EP2576191A2

EP2576191A2 - Bauraumveränderungseinrichtung sowie eine vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts mit einer bauraumveränderungseinrichtung

Info

Publication number: EP2576191A2
Application number: EP11722310.7A
Authority: EP
Inventors: Johann Oberhofer; Robert Eichner
Original assignee: EOS GmbH
Current assignee: EOS GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-04-10
Also published as: US8845319B2; CN102917862A; JP2013526429A; DE102010020416A1; WO2011141152A3; US20110293771A1; WO2011141152A2

Abstract

Eine Bauraumveränderungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem Objekt entsprechenden Stellen in den jeweiligen Schichten weist eine oder mehrere kleinere Unterlagen (32) oder ein oder mehrere Bauraumtrennelemente (20) auf einer Bauplattform (2) auf, wodurch die Vorrichtung einen oder mehrere kleinere Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) aufweist, in denen das Pulvermaterial effektiver genutzt wird oder unterschiedliche Pulvermaterialien verarbeitet werden.

Description

Bauraumveränderungseinrichtung sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit einer

Bauraumveränderungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bauraumveränderungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch schichtweises Verfestigen, eines pulverförmigen Aufbaumaterials an den dem. Objekt entsprechenden Stellen in den jeweiligen Schichten sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit einer Bauraumveränderungseinrichtung. Vorrichtungen zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials, beispielsweise in Form einer Laser-Sintermaschine, weisen wie z.B. die EOSINT M270 eine Baufläche mit einer Größe von 250 x 250 mm auf. Solche Vorrichtungen können für die Herstellung von kleinen Objekten, wie z.B. Zahninlays , auf Grund des großen Bauraums zu groß und unflexibel sein. Auf Grund der großen Fläche der Bauplattform ist es erforderlich, eine große Menge eines pulverförmigen Materials aufzubringen, von dem nur ein kleiner Anteil zu einem Objekt verarbeitet wird. Das nicht verfestigte Material wird anschließend üblicherweise wieder aufbereitet. Damit sinkt die Wirtschaftlichkeit der Maschine bei derartigen Anwendungen . Eine Entwicklung von Vorrichtungen, die speziell für Objekte mit diesen kleinen Abmessungen geeignet ist, ist auf Grund des Entwicklungsaufwands und der Herstellungskosten hinsichtlich eines erzielbaren Erlöses und der eingeschränkten Verwendbarkeit der Vorrichtungen üblicherweise nicht wirtschaftlich.

Die Patentschrift DE 199 52 998 B4 offenbart eine Vorrichtung zur direkten Herstellung von Körpern im Schichtaufbau aus pulverformigen Stoffen, die in einer Ausführungsform zwei Bauräume und zwei dazugehörige Vorratsbehälter aufweist. Die Böden der Bauräume und Vorratsbehälter sind dabei jeweils mit einem eigenen Antrieb verbunden, was die Vorrichtung aufwendig und unflexibel macht .

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung für eine Vorrich- tung zur Herstellung von Objekten durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials , und eine solche Vorrichtung bereit zu stellen, so dass eine Vorrichtung mit einem großem Bauraum so weitergebildet wird, dass eine wirtschaftliche Herstellung von Objekten in unterschiedlichen Abmessungen durch schichtweises Verfestigen des pulverförmigen Aufbaumaterials möglich ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen An- Sprüche. Ein Aspekt der Erfindung ist eine Bauraumveränderungseinrich- tung, die eine Verkleinerung oder Aufteilung des Bauraums in einen oder mehrere separate kleinere Baubereiche ermöglicht, in denen dann jeweils Objekte mit geringerem Pul ereinsatz herge- stellt werden können, oder, im Rahmen der Verträglichkeit, unterschiedliche Pulverarten parallel verarbeitet werden können. Die Bauraumveränderungseinrichtung ist einfach aufgebaut, somit kostengünstig und kann einfach nachgerüstet oder auch wieder entfernt werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lasersintervorrichtung als Beispiel für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Bauebene einer Vorrichtung, die mit der Bauraumveränderungseinrichtung aus- oder nachrüstbar

Fig. 3 eine geschnittene Darstellung der Baukammer entlang der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie am Ende eines Prozesses der Herstellung von Objekten durch

schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Auf- baumaterials ;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Baugruppe einer Bauraumveränderungseinrichtung in einer ersten Ausführungs- form mit einem veränderten Baubereich in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 ; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Baugruppe einer Bauraumver- änderungseinrichtung in der ersten Ausführungs form mit mehreren veränderten Baubereichen in einer Vor- richtung gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine geschnittene seitliche Darstellung der Baugruppen von Fig . 4 und 5 ; Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Bauebene einer Vorrichtung mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der der Beschichter nicht dargestellt ist; Fig. 8a eine geschnittene Darstellung der Bauebene gemäß der zweiten Ausführungsform entlang einer in Fig. 7 gezeigten Schnittlinie am Beginn eines Prozesses der Herstellung von Objekten durch schichtweises Verfestigen eines . pulverförmigen Aufbaumaterials ;

Fig. 8b eine geschnittene Darstellung der Bauebene gemäß der.

zweiten Ausführungsform entlang der in Fig. 7 gezeigten Schnittlinie am Ende des Prozesses der Herstellung von Objekten durch schichtweises Verfesti- gen eines pulverförmigen Aufbaumaterials ;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Bauebene einer Vorrichtung mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einer dritten Aus führungsform der Erfindung, bei der der Beschichter nicht dargestellt ist; Fig. 10a eine geschnittene Darstellung der Bauebene gemäß der dritten Ausführungsform entlang einer in Fig. 9 gezeigten Schnittlinie am Beginn des Prozesses der Herstellung von Objekten durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials ;

Fig. 10b eine geschnittene Darstellung der Bauebene gemäß der dritten Ausführungsform entlang der in Fig. 9 gezeigten Schnittlinie am Ende des Prozesses der Her- Stellung von Objekten durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials ;

In Fig. 1 ist eine Lasersintervorrichtung als Beispiel einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Fertigungsverfahrens schematisch dargestellt. Die Vorrichtung weist einen nach oben hin offenen Rahmen 1, der eine Baukammer bildet, mit einer darin in vertikaler Richtung bewegbaren Unterlage in Form einer Bauplattform 2 auf, die das zu bildende Objekt 3 trägt und ein Baufeld definiert. Die Bauplattform 2 wird in vertikaler Richtung so eingestellt, dass die jeweils zu verfestigende Schicht des Objekts 3 in einer Bauebene 4 liegt. Weiter ist ein Beschichter 5 zum Aufbringen des durch elektromagnetische Strahlung verfestigbaren pulverförmigen Aufbaumaterials vorgesehen. Ein Belich- tungssystem weist als Quelle der elektromagnetischen Strahlung einen Laser 6 auf. Weitere Bestandteile des Belichtungssystems sind eine Ablenkeinrichtung 8 durch die ein durch den Laser 6 erzeugter Laserstrahl 7 auf ein Einkoppelfenster 9 gelenkt wird, von diesem in eine Prozesskammer 10 hindurchgelassen und in ei- nem vorbestimmten Punkt in der Bauebene 4 fokussiert wird. Es ist ferner eine Steuereinheit 11 vorgesehen, über die die Bestandteile der Vorrichtung in koordinierter Weise zum Durchfüh- ren des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit 11 wird unter anderem in Abhängigkeit von CAD-Daten des herzustellenden Objekts betrieben. Die Vorrichtung weist weiterhin ein nicht gezeigtes Gasumlauf- und Gasauf ereitungssystem auf.

Das pulverförmige Material ist in einem Vorrats- bzw. einem Dosierbehälter 12 gespeichert und wird durch den Beschichter 5 daraus in das Baufeld zugeführt. Als pulverförmiges Aufbaumaterial können alle für das Lasersinterverfahren geeigneten Pulver bzw. Pulvermischungen verwendet werden. Solche Pulver umfassen z.B. Kunststoffpulver wie Polyamid oder Polystyrol, PEEK, Metallpulver wie Edelstahlpulver o- der andere, dem jeweiligen Zweck angepasste Metallpulver, insbe- sondere Legierungen, kunststoffbeschichteter Sand oder Keramikpulver .

Der Betrieb der Lasersintervorrichtung erfolgt so, dass der Beschichter 5 über das Baufeld fährt und eine Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf ringt. Anschließend wird mit dem Laserstrahl 7 der Querschnitt des Objekts 3 in der jeweiligen Schicht bestrahlt und das Pulver dort verfestigt. Dann wird die Bauplattform 2 abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Die Herstellung des Objekts 3 erfolgt auf diese Weise Schicht für Schicht. Nach Fertigstellung wird das Objekt 3 entnommen und gegebenenfalls nachbehandelt und/oder einer Qualitätskontrolle unterzogen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine Bauebene 4 einer Laser-Sintervorrichtung, die mit einer Bauraumveränderung- seinrichtung aus- oder nachrüstbar ist, bei der die Bauplattform 2 räumlich zwischen dem Dosierbehälter 12 und einem Überlaufbe- hälter 13 vorgesehen ist. Nachrüstbar bedeutet hier, dass die Vorrichtung ohne die Bauraumaufteileinrichtung funktionsfähig ist, und die Bauraumaufteileinrichtung ohne Veränderung der Vorrichtung selbst einbaubar ist, wobei Teile der Bauraumaufteileinrichtung an Bauteilen der Vorrichtung befes^'tigbar sein können .

Der Dosierbehälter 12, die Bauplattform 2, auf die das pulver- förmige Aufbaumaterial transportiert wird und' über der ein Bauraum 22 gebildet wird, und der Überlaufbehälter 13 weisen eine im Wesentlichen gleiche Breite, in Fig. 2 in der vertikalen Richtung, auf. Der Dosierbehälter 12 weist einen nicht gezeigten Stempel bzw. Kolben zum Nachobentransportieren des Pulvers auf.

Das pulverförmigen Aufbaumaterial wird durch den in Fig. 2 nicht gezeigten Beschichter in den Bauraum 22 transportiert und überschüssiges Pulvermaterial fällt beim weiteren Bewegen des Beschichters in den Überlaufbehälter 13.

Fig. 3. ist eine geschnittene Darstellung der Baukammer entlang der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie am Ende des Prozesses der Herstellung von Objekten durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials . Ein Beschichter 5 ist über dem Bauraum 22, in dem drei hergestellte Objekte 3 dargestellt sind, gezeigt.

Der Bauraum 22 wird unten durch die Bauplattform 2 begrenzt, und seitlich durch den Rahmen 1 festgelegt. Die Bauplatte 15 liegt auf der Bauplattform 2, also innerhalb des Bauraums 22. Sie muss, wie in Fig. 3 dargestellt, nicht bis zum Rahmen 1 reichen. Der Bauraum 22 ist in dem das Objekt 3 umgebenden Bereich mit einem Pulver 16 als das pulverförmige Aufbaumaterial gefüllt, so dass alle Objekte 3, bei denen das Pulver durch den Laserstrahl 7 verfestigt wurde, aus dem selben Pulver hergestellt sind. Es können ein oder mehrere Objekte 3 gleichzeitig hergestellt werden .

Der Beschichter 5 weist eine Klinge 14 auf, mit der das . Pulver 3 jeweils auf die Bauplattform 2 aufgebracht wird.

Die Bauplattform 2 ist mit Hilfe einer Hubmechanik 18 höhenver- stellbar, so dass durch Absenken der Bauplattform 2 die Höhe der durch den Beschichter 5 aufgebrachten Schicht des Pulvers 16 entsprechend spezifischer Bearbeitungsparameter eingestellt werden kann. Fig. 4 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine Baugruppe 27 einer Bauraumveränderungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform in der Lasersintervorrichtung. Die Baugruppe weist ein Basiselement, hier in Form einer Wanne 28, auf. Die Wanne 28 weist hier Abmessungen auf, die in etwa den Bereichen eines Ori- ginal-Baubereichs 29 und eines Original-Dosierbehälterbereichs 30, die ursprünglich in der Vorrichtung enthalten sind, entspricht. In ihrer Breite, in Fig. 4 in vertikaler Richtung, weist die Wanne 28 einen Rand auf, so dass sie breiter als der Original-Baubereich 29 und der Original-Dosierbehälterbereich 30 ist. Der Bereich der Wanne unterhalb des Rands ist so breit, dass er mit einem für die Montage erforderlichen Spiel in den Original-Baubereich 29 und den Original-Dosierbehälterbereich 30 passt. In ihrer Länge passt die Wanne 28 ebenfalls mit einem erforderlichen Spiel in die äußeren Grenzen dieser Bereiche. Der Rand kann auch anders ausgeführt sein, oder der Rand kann weggelassen werden, so dass die Wanne 28 auf einer Original- Zwischenwand 31 aufliegt. In der Wanne 28 ist ein abgegrenzter Baubereich 22.1 vorgesehen, in dem die dreidimensionalen Objekte hergestellt werden. Baubereiche sind Räume, die Teilbereiche des Bauraums 22 sind, wobei die Position des Baubereichs 22.1 innerhalb der Breitenabmessung der Wanne 28 beliebig gewählt werden kann und die Breite

entsprechend der zu fertigenden Objekte 3 festgelegt werden kann. Der Baubereich wird durch eine Abgrenzeinrichtung innerhalb des Bauraums 22 abgegrenzt.

Weiterhin weist die Baugruppe 27 hier einen gegenüber dem Dosierbehälter 12 in seinen Abmessungen verkleinerten Dosierbehälter 12.1 zur Bereitstellung des Pulvers auf . Darüberhinaus ist in der Wanne 28 ein Uberlaufbehälter 13.1 vorgesehen der gegenüber dem Überlaufbehälter 13 verringerte Abmessungen aufweist. In einer alternativen Ausführungsform kann auch ein breiterer Überlaufbehälter vorgesehen sein. Der Beschichter 5 ist in Fig. 4 in der Position gezeigt, nachdem er von dem Dosierbehälter 12.1 das Pulver in den Baubereich 22.1 transportiert hat und überschüssiges Pulver in den Überlaufbehälter 13.1 eingebracht wurde. Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf die Baugruppe 27 der Bauraumveränderungseinrichtung in einer alternativen ersten Ausführungsform in der Lasersintervorrichtung . Die Wanne 28 weist hier mehrere veränderte separate Baubereiche 22.1, 22.2 auf. Die Baubereiche 22.1, 22.2 werden durch Bereiche 40 der Wanne 28 zwischen Öffnungen 41.1, 41.2 im Boden der Wanne 28, die Bestandteile der Abgrenzeinrichtung sind, voneinander getrennt. In alternativen Ausführungsformen können auch mehr als zwei Baubereiche 22.1, 22.2 vorgesehen sein, um den Bauraum 22 noch stärker aufzuteilen. In ihrer Breite haben die Baubereiche in dieser Ausführungsform unterschiedliche Abmessungen. Letztere können aber auch identisch sein. Im Prinzip können die Breiten der mehreren Baubereiche innerhalb der Gesamtbreite beliebig festgelegt sein.

Weiterhin weist die Baugruppe 27 hier zwei Dosierbehälter 12.1, 12.2 zur Bereitstellung des Pulvers auf. In alternativen Ausfüh- rungsformen können auch mehrere Dosierbehälter entsprechend der Anzahl der Baubereiche 22.1, 22.2 vorgesehen sein. Die Breite der Dosierbehälter entspricht jeweils der Breite der zugehörigen Baubereiche. Die Breite kann in alternativen Ausführungsformen aber auch unterschiedlich sein.

Die Baubereiche 22.1 und 22.2 sind in Richtung der Breite der Wanne 28 voneinander räumlich mit einem Zwischenraum getrennt, der ausreichend groß vorgesehen ist, so dass er verhindert, dass sich die Pulver, die jeweils von den Dosierbehältern 12.1, 12.2 in die Baubereiche 22.1, 22.2 transportiert werden, vermischen.

Der Beschichter 5 ist in Fig. 5 in der Position gezeigt, nachdem er von den Dosierbehältern 12.1, 12.2 das Pulver in die Baubereiche 22.1, 22.2 transportiert hat und überschüssiges Pulver in die Überlaufbehälter 13.1, 13.2 eingebracht wurde. Der Beschichter 5 versorgt die verschiedenen Baubereiche 22.1, 22.2 in einer Bewegung mit dem jeweiligen Pulver.

In Fig. 6 ist die Baugruppe 27 der Figuren 4 und 5 in einer seitlichen Darstellung in einem Längsschnitt gezeigt. Die Wanne

28 ist so gezeigt, dass sie in den Original- Dosierbehälterbereich 30 und den Original -Baubehälterbereich 29 von oben eingeführt ist und die Original-Zwischenwand 31 in einer Quernut aufnimmt .

Die Überlaufbehälter 13.1, 13.2 sind hier als in die Wanne in- tegriert dargestellt. Sie können aber auch als separate Behälter in die Wanne 28 eingebaut sein.

Die Baugruppe 27 weist als weitere Bestandteile der Abgrenzeinrichtung eine oder mehrere verkleinerte Bauplattformen 32 als Unterlagen in den Öffnungen 41.1, 41.2 auf, wobei die Unterlagen in dem in Fig. 4 gezeigten Baubereich 22.1 und den in Fig. 5 gezeigten Baubereichen 22.1 und 22.2 angeordnet sind und deren Grundfläche eine Teilfläche der Bauplattform ist, die an die horizontalen Abmessungen des jeweiligen Baubereichs angepasst ist. Die verkleinerten Bauplattformen 32 sind über ein Verbindungsmittel, hier eine Verbindungsplatte 33, auf der Bauplattform 2 befestigt, die während des Herstellungsprozesses nach oben und nach unten bewegt wird, und ggf. miteinander verbunden, wodurch sich die beiden verbundenen verkleinerten Bauplattformen 32 si- multan bewegen. Dadurch bewegen sich die Bauplattform 2 und die verkleinerten Unterlagen 32 ebenfalls simultan nach oben und unten.

In dem Dosierbehälter oder in den Dosierbehältern, von denen in der Schnittdarstellung nur ein Dosierbehälter 12 gezeigt ist, ist jeweils ein Dosierbehälterstempel 34 zum Nachobentranspor- tieren des Pulvers vorgesehen. Die Dosierbehälterstempel 34 sind ggf. jeweils über eine Verbindungsplatte 35 miteinander verbunden, so dass sie sich simultan bewegen. Die Verbindungsplatte ist wiederum auf einer Original-Dosierplattform 36 befestigt. Der Herstellprozess ist analog zu dem zuvor beschriebenen Her- stellprozess , wobei die Steuereinheit 11 der Vorrichtung mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungs- form so ausgebildet ist, dass eine Prozess-Software in den sepa- raten Baubereichen 22.1 und 22.2 unterschiedliche Betriebsparameter einstellen kann, um unterschiedliche Pulver verarbeiten zu können und verschiedene Eigenschaften der Objekte 3 erzeugen zu können. Für die Umrüstung der Laser-Sintervorrichtung mit der Bauraumveränderungseinrichtung ist es, um den Bauraum 22 zu verändern, also zu verkleinern oder aufzuteilen, erforderlich, dass die Verbindungsplatte 33 mit der verkleinerten Unterlage 32 oder den verkleinerten Unterlagen 32 und die Verbindungsplatte 35 mit dem Dosierbehälterstempel 34 oder den Dosierbehälterstempeln 34 jeweils auf der Bauplattform 2 und auf der Original- Dosierplattform befestigt werden. Die Wanne 28 wird in den Rahmen 1 (Fig. 1) , in den Original-Baubereich 29 und den Original- Dosierbehälterbereich 30, eingeführt. Die Wanne 28 liegt dann mit ihren seitlichen Rändern auf einer oberen Fläche des Rahmens 1 auf, so dass sich eine Ebene 37 auf dem Boden der Wanne 28 geringfügig oberhalb der Bauebene 4 befindet . Die Wanne wird durch geeignete Befestigungsmittel in der Vorrichtung befestigt, und kann in alternativen Ausführungsformen, z.B. durch Schweißen, auch dauerhaft befestigt sein.

In Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die Bauebene 4 einer Vorrichtung mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Der Beschichter ist hier nicht dar- gestellt. Der Dosierbehälter unterscheidet sich in dieser zweiten Ausführungsform von dem in Fig. 5 gezeigten Dosierbehälter dadurch, däss zwei senkrechte Dosierbehältertrennwände 19 vorgesehen sind, die sich in Fig. 7 von links nach rechts, also in der Be- wegungsrichtung A, erstrecken, und den Dosierbehälter unterteilen, so dass drei Dosierbehälter 12.1, 12.2 und 12. 3 entstehen, wobei die Dosierbehältertrennwände 19 auf der Oberseite des Stempels bzw. des Kolbens befestigt sind. Analog ist auch der Bauraum 22 über der Bauplattform 2 (Fig. 2) durch zwei Bauraumveränderungselemente , hier Bauraumtrennwände 20 als Bauraumtrennelemente in drei Baubereiche 22.1, 22.2, 22.3 unterteilt. Die Baubereiche 22.1, 22.2, 22.3 werden hier also nur jeweils durch Teilflächen der Bauplattform 2 festgelegt. Die Dosierbehältertrennwände 19 und die Bauraumtrennwände 20 sind jeweils fluchtend zueinander angeordnet.

Ebenfalls ist der Überlaufbehälter in der zweiten Ausführungs- form der Erfindung durch Wände 21, die ebenfalls mit den Dosier- behält rtrennwänden 19 und den Bauraumtrennwänden 20 fluchten, in drei Überlaufbehälter 13.1, 13.2 und 13.3 unterteilt.

Zwischen den Dosierbehältertrennwänden 19 und den Bauraumtrennwänden 20 sind sich in der Bewegungsrichtung A erstreckend je- weils Zwischentrennwände 23 vorgesehen. Zwischen den Bauraumtrennwänden 20 und den Wänden 21 in dem Überlaufbehälter 13 sind Zwischentrennwände 24 vorgesehen. Diese dienen jeweils dazu, dass in dem Fall, in dem verschiedene Pulver 16 für die verschiedenen Baubereichen 22.1, 22.2 und 22.3 verwendet werden, diese zwischen den Baubereichen 22.1, 22.2 und 22.3, den Dosierbehältern 12.1, 12.2 und 12.3 und den Überlaufbehältern 13.1, 13.2, 13.3 nicht vermischt werden. Die Dosierbehältertrennwände 19, die Bauraumtrennwände 20 und die Zwischentrennwände 23 weisen jeweils die gleiche Breite auf. Die Zwischentrennwände 24 können von gleicher oder geringerer Breite sein. Die Zwischentrennwände 20 und Zwischentrennwände 24 sind so befestigt, dass sie von der Bauebene 4 aus nach oben ragen.

Fig. 8a zeigt eine geschnittene Darstellung der Baukammer gemäß der zweiten Ausführungsform entlang einer in Fig. 7 gezeigten Schnittlinie am Beginn des Prozesses der Herstellung von Objek- ten.

Der Aufbau ist im Wesentlichen identisch mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau. Der Unterschied besteht darin, dass hier gezeigt ist, wie die Bauraumtrennwände 20 angeordnet sind. Die Bauraum- trennwände 20 sind auf der Bauplattform 2 befestigt. Zwischen den einzelnen Bauraumtrennwänden 20 und zwischen den Bauraumtrennwänden 20 und dem Rahmen 1 sind auf der Bauplattform 2 jeweils Bauplatten 15 angeordnet, deren obere Flächen am Beginn der Herstellung von Objekten in der Bauebene 4 liegen, wobei ih- re Höhe gleich der minimalen Höhe der Bauraumtrennwände 20 ist, so dass sie als^' Füllkörper dienen. Die Bauplatten 15 können z.B. nach der Fertigstellung zusammen mit dem gebildeten Objekt 3 herausgenommen werden. Ihr Vorhandensein ist jedoch nicht zwingend erforderlich .

Der Beschichter 5 als ein Bestandteil einer gemeinsamen Beschichtereinheit der verschiedenen Baubereiche 22.1, 22.2 und 22.3 weist für jede Bauraumtrennwand 20 eine schlitz- oder spaltförmige Aussparung 25 auf, wodurch auch die Klinge 14 in mehrere Teilklingen unterteilt wird. Die Aussparungen 25 sind so gestaltet, dass sie an ihren angrenzenden Flächen zu den Bauraumtrennwänden 20 ein geringes Spiel aufweisen, um zum einen das Pulver möglichst vollständig ohne einen Verlust durch das Spiel in den Bauraum zu transportieren, zum andern trotz eventuell auftretenden Fertigungstoleranzen, thermischen Ausdehnungen und Spiel in den Lagerungselementen, einen prozesssicheren

Transport des Pulvers zu gewährleisten.

Fig. 8b zeigt die in Fig. 8a gezeigte Darstellung der zweiten Ausführungsform am Ende der Herstellung von Objekten. Identische Elemente sind mit den selben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben.

Die Bauraumtrennwände 20 weisen eine Höhe auf, die gewährleistet, dass die Pulver 16 in den verschiedenen Baubereichen 22.1, 22.2 und 22.3 auch am Ende des Herstellprozesses der Objekte 3 getrennt bleiben und sich nicht vermischen. Die Höhe entspricht mindestens der zu realisierenden maximalen Objekthöhe.

Funktions- oder toleranzbedingte Spalte, die in Längsrichtung der Bauraumtrennwände zwischen den Bauraumtrennwänden 20 und Wänden der Baubereiche 22.1, 22.2 und 22.3 auftreten, können durch Dichtelemente, z.B. durch Silikonlippen, verschlossen werden.

Der Herstellprozess ist analog zu dem zuvor beschriebenen Her- stellprozess , wobei auch die Steuereinheit 11 der Vorrichtung mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß der zweiten Aus- führungsform so ausgebildet ist, dass eine Prozess-Software in den separaten Baubereichen 22.1, 22.2 und 22.3 unterschiedliche Betriebsparameter einstellen kann, um unterschiedliche Pulver verarbeiten zu können und verschiedene Eigenschaften der Objekte 3 erzeugen zu können. Die in den Fig. 9, 10a und 10b gezeigte dritte Ausführungsform der Bauraumveränderungseinrichtung der Erfindung ist im Wesentlichen gleich der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich aber im Aufbau der Bauraumtrennwände 20 und der Dosierbehälter- trennwände 19. Auch hier sind identische Elemente mit den selben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben.

Die Bauraumtrennwände 20 und die Dosierbehältertrennwanae ±=> x±± der dritten Ausführungsform weisen nicht wie in der zweiten Aus- führungsform eine feste Höhe auf, sondern sind höhenvariable

Bauraumtrennwände 20 und Dosierbehältertrennwände 19, die z.B. durch teleskopartig ausziehbare bzw. zusammenschiebbare Platten realisiert werden können. Das untere Ende der Bauraumtrennwände 20 ist an der Bauplattform 2 angebracht und das obere Ende der Bauraumtrennwände 20 ist so angebracht, dass die Oberkante in Höhe der Bauebene 4 liegt, das untere Ende der Dosierbehältertrennwände 19 ist an dem Stempel bzw. dem Kolben des Dosierbehälters angebracht und das obere Ende der Dosierbehältertrennwände 19 ist so angebracht, dass die Oberkante in Höhe der Bau- ebene 4 liegt.

Auf der Bauplattform 2 der Vorrichtung sind in jedem Baubereich 22.1, 22.2 und 22.3 jeweils eine Bauplatte 15 mit einer solchen Höhe angeordnet, dass sich deren obere Flächen in der Anfangspo- sition der Bauplattform 2 gemeinsam mit den oberen Flächen der

Bauraumtrennwände 20, die nun in einem teleskopartig zusammengeschobenen Zustand sind, in der Bauebene 4 befinden.

Auch in dieser Ausführungsform können funktions- bzw. toleranz- bedingte Spalte zwischen den Bauraumtrennwänden 20 und Wänden der Baubereiche 22.1, 22.2 und 22.3 durch Dichtelemente, z.B. durch Silikonlippen, verschlossen werden. Bauraumtrennwände können in einer weiteren Ausführungsform als Weiterbildung der dritten Ausführungsform zusätzlich oder alternativ auch in einer Richtung, die in Fig. 9 senkrecht zu der Be- wegungsrichtung A ist, also in Fig. 9 gesehen, senkrecht zu den Bauraumtrennwänden 20, angeordnet sein. Dabei ist es möglich, den jeweiligen_. Baubereich auch „in der A-Richtung zu begrenzen und so zu verkleinern. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist nicht nur der Einsatz von langgestreckten Bauraumtrennwänden, sondern auch der Einsatz von Trennwänden, die von oben gesehen die Form eines rechteckigen oder anders geformten Rahmens aufweisen, möglich. Die einzelnen übereinander geschachtelten Rahmenelemente sind zu Beginn des Herstellungsprozesses teleskopartig ineinander geschachtelt und bilden einen höhenverstellbaren Behälter, der 'zu Beginn des Herstellungsprozesses eine geringe Höhe aufweist und dessen Höhe bei fortschreitendem Prozess zunimmt. Die obere Fläche des Rahmens ist auf dem Niveau der Bauebene 4 und das untere Ende des Rahmens ist an der Bauplattform 2 angebracht. Hierbei ist der Einsatz von Dichtelementen nicht erforderlich.

Da die Bauraumtrennwände 20 in dieser dritten Ausführungsform die Bauebene 4 nicht überragen, sind in dieser Ausführungsform keine Aussparungen in dem Beschichter 5 erforderlich. Jedoch weist hier die Klinge 14 des Beschichters 5 Untergliederungselemente 26 auf, die in der in Fig. 9 angegebenen Bewegungsrichtung A der in Fig. 10a und 10b gezeigten Klinge 14 über die Klinge hinaus vorstehen. Die Untergliederungselemente 26 erstrecken sich über die ganze Höhe der Klinge 14. Die Untergliederungselemente 26 dienen dazu, ein Vermischen der unterschiedlichen Pulver 16 während des Transports von den Dosierbehältern 12.1, 12.2, 12.3 zu den Baubereicheri 22.1, 22.2, 22.3 zu verhindern, da sie bei einer Bewegung gegenüber der Klinge 14 vorstehen, und somit die Bereiche der verschiedenen Pulver 16 in der Bewegungsrichtung vor der Klinge 14 trennen.

Wie in der ersten und zweiten Ausführungsform ist auch in der dritten Ausführungsform die Steuereinheit 11 der Vorrichtung so ausgebildet, dass eine Prozess-Software in den separaten Baubereichen 22.1, 22.2 und 22.3 unterschiedliche Betriebsparameter einstellen kann, um unterschiedliche Pulver verarbeiten zu können und verschiedene Eigenschaften der Objekte 3 erzeugen zu können .

In der zweiten und dritten Ausführungsform sind die Bauräume durch die Bauraumtrennwände 20 in drei Baubereiche 22.1, 22.2, und 22.3, der Dosierbehälter durch die Dosierbehältertrennwände 19 in die Dosierbehälter 12.1, 12.2, und 12.3, und der Überlauf- behälter 13 durch die Überlaufbehältertrennwände in drei Überlaufbehälter 13.1, 13.2 und 13.3 getrennt. Durch eine andere Anzahl von Trennwänden ist es auch möglich, bei der Verwendung von beispielsweise jeweils einer Trennwand, den Bauraum in zwei Baubereiche, den Dosierbehälter in zwei Dosierbehälter, und den Ü- berlaufbehälter in zwei Überlaufbehälter zu trennen. Bei der

Verwendung von jeweils mehreren Trennwänden können der Bauraum und die beiden Behälter in mehrere Baubereiche und zugehörige Behälter getrennt werden. Die Breite der Baubereiche und der zugehörigen Behälter ist durch die Wahl der Abstände und/oder der Breite der Trennwände zueinander wählbar. So können Bauräume verschiedener Breite, also auch asymmetrische Bauräume für Objekte mit unterschiedlicher Größe eingestellt werden. Bei der . Unterteilung des Bauraums mit der Bauraumveränderung- seinrichtung in mehrere Baubereiche besteht auch die Möglichkeit, nicht sämtliche Baubereiche für die Herstellung von Objek- ten zu nutzen. Bei der Verwendung der Bauraumveränderungsein- richtung mit mehreren Baubereichen und beispielsweise der Herstellung von Objekten in nur einem Baubereich wird dadurch auch eine Verkleinerung des Bauraums erzielt. Bei der zweiten und dritten Ausführungsform kann durch die Wahl einer entsprechenden Breite eines Bauraumveränderungselements der Bauraum nicht nur in mehrere Baubereiche unterteilt werden, sondern auch der Bauraum auf die Fläche eines Baubereichs verkleinert werden. Die übrige Fläche der Bauplattform 2 wird durch das Bauraumverände- rungselement abgedeckt. Der Beschichter ist dann entsprechend angepasst.

Die Bauraumveränderungseinrichtung kann als eine Austauscheinheit für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials gestaltet sein. Hierbei kann die Austauschein- heit für die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass diese einen Bereich der Bauebene 4 umfasst, und die Dosierbehälter 12, die Bauplattform 2 mit den entsprechenden Bauraumtrennwänden 20, gegebenenfalls die Zwischentrennwände 23 und die Überlaufbehälter 13 an dem Einsatz angeordnet sind. Der Beschichter 5 kann als ein separates Element des Umrüstbausatzes fallweise entweder mit einer oder mehreren Aussparungen 25 oder mit einem oder mehreren Untergliederungselementen 26 versehen sein. Der Antrieb der Bauplattform ist Bestandteil der Vorrichtung und nicht der Aus- tauscheinheit . Die Austauscheinheiten können in verschiedenen

Konfigurationen mit verschiedenen Anzahlen und Größen von Baube- reichen vorgesehen sein, so dass für den Anwender gewissermaßen mehrere kleinere Vorrichtungen bereitgestellt werden.

In einer weiteren Abwandlung ist der Dosierbehälter auch ober- halb des Beschichters angeordnet. Der Dosierbehälter ist hier ebenfalls entsprechend der Anzahl und der Lage der Bauraumtrennwände unterteilt, und das pulverförmige Aufbaumaterial wird von oben zu dem Beschichter zugeführt. Gegebenenfalls sind noch Trennwände vorgesehen, die ein Vermischen verschiedener Pulver beim Zuführen zu dem Beschichter verhindern.

Die beschriebene Vorrichtung ist nicht auf Laser-Sintermaschinen beschränkt. Sie ist anwendbar bei allen Maschinen für Schichtbauverfahren, wie z.B. der Stereolithographie, die anstelle ei- nes pulverför igen Materials ein flüssiges, lichtaushärtbares

Harz verwendet, beim dreidimensionalen Drucken, bei dem das pulverförmige Aufbaumaterial durch einen Binder, der z.B. als

Tröpfchenpartikel auf die Pulverschicht aufgetragen wird, an den dem Objekt entsprechenden Stellen selektiv verfestigt wird, oder auch beim selektiven Maskensintern, bei dem anstelle eines Laserstrahls eine Maske und eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet werden. Als weiteres Schichtbauverfahren, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar ist, ist das sogenannte FDM- Verfahren (Fused Deposition Modeling) oder ähnliche Verfahren denkbar .

Claims

Patentansprüche

1. Bauraumveränderungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (3) durch schichtwei- ses Verfestigen eines Aufbaumaterials (16) an den dem Objekt (3) entsprechenden Stellen in den jeweiligen Schichten mit einem Beschichter (5) , der das Aufbaumaterial (16) in Form einer Schicht aufträgt, einer Bauplattform (2) und mit einem Bauraum (22) o- berhalb der Bauplattform (2) , in dem das Verfestigen des Aufbau- materials (16) erfolgt,

wobei die Bauraumveränderungseinrichtung eine Wanne (28) mit einer Abgrenzeinrichtung, aufweist, und

wobei die Abgrenzeinrichtung mindestens einen Baubereich (22.1), der ein Teilbereich des Bauraums (22) ist, innerhalb des Bauraums (22) abgrenzt.

2. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Wanne (28) zumindest eine Öffnung (41.1) aufweist und in der Öffnung eine Unterlage (32) vorgesehen ist.

3. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Abgrenzeinrichtung mindestens zwei separate Baubereiche (22.1, 22.2) abgrenzt.

4. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die separaten Unterlagen (32) miteinander so verbunden sind, dass sie mit einer einzigen Hubmechanik bewegbar sind.

5. Bauraumveränderungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (3) durch schichtweises Verfestigen eines Aufbaumaterials (16) an den dem Objekt (3) entsprechenden Stellen in den jeweiligen Schichten mit einem Be- schichter (5) , der das Auf aumaterial (16) in Form einer Schicht aufträgt, einer Bauplattförm (2) und mit einem Bauraum (22) o- berhalb der Bauplattform (2) , in dem das Verfestigen des Aufbau- materials (16) erfolgt,

wobei die Bauraumveränderungseinrichtung mindestens ein

Bauraumveränderungselement (20) aufweist, das auf einer

Bauplattform (2), auf der das Objekt (3) aufgebaut wird, befestigbar ist, und die Bauraumveränderungseinrichtung so ange- passt ist, dass das mindestens eine Bauraumveränderungselement (20) mindestens einen Baubereich (22.1), der ein Teilbereich des Bauraums (22) ist, abgrenzt.

6. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß Anspruch 5 , wobei die Bauraumveränderungseinrichtung so angepasst ist, dass das Bau- raumveränderungselement (20) mindestens zwei separate Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) innerhalb des Bauraums (22) abgrenzt.

7. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bauraumveränderungseinrichtung für je- den Baubereich (22.1, 22.2, 22.3) entweder einen eigenen Dosierbehälter (12.1, 12.2, 12.3) und einen eigenen Überlaufbehälter (13.1, 13.2, 13.3) aufweist, oder einen gemeinsamen Dosierbehälter (12) und/oder einen gemeinsamen Überlaufbehälter (13) mit auf die separaten Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) abgestimmten Teilbereichen aufweist.

8. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bauraumveränderungseinrichtung den Beschichter (5) als einen Bestandteil einer gemeinsamen Beschich- tereinheit der separaten Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) aufweist.

9. Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bauraumveränderungseinrichtung als eine · abgeschlossene Baugruppe ausgebildet ist, die entweder zumindest eines der Bauraumveränderungselemente (20) , oder alternativ eine Kombination aus mehreren Unterlagen (32) , zumindest einem Dosierbehälter (12), zumindest einem Überlaufbehälter (13) und der Wanne (28) umfasst.

10. Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine gemeinsame Baukammer (1), in der sich die Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) befinden, aufweist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ein gemeinsames Gasumlauf- und Gasaufbereitungssystem für sämtliche Baubereiche (22.1, 22.2, 22.3) aufweist.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Vorrich- tung ein gemeinsames Belichtungssystem für sämtliche Baubereiche

(22.1, 22.2, 22.3) aufweist.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (11) aufweist, die so ausgebildet ist, dass eine Prozess-Software in den Baubereichen (22.1, 22.2, 22.3) jeweils zugehörige Betriebsparameter einstellen kann.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Beschichter (5), vorzugsweise eine Klinge (14), eine Aussparung (25) für das zumindest eine Bauraumveränderungs- element (20) aufweist.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Beschichter (5) mindestens ein Untergliederungselement (26) zum Verhindern des Vermischens verschiedener Aufbaumaterialien (16) aufweist .

16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 und 15 mit einer Bauraumveränderungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Bauraumveränderungselemente (20) höhenvariabel sind.