Scherspannung auf die vorher aufgebauten Schichten übertragen wird, und ohne daß der Artikel während seiner Fertigung gestört wird. Das NichtVorhandensein einer derartigen Scherspannung gestattet, daß eine gleichmäßige Schicht des Pulvers 106 auf dem zerbrechlichen Substrat in der Zielfläche verteilt wird, das sowohl die gesinterten Teilchen 166 als auch die nicht gesinterten Teilchen 168 umfaßt.Figure 13 also schematically shows that the powder 106 can be distributed over the target area without disturbing the previously sintered powder 166 or the unsintered powder 168. That is, the drum 116 is moved over the target area 102 without imparting shear stress to the previously built-up layers and without disturbing the article during its manufacture. The absence of such shear stress allows a uniform layer of the powder 106 to be distributed over the frangible substrate in the target area, comprising both the sintered particles 166 and the unsintered particles 168.
Wie in Fig. 15 bis 20 gezeigt wird, kann ein Druck entweder in der Form von Flüssigkeitsströmen oder von elektro-0 magnetischen Feldern sowohl auf die Schichten des gesinterten Pulvers als auch vorzugsweise auf eine obere Schicht des aufgetragenen, nicht gesinterten Pulvers ausgeübt werden, um eine hohe Massendichte des aufgetragenen Pulvers während des Sinterns zu erreichen.As shown in Figs. 15 to 20, pressure in the form of either liquid flows or electromagnetic fields can be applied to both the layers of sintered powder and preferably to an upper layer of the applied, non-sintered powder in order to achieve a high mass density of the applied powder during sintering.
Die Interface-Hardware verbindet den Computer 40 funktionell mit dem Laser 12 und den Galvanometern 48, 49. Das Ausgangs-The interface hardware functionally connects the computer 40 with the laser 12 and the galvanometers 48, 49. The output
tor des Computers 40 (siehe Fig. 1 und 3) ist direkt mit dem Laser 12 verbunden, um den Laser 12 selektiv zu modulieren. Wenn in der impulsgesteuerten Betriebsart gearbeitet wird, wird der Laser 12 leicht durch digitale Eingaben zum impuls gesteuerten Toreingang des Lasers gesteuert. Das Galvanometer 4 8 wird durch den Treiber 50 des Funktionsgenerators angetrieben, um den Strahl in der Schnellabtastachse 68 unabhängig von jeglichen Steuersignalen vom Computer 40 zu steuern. Ein Positionsrückführsignal vom Galvanometer 48 wird jedoch zu einem Spannungskomparator 74 geführt, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Der andere Eingang zum Komparator ist mit dem Digital-Analog-Wandler 76 verbunden, der auf die niedrigsten gültigen sechs Bits (Bit 0-5} des Benutzeranschlusses des Computer 40 hinweist. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist der Ausgang des Spannungskomparators 74 mit der Flag-Leitung am Benutzeranschluß des Computers 40 verbunden. Wenn der Spannungskomparator ermittelt, da/3 das Rückführsignal vom Galvanometer 48 das Signal vom Digital-Analog-Wandler 76 kreuzt, geht die Flag-Line nach unten, wodurch eine nichtmaskierbare Unterbrechung bewirkt wird. Wie nachfolgend diskutiert wird, bewirkt die nichtmaskierbare Unterbrechung, da/3 das nächste Byte der Daten am Benutzeranschluß des Computers 4 0 herausgebracht wird.gate of the computer 40 (see Figs. 1 and 3) is connected directly to the laser 12 to selectively modulate the laser 12. When operating in the pulsed mode, the laser 12 is easily controlled by digital inputs to the pulsed gate input of the laser. The galvanometer 48 is driven by the function generator driver 50 to steer the beam in the fast scan axis 68 independent of any control signals from the computer 40. However, a position feedback signal from the galvanometer 48 is fed to a voltage comparator 74 as shown in Fig. 3. The other input to the comparator is connected to the digital-to-analog converter 76, which points to the lowest valid six bits (bits 0-5) of the user port of the computer 40. As shown in Fig. 3, the output of the voltage comparator 74 is connected to the flag line on the user port of the computer 40. When the voltage comparator detects that the feedback signal from the galvanometer 48 crosses the signal from the digital-to-analog converter 76, the flag line goes low, causing a non-maskable interrupt. As discussed below, the non-maskable interrupt causes the next byte of data to be brought out on the user port of the computer 40.
Schließlich wird, wie in Fig. 3 gezeigt wird, das Galvanometer 49, das das Ziel des Laserstrahles 64 in der Langsamabtastachse 70 antreibt, durch einen zweiten Digital-Analog-Wandler 78 gesteuert. Der Digital-Analog-Wandler 78 wird durch einen Zähler 79 angetrieben, der mit jeder Abtastung des Zieles des Strahles 64 in der Schnellabtastachse 68 fortschaltet. Der 8-Byte-Zähler ist so konstruiert, daß er nach 256 Abtastungen in der Schnellabtastachse 68 überläuft, um einen neuen Zyklus oder ein neues Rasterabtastmuster 66 zu beginnen.Finally, as shown in Fig. 3, the galvanometer 49 which drives the target of the laser beam 64 in the slow scan axis 70 is controlled by a second digital-to-analog converter 78. The digital-to-analog converter 78 is driven by a counter 79 which increments with each scan of the target of the beam 64 in the fast scan axis 68. The 8-byte counter is designed to overflow after 256 scans in the fast scan axis 68 to begin a new cycle or raster scan pattern 66.
Vorzugsweise werden die Steuerinformationsdaten {d.h., die festgelegten Grenzen der Querschnittsbereiche) für jedesPreferably, the control information data (i.e., the defined boundaries of the cross-sectional areas) for each
Rastermuster 66 mittels eines CAD-Systems ermittelt, dem die gesamten Abmessungen und die Form des herzustellenden Teils vorgelegt werden. Ob programmiert oder abgeleitet, die Steuerinformationsdaten für jedes Rastermuster 66 werden im Speicher des Computers als eine Reihe von 8-Bit-Worten gespeichert. Das Datenformat verkörpert ein Muster der "eingeschalteten" und "ausgeschalteten" Bereiche des Lasers 12 über dem Abstand längs des Rastermusters 66, der vom Ziel des Strahles 64 zurückgelegt wird. Die Daten werden in einem "Kipp-Punkt"-Format gespeichert, wo die Daten den Abstand längs eines jeden Rasterabtastmusters 66 darstellen, wo der Laser moduliert ist (d.h., von ein nach aus oder von aus nach ein geschaltet wird). Obgleich ein "Bitabbildungs"-Format verwendet werden könnte, erwies sich das "Kipp-Punkt"-Format als wirksamer für die Herstellung von Teilen mit hoher Auflösung.Raster pattern 66 is determined by means of a CAD system which is given the overall dimensions and shape of the part to be manufactured. Whether programmed or derived, the control information data for each raster pattern 66 is stored in the computer's memory as a series of 8-bit words. The data format represents a pattern of the "on" and "off" regions of the laser 12 versus the distance along the raster pattern 66 traveled by the target of the beam 64. The data is stored in a "tilt point" format where the data represents the distance along each raster scan pattern 66 where the laser is modulated (i.e., switched from on to off or from off to on). Although a "bit map" format could be used, the "tilt point" format has been found to be more effective for manufacturing high resolution parts.
Für jedes 8-Bit-Wort verkörpern die niedrigsten gültigen sechs Bits (Bit 0-5) die Stelle des nächsten Flip-Flop-Punktes - d.h., die nächste Stelle für die Modulation des Lasers 12. Das nächste Bit (Bit 6) verkörpert, ob der Laser ein- oder ausgeschaltet ist, unmittelbar vor dem Kipp-Punkt, der in den niedrigsten gültigen sechs Bits identifiziert wird. Das höchste gültige Bit (MSB oder Bit 7) wird für den Schleifenbetrieb und für das Steuern der Langsamabtastachse 70 des Zieles des Strahles 64 benutzt. Weil der Commodore 64 einen begrenzten Speicher hatte, war der Schleifenbetrieb erforderlich wobei verstanden wird, daß ein Computer 40'mit einem 0 größeren Speicher nicht den Schleifenbetrieb erfordern würde.For each 8-bit word, the lowest valid six bits (bits 0-5) represent the location of the next flip-flop point - that is, the next location for modulation of the laser 12. The next bit (bit 6) represents whether the laser is on or off, immediately before the flip point identified in the lowest valid six bits. The highest valid bit (MSB or bit 7) is used for loop operation and for controlling the slow scan axis 70 of the aim of the beam 64. Because the Commodore 64 had limited memory, loop operation was necessary, it being understood that a computer 40 with a larger memory would not require loop operation.
Fig. 6 zeigt das Flujßdiagramm für das Datenmeißprogramm. Das DatenmejSprogramm ist in Betrieb, wann auch immer die Flag-Leitung nach unten geht, wodurch eine nichtmaskierbare Unterbrechung bewirkt wird (siehe Fig. 3). Die Unterbrechung bewirkt, da/3 der Mikroprozessor des Computers 4 0 einenFig. 6 shows the flow chart for the data measurement program. The data measurement program is in operation whenever the flag line goes low, causing a non-maskable interrupt (see Fig. 3). The interrupt causes the microprocessor of the computer 40 to
2-Byte-Unterbrechungsvektor wieder auffindet, der auf die Stelle im Speicher hinweist, wo die Programmsteuerung bei der Unterbrechung übertragen wird. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, schiebt das Datenme/3programm zuerst die Register auf den Stack und lädt danach das nächste Datenbyte in den Akkumulator. Das Datenwort wird ebenfalls an den Benutzeranschluß ausgegeben, wobei das sechste Bit benutzt wird, um den Laser 12 zu modulieren {Fig. 3).2-byte interrupt vector which indicates the location in memory where program control is transferred at the interrupt. As shown in Fig. 6, the data program first pushes the registers onto the stack and then loads the next byte of data into the accumulator. The data word is also output to the user port, with the sixth bit being used to modulate the laser 12 (Fig. 3).
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, wird das höchste gültige Bit (MSB oder Bit 7) des Datenwortes im Akkumulator geprüft. Wenn der Wert des höchsten gültigen Bits eins ist, bedeutet das, da/3 das Ende der Schleife nicht erreicht wurde; daher wird die Datenhinweisadresse inkrementiert, die Register werden vom Stack geholt, und das Datenmeßprogramm wird ausgegeben, wobei die Steuerung zum Mikroprozessor an der Stelle der Unterbrechung zurückgebracht 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 nächste Bit im Speicher ein Schleifenzähler, und die folgenden zwei Bytes sind ein Vektor, der auf den oberen Teil der Schleife hinweist. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, wird, wenn das höchste gültige Bit gleich null ist (Ende der Schleife), der Schleifenzähler (nächstes Bit) dekrementiert und analysiert. Wenn der Schleifenzähler noch gröjßer als null ist, nimmt die Datenhinweisadresse den Wert von den nächsten zwei Speicher-Bytes nach dem Schleifenzähler an, die Register werden aus dem Stack geholt, und die Programm-0 steuerung kehrt zur Stelle der Unterbrechung zurück.As shown in Fig. 6, the highest valid bit (MSB or bit 7) of the data word in the accumulator is checked. If the value of the highest valid bit is one, it means that the end of the loop has not been reached; therefore, the data pointer is incremented, the registers are popped from the stack, and the data measurement program is exited, returning control to the microprocessor at the point of interruption. If the highest valid bit in the accumulator is zero, the data word is the last word in the loop. If the data word is the last word in the loop, the next bit in memory is a loop counter, and the following two bytes are a vector pointing to the top of the loop. As can be seen from Fig. 6, if the highest valid bit is zero (end of loop), the loop counter (next bit) is decremented and analyzed. If the loop counter is still greater than zero, the data pointer takes the value of the next two bytes of memory after the loop counter, the registers are popped from the stack, and program control returns to the point of interruption.
Andererseits, wenn der Schleifenzähler null ist, wird die Datenhinweisadresse um drei inkrementiert, und der Schleifenzähler wird auf zehn zurückgestellt, vor dem Stopp des Programms. Es kann erkannt werden, daß die Notwendigkeit 5 eines derartigen Schleifenbetriebes aufgehoben wird, wenn die Speichergröjße des Computers 40 angemessen ist.On the other hand, if the loop counter is zero, the data pointer is incremented by three and the loop counter is reset to ten before stopping the program. It can be seen that the need for such looping operation is eliminated if the memory size of the computer 40 is adequate.
In Fig. 4 und 5 wird ein Musterteil 52 gezeigt. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, nimmt das Musterteil 52 eine ungewöhnliche Form derart an, da/? es nicht symmetrisch ist und daher schwer bei Anwendung der konventionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung herzustellen wäre. Für Bezugszwecke umfaßt das Teil 52 eine äußere Grundkonstruktion 80, die einen inneren Hohlraum 82 und eine im Hohlraum 82 angeordnete Säule 84 aufweist {siehe Fig. 4). Fig. 5 zeigt das Teil innerhalb der Begrenzung 28, die die Zielfläche 26 abgrenzt, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt wird, ist ein Teil des Pulvers 22 lose, während der Rest des Pulvers selektiv gesintert wird, um die Konstruktion des Teils 52 aufzuweisen. Fig. 5 wird im vertikalen Schnitt mit herausgebrochenen Abschnitten und in Phantomdarstellung gezeigt, um die gesinterten kohäsiven Abschnitte des Teils 52 zu veranschaulichen.4 and 5, a pattern part 52 is shown. As can be seen in the drawing, the pattern part 52 takes on an unusual shape in that it is not symmetrical and would therefore be difficult to manufacture using conventional machining techniques. For reference purposes, the part 52 includes an outer base structure 80 having an inner cavity 82 and a column 84 disposed within the cavity 82 (see Fig. 4). Fig. 5 shows the part within the boundary 28 which defines the target surface 26 as shown in Fig. 1. As shown in Fig. 5, a portion of the powder 22 is loose while the remainder of the powder is selectively sintered to have the structure of the part 52. Fig. 5 is shown in vertical section with portions broken away and in phantom to illustrate the sintered cohesive portions of part 52.
Fig. 7 zeigt einen horizontalen Querschnittsbereich, der längs der Linie 7-7 in Fig. 4 aufgenommen wurde. Fig. 7 zeigt eine einzelne Schicht 86, die mit dem Querschnittsbereich des herzustellenden Teils verbunden ist. Als solche ist die gesinterte Schicht 86 aus Fig. 7 ein Produkt eines einzelnen Rastermusters 66, wie es in Fig. 2 gezeigt wird.Fig. 7 shows a horizontal cross-sectional area taken along line 7-7 in Fig. 4. Fig. 7 shows a single layer 86 bonded to the cross-sectional area of the part to be manufactured. As such, the sintered layer 86 of Fig. 7 is a product of a single grid pattern 66 as shown in Fig. 2.
5 Für Bezugszwecke wurde eine Abtastlinie durch die gesinterte Schicht 8 6 mit "L" gekennzeichnet. Fig. 8 zeigt die Software und den Hardware-Interface-Betrieb während der Abtastung L. Die obere grafische Darstellung zeigt die Position des Rückführsignals vom Galvanometer 48 der schnellen Achse und 0 das Ausgangssignal des ersten Digital-Analog-Wandlers 765 For reference purposes, a scan line through the sintered layer 8 6 has been labeled "L". Fig. 8 shows the software and hardware interface operation during scan L. The upper graphical representation shows the position of the feedback signal from the fast axis galvanometer 48 and 0 the output signal of the first digital-to-analog converter 76
(vergleiche Fig. 3). Der Spannungskomparator 74 erzeugt ein Ausgangssignal zur Flag-Leitung des Computers jedesmal dann, wenn sich das Rückführsignal und das Ausgangssignal des ersten Digital-Analog-Wandlers kreuzen. 35(see Fig. 3). The voltage comparator 74 generates an output signal to the flag line of the computer each time the feedback signal and the output signal of the first digital-to-analog converter cross. 35
In der oberen Darstellung der Fig. 8 werden diese Punkte mit T gekennzeichnet, um die Kipp-Punkte darzustellen. Wie ausIn the upper illustration of Fig. 8, these points are marked with T to represent the tipping points. As can be seen from
der unteren grafischen Darstellung zu ersehen ist, erzeugt die Flag-Leitung eine nichtmaskierbare Unterbrechung, die einem jeden Kipp-Punkt T entspricht. Das sechste Bit eines jeden Datenwortes wird analysiert, und der gegenwärtige Zustand des Lasers 12 wird den Wert widerspiegeln. Die vorletzte Darstellung der Fig. 8 zeigt ein Lasermodulation signal für die Abtastlinie L der Fig. 7. Die zweite grafische Darstellung der Fig. 8 zeigt, daß man einer nach oben gehenden Kante im höchsten gültigen Bit am Ende einer jeden Abtastung des Zieles des Laserstrahles 64 in der Schnellabtastachse 68 begegnen wird. Wie in Fig. 3 und 6 gezeigt wird, schaltet der Zähler 79 bei einer nach oben gehenden Kante fort und gibt ein Signal an den zweiten Digital-Analog-Wandler 78 aus, um das Galvanometer 49 der langsamen Achse anzutreiben.As can be seen in the lower graph, the flag line generates a non-maskable interrupt corresponding to each tipping point T. The sixth bit of each data word is analyzed and the current state of the laser 12 will reflect the value. The second to last graph of Fig. 8 shows a laser modulation signal for the scan line L of Fig. 7. The second graph of Fig. 8 shows that an up-going edge in the highest valid bit will be encountered at the end of each scan of the target of the laser beam 64 in the fast scan axis 68. As shown in Figs. 3 and 6, the counter 79 increments on an up-going edge and outputs a signal to the second digital-to-analog converter 78 to drive the slow axis galvanometer 49.
Wie aus dem Beispiel zu ersehen ist, das in der Zeichnung gezeigt wird, können Teile von komplizierter Form mit relativer Leichtigkeit hergestellt werden. Die Fachleute 0 werden erkennen, daß das in Fig. 4 gezeigte Teil 52 bei Anwendung konventioneller Verfahren der maschinellen Bearbeitung schwer herzustellen wäre. Insbesondere würde der Zugang der Werkzeugmaschinen die Fertigung des Hohlraumes und der Säule 84 schwierig, wenn nicht unmöglich machen, wenn das Teil 52 eine relativ kleine Abmessung aufweist.As can be seen from the example shown in the drawing, parts of complex shape can be manufactured with relative ease. Those skilled in the art will recognize that the part 52 shown in Fig. 4 would be difficult to manufacture using conventional machining techniques. In particular, machine tool access would make the manufacture of the cavity and column 84 difficult, if not impossible, if the part 52 is of a relatively small size.
Außer daß das Problem des Zuganges vermieden wird, wird erkannt, daß die Genauigkeit der Fertigung nicht vom Verschleiß der Werkzeugmaschine und der Genauigkeit der 0 mechanischen Teile abhängig ist, die bei den konventionellen Werkzeugmaschinen zu verzeichnen sind. Das heißt, die Genauigkeit und die Toleranzen der Teile, die nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind hauptsächlich eine Funktion der Qualität der Elektronik, der Optik und der Anwendungs-Software. Natürlich beeinflussen die Wärmeübertragung und die Materialbetrachtungen die Toleranzen, die erhalten werdenIn addition to avoiding the problem of access, it is recognized that the accuracy of manufacture is not dependent on the wear of the machine tool and the accuracy of the mechanical parts experienced by conventional machine tools. That is, the accuracy and tolerances of the parts manufactured by the method and apparatus of the present invention are primarily a function of the quality of the electronics, optics and application software. Of course, heat transfer and material considerations affect the tolerances obtained.
38
können.38
can.
Die Fachleute werden erkennen, da/3 die konventionellen Verfahren der maschinellen Bearbeitung ein beträchtliches Eingreifen und Beurteilen durch den Menschen erfordern. Beispielsweise würde ein konventionelles Verfahren der maschinellen Bearbeitung, wie z.B. das Fräsen, eine Kreativität erfordern, um derartige Entscheidungen, wie Auswahl des Werkzeuges, Segmentierung des Teils, Reihenfolge der Schnitte, usw. zu treffen. Derartige Entscheidungen wären noch wichtiger, wenn ein Steuerstreifen für eine Fräsmaschine mit Lochstreifensteuerung hergestellt wird. Andererseits erfordert die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nur die Daten, die mit einem jeden Querschnittsbereich des herzustellenden Teils in Verbindung stehen. Wenn auch derartige Daten einfach in den Computer 40 programmiert werden können, umfaßt der Computer 40 ein CAD/CAM-System. Das heißt, dem CAD/CAM-Bereich des Computers 40 werden die gesamten Abmessungen und Formen des gewünschten Teils, das hergestellt werden soll, vorgelegt, und der Computer 40 ermittelt die Grenzen für jeden einzelnen Querschnittsbereich des Teils. Auf diese Weise kann ein sehr großer Bestand an Informationen über das Teil gespeichert und dem Computer 40 auf wählbarer Basis zugeführt werden. Die Vorrichtung 10 produziert ein ausgewähltes Teil ohne eine Einrichtzeit, eine teilespezifische Werkzeugausrüstung oder ein Eingreifen durch den Menschen. Sogar die komplizierten und kostspieligen Formen in Verbindung mit der Pulvermetallurgie und den konventionellen Gießverfahren werden 0 vermieden.Those skilled in the art will recognize that conventional machining processes require considerable human intervention and judgment. For example, a conventional machining process such as milling would require creativity to make such decisions as tool selection, part segmentation, sequence of cuts, etc. Such decisions would be even more important when producing a control strip for a punched tape controlled milling machine. On the other hand, the apparatus of the present invention requires only the data associated with each cross-sectional area of the part to be manufactured. Although such data can be easily programmed into the computer 40, the computer 40 includes a CAD/CAM system. That is, the CAD/CAM portion of the computer 40 is presented with the overall dimensions and shapes of the desired part to be manufactured, and the computer 40 determines the boundaries for each individual cross-sectional area of the part. In this way, a very large amount of information about the part can be stored and fed to the computer 40 on a selectable basis. The apparatus 10 produces a selected part without any setup time, part-specific tooling, or human intervention. Even the complicated and costly molds associated with powder metallurgy and conventional casting processes are eliminated.
Obwohl bei der Anwendung der konventionellen Herstellungsverfahren die Produktion großer Mengen funktioniert und bestimmte Materialeigenschaften des Teils am vorteil-5 haftesten zustande gebracht werden können, sind das Verfahren und die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in vielerlei Zusammenhang nützlich. Insbesondere werden Proto-Although the use of conventional manufacturing processes enables large volume production and allows certain material properties of the part to be achieved most advantageously, the method and apparatus 10 of the present invention are useful in many contexts. In particular, prototypes are
typmodelle und Gießmuster leicht und billig hergestellt. Beispielsweise werden Gießmuster leicht für eine Verwendung beim Sandguß, Wachsausschmelzgießverfahren oder anderen Herstellungsverfahren hergestellt. Wo die gewünschten Mengen sehr klein sind, wie beispielsweise bei veralteten Ersatzteilen, zeigt außerdem die Herstellung derartiger Ersatzteile bei Anwendung der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung viele Vorteile. Schließlich kann der Einsatz der Vorrichtung 10 nützlich sein, wo die Größe der Produktionsanlagen ein hauptsächliches Hindernis darstellt, wie beispielsweise auf einem Schiff oder im Weltraum. Gleichermaßen kann die Anwendung der Verfahren und Vorrichtung, die in Fig. 16 bis 2 0 gezeigt werden, ebenfalls für die Fertigung nützlich sein, wo die Größe der Anlagen oder das Fehlen der Schwerkraft ein hauptsächliches Hindernis sind.type models and casting patterns are easily and inexpensively produced. For example, casting patterns are easily produced for use in sand casting, lost wax casting or other manufacturing processes. In addition, where the quantities desired are very small, such as for obsolete spare parts, the production of such spare parts using the apparatus 10 of the present invention has many advantages. Finally, the use of the apparatus 10 may be useful where the size of the production equipment is a major obstacle, such as on a ship or in space. Similarly, the use of the methods and apparatus shown in Figs. 16-20 may also be useful for manufacturing where the size of the equipment or the lack of gravity is a major obstacle.
Eine weitere Modifikation und alternative Ausführungen der Vorrichtung dieser Erfindug werden die Fachleute angesichts
dieser Beschreibung verstehen.
20Further modification and alternative embodiments of the apparatus of this invention will be apparent to those skilled in the art in light of this description.
20
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