EP3307523A1 - Vorrichtung zum herstellen von dreidimensionalen objekten sowie ein zugehöriges verfahren - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen von dreidimensionalen objekten sowie ein zugehöriges verfahren

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EP3307523A1
EP3307523A1 EP16730270.2A EP16730270A EP3307523A1 EP 3307523 A1 EP3307523 A1 EP 3307523A1 EP 16730270 A EP16730270 A EP 16730270A EP 3307523 A1 EP3307523 A1 EP 3307523A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
building
construction
process chamber
shape
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16730270.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Herzog
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
Original Assignee
CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by CL Schutzrechtsverwaltung GmbH filed Critical CL Schutzrechtsverwaltung GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for producing three-dimensional objects by successively solidifying layers of a radiation-hardenable building material at the locations corresponding to the respective cross-section of the object, and to a method which can be carried out in conjunction with such a device.
  • Such devices with which generative construction methods, in particular selective laser sintering or laser melting processes are carried out, have a housing in which a process chamber and therein a building container are housed.
  • the construction container can either be stuck under one
  • an application device which has a coating element guided in a layer application direction over a construction surface of the construction container.
  • a metering device is used to supply the building material to the applicator, to which a metering container can be provided with a height-adjustable BaumaterialzuGermany.
  • other metering devices are also conceivable with which building material is made available for the coating device.
  • An irradiation device serves to irradiate the building material selectively at the locations corresponding to the respective cross-section of the object.
  • a focused laser beam is used, which melts or melts the building material at the points to be solidified of the powder layer.
  • a solidification of the building material is brought about.
  • other radiation sources can be used.
  • the building container may be a separate swap body as he
  • the invention has for its object to provide a device and a method by which construction costs and construction time can be saved and thereby the use of a construction device can be made variable.
  • This object is achieved according to the characterizing features of claim 1, characterized in that in the device object shape-adapted construction container of different sizes and / or cross-sectional shapes are used, in the final assembly whose construction area dimensioned in the layer application direction is shorter than in a direction perpendicular thereto.
  • the construction container should be adapted to the object shape.
  • Object form-adapted in connection with the building containers means that in an object z. B. is designed as a surface element, an adapted building container is selected, which provides a narrow, long cross-sectional shape available, the dimensions of the construction field are adapted to the cross-sectional length and cross-sectional width of the object sin.
  • a door element may be mentioned that is to be constructed generatively in an SLM or SLS device.
  • the door element has a width of 60 cm and a thickness of 5 cm, with a curvature of the door is included.
  • the door height should be 30 cm.
  • the door element should i. W. be erected vertically standing in the building container.
  • the object-form-adapted construction container must be able to provide a platform drop of at least 40 cm, so that the Door object standing vertically in the building container by moving the platform in the Z direction can be built up in layers.
  • Construction area dimension in layer application direction, d. H. in the direction in which the coater runs over the building area is shorter than in one
  • the coater must have at least a length of 65 cm and the travel path of the coater - closes the surface of the dosing and the surface of the dosing Overflow opening of the overflow tank with a - can be reduced to about 20 cm.
  • the core of the invention thus consists of a
  • the building container does not necessarily have to be rectangular. To reduce the container volume can be done on a slimming of the cross sections beyond the shape adaptation of the construction field. If z. B. built an S-shaped object, then comes an S-shaped shaped building container in question, whose Bau vomberandung adapts to the shape of the object to be produced.
  • object shape adapted always means a certain compromise around the object must be enough space for building material, but this space should be minimized so that as little excess building material must be introduced into the container.
  • Process chamber bottom is prepared for receiving building containers of different sizes and cross-sectional shapes and is provided with one or more shape-adapted or changeable in terms of their size or cross-sectional shape Baufeldö Anlagen. This can be the Process chamber bottom can be provided either with a plurality of inserts into or below the corresponding building container with the
  • Shape adaptation can be set. However, it is also possible to lift the entire process chamber bottom out of the device and to insert an adapted process chamber bottom with a suitable opening into the device.
  • Bau Essential for the acceleration of the process, it is the Bau techrand arranged with minimized distance to the opening of the Dosier matterserrandes to avoid unnecessarily long travels between the two containers.
  • construction field openings of the process chamber floor which are not required for a construction process, can be sealed by insert plates. It is also possible to variably select the position of the building container and / or the overflow container relative to the position of the metering chamber. This means that z. B. in an opening initially a relatively narrow building container and then immediately behind an adapted overflow tank is used. The smaller the volume of the construction container, the smaller the volume of the overflow container can be selected. These containers are variably selected and used relative to the position of the dosing and optimized in terms of the distance. Construction container and overflow container can be arranged in a common opening of the process chamber and take only a part of this opening. A remaining part of the opening is then covered by an insert plate.
  • the invention also includes that a metering container with a customized volume, an object mold adapted construction container and a likewise adapted overflow container in operable arrangement fixed in a process chamber floor, a process chamber floor insert or provided with a process chamber bottom change module.
  • the object shape which can be inserted into the device can be adapted
  • a generatively constructed building container allows the introduction of cooling channels in temperature-critical zones, so that thereby also the generative construction method can be improved, in particular can be accelerated.
  • the building container has at least one displaceable for reducing or enlarging its construction area side wall, which is arranged transversely to the layer application direction. By shifting the at least one side wall, an object shape adaptation takes place.
  • a variable construction container can either be designed as a swap body or also be installed in a removable module, so that an optimization of the construction speed and reduction of the required amount of building material can be achieved by shifting the building wall.
  • Construction device with a housing enclosing a process chamber, a building container accommodated or usable therein, one
  • Carrying device in the construction container or a previously formed layer with a guided in a layer application direction over a construction area of the building container Coater element is provided. Then there are a metering device for supplying the building material to the applicator, a
  • Irradiation device serves to solidify the building material for
  • the dimensions of an object to be produced are determined and a plurality of building containers of different sizes, shapes or volumes are kept available, that the construction container dimensions or shape features of the building containers are stored in a memory of the apparatus, then an object-adapted building container is selected electronically from the plurality of stored building container by comparing the object dimension data and building container data and finally the object-adapted building container is arranged and mounted in the device such that in the final assembly position the
  • Multi-container device thus includes a plurality of containers, i.e. at least two, i.e. at least one large-volume and at least one substantially smaller in dimensioning
  • a container is selected and used, that the
  • the plurality of containers can be kept ready in a container change magazine and can be selected by a control device of the device and automatically inserted into the device.
  • the device thereby optimizes itself with regard to the container adaptation.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an apparatus for producing three-dimensional objects with a building container, which is designed as a swap body, according to the prior art;
  • Fig. 2 is a view similar to Fig. 1, in which the building container object form is adjusted and the overflow tank is adapted to the size of the building container;
  • Fig. 3 is a view according to FIGS. 1 and 2, in which also the
  • Dosing is designed in terms of its amount of building material as an exchangeable and adapted container
  • Fig. 4 is a plan view of a device according to Fig. 2;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a building container with a
  • Fig. 6 is a schematic flow diagram of the method for selecting a building container.
  • the device 1 shown there serves for producing three-dimensional objects 2, by successively solidifying layers of a radiation-hardenable building material 3 at the locations corresponding to the respective cross-section of the object 2.
  • the device 1 has a housing 4 which encloses a process chamber 5. Below the process chamber 5, a building container 6 is arranged.
  • An applicator 7 is used for applying layers of the building material 3 to a
  • the application device 7 is provided with a coating element 9 guided in a layer application direction over a construction surface of the construction container 6.
  • a metering device with a metering container 10 serves to supply the
  • an irradiation device 12 is provided for irradiating the layers of the building material 3, wherein the
  • Irradiation device 12 comprises a laser 13 and a scanner device 14, with which a laser beam 15 by deflection over several
  • Scanner mirror in a conventional manner to be solidified points of the Building material 3 can be steered.
  • the construction container 6 is in the illustrated embodiment of FIG. 1 is a separate swap body and can be brought from a position in the device 1 in an external device (position 6a). It is also possible to provide several containers and this z. B. cyclically, so that an object 2, which has been produced in such a swap body, can cool down.
  • an overflow container 16 is provided with an overflow opening 17.
  • the metering container 10, the building container 6 and the overflow container 16 are with their openings under appropriately sized openings of a
  • Process chamber floor 18 attached or fastened.
  • the building container 6 is designed as an object shape-adapted building container.
  • This object-shape-adapted construction container has with its side walls to the outer contours of the object 2 as small a distance as possible, which can range from a few millimeters to a few centimeters.
  • In the object form adaptation will always play a role in how far can be achieved by shortening the coater paths or by saving on building material a significant cost savings, with the
  • the process chamber bottom 18 has a relatively large opening into which the object shape-adapted construction container 6 and the adapted overflow container 16 can be inserted.
  • This opening 20 is - unless necessary - sealed by insert plates 21.
  • object-shape-adapted construction container 6 occupies a minimized distance from the opening of the dosing container 10, so that in turn the travel path "V" of the coating element 9 can be shortened over the significantly longer travel distance "V" in the prior art.
  • Process chamber 5 variable selectable. It is only important that the containers are as close together as possible. This can be seen in FIG. 3, where the containers are offset relative to FIG. 2 more towards the center of the process chamber.
  • drawing figure 5 is still shown that a building container 6 modified version for object shape adjustment at least one displaceable
  • Side wall 30 has. In Fig. 5a, the side wall 30 in a
  • the building container by a generative construction method and to install cooling ducts in the building chamber walls whose position is adapted specifically to the object to be produced in the building container 6.
  • the cooling channels can be chosen so that particularly critical areas that result from the object 2 are cooled particularly well, d. H. not only the building container 6 is object form adapted, but also the cooling channels of a generatively constructed building container are objectform optimized in terms of their location.
  • FIG. 6 also shows in purely schematic form a sequence of a method in which either a suitable building container is selected as the object shape adapted from a plurality of stored containers or a variable container is adapted by displacing a side wall 30 to the shape of the object.

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Abstract

Eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 2 durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 3 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen, mit einem eine Prozesskammer 5 umschließenden Gehäuse 4, einem darin angeordneten Baubehälter 6, einer Aufbringvorrichtung 7 zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials 3 auf eine Tragevorrichtung 8 im Baubehälter 6 oder eine zuvor gebildete Schicht, mit einem in einer Schichtauftragsrichtung über eine Baufläche des Baubehälters 6 geführten Beschichterelement 9, einer Dosiereinrichtung zum Zuführen des Aufbaumaterials 3 zur Aufbringvorrichtung 7, einer Bestrahlungsvorrichtung 12 zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials 3 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen mit einem fokussierten Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, wobei der Baubehälter 6 entweder als gesonderter Wechselbehälter oder als Bestandteil eines Wechselmoduls aus der Vorrichtung 1 entnehmbar ist, wobei in die Vorrichtung Objektform-angepasste Baubehälter 6 unterschiedlicher Größen und/oder Querschnittsformen einsetzbar sind, wobei in Montageendstellung deren Bauflächenabmessung in Schichtauftragsrichtung"S" kürzer ist als in einer dazu rechtwinkligen Richtung "L".

Description

Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten sowie ein zugehöriges Verfahren
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, sowie ein Verfahren, das in Verbindung mit einer solchen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Derartige Vorrichtungen, mit denen generative Bauverfahren, insbesondere selektive Lasersinter oder Laserschmelzverfahren durchgeführt werden, weisen ein Gehäuse auf, in dem eine Prozesskammer und darin ein Baubehälter untergebracht sind. Der Baubehälter kann entweder fest unter einem
Prozesskammerboden befestigt sein oder als Wechselbehälter ausgebildet unter einem Prozesskammerboden befestigt werden. Es ist auch möglich, einen Baubehälter sowie einen Dosier- und einen Überlaufbehälter in einem
sogenannten Wechselmodul anzuordnen und diese drei Behälter insgesamt in eine Herstellungsvorrichtung einzubringen und dort entsprechend unter der Prozesskammer zu verriegeln.
Um Baumaterial schichtweise aufzubringen, ist eine Aufbringvorrichtung vorgesehen, die ein in einer Schichtauftragsrichtung über eine Baufläche des Baubehälters geführtes Beschichterelement aufweist. Eine Dosiereinrichtung dient zum Zuführen des Aufbaumaterials zur Aufbringvorrichtung, wozu ein Dosierbehälter mit einer höhenverstellbaren Baumaterialzuführplattform vorgesehen sein kann. Es sind aber auch andere Dosiereinrichtungen denkbar, mit denen Baumaterial für die Beschichtereinrichtung zur Verfügung gestellt wird.
Eine Bestrahlungsvorrichtung dient dazu, das Aufbaumaterial selektiv an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen zu bestrahlen. Dazu wird meis ein fokussierter Laserstrahl verwendet, der das Baumaterial an den zu verfestigenden Stellen der Pulverschicht an oder aufschmilzt. Infolge einer Abkühlung wird eine Verfestigung des Baumaterials herbeigeführt. Anstelle eines Lasers können auch andere Strahlungsquellen verwendet werden. Der Baubehälter kann ein gesonderter Wechselbehälter sein, wie er
beispielsweise in DE 198 46 478 beschrieben ist.
Bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik besteht ein Problem darin, dass die vorhandenen Baubehälter - auch wenn sie wechselbar sind - in der Regel nicht optimal genutzt werden. Dies ist in mehrerer Hinsicht nachteilig. Zum einen muss z. B. in einen überdimensionierten Baubehälter eine unnötig große Menge von Baumaterial eingeschichtet werden, was mit hohen Baumaterialkosten verbunden ist. Zum anderen verlängern unnötig lange Verfahrwege über ein unnötig groß dimensioniertes Baufeld die Bauzeiten für ein Objekt nicht unerheblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch welches Baukosten und Bauzeit eingespart werden können und dabei die Nutzung einer Bauvorrichtung variabler gestaltet werden kann. Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass in die Vorrichtung Objektform-angepasste Baubehälter unterschiedlicher Größen und/oder Querschnittsformen einsetzbar sind, wobei in Montageendstellung deren Bauflächenabmessung in Schichtauftragsrichtung kürzer bemessen ist als in einer dazu rechtwinkeligen Richtung.
Die Erfindung sieht damit Verbesserungen in mehrerlei Hinsicht vor. Zunächst sollen die Baubehälter an die Objektform angepasst sein. Objektform-angepasst im Zusammenhang mit den Baubehältern bedeutet, dass bei einem Objekt, das z. B. als Flächenelement ausgebildet ist, ein angepasster Baubehälter gewählt wird, der eine schmale, lange Querschnittform zur Verfügung stellt, wobei die Dimensionen des Baufeldes an die Querschnittslänge und Querschnittsbreite des Objektes angepasst sin. Als Beispiel sei ein Türelement genannt, das generativ in einer SLM- oder SLS-Vorrichtung aufgebaut werden soll. Das Türelement hat eine Breite von 60 cm und eine Dicke von 5 cm, wobei eine Wölbung der Türe mit einkalkuliert ist. Die Türhöhe soll 30 cm betragen. Das Türelement soll i. W. senkrecht stehend in dem Baubehälter aufgebaut werden. Die
Baubehälterdimensionierungen betragen dann vorteilhafter Weise
ca. 65 cm x 10 cm, der Objektform-angepasste Baubehälter muss geeignet sein, eine Plattformabsenkung um wenigstens 40 cm zu gewährleisten, sodass das Türobjekt senkrecht stehend in den Baubehälter durch Verfahren der Plattform in Z-Richtung schichtweise aufgebaut werden kann.
Ein derart an die Objektform-angepasster Baubehälter wird nun in Querrichtung in die Anlage eingesetzt, sodass in Montageendstellung die
Bauflächenabmessung in Schichtauftragsrichtung, d. h. in der Richtung, in der der Beschichter über die Baufläche läuft, kürzer ist als in einer dazu
rechtwinkeligen Richtung.
Für den vorbezeichnet definierten Objektform -ngepassten Baubehälter mit einer Baufeldlänge von 65 cm und einer Baufeldbreite von 10 cm bedeutet dies, dass der Beschichter wenigstens eine Länge von 65 cm aufweisen muss und der Verfahrweg des Beschichters - schließt man die Fläche des Dosierbehälters und die Fläche der Überlauföffnung des Überlaufbehälters mit ein - auf ca. 20 cm reduziert werden kann. Der Kern der Erfindung besteht damit aus einer
Objektform-anpassung des Baubehälters und einer die Beschichtung
beschleunigenden Montagestellung dieses Baubehälters in der Vorrichtung.
Der Baubehälter muss nicht notwendigerweise rechtwinkelig ausgebildet sein. Zur Reduzierung des Behältervolumens kann eine über eine Verschlankung der Querschnitte hinausgehende Formanpassung des Baufeldes erfolgen. Wird z. B. ein S-förmiger Gegenstand gebaut, dann kommt auch ein S-förmig ausgeformter Baubehälter in Frage, dessen Bauflächenberandung sich an die Form des herzustellenden Objektes anpasst.
Naturgemäß ist unter„Objektform angepasst" immer ein gewisser Kompromiss zu verstehen. Um das Objekt herum muss ausreichend Platz für Baumaterial sein, dieser Platz soll allerdings so minimiert werden, dass möglichst wenig überschüssiges Baumaterial in den Behälter eingebracht werden muss.
Um derartige Behälter in eine Vorrichtung mit dem im Anspruch 1 genannten Merkmalen einbauen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn der
Prozesskammerboden zur Aufnahme von Baubehältern unterschiedlicher Größen und Querschnittsformen vorbereitet ist und mit einer oder mehreren hinsichtlich ihrer Größe oder Querschnittsform formangepassten oder veränderbaren Baufeldöffnung versehen ist. Dazu kann der Prozesskammerboden entweder mit einer Mehrzahl von Einsätzen versehen werden, in die in oder unter die entsprechenden Baubehälter mit der
Formanpassung angesetzt werden können. Es ist aber auch möglich, den Prozesskammerboden insgesamt aus der Vorrichtung auszuheben und einen angepassten Prozesskammerboden mit einer angepassten Öffnung in die Vorrichtung einzusetzen.
Wesentlich für die Beschleunigung des Verfahrens, ist es den Baubehälterrand mit minimiertem Abstand zur Öffnung des Dosierbehälterrandes angeordnet ist, um zwischen den beiden Behältern unnötig lange Verfahrwege zu vermeiden.
Werden in einem Prozesskammerboden mehrere Baufeldöffnungen vorgesehen, dann können die für einen Bauprozess gerade nicht benötigten Baufeldöffnungen des Prozesskammerbodens durch Einsatzplatten abgedichtet werden. Es ist auch möglich, die Position des Baubehälters und/oder des Überlaufbehälters relativ zur Position der Dosierkammer variabel auszuwählen. Dies bedeutet, dass z. B. in eine Einsatzöffnung zunächst ein relativ schmaler Baubehälter und dann unmittelbar dahinter ein angepasster Überlaufbehälter eingesetzt wird. Je kleiner das Volumen des Baubehälters ist, desto kleiner kann auch das Volumen des Überlaufbehälters gewählt werden. Diese Behälter werden relativ zur Position des Dosierbehälters variabel ausgewählt und eingesetzt und hinsichtlich des Abstandes optimiert. Baubehälter und Überlaufbehälter können in einer gemeinsamen Öffnung des Prozesskammerbodes angeordnet sein und nur einen Teil dieser Öffnung einnehmen. Ein verbleibender Teil der Öffnung wird dann durch eine Einsatzplatte abgedeckt.
Die Erfindung schließt auch mit ein, dass ein Dosierbehälter mit einem angepassten Volumen, ein Objektform-angepasster Baubehälter und ein ebenfalls angepasster Überlaufbehälter in betriebsbereiter Anordnung fest in einem Prozesskammerboden, einem Prozesskammerbodeneinsatz oder einem mit einem Prozesskammerboden versehenen Wechselmodul angeordnet werden.
Durch einen Baubehälterwechsel kann der Verfahrweg des Beschichters automatisch an die erforderliche Beschichtungslänge bezogen auf den
Baubehälter, insbesondere an die insgesamt gewählte Behälterkonstellation, Dosierbehälter, Baubehälter, Überlaufbehälter angepasst werden. Je breiter die Behälter sind, desto länger muss auch die Verfahrlänge des Beschichters gewählt werden. Denkbar wäre bespielweise die Behälter zu codieren und mit einem Sensor der Vorrichtung die Codierung abzutasten, sodass durch die Beschichterverfahrelektronik automatisch eine optimale Beschichtungslänge eingestellt wird.
Ist vorgesehen, dass von einem Objekt größere Stückzahlen gefertigt werden, dann kann der in die Vorrichtung einsetzbare Objektform angepasste
Baubehälter auch anhand von Baudaten eines in ihm herzustellenden Objektes durch ein generatives Bauverfahren hergestellt werden. Die äußeren
Abmessungen des Objektes werden dabei herangezogen, additiv ein gewisser Abstand zu den Dimensionen des Objektes hinzu gerechnet und dann anhand der so generierten Daten ein Objektform-angepasster Baubehälter generativ aufgebaut. Dies hat den Vorteil, dass dann der Baubehälter auch noch besonders an die thermisch empfindlichen Bereiche des Objektes angepasst werden kann. Ein generativ aufgebauter Baubehälter ermöglicht die Einbringung von Kühlkanälen in temperaturkritischen Zonen, sodass auch hierdurch das generative Bauverfahren verbessert, insbesondere beschleunigt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Baubehälter wenigstens eine zur Verkleinerung oder Vergrößerung seiner Baufläche verschiebbare Seitenwandung aufweist, die quer zur Schichtauftragsrichtung angeordnet ist. Durch Verschiebung der wenigstens einen Seitenwand erfolgt eine Objektformanpassung. Ein derartiger variabler Baubehälter kann entweder als Wechselbehälter ausgebildet sein oder ebenfalls in ein Wechselmodul eingebaut sein, sodass durch Verschiebung der Bauwandung eine Optimierung der Baugeschwindigkeit und Reduzierung der erforderlichen Baumaterialmenge erreicht werden kann.
Nach den Verfahrensansprüchen ist vorgesehen, dass zunächst eine
Bauvorrichtung mit einem eine Prozesskammer umschließenden Gehäuse, einem darin untergebrachten oder einsetzbaren Baubehälter, einer
Aufbringvorrichtung zum Aufbringen des Aufbaumaterials auf eine
Tragevorrichtung im Baubehälter oder eine zuvor gebildete Schicht mit einem in einer Schichtauftragsrichtung über eine Baufläche des Baubehälters geführten Beschichterelement vorgesehen wird. Sodann sind eine Dosiereinrichtung zum Zuführen des Aufbaumaterials zur Aufbringvorrichtung vorhanden, eine
Bestrahlungseinrichtung dient zur Verfestigung des Baumaterials zum
Aufschmelzen.
Nach dem Verfahren ist vorgesehen, dass zunächst die Dimensionen eines herzustellenden Objektes bestimmt werden und eine Mehrzahl von Baubehältern unterschiedlicher Größen, Formen oder Volumina bereitgehalten werden, dass die Baubehälterdimensionen oder Formmerkmale der Baubehälter in einem Speicher der Vorrichtung abgespeichert werden, sodann ein Objekt-angepasster Baubehälter aus der Mehrzahl der bevorrateten Baubehälter durch Vergleich der Objektdimensionsdaten und Baubehälterdaten elektronisch ausgewählt wird und schließlich der Objekt-angepasste Baubehälter in der Vorrichtung derart angeordnet und montiert wird, dass in Montageendstellung die
Bauflächenabmessungen des Objektform-angepassten Baubehälters in
Schichtauftragsrichtung kürzer ist als in einer dazu rechtwinkeligen Richtung. Eine derartige„Multibehältervorrichtung" beinhaltet damit eine Mehrzahl von Behältern, d. h. wenigstens zwei, d. h. zumindest einen großvolumigen und zumindest einen hinsichtlich einer Dimensionierung deutlich kleineren. Die Behälterauswahl erfolgt automatisch anhand von Behälterdaten, die
abgespeichert werden. Sobald die Dimensionen des Objektes aus den Baudaten ermittelt sind, wird ein Behälter ausgewählt und eingesetzt, dass die
Beschichtungswege minimiert werden. Die mehreren Behälter können erfindungsgemäß in einem Behälterwechselmagazin bereitgehalten werden und durch eine Steuerungseinrichtung der Vorrichtung ausgewählt und automatisch in die Vorrichtung eingesetzt werden. Die Vorrichtung optimiert sich dadurch hinsichtlich der Behälteranpassung selbst.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten mit einem Baubehälter, der als Wechselbehälter ausgebildet ist, nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 , bei welcher der Baubehälter objektform angepasst ist und der Überlaufbehälter an die Größe des Baubehälters angepasst ist;
Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 1 und 2, bei welcher auch der
Dosierbehälter hinsichtlich seiner Baumaterialmenge als austauschbarer und angepasster Behälter ausgebildet ist;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß Fig. 2;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Baubehälters mit einer
verschiebbaren Seitenwandung zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Baufläche und damit zur Objektanpassung;
Fig. 6 eine schematische Ablaufdarstellung des Verfahrens zur Auswahl eines Baubehälters.
Zunächst wird auf die Elemente der Zeichnungsfigur 1 (Stand der Technik) Bezug genommen. Die dort dargestellte Vorrichtung 1 dient zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 2, durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials 3 an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes 2 entsprechenden Stellen. Dazu weist die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 4 auf, das eine Prozesskammer 5 umschließt. Unter der Prozesskammer 5 ist ein Baubehälter 6 angeordnet. Eine Aufbringvorrichtung 7 dient zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials 3 auf eine
Tragevorrichtung 8 im Baubehälter 6 oder eine zuvor gebildete Schicht. Dazu ist die Aufbringvorrichtung 7 mit einem in einer Schichtauftragsrichtung über eine Baufläche des Baubehälters 6 geführten Beschichterelement 9 versehen. Eine Dosiereinrichtung mit einem Dosierbehälter 10 dient zum Zuführen des
Aufbaumaterials 3 zur Aufbringvorrichtung 7.
Über der Prozesskammer 5 ist eine Bestrahlungsvorrichtung 12 zum Bestrahlen der Schichten des Aufbaumaterials 3 vorgesehen, wobei die
Bestrahlungsvorrichtung 12 einen Laser 13 und eine Scannereinrichtung 14 umfasst, mit der ein Laserstrahl 15 durch Ablenkung über mehrere
Scannerspiegel in an sich bekannter Weise auf die zu verfestigenden Stellen des Baumaterials 3 gelenkt werden kann.
Der Baubehälter 6 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein gesonderter Wechselbehälter und kann von einer Position in der Vorrichtung 1 in eine externe Vorrichtung (Position 6a) gebracht werden. Es ist auch möglich, mehrere Behälter vorzusehen und diese z. B. zyklisch auszuwechseln, damit ein Objekt 2, das in einem derartigen Wechselbehälter hergestellt worden ist, auskühlen kann.
Auf der dem Dosierbehälter 10 gegenüberliegenden Seite des Baubehälters 6 ist noch ein Überlaufbehälter 16 mit einer Überlauföffnung 17 vorgesehen. Der Dosierbehälter 10, der Baubehälter 6 und der Überlaufbehälter 16 sind mit ihren Öffnungen unter entsprechend dimensionierten Öffnungen eines
Prozesskammerbodens 18 befestigt bzw. befestigbar.
In Fig. 2 ist nun dargestellt, dass der Baubehälter 6 als Objektform-angepasster Baubehälter ausgebildet ist. Dieser Objektform-angepasste Baubehälter weist mit seinen Seitenwandungen zu den Außenkonturen des Objektes 2 einen möglichst geringen Abstand auf, der von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern reichen kann. Bei der Objektform-Anpassung wird immer eine Rolle spielen, in wie weit durch Verkürzung der Beschichterwege oder durch Einsparung von Baumaterial eine erhebliche Kosteneinsparung erreichbar ist, die mit den
Mehrkosten zu vergleichen ist, die ein Objektform-angepasste Baubehälter 6 unter Umständen verursacht.
In Fig. 2 ist deutlich zu sehen, dass der Baubehälter 6 in Schichtauftragsrichtung „S" relativ schmal baut, z. B. ein Verhältnis seine Dimensionen in
Schichtauftragsrichtung„S" zu einer dazu rechtwinkeligen Dimension in Richtung „L" z. B. 1 :4 oder 1 :6 ist. Auch hier können natürlich Abweichungen erforderlich sein, ganz abhängig von den Dimensionen und der Form des Objektes.
In Fig. 2 ist ferner zu sehen, dass der Prozesskammerboden 18 eine relativ große Öffnung aufweist, in die der Objektform-angepasste Baubehälter 6 und der angepasste Überlaufbehälter 16 eingesetzt werden können. Diese Öffnung 20 wird - soweit nicht benötigt - durch Einsatzplatten 21 abgedichtet. Deutlich ist auch zu sehen, dass Objektform-angepasste Baubehälter 6 einen minimierten Abstand zur Öffnung des Dosierbehälters 10 einnimmt, sodass wiederum der Verfahrweg„V" des Beschichterelementes 9 über dem den deutlich längeren Verfahrweg„V" beim Stand der Technik verkürzt werden kann.
Insgesamt ist die Position des Objektform-angepasste Baubehälters 6 und des Überlaufbehälters 16 und/oder des Dosierbehälters 10 innerhalb der
Prozesskammer 5 variabel auswählbar. Wesentlich ist nur, dass die Behälter möglichst nahe beieinanderliegen. Dies ist in Figur 3 zu sehen, dort sind die Behälter gegenüber Fig. 2 mehr zur Mitte der Prozesskammer versetzt.
Außerdem ist in Fig. 3 auch der Dosierbehälter hinsichtlich seines
Baumaterialvolumens reduziert.
In Zeichnungsfigur 5 ist noch dargestellt, dass ein Baubehälter 6 modifizierter Ausführung zur Objektform-Anpassung wenigstens eine verschiebbare
Seitenwandung 30 aufweist. In Fig. 5a ist die Seitenwandung 30 in einer
Stellung, die eine maximale Baufeldgröße gewährleistet, in Fig. 5b hingegen ist die Seitenwandung 30 in den Innenbereich des Baubehälters 6 hineingeschoben, sodass die Baufläche wesentlich kleiner ist und damit auch das Volumen des Baubehälters 6 reduziert ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, den Baubehälter durch ein generatives Bauverfahren herzustellen und in die Baukammerwandungen Kühlkanäle einzubauen, deren Lage spezifisch an das in dem Baubehälter 6 herzustellende Objekt angepasst ist. Die Kühlkanäle können so gewählt werden, dass besonders kritische Bereiche, die sich durch das Objekt 2 ergeben, besonders gut gekühlt werden, d. h. nicht nur der Baubehälter 6 ist objektformangepasst, sondern auch die Kühlkanäle eines generativ aufgebauten Baubehälters sind hinsichtlich ihrer Lage objektformoptimiert.
In Fig. 6 ist noch rein schematisch ein Ablauf eines Verfahrens dargestellt, bei welchem entweder ein geeigneter Baubehälter als objektformangepasst aus einer Mehrzahl von bevorrateten Behältern ausgewählt wird oder ein variabler Behälter durch Verschiebung einer Seitenwand 30 an die Form des Objektes angepasst wird. BEZUGSZEICHEN LISTE
Vorichtung
Objekt
Aufbaumaterial
Gehäuse
Prozesskammer
Baubehälter
Aufbringvorrichtung
Tragevorrichtung
Beschichterelement
10 Dosierbehälter
12 Bestrahlungsvorrichtung
13 Laser
14 Scannereinrichtung
15 Laserstrahl
16 Überlaufbehälter
17 Überlauföffnung
18 Prozesskammerboden
20 Öffnung
21 Einsatzplatten
30 Seitenwandung
V Verfahrweg
L Richtung
S Schichtauftragsrichtung

Claims

PAT E N TAN S P R Ü C H E
Vorrichtung (1 ) zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (2) durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines mittels Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials (3) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen, mit einem eine Prozesskammer (5) umschließenden Gehäuse (4), einem darin angeordneten Baubehälter (6),
einer Aufbringvorrichtung (7) zum Aufbringen von Schichten des Aufbaumaterials (3) auf eine Tragevorrichtung (8) im Baubehälter (6) oder eine zuvor gebildete Schicht, mit einem in einer
Schichtauftragsrichtung über eine Baufläche des Baubehälters (6) geführten Beschichterelement (9),
einer Dosiereinrichtung zum Zuführen des Aufbaumaterials (3) zur Aufbringvorrichtung (7),
einer Bestrahlungsvorrichtung (12) zum Bestrahlen von Schichten des Aufbaumaterials (3) an den dem jeweiligen Querschnitt des Objektes (2) entsprechenden Stellen mit einem fokussierten
Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, wobei
der Baubehälter (6) entweder als gesonderter Wechselbehälter oder als Bestandteil eines Wechselmoduls aus der Vorrichtung (1 ) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
in die Vorrichtung Objektform-angepasste Baubehälter (6) unterschiedlicher Größen und/oder Querschnittsformen einsetzbar sind, wobei in Montageendstellung deren Bauflächenabmessung in Schichtauftragsrichtung„S" kürzer ist als in einer dazu rechtwinkligen Richtung„L".
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Prozesskammerboden (18) zur Aufnahme von Baubehältern (6) unterschiedlicher Größen- und/oder Querschnittsformen mit wenigstens einer hinsichtlich ihrer Größe und/oder Querschnittsform veränderbaren oder an unterschiedlichen Baubehälterformen angepassten Baufeldöffnung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Objektform-angepasste Baubehälter (6) mit minimierten Abstand zur Öffnung eines Dosierbehälters (10) der Dosiereinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere nicht benötigte Baufeldöffnung(en) (20) des Prozesskammerbodens durch Einsatzplatten (21 ) abgedichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Objektform-angepassten
Baubehälters (6) und/oder des Überlaufbehälters (16) und/oder des Dosierbehälters (10) innerhalb der Prozesskammer (5) variabel auswählbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektform-angepasste Baubehälter (6) und der Überlaufbehälter (16) unter einer gemeinsamen Öffnung (20) des Prozesskammerbodens (18) angeordnet sind, nur einen Teil dieser Öffnung (20) einnehmen und ein verbleibender Teil durch wenigstens eine
Einsatzplatte (21 ) abgedeckt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierbehälter (10), ein Objektform- angepasster Baubehälter (6) und ein Überlaufbehälter (16) in
betriebsbereiter Anordnung fest in einem wechselbaren
Prozesskammerboden (18), einem Prozesskammerbodeneinsatz oder einem mit einem Prozesskammerboden (18) versehenen Wechselmodul angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Baubehälterwechsel der Verfahrweg „V" des Beschichterelementes (9) automatisch an die erforderliche
Beschichtungslänge bezogen auf den Objektform-angepassten
Baubehälter (6) bzw. die gewählte Behälterkonstellation anpassbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Seitenwandungen eines Objektform- angepassten Baubehälters (6) einen Abstand von höchstens 50mm insbesondere 20mm von einer einer Seitenwand am nächsten kommenden Stelle eines zu bauenden Objektes (2) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Breite des Beschichterelementes (9) und/oder die Breite des Dosierbehälters (10) an die Dimension des Baubehälters rechtwinkelig zur Schichtauftragsrichtung„S" angepasst ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der in die Vorrichtung (1 ) einsetzbare Objektform- angepasste Baubehälter (6) anhand von Baudaten eines in ihm
herzustellenden Objektes (2) durch ein generatives Bauverfahren hergestellt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Baubehälter (6) wenigstens eine zur
Verkleinerung oder Vergrößerung der Baufläche verschiebbare
Seitenwandung (30) aufweist, die in Montageendstellung des Baubehälters (6) quer zur Seitenauftragsrichtung„S" angeordnet ist.
13. Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten unter Verwendung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 , mit folgenden weiteren Merkmalen
Bestimmung der Maximalabmessungen eines herzustellenden Objektes (2) und Abspeicherung der Maximalabmessungen in einer Speichervorrichtung;
Vorsehen einer Mehrzahl von Baubehältern (6) unterschiedlicher Größen oder Formen oder Volumina und Abspeichern der Baubehälterdimensionen und/oder Formen und/oder Volumina in einem Speicher;
Auswahl eines Objektform-angepassten Bauehälters (6) aus der Mehrzahl der bevorrateten Baubehälter (6) durch Vergleich der Maximalabmessungen des herzustellenden Objektes (2) und der Größen und/oder Formen des Baubehälters (6);
Einsatz des ausgewählten Objektform-angepassten Baubehälters (6) in der Vorrichtung (1 ) derart, dass in Montageendstellung die Baufeldabmessungen des Objektform-angepassten Baubehälters (6) in Schichtauftragsrichtung„S" kürzer ist als in einer dazu rechtwinkeligen Richtung„L".
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Baubehälter in einem Wechselmagazin bereitgehalten werden und durch eine Steuerungsvorrichtung der Vorrichtung (1 ) ein Objektform-angepasster Baubehälter (6) ausgewählt und automatisch in die Vorrichtung (1 ) eingesetzt wird.
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