EP3826824A1 - Additive production device and associated additive production method - Google Patents

Additive production device and associated additive production method

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EP3826824A1
EP3826824A1 EP19755339.9A EP19755339A EP3826824A1 EP 3826824 A1 EP3826824 A1 EP 3826824A1 EP 19755339 A EP19755339 A EP 19755339A EP 3826824 A1 EP3826824 A1 EP 3826824A1
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EP
European Patent Office
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laser
building material
layer
less
equal
Prior art date
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Pending
Application number
EP19755339.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Paternoster
Albert Fruth
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.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an additive manufacturing device, an associated additive manufacturing method and a molded body produced by means of the same
  • Additive manufacturing devices and associated processes are generally characterized in that objects are produced layer by layer in them by solidifying an informal construction material.
  • the solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (e.g. laser sintering or laser melting or electron beam melting).
  • electromagnetic radiation or particle radiation e.g. laser sintering or laser melting or electron beam melting.
  • laser sintering or laser melting the area of incidence of a laser beam on a layer of the build-up material is moved over those points of the layer that correspond to the object cross section of the object to be produced in this layer.
  • the building material is usually solidified by irradiation with a CO2 laser.
  • the latter emits radiation with a wavelength of 10.6 pm and is used in particular because most polymer materials absorb radiation with a wavelength of 10.6 pm well. Since the focus size of the radiation on the building material depends on the wavelength, the greater the detail resolution can be achieved in the objects produced, the lower the wavelength of the radiation used for solidification.
  • DE 199 18 981 A1 proposes to mix the building material with an absorber that absorbs laser radiation with a wavelength of 500 to 1500 nm, so that an emission in this wavelength range is also emitted Lasers, for example an Nd-YAG or an Nd-YLF laser can be used and a better detail resolution can be achieved.
  • the use of absorber additives has a number of disadvantages.
  • the process costs increase due to the material costs of the absorber additives and the requirement of homogeneous mixing of the absorber additives with the building material or the application of the absorber additives to a layer of the building material.
  • the process window shrinks, i.e. the available temperature range for stable process control.
  • the process control is more difficult because inhomogeneities in the absorber quantity can lead to inhomogeneities in the manufactured object or its surface.
  • a dark absorber such as Soot leads to dark objects that can only be recolored with increased effort, e.g. if bright objects are desired where the dark color does not shimmer through.
  • the object of the present invention is therefore to provide a laser-based additive manufacturing device and an associated additive manufacturing method, by means of which objects with higher detail resolution can be produced in an additive manner without additional disadvantages.
  • An additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object has:
  • a layer application device for applying a building material layer by layer
  • a laser power modification device which is suitable for causing an increase in the laser power to bring about an increase in the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or with a reduction cause the laser power to drop the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 100 ps and / or greater than 100 ns.
  • energy in the form of laser radiation is selectively supplied to a layer of the building material.
  • the radiation strikes the building material in a working plane, which is generally a plane in which the upper side of the layer facing the energy input device lies.
  • the material heats up as a result of the energy supplied, as a result of which the building material is sintered or melted.
  • any layer application device known in the field of additive manufacturing which is capable of building material in layers, i.e. Layer-by-layer application can be part of the additive manufacturing device.
  • the layer application device only has to be suitable for applying an informal building material, in particular a powder, often with a stripping device ensuring a flat surface of an applied layer and thus a constant distance between the energy input device and the building material.
  • the layer application device is able to handle a polymer-containing building material, that is to say in particular a plastic powder or a powder that has a plastic portion that is to be melted by the energy supply.
  • the carbon monoxide laser can be a commercially available laser.
  • the radiation emitted by a carbon monoxide laser is usually in the range between 4 and 8 pm, for example between 5 and 6 pm.
  • the basic structure of the radiation supply devices that can be used can be the same as those used in the area of additive manufacturing when using CO2 lasers.
  • a radiation supply device contains a beam deflection device, by means of which the laser radiation is directed onto a layer of the building material.
  • the laser power modification device according to the invention is distinguished by the fact that, with appropriate control, it is able to change the laser power supplied to the building material within a short period of time, that is to say in particular the power impinging on the building material per unit area.
  • the time specified for a power increase relates to the difference between the times at which the existing laser power is increased by 10% or 90% of the power difference amount.
  • the power difference amount relates to the difference between the laser power per unit area supplied to the building material after the power increase and the laser power per unit area supplied to the building material before the power increase.
  • the time specified for a power reduction relates to the difference between the times at which the existing laser power is reduced by 10% or 90% of the power difference amount.
  • the power difference amount relates to the difference between the laser power per unit area supplied to the building material after the power reduction and the laser power per unit area supplied to the building material before the power reduction.
  • a continuous wave laser (cw laser) is preferably used in the present invention.
  • cw laser continuous wave laser
  • the advantage of continuous wave lasers is that they have narrow lines, which may result in better absorption in the material.
  • the laser power modification device is arranged in the beam path behind the carbon monoxide laser, in other words, the laser power modification device is not part of the carbon monoxide laser, but rather modifies the power of the laser radiation only after it has left the carbon monoxide laser.
  • a laser power modification device is therefore expressly not to be understood as a control device of the carbon monoxide laser. Rather, it becomes possible by means of the laser power modification device for a rapid increase and decrease in the radiation intensity when increasing and to reduce the radiant power supply to the building material. So this is not about pulse rise or fall times of a pulsed laser.
  • Carbon monoxide lasers usually cannot be switched on and off as quickly as carbon dioxide lasers.
  • the carbon monoxide laser can be switched at the same speed or even significantly higher speed than a carbon dioxide laser. Since, as a rule, the laser beam has to be switched on and off very often during the selective solidification of a build material layer, it is important for a fast production of objects by means of additive production if, according to the invention, no speed losses during the production process have to be accepted and nevertheless, the advantages of using short-wave radiation can be exploited.
  • the laser power modification device is preferably an acousto-optical or electro-optical modulator.
  • the modulators mentioned are particularly suitable for effecting rapid switching processes, in particular rapid switching or changing of the laser radiation supplied to the building material.
  • the laser radiation penetrating the laser power modification device in the zero order is fed to the locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer in order to solidify the building material.
  • this mode of operation of the acousto-optical or electro-optical modulator there is no beam deflection of the laser light penetrating the modulator, which is to be supplied to the building material. This eliminates errors that can be caused by changes in the deflection angle and simplifies the adjustment.
  • the radiation supply is switched off, energy is essentially withdrawn from the zero order into the higher orders.
  • the residual light which is still present when the radiation supply is switched off in the zero order can be tolerated, even if the building material is a polymer-containing building material.
  • the build material is normally heated to a working temperature just below the melting temperature by means of radiant heating.
  • the laser radiation then only supplies the missing residual energy for melting the material. Therefore, although one could assume that existing residual light leads to an unintentional melting of the building material, it has been shown that such an unintentional melting can be avoided when using polymer-containing building material, if either it is ensured that the “switched off” laser beam is not too long is directed to the same place of the building material or the working temperature is slightly lowered.
  • the available residual light is not critical, since in these cases a considerable percentage of the energy required for melting is supplied by the laser radiation, similar to laser processing.
  • the radiation supply device has a deflection device which is suitable for directing and / or directing laser radiation from the carbon monoxide laser to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer
  • a focusing device which is suitable for focusing laser radiation from the carbon monoxide laser onto the surface of a layer of building material.
  • an aperture size of the radiation feed device can also be selected to be smaller.
  • the dimensions of the optical elements for example the rotating mirror in a beam deflection device, can be smaller.
  • the finite acceleration time in reality due to the inert mass of the rotating mirror causes an offset between the current position of the beam on the building material, referred to as drag delay (sometimes also tracking error) and the intended position.
  • drag delay sometimes also tracking error
  • This behavior is particularly evident at the beginning and end of scan lines or hatch lines.
  • the drag delay Due to the higher acceleration of the rotary mirrors during rotary movements due to the lower inertial mass, the drag delay can advantageously be kept lower. Since, in addition, switching processes for the laser radiation can also take place quickly, the laser power to be entered per unit area can also be adapted to the drag delay in a more precise manner. In particular, the imaging accuracy (shape accuracy) increases for a given scanning speed.
  • the construction according to the invention with the laser power modification device described can therefore be advantageous.
  • the workpiece carrier and workpiece have such a large mass that accelerations that are not similar to those achieved when using a galvanometer scanner-based deflection device can be achieved
  • the additive manufacturing device preferably has a focusing device which is suitable for a focus diameter of less than or equal to 500 gm, preferably less than or equal to 300 gm, more preferably less than or equal to 250 gm and / or greater than or equal to 80 gm, more preferably greater than or equal to 100 gm, more preferably greater than or equal to 150 gm on the surface of a layer of building material.
  • a focus diameter can be defined as the mean or maximum diameter of the range within which the beam power is above the beam power maximum divided by e 2 , where e is Euler's number.
  • the deflection device is furthermore preferably suitable for moving the laser beam focus over the surface of the building material at a speed that is greater than or equal to 2 m / s and / or less than or equal to 50 m / s, preferably greater than or is 5 m / s and / or less than or equal to 30 m / s, more preferably greater than or equal to 8 m / s and / or less than or equal to 25 m / s.
  • an additive manufacturing method using such an additive manufacturing device, due to a small aperture size or characteristic dimension of the deflection and / or focusing device, the area of incidence of the laser radiation on the building material is moved at a high speed in comparison to the prior art. Nevertheless, due to the wavelength of the radiation, sufficient energy is introduced to cause the building material to solidify. Objects are thus produced within a shorter period of time in comparison to the prior art, without having to accept losses in quality, in particular in the resolution of details. For the specified values for the speed, it was assumed that the distance between the Deflection device or the rotating mirror and the surface of the build material layer to be selectively strengthened is approximately 50 cm.
  • the laser beam focus can preferably be in mutually parallel hatching lines with a mutual spacing of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm and / or more than 0.05 mm the surface of the building material is moved and / or a beam offset of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm, is set.
  • This beam offset generally perpendicular to the contour, ensures that when the contour is scanned on the construction material, despite a finite diameter of the radiation impingement area, the outer dimension specified in the model data of the object to be produced is realized as precisely as possible on the object being manufactured.
  • a building material is applied layer by layer and by means of an energy input device which has a carbon monoxide laser and a radiation supply device, laser radiation of the carbon monoxide laser by means of the radiation supply device places in each layer which corresponds to the cross section of the Object assigned in this layer are supplied.
  • the power output modification device causes an increase in the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or if the laser power is reduced, a drop in the amount impinging on the building material Performance per unit area within a period less than 300 ps and / or greater than 50 ns.
  • the additive manufacturing method according to the invention achieves the same advantages that result from using the additive manufacturing device according to the invention.
  • the building material is preferably essentially absorber-free.
  • aborber-free expresses the fact that essentially no materials suitable for increasing the absorption of the laser radiation are added to the building material.
  • auxiliaries to increase the absorption of the laser radiation is completely dispensed with.
  • this refers to the fact that the build material is not mixed with absorber additives, and on the other hand, no absorber is applied to a build material layer before it is solidified.
  • an additive manufacturing process is easier if the use of absorber auxiliaries is dispensed with.
  • there are fewer restrictions on the color of the objects since bright objects in particular are easily available.
  • the additive manufacturing method according to the invention and the additive manufacturing device according to the invention bring advantages in all additive manufacturing processes in which a construction material is used which absorbs the radiation from the carbon monoxide laser well.
  • the building material preferably contains a polymer, preferably in the form of a polymer powder, and / or coated sand and / or a ceramic material, preferably in the form of a ceramic powder. It has been shown that polymers, in particular PA11 and PA12, absorb the radiation from a carbon monoxide laser to a high degree. The inventors have no previous Twists of a carbon monoxide laser for melting polymers, in particular in the field of additive manufacturing, are known.
  • the building material further preferably comprises a polymer-containing material and in particular contains a polyamide, polypropylene (PP), polyetherimide, polycarbonate, polyphenylsulfone, polyphenyloxide, polyether sulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin , Polystyrene, polyphenyl sulfide, polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyether retherketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK).
  • PP polypropylene
  • PEEK polyether ketone
  • PAEK polyaryl ether ketone
  • the powdery building material can contain, for example, at least one of the polymers selected from the group formed from the following polymers: polyetherimides, polycarbonates, polyphenylsulfones, polyphenyloxides, polyethersulfones, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, polyacrylates, polyesters , Polyamides, polyaryl ether ketones, polyethers, polyurethanes, polyimides, polyamideimides, polyolefins, polystyrenes, polyphenyl sulfides, polyvinylidene fluorides, polyamide elastomers such as polyether block amides and copolymers which contain at least two different monomer units of the abovementioned polymers.
  • polymers selected from the group formed from the following polymers: polyetherimides, polycarbonates, polyphenylsulfones, polyphenyloxides, polyethersulfones, acrylonitrile-butadiene-
  • Suitable polyester polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyalkylene terephthalates (e.g. PET, PBT) and their copolymers.
  • Suitable polyolefin polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene.
  • Suitable polystyrene polymers or copolymers can be selected from the group consisting of syndiotactic and isotactic polystyrenes.
  • the powdery building material can additionally or alternatively contain at least one polyblend based on at least two of the aforementioned polymers and copolymers. With the plastic as a matrix, additives, e.g. Free-flowing aids, fillers, pigments, etc. may be present, but preferably no absorber additives.
  • an area solidified in the area of incidence of the laser radiation on the building material layer has a dimension in the layer plane of less than about 300 gm, preferably less than about 250 mhi, particularly preferably less than about 200 gm.
  • the layers of the building material are preferably applied with a thickness of less than 80 mhh, preferably less than 60 gm, more preferably less than 50 gm and / or a thickness of 10 gm or more, more preferably 25 gm or more.
  • a smaller aperture size or characteristic dimension can be used in the deflection and / or focusing device than in the prior art.
  • the area of incidence of the laser radiation on the building material can therefore be moved at a higher speed than in the prior art.
  • Objects can thus be produced within a shorter period of time compared to the prior art. This is used to obtain objects with a better resolution of details perpendicular to the building material layers.
  • building material layers of a smaller thickness are applied or solidified. Although this increases the total number of building material layers to be applied and solidified for the production of the object, the production time remains within the limits due to the higher travel speed of the radiation impingement area.
  • a molded body produced by an additive manufacturing method according to the invention can have details of a small dimension, although the use of absorber additives has been dispensed with for the production.
  • the shaped body in particular made of polyamide, polypropylene (PP), polyetherimide, polycarbonate, polyphenylsulfone, polyphenyloxide, polyether sulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin, polystyrene, polyphenylsulfide, Polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyether ether ketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK), less than 0.01 wt .-% absorber material.
  • PP polypropylene
  • PEEK polyether ketone
  • PAEK polyaryl ether ketone
  • molded articles made of a plastic-containing material can be obtained.
  • absorber additives can also be seen in the molded articles themselves, which, for example, are free from soot and can therefore be obtained in a lighter color without the need for subsequent coloring.
  • FIG. 1 shows a schematic view, partly in section, of an exemplary device for additively producing a three-dimensional object according to the invention.
  • a laser sintering or melting device 1 shown as an example of an additive manufacturing device contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4.
  • a construction container 5 with an open top is arranged with a container wall 6.
  • a working level 7 is defined through the upper opening of the building container 5, the area of the working level 7 lying within the opening which can be used to build up the object 2 being referred to as the building area 8.
  • a carrier 10 Arranged in the building container 5 is a carrier 10 which can be moved in a vertical direction V and on which a base plate 11 is attached, which closes the container 5 at the bottom and thus forms the bottom thereof.
  • the base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fastened to the carrier 10, or it may be formed integrally with the carrier 10.
  • a building platform 12 can also be attached to the base plate 11 as a building base on which the object 2 is built.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document. 1 shows the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 below the working plane 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by construction material 13 that has remained unconsolidated.
  • the laser sintering or melting device 1 further contains a storage container 14 for a building material 15, in this example a powder that can be solidified by electromagnetic radiation, and a coating device 16 movable in a horizontal direction H as a material application device for applying the building material 15 in layers of the construction field 8.
  • a heating device for example a radiation heater 17, can be arranged in the process chamber 3, which serves to heat the applied building material.
  • an infrared radiator can be provided as the radiation heater 17.
  • the exemplary additive manufacturing device 1 also contains an energy input device 20 with a carbon monoxide laser 21, which generates a laser beam 22, which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device.
  • the laser sold by Coherent under the name "DIAMOND J-3-5 CO Laser” can be used as the carbon monoxide laser.
  • the deflection device 23 essentially consists of a galvanometer mirror for the deflection in the X direction and the deflection in the Y direction, it being assumed that the working plane 7 expands in the X and Y directions.
  • a laser power modification device 27 in the beam path between the carbon monoxide laser 21 and the deflection device 23, which is an acousto-optic modulator in the present example.
  • modulators are sold for example by the company Gooch & Housego PLC in Ilminster UK, for example the model I-MOXX-XC11 B76-P5-GH105 can be controlled with up to 60MFIz.
  • the laser beam 22 emitted by the carbon monoxide laser 21 is split in the acousto-optical modulator 27 into a beam 22a and a beam 22b supplied to the deflection device 23.
  • beam 22a is the zero order of the diffraction pattern
  • beam 22b is the first order of the diffraction pattern.
  • the laser power modification device 27 serves to attenuate the beam 22 emitted by the carbon monoxide laser 21, in order to thus modulate its power.
  • the beam 22a fed to the deflection device 23 runs in the same direction as the beam 22 which is emitted by the carbon monoxide laser 21. Even if fluctuations in the ambient conditions lead to fluctuations in the behavior of the acousto-optical modulator, this has no effect on the direction of the beam supplied to the deflection device 23.
  • the power in the beam 22 is essentially directed into the higher orders in order to switch off the beam in order to achieve as little power as possible in the zero order.
  • the beam supplied to the deflection device 23 is thus essentially switched off and on by the acousto-optical modulator 27.
  • the residual power that is still available when the device is switched off in the zero order is in the range of a few percent and is tolerable, since it generally cannot cause unintentional solidification of the building material.
  • the presence of residual light from the radiation source used for solidification is known in the prior art and is referred to there as "bleeding".
  • the laser sintering device 1 also contains a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process.
  • the control device can also be attached partially or entirely outside the additive manufacturing device.
  • the control device can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a storage device, from where it can be loaded (e.g. via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
  • control device 29 lowers the carrier 10 layer by layer, the coater 16 is activated to apply a new powder layer, and the laser power modification device 27, the deflection device 23 and, if appropriate, also the laser 21 and / or the focusing device 24 are activated Solidification of the respective layer at the points corresponding to the respective object by means of the laser by scanning these points with the laser.
  • a manufacturing process takes place in such a way that the control unit 29 processes a control data record.
  • an energy input device Through the control data set, an energy input device, in the case of the above
  • Laser sintering or laser melting device especially the deflection device 23, for each the point in time during the solidification process is given, to which point on the working plane 7 radiation is to be directed.
  • another optical device can also be used as the laser power modification device, provided that it is able to within a short period of time the laser power supplied to the building material, that is to say in particular the power impinging on the building material per unit area.
  • a correspondingly quickly controllable photoelastic modulator (PEM) or an adequate delay plate (e.g. 1/2 plate) could also be used together with a polarizer.

Abstract

The invention relates to an additive production device for producing a three-dimensional object, comprising a layer application device (16) for applying a building material layer to layer, an energy input device (20) which comprises a carbon monoxide laser (21) and a radiation supply device for supplying laser radiation of the carbon monoxide laser to points in each layer which are associated with the cross-section of the object in said layer, and a laser power modification device (27) which, in the event of an increase in laser power, is suitable to cause an increase in the power impinging on the building material per unit of area within a period of time, which is less than 300 μs and/or greater than 50 ns, and/or, in the event of a reduction in laser power, to cause a drop in the power impinging on the building material per unit of area within a period of time, which is less than 100 μs and/or greater than 100 ns.

Description

Additive Herstellvorrichtung und zugeordnetes additives Herstellverfahren  Additive manufacturing device and associated additive manufacturing process
Die Erfindung betrifft eine additive Herstellvorrichtung, ein zugeordnetes additives Herstellverfahren und einen mittels derselben hergestellten Formkörper The invention relates to an additive manufacturing device, an associated additive manufacturing method and a molded body produced by means of the same
Additive Herstellvorrichtungen und zugehörige Verfahren (auch als„Additive Manufacturing“ bezeichnet) sind allgemein dadurch charakterisiert, dass in ihnen Objekte durch Verfestigen eines formlosen Aufbaumaterials Schicht für Schicht hergestellt werden. Die Verfestigung kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärmeenergie zum Aufbaumaterial mittels Bestrahlens desselben mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenstrahlung (z.B. Lasersintern oder Laserschmelzen oder Elektronenstrahl- schmelzen) herbeigeführt werden. Beispielsweise beim Lasersintern oder Laser- schmelzen wird der Auftreffbereich eines Laserstrahls auf eine Schicht des Aufbauma- terials über jene Stellen der Schicht bewegt, die dem Objektquerschnitt des herzustel- lenden Objekts in dieser Schicht entsprechen. Additive manufacturing devices and associated processes (also referred to as “additive manufacturing”) are generally characterized in that objects are produced layer by layer in them by solidifying an informal construction material. The solidification can be brought about, for example, by supplying thermal energy to the building material by irradiating it with electromagnetic radiation or particle radiation (e.g. laser sintering or laser melting or electron beam melting). For example, in laser sintering or laser melting, the area of incidence of a laser beam on a layer of the build-up material is moved over those points of the layer that correspond to the object cross section of the object to be produced in this layer.
Wenn als Aufbaumaterial ein Kunststoffpulver (Polymerpulver) gewählt wird, so wird üblicherweise eine Verfestigung des Aufbaumaterials mittels Bestrahlung mit einem CO2-Laser bewirkt. Letzterer emittiert Strahlung einer Wellenlänge von 10,6 pm und wird insbesondere deshalb verwendet, weil die meisten Polymermaterialien Strahlung einer Wellenlänge von 10,6 pm gut absorbieren. Da die Fokusgröße der Strahlung auf dem Aufbaumaterial von der Wellenlänge ab- hängig ist, lässt sich bei den hergestellten Objekten eine umso größere Detailauflösung erzielen, je geringer die Wellenlänge der zum Verfestigen verwendeten Strah- lung ist. Wegen der schlechten Absorption kürzerer Wellenlängen als 10,6 pm durch Polymermaterialien, schlägt DE 199 18 981 A1 vor, das Aufbaumaterial mit einem Ab- sorber zu vermischen, der Laserstrahlung einer Wellenlänge von 500 bis 1500 nm absorbiert, sodass auch ein in diesem Wellenlängenbereich emittierender Laser, beispielsweise ein Nd-YAG- oder ein Nd-YLF-Laser zum Einsatz kommen kann und eine bessere Detailauflösung erreicht werden kann. If a plastic powder (polymer powder) is selected as the building material, the building material is usually solidified by irradiation with a CO2 laser. The latter emits radiation with a wavelength of 10.6 pm and is used in particular because most polymer materials absorb radiation with a wavelength of 10.6 pm well. Since the focus size of the radiation on the building material depends on the wavelength, the greater the detail resolution can be achieved in the objects produced, the lower the wavelength of the radiation used for solidification. Because of the poor absorption of shorter wavelengths than 10.6 pm by polymer materials, DE 199 18 981 A1 proposes to mix the building material with an absorber that absorbs laser radiation with a wavelength of 500 to 1500 nm, so that an emission in this wavelength range is also emitted Lasers, for example an Nd-YAG or an Nd-YLF laser can be used and a better detail resolution can be achieved.
Der Einsatz von Absorberadditiven bringt allerdings eine Anzahl von Nachteilen mit sich. Zum einen erhöhen sich die Prozesskosten infolge der Materialkosten der Absorberadditive und des Erfordernisses der homogenen Vermischung der Absorberadditive mit dem Aufbaumaterial bzw. des Aufbringen der Absorberadditive auf eine Schicht des Aufbaumaterials. Desweiteren schrumpft das Prozessfenster, also der zur Verfügung stehende Temperaturbereich für eine stabile Prozessführung. Ferner ist die Prozessregelung schwieriger, weil Inhomogenitäten in der Absorbermenge zu Inhomogenitäten im hergestellten Objekt bzw. dessen Oberfläche führen können. Schließ lich ist es schwieriger, Objekte mit einer gewünschten Farbe zu erhalten: Ein dunkler Absorber, wie z.B. Ruß, führt zu dunklen Objekten, die sich nur unter erhöhtem Aufwand umfärben lassen, wenn z.B. helle Objekte gewünscht sind, bei denen nicht die dunkle Farbe durchschimmert. However, the use of absorber additives has a number of disadvantages. On the one hand, the process costs increase due to the material costs of the absorber additives and the requirement of homogeneous mixing of the absorber additives with the building material or the application of the absorber additives to a layer of the building material. Furthermore, the process window shrinks, i.e. the available temperature range for stable process control. Furthermore, the process control is more difficult because inhomogeneities in the absorber quantity can lead to inhomogeneities in the manufactured object or its surface. After all, it is more difficult to obtain objects with a desired color: a dark absorber, such as Soot leads to dark objects that can only be recolored with increased effort, e.g. if bright objects are desired where the dark color does not shimmer through.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer laserbasierten additiven Herstellvorrichtung und eines zugehörigen additiven Herstellverfahrens, mittels derer Objekte mit höherer Detailauflösung ohne zusätzliche Nachteile auf additive Weise hergestellt werden können. The object of the present invention is therefore to provide a laser-based additive manufacturing device and an associated additive manufacturing method, by means of which objects with higher detail resolution can be produced in an additive manner without additional disadvantages.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 , ein additives Herstellverfahren nach Anspruch 8 und einen Formkörper nach Anspruch 14. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen bean- sprucht. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch unten- stehende bzw. in den abhängigen Ansprüchen ausgeführte Merkmale der erfindungs- gemäßen Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt. Ferner können die im Zu- sammenhang mit einer Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch zur Weiterbildung einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, selbst wenn dies nicht explizit angegeben wird. The object is achieved by an additive manufacturing device according to claim 1, an additive manufacturing method according to claim 8 and a molded body according to claim 14. Further developments of the invention are claimed in the dependent claims. sprucht. In particular, a device according to the invention can also be further developed by the features of the methods according to the invention shown below or in the dependent claims and vice versa. Furthermore, the features described in connection with one device can also be used to develop another device according to the invention, even if this is not explicitly stated.
Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimen- sionalen Objekts weist auf: An additive manufacturing device according to the invention for manufacturing a three-dimensional object has:
eine Schichtauftragsvorrichtung zum Aufträgen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht,  a layer application device for applying a building material layer by layer,
eine Energieeintragseinrichtung, welche  an energy input device, which
einen Kohlenmonoxidlaser, und  a carbon monoxide laser, and
eine Strahlungszufuhreinrichtung zum Zuführen von Laserstrahlung des Kohlenmonoxidlasers zu Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, aufweist,  has a radiation feed device for feeding laser radiation of the carbon monoxide laser to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer,
und and
eine Laserleistungsmodifikationsvorrichtung, welche geeignet ist, bei einer Er- höhung der Laserleistung einen Anstieg der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, und/oder bei einer Reduzierung der Laserleis- tung einen Abfall der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächenein- heit innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, der geringer als 100 ps und/oder größer als 100 ns ist.  a laser power modification device which is suitable for causing an increase in the laser power to bring about an increase in the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or with a reduction cause the laser power to drop the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 100 ps and / or greater than 100 ns.
Bei additiven Herstellvorrichtungen und -verfahren, auf die sich die vorliegende Erfin- dung bezieht, wird Energie in Form von Laserstrahlung selektiv einer Schicht des Auf- baumaterials zugeführt. Die Strahlung trifft dabei in einer Arbeitsebene auf das Auf- baumaterial, die in der Regel eine Ebene ist, in der die der Energieeintragseinrichtung zugewandte Oberseite der Schicht liegt. Infolge der zugeführten Energie erwärmt sich das Material, wodurch das Aufbaumaterial versintert oder aufgeschmolzen wird. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer additiven Herstellvorrichtung nicht nur ein Objekt, sondern auch mehrere Objekte gleichzeitig hergestellt werden können. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von der Herstellung eines Objekts die Rede ist, dann versteht es sich, dass die jeweilige Beschreibung in gleicher Weise auch auf additive Herstellverfahren und -Vorrichtungen anwendbar ist, bei denen mehrere Ob- jekte gleichzeitig hergestellt werden. In additive manufacturing devices and methods to which the present invention relates, energy in the form of laser radiation is selectively supplied to a layer of the building material. The radiation strikes the building material in a working plane, which is generally a plane in which the upper side of the layer facing the energy input device lies. The material heats up as a result of the energy supplied, as a result of which the building material is sintered or melted. It should be noted at this point that not only one object, but also several objects can be produced simultaneously using an additive manufacturing device. If the present application refers to the production of an object, then it goes without saying that the respective description can also be applied in the same way to additive production methods and devices in which a plurality of objects are produced at the same time.
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Schichtauftragsvorrichtung in der erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung bestehen keinerlei Beschränkungen. Jede im Be- reich der additiven Fertigung bekannte Schichtauftragsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Aufbaumaterial schichtweise, d.h. Schicht auf Schicht, aufzutragen, kann Bestandteil der additiven Herstellvorrichtung sein. Die Schichtauftragsvorrichtung muss lediglich geeignet sein, ein formloses Aufbaumaterial, insbesondere ein Pulver, aufzutragen, wobei oftmals mittels einer Abstreifvorrichtung für eine ebene Oberfläche einer aufgetragenen Schicht und damit für einen konstanten Abstand zwischen Energieeintragseinrichtung und Aufbaumaterial gesorgt wird. There are no restrictions with regard to the configuration of the layer application device in the additive manufacturing device according to the invention. Any layer application device known in the field of additive manufacturing, which is capable of building material in layers, i.e. Layer-by-layer application can be part of the additive manufacturing device. The layer application device only has to be suitable for applying an informal building material, in particular a powder, often with a stripping device ensuring a flat surface of an applied layer and thus a constant distance between the energy input device and the building material.
Insbesondere ist die Schichtauftragsvorrichtung in der Lage, ein polymerhaltiges Aufbaumaterial zu handhaben, also insbesondere ein Kunststoffpulver bzw. ein Pulver, das einen Kunststoffanteil aufweist, der durch die Energiezufuhr aufgeschmolzen werden soll. In particular, the layer application device is able to handle a polymer-containing building material, that is to say in particular a plastic powder or a powder that has a plastic portion that is to be melted by the energy supply.
Bei dem Kohlenmonoxidlaser kann es sich um einen kommerziell erhältlichen Laser handeln. Üblicherweise liegt die von einem Kohlenmonoxidlaser emittierte Strahlung im Bereich zwischen 4 und 8 pm, beispielsweise zwischen 5 und 6 pm. Die verwendbaren Strahlungszufuhreinrichtungen können in ihrem prinzipiellen Aufbau die gleichen sein, die im Bereich des Additive Manufacturing bei der Verwendung von CO2- Lasern zum Einsatz kommen. In der Regel enthält eine Strahlungszufuhreinrichtung eine Strahlablenkeinrichtung, mittels welcher die Laserstrahlung auf eine Schicht des Aufbaumaterials gelenkt wird. Die erfindungsgemäß vorhandene Laserleistungsmodifikationsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei entsprechender Ansteuerung in der Lage ist, innerhalb eines kurzen Zeitraums die dem Aufbaumaterial zugeführte Laserleistung, also insbe- sondere die pro Flächeneinheit auf das Aufbaumaterial auftreffende Leistung, abzu- ändern. Dabei bezieht sich die für eine Leistungserhöhung spezifizierte Zeit auf die Differenz zwischen den Zeitpunkten, zu denen die vorhandene Laserleistung um 10 % bzw. 90 % des Leistungsdifferenzbetrags erhöht ist. Hierbei bezieht sich der Leis- tungsdifferenzbetrag auf den Unterschied zwischen der nach der Leistungserhöhung dem Aufbaumaterial zugeführten Laserleistung pro Flächeneinheit und der vor der Leistungserhöhung dem Aufbaumaterial zugeführten Laserleistung pro Flächenein- heit. In gleicher weise bezieht sich die für eine Leistungsreduzierung spezifizierte Zeit auf die Differenz zwischen den Zeitpunkten, zu denen die vorhandene Laserleistung um 10 % bzw. 90 % des Leistungsdifferenzbetrags reduziert ist. Hierbei bezieht sich der Leistungsdifferenzbetrag auf den Unterschied zwischen der nach der Leistungsre- duzierung dem Aufbaumaterial zugeführten Laserleistung pro Flächeneinheit und der vor der Leistungsreduzierung dem Aufbaumaterial zugeführten Laserleistung pro Flächeneinheit. The carbon monoxide laser can be a commercially available laser. The radiation emitted by a carbon monoxide laser is usually in the range between 4 and 8 pm, for example between 5 and 6 pm. The basic structure of the radiation supply devices that can be used can be the same as those used in the area of additive manufacturing when using CO2 lasers. As a rule, a radiation supply device contains a beam deflection device, by means of which the laser radiation is directed onto a layer of the building material. The laser power modification device according to the invention is distinguished by the fact that, with appropriate control, it is able to change the laser power supplied to the building material within a short period of time, that is to say in particular the power impinging on the building material per unit area. The time specified for a power increase relates to the difference between the times at which the existing laser power is increased by 10% or 90% of the power difference amount. Here, the power difference amount relates to the difference between the laser power per unit area supplied to the building material after the power increase and the laser power per unit area supplied to the building material before the power increase. In the same way, the time specified for a power reduction relates to the difference between the times at which the existing laser power is reduced by 10% or 90% of the power difference amount. Here, the power difference amount relates to the difference between the laser power per unit area supplied to the building material after the power reduction and the laser power per unit area supplied to the building material before the power reduction.
Bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung ein Dauerstrichlaser (cw-Laser) verwendet. Mit anderen Worten, es findet bevorzugt keine Gütemodulation (Q-switching) des Laserresonators statt. Der Vorteil von Dauerstrichlasern liegt darin, dass sie schmale Linien aufweisen, wodurch unter Umständen eine bessere Absorption im Ma- terial gegeben ist. A continuous wave laser (cw laser) is preferably used in the present invention. In other words, there is preferably no Q-switching of the laser resonator. The advantage of continuous wave lasers is that they have narrow lines, which may result in better absorption in the material.
Es sei in diesem Zusammenhang betont, dass die Laserleistungsmodifikationsvorrich- tung im Strahlengang hinter dem Kohlenmonoxidlaser angeordnet ist, mit anderen Worten, die Laserleistungsmodifikationsvorrichtung ist nicht Bestandteil des Kohlen- monoxidlasers, sondern modifiziert die Leistung der Laserstrahlung erst nachdem die- se den Kohlenmonoxidlaser verlassen hat. Unter einer Laserleistungsmodifikations- vorrichtung wird also ausdrücklich nicht eine Steuervorrichtung des Kohlenmonoxidla- sers verstanden. Vielmehr wird es mittels der Laserleistungsmodifikationsvorrichtung möglich, für einen raschen Anstieg und Abfall der Strahlungsintensität beim Erhöhen und Verringern der Strahlungsleistungszufuhr zum Aufbaumaterial zu sorgen. Es geht hierbei also nicht um Pulsanstiegs- oder Pulsabfallszeiten eines gepulsten Lasers. It should be emphasized in this context that the laser power modification device is arranged in the beam path behind the carbon monoxide laser, in other words, the laser power modification device is not part of the carbon monoxide laser, but rather modifies the power of the laser radiation only after it has left the carbon monoxide laser. A laser power modification device is therefore expressly not to be understood as a control device of the carbon monoxide laser. Rather, it becomes possible by means of the laser power modification device for a rapid increase and decrease in the radiation intensity when increasing and to reduce the radiant power supply to the building material. So this is not about pulse rise or fall times of a pulsed laser.
Es wurde festgestellt, dass die von einem Kohlenmonoxidlaser emittierte Strahlung von Polymermaterialien, beispielsweise Polyamid, sehr gut absorbiert wird, sodass auf den Einsatz von Absorbermaterialien verzichtet werden kann. Gleichzeitig kann auf- grund der im Vergleich zum Kohlendioxidlaser verringerten Wellenlängen eine bessere Detailauflösung erzielt werden. Infolge des verringerten Strahlfokus ist es desweite- ren möglich, zu besseren Oberflächen der hergestellten Objekte, insbesondere einer geringeren Oberflächenrauigkeit, zu gelangen. It was found that the radiation emitted by a carbon monoxide laser from polymer materials, for example polyamide, is absorbed very well, so that the use of absorber materials can be dispensed with. At the same time, due to the reduced wavelengths compared to the carbon dioxide laser, better detail resolution can be achieved. As a result of the reduced beam focus, it is also possible to achieve better surfaces of the objects produced, in particular a lower surface roughness.
Kohlenmonoxidlaser lassen sich normalerweise nicht so schnell an- und abschalten wie Kohlendioxidlaser. Infolge der erfindungsgemäß vorhandenen Laserleistungsmodifikationsvorrichtung kann jedoch der Kohlenmonoxidlaser mit gleicher Geschwindigkeit oder sogar deutlich höherer Geschwindigkeit als ein Kohlendioxidlaser geschaltet werden. Da während des selektiven Verfestigens einer Aufbaumaterialschicht der Laserstrahl in der Regel sehr oft an- und ausgeschaltet werden muss, ist es daher für eine schnelle Fertigung von Objekten mittels additiver Herstellung von Belang, wenn erfindungsgemäß keine Geschwindigkeitseinbußen beim Herstellvorgang in Kauf ge- nommen werden müssen und trotzdem die Vorteile der Verwendung einer kurzwelli geren Strahlung ausgenutzt werden können. Carbon monoxide lasers usually cannot be switched on and off as quickly as carbon dioxide lasers. As a result of the laser power modification device provided according to the invention, however, the carbon monoxide laser can be switched at the same speed or even significantly higher speed than a carbon dioxide laser. Since, as a rule, the laser beam has to be switched on and off very often during the selective solidification of a build material layer, it is important for a fast production of objects by means of additive production if, according to the invention, no speed losses during the production process have to be accepted and nevertheless, the advantages of using short-wave radiation can be exploited.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Laserleistungsmodifikationsvorrichtung um einen akustooptischen oder elektrooptischen Modulator. The laser power modification device is preferably an acousto-optical or electro-optical modulator.
Die genannten Modulatoren sind besonders geeignet, schnelle Schaltvorgänge, ins- besondere ein schnelles Schalten bzw. Abändern der dem Aufbaumaterial zugeführten Laserstrahlung zu bewirken.  The modulators mentioned are particularly suitable for effecting rapid switching processes, in particular rapid switching or changing of the laser radiation supplied to the building material.
Weiter bevorzugt wird die die Laserleistungsmodifikationsvorrichtung in nullter Ord- nung durchdringende Laserstrahlung den Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zur Verfestigung des Aufbaumaterials zugeführt. Bei dieser Betriebsweise des akustooptischen oder elektrooptischen Modulators kommt es nicht zu einer Strahlablenkung des den Modulator durchdringenden Laser- lichts, welches dem Aufbaumaterial zugeführt werden soll. Dies schließt Fehler aus, die durch Änderungen des Ablenkwinkels hervorgerufen werden können und verein- facht die Justierung. Beim Abschalten der Strahlungszufuhr wird im Wesentlichen Energie von der nullten Ordnung in die höheren Ordnungen abgezogen. It is further preferred that the laser radiation penetrating the laser power modification device in the zero order is fed to the locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer in order to solidify the building material. In this mode of operation of the acousto-optical or electro-optical modulator, there is no beam deflection of the laser light penetrating the modulator, which is to be supplied to the building material. This eliminates errors that can be caused by changes in the deflection angle and simplifies the adjustment. When the radiation supply is switched off, energy is essentially withdrawn from the zero order into the higher orders.
Wie die Erfinder feststellen konnten, kann das beim Abschalten der Strahlungszufuhr in der nullten Ordnung noch vorhandene Restlicht toleriert werden, selbst wenn es sich bei dem Aufbaumaterial um ein polymerhaltiges Aufbaumaterial handelt. Wenn bei der additiven Fertigung von Objekten ein polymerhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, dann wird normalerweise das Aufbaumaterial mittels einer Strahlungshei- zung auf eine Arbeitstemperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur aufgeheizt. Die Laserstrahlung führt dann nur noch die fehlende Restenergie für ein Aufschmelzen des Materials zu. Obwohl man daher annehmen könnte, dass vorhandenes Restlicht zu einem unbeabsichtigen Aufschmelzen von Aufbaumaterial führt, zeigte es sich, dass sich solch ein unbeabsichtigtes Aufschmelzen bei Verwendung von polymerhaltigem Aufbaumaterial vermeiden lässt, wenn entweder dafür gesorgt wird, dass das "abgeschaltete" Laserstrahlbündel nicht zu lange auf dieselbe Stelle des Aufbaumaterials gerichtet ist oder aber die Arbeitstemperatur geringfügig abgesenkt wird. Bei Verwendung von metallbasiertem Aufbaumaterial, insbesondere Stahlpulver, ist das vorhandene Restlicht unkritisch, da in diesen Fällen ein beträchtlicher Prozentsatz der zum Aufschmelzen nötigen Energie durch die Laserstrahlung zugeführt wird, ähnlich wie bei der Laserbearbeitung. As the inventors have been able to determine, the residual light which is still present when the radiation supply is switched off in the zero order can be tolerated, even if the building material is a polymer-containing building material. If a polymer-containing build material is used in the additive manufacturing of objects, the build material is normally heated to a working temperature just below the melting temperature by means of radiant heating. The laser radiation then only supplies the missing residual energy for melting the material. Therefore, although one could assume that existing residual light leads to an unintentional melting of the building material, it has been shown that such an unintentional melting can be avoided when using polymer-containing building material, if either it is ensured that the “switched off” laser beam is not too long is directed to the same place of the building material or the working temperature is slightly lowered. When using metal-based building material, in particular steel powder, the available residual light is not critical, since in these cases a considerable percentage of the energy required for melting is supplied by the laser radiation, similar to laser processing.
Weiter bevorzugt weist bei der additiven Herstellvorrichtung die Strahlungszufuhreinrichtung eine Ablenkeinrichtung auf, die geeignet ist, Laserstrahlung des Kohlenmo- noxidlasers zu Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zu lenken und/oder Further preferably, in the additive manufacturing device, the radiation supply device has a deflection device which is suitable for directing and / or directing laser radiation from the carbon monoxide laser to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer
eine Fokussiereinrichtung, die geeignet ist, Laserstrahlung des Kohlenmonoxidlasers auf die Oberfläche einer Aufbaumaterialschicht zu fokussieren. Dabei ist eine charakteristische Abmessung, insbesondere eine Aperturgröße, der Ablenk- und/oder Fokussiereinrichtung, geringer oder gleich etwa 50 mm, vorzugsweise geringer oder gleich etwa 20 mm, besonders bevorzugt geringer oder gleich etwa 10 mm, und/oder größer oder gleich 5 mm. a focusing device which is suitable for focusing laser radiation from the carbon monoxide laser onto the surface of a layer of building material. There is one characteristic dimension, in particular an aperture size, of the deflection and / or focusing device, less than or equal to about 50 mm, preferably less than or equal to about 20 mm, particularly preferably less than or equal to about 10 mm, and / or greater than or equal to 5 mm.
Infolge der gegenüber dem CO2-Laser verringerten Wellenlänge kann wie bereits er- wähnt ein geringerer Fokusdurchmesser erzielt werden. Dies bedingt, dass auch eine Aperturgröße der Strahlungszufuhreinrichtung geringer gewählt werden kann. Dies wiederum bedingt, dass die Abmessungen der optischen Elemente, beispielsweise der Drehspiegel in einer Strahlablenkvorrichtung, kleiner sein können. Für eine Strahl- ablenkvorrichtung bedeutet dies konkret, dass in Folge der geringeren Abmessung der Drehspiegel auch deren träge Masse geringer ist, woraus eine höhere Beschleu- nigung bei Drehbewegungen resultiert. Bei Bewegungsänderungen bei der Bewegung eines zum Verfestigen verwendeten Laserstrahls über das Aufbaumaterial bedingt die in der Realität infolge der trägen Masse der Drehspiegel vorhandene endliche Be- schleunigungszeit einen als Schleppverzug (manchmal auch Schleppfehler) bezeich- neten Versatz zwischen der aktuellen Position des Strahls auf dem Baumaterial und der intendierten Position. Insbesondere kommt dieses Verhalten am Beginn und am Ende von Abtastlinien bzw. Hatchlinien zum Tragen. Durch die höhere Beschleuni- gung der Drehspiegel bei Drehbewegungen infolge der geringeren trägen Masse kann der Schleppverzug in vorteilhafter weise geringer gehalten werden. Da darüber hin- aus auch Schaltvorgänge für die Laserstrahlung rasch vonstatten gehen können, kann ebenfalls die Anpassung der einzutragenden Laserleistung pro Flächeneinheit an den Schleppverzug auf präzisere Weise stattfinden. Insbesondere erhöht sich die Abbil- dungsgenauigkeit (Gestalttreue) für eine vorgegebene Abtastgeschwindigkeit. Gerade bei additiven Herstellvorrichtungen kann daher der erfindungsgemäße Aufbau mit der beschriebenen Laserleistungsmodifikationsvorrichtung von Vorteil sein. Bei Anwen- dungen, bei denen das Werkstück bewegt wird, z.B. beim Laserschneiden oder beim Löcherbohren mittels Laserstrahlung, weist der Werkstückträger mitsamt Werkstück eine so große Masse auf, dass sich nicht ähnlich hohe Beschleunigungen wie bei der Verwendung einer Galvanometerscanner-basierten Ablenkeinrichtung erzielen lassen Vorzugsweise weist die additive Herstellvorrichtung eine Fokussiereinrichtung auf, welche geeignet ist, einen Fokusdurchmesser von kleiner oder gleich 500 gm, bevor- zugter kleiner oder gleich 300 gm, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 250 gm und/oder größer oder gleich 80 gm, bevorzugter größer oder gleich 100 gm, noch be- vorzugter größer oder gleich als 150 gm auf der Oberfläche einer Aufbaumaterialschicht zu erzeugen. As already mentioned, as a result of the reduced wavelength compared to the CO2 laser, a smaller focus diameter can be achieved. This means that an aperture size of the radiation feed device can also be selected to be smaller. This in turn means that the dimensions of the optical elements, for example the rotating mirror in a beam deflection device, can be smaller. For a beam deflection device, this means in concrete terms that due to the smaller dimensions of the rotating mirrors, their inertial mass is also lower, which results in a higher acceleration during rotating movements. In the event of changes in the movement of a laser beam used for solidification over the building material, the finite acceleration time in reality due to the inert mass of the rotating mirror causes an offset between the current position of the beam on the building material, referred to as drag delay (sometimes also tracking error) and the intended position. This behavior is particularly evident at the beginning and end of scan lines or hatch lines. Due to the higher acceleration of the rotary mirrors during rotary movements due to the lower inertial mass, the drag delay can advantageously be kept lower. Since, in addition, switching processes for the laser radiation can also take place quickly, the laser power to be entered per unit area can also be adapted to the drag delay in a more precise manner. In particular, the imaging accuracy (shape accuracy) increases for a given scanning speed. Particularly in the case of additive manufacturing devices, the construction according to the invention with the laser power modification device described can therefore be advantageous. In applications in which the workpiece is moved, such as laser cutting or drilling holes with laser radiation, the workpiece carrier and workpiece have such a large mass that accelerations that are not similar to those achieved when using a galvanometer scanner-based deflection device can be achieved The additive manufacturing device preferably has a focusing device which is suitable for a focus diameter of less than or equal to 500 gm, preferably less than or equal to 300 gm, more preferably less than or equal to 250 gm and / or greater than or equal to 80 gm, more preferably greater than or equal to 100 gm, more preferably greater than or equal to 150 gm on the surface of a layer of building material.
Bei einem additiven Herstellverfahren unter Verwendung solch einer additiven Her- stellvorrichtung wird infolge des kleinen Fokusdurchmessers eine hohe Auflösung von geometrischen Details der hergestellten Objekte erzielt. Bei Verwendung einer Ab- lenk- und/oder Fokussiereinrichtung mit geringer Aperturgröße wird insbesondere trotz auftretendem Schleppverzug eine hohe Detailgenauigkeit erreicht. Geht man von einem gaussförmigen Strahlprofil aus, so kann ein Fokusdurchmesser als mittlerer oder maximaler Durchmesser jenes Bereichs definiert werden, innerhalb dessen die Strahl- leistung oberhalb dem Strahlleistungsmaximum dividiert durch e2 liegt, wobei e die Eulersche Zahl ist. In an additive manufacturing method using such an additive manufacturing device, a high resolution of geometric details of the objects produced is achieved due to the small focus diameter. If a deflection and / or focusing device with a small aperture size is used, a high level of detail is achieved, in particular, despite the lag that occurs. Assuming a Gaussian beam profile, a focus diameter can be defined as the mean or maximum diameter of the range within which the beam power is above the beam power maximum divided by e 2 , where e is Euler's number.
Weiter bevorzugt ist bei der additiven Herstellvorrichtung die Ablenkeinrichtung geeig- net, den Laserstrahlfokus mit einer Geschwindigkeit über die Oberfläche des Aufbau- materials zu bewegen, die größer oder gleich 2 m/s und/oder kleiner oder gleich 50 m/s, bevorzugt größer oder gleich 5 m/s und/oder kleiner oder gleich 30 m/s, noch bevorzugter größer oder gleich 8 m/s und/oder kleiner oder gleich 25 m/s ist. With the additive manufacturing device, the deflection device is furthermore preferably suitable for moving the laser beam focus over the surface of the building material at a speed that is greater than or equal to 2 m / s and / or less than or equal to 50 m / s, preferably greater than or is 5 m / s and / or less than or equal to 30 m / s, more preferably greater than or equal to 8 m / s and / or less than or equal to 25 m / s.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren unter Verwendung solch einer additiven Herstellvorrichtung wird infolge einer kleinen Aperturgröße bzw. cha- rakteristischen Abmessung der Ablenk- und/oder Fokussiereinrichtung der Auftreffbe- reich der Laserstrahlung auf dem Aufbaumaterial mit im Vergleich zum Stand der Technik hoher Geschwindigkeit bewegt. Dennoch wird infolge der Wellenlänge der Strahlung hinreichend Energie eingetragen, um eine Verfestigung des Aufbaumateri- als bewirken zu können. Damit werden Objekte innerhalb eines im Vergleich zum Stand der Technik kürzeren Zeitraums hergestellt, ohne Einbußen bei der Qualität, insbesondere der Detailauflösung in Kauf nehmen zu müssen. Bei den spezifizierten Werten für die Geschwindigkeit wurde angenommen, dass der Abstand zwischen der Ablenkeinrichtung bzw. dem Drehspiegel und der Oberfläche der selektiv zu verfesti- genden Aufbaumaterialschicht ca. 50 cm beträgt. In an additive manufacturing method according to the invention using such an additive manufacturing device, due to a small aperture size or characteristic dimension of the deflection and / or focusing device, the area of incidence of the laser radiation on the building material is moved at a high speed in comparison to the prior art. Nevertheless, due to the wavelength of the radiation, sufficient energy is introduced to cause the building material to solidify. Objects are thus produced within a shorter period of time in comparison to the prior art, without having to accept losses in quality, in particular in the resolution of details. For the specified values for the speed, it was assumed that the distance between the Deflection device or the rotating mirror and the surface of the build material layer to be selectively strengthened is approximately 50 cm.
Vorzugsweise kann bei der additiven Herstellvorrichtung der Laserstrahlfokus in zueinander parallelen Hatchlinien mit einem gegenseitigen Abstand von weniger als 0,18 mm, bevorzugt weniger als 0,16 mm, noch bevorzugter weniger als 0,14 mm und/oder mehr als 0,05 mm über die Oberfläche des Aufbaumaterials bewegt werden und/oder ein beam offset von weniger als 0,18 mm, bevorzugt weniger als 0,16 mm, noch be- vorzugter weniger als 0,14 mm eingestellt werden. In the additive manufacturing device, the laser beam focus can preferably be in mutually parallel hatching lines with a mutual spacing of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm and / or more than 0.05 mm the surface of the building material is moved and / or a beam offset of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm, is set.
Bei einem additiven Herstellverfahren unter Verwendung solch einer additiven Her- stellvorrichtung wird infolge der Verwendung von Laserstrahlung mit einer geringeren Wellenlänge es im Vergleich zur Verwendung eines C02-Lasers ein kleinerer Durch- messer des Auftreffbereichs der Laserstrahlung auf der Aufbaumaterialschicht erzielt. Infolgedessen werden auch beim Abtasten des Aufbaumaterials mittels Bewegens des Laserstrahls entlang von zueinander parallelen Abtastlinien (Hatchlinien) die ge- genseitigen Abstände der Hatchlinien geringer gewählt. Hierdurch findet eine homo- genere Verfestigung statt, so dass Bauteile höherer Qualität erhalten werden. Der Begriff "beam offset" ist ein auf dem Gebiet der additiven Fertigung üblicher englischsprachiger Begriff, der den eingestellten Strahlversatz an der Kontur eines Objektquerschnitts angibt. Mittels dieses Strahlversatzes, in der Regel senkrecht zur Kontur, wird erreicht, dass beim Abtasten der Kontur trotz eines endlichen Durchmessers des Strahlungsauftreffbereichs auf dem Aufbaumaterial die in den Modelldaten des herzustellenden Objekts spezifizierte Außenabmessung so exakt wie möglich am hergestellten Objekt realisiert wird. In an additive manufacturing method using such an additive manufacturing device, as a result of the use of laser radiation with a shorter wavelength, a smaller diameter of the area of incidence of the laser radiation on the building material layer is achieved compared to the use of a CO 2 laser. As a result, the mutual distances between the hatching lines are also chosen to be smaller when scanning the building material by moving the laser beam along mutually parallel scanning lines (hatching lines). This results in a more homogeneous hardening, so that higher quality components are obtained. The term "beam offset" is an English-language term common in the field of additive manufacturing, which specifies the beam offset set on the contour of an object cross section. This beam offset, generally perpendicular to the contour, ensures that when the contour is scanned on the construction material, despite a finite diameter of the radiation impingement area, the outer dimension specified in the model data of the object to be produced is realized as precisely as possible on the object being manufactured.
Bei einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren zur Herstellung eines drei- dimensionalen Objekts wird ein Baumaterial Schicht auf Schicht aufgetragen wird und mittels einer Energieeintragseinrichtung, die einen Kohlenmonoxidlaser und eine Strahlungszufuhreinrichtung aufweist, Laserstrahlung des Kohlenmonoxidlasers mit- tels der Strahlungszufuhreinrichtung Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zugeführt. Weiterhin wird mittels einer La- serleistungsmodifikationsvorrichtung bei einer Erhöhung der Laserleistung ein Anstieg der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, bewirkt und/oder bei einer Reduzierung der Laserleistung ein Abfall der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, bewirkt. In an additive manufacturing method according to the invention for producing a three-dimensional object, a building material is applied layer by layer and by means of an energy input device which has a carbon monoxide laser and a radiation supply device, laser radiation of the carbon monoxide laser by means of the radiation supply device places in each layer which corresponds to the cross section of the Object assigned in this layer are supplied. Furthermore, When the laser power is increased, the power output modification device causes an increase in the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or if the laser power is reduced, a drop in the amount impinging on the building material Performance per unit area within a period less than 300 ps and / or greater than 50 ns.
Durch das erfindungsgemäße additive Herstellverfahren werden die gleichen Vorteile erzielt, die sich durch Verwenden der erfindungsgemäßen additiven Herstellvorrichtung ergeben. The additive manufacturing method according to the invention achieves the same advantages that result from using the additive manufacturing device according to the invention.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren das Aufbaumaterial im Wesentlichen absorberfrei. Der Begriff "absorberfrei" drückt dabei aus, dass im Wesentlichen keine zur Erhöhung der Absorption der Laserstrahlung geeigneten Materialien dem Aufbaumaterial hinzugefügt sind. Insbesondere wird auf die gezielte Verwendung von Hilfsstoffen zur Erhöhung der Absorption der Laserstrahlung komplett verzichtet. Dies bezieht sich zum einen darauf, dass das Aufbaumaterial nicht mit Absorberadditiven vermischt wird, zum anderen wird auch kein Absorber auf eine Aufbaumaterialschicht vor deren Verfestigung aufgetragen. Wie bereits erwähnt, ist ein additiver Herstellvorgang einfacher, wenn auf den Einsatz von Absorber- Hilfsstoffen verzichtet wird. Zudem unterliegt man weniger Beschränkungen bei der Farbe der Objekte, da insbesondere helle Objekte problemlos erhältlich sind. In the additive manufacturing method according to the invention, the building material is preferably essentially absorber-free. The term "absorber-free" expresses the fact that essentially no materials suitable for increasing the absorption of the laser radiation are added to the building material. In particular, the targeted use of auxiliaries to increase the absorption of the laser radiation is completely dispensed with. On the one hand, this refers to the fact that the build material is not mixed with absorber additives, and on the other hand, no absorber is applied to a build material layer before it is solidified. As already mentioned, an additive manufacturing process is easier if the use of absorber auxiliaries is dispensed with. In addition, there are fewer restrictions on the color of the objects, since bright objects in particular are easily available.
Das erfindungsgemäße additive Herstellverfahrens und die erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung bringen bei allen additiven Herstellvorgängen Vorteile, bei denen ein Aufbaumaterial verwendet wird, welches die Strahlung des Kohlenmonoxidlasers gut absorbiert. Bevorzugt enthält aber das Aufbaumaterial ein Polymer, vorzugs weise in Form eines Polymerpulvers, und/oder ummantelten Sand und/oder einen keramischen Werkstoff, vorzugsweise in Form eines Keramikpulvers. Es hat sich gezeigt, dass Polymere, insbesondere PA11 und PA12, die Strahlung eines Kohlenmonoxidlasers in hohem Maße absorbieren. Den Erfindern sind keine bisherigen Ver- Wendungen eines Kohlenmonoxidlasers zum Aufschmelzen von Polymeren, insbe- sondere auf dem Gebiet der additiven Fertigung, bekannt. The additive manufacturing method according to the invention and the additive manufacturing device according to the invention bring advantages in all additive manufacturing processes in which a construction material is used which absorbs the radiation from the carbon monoxide laser well. However, the building material preferably contains a polymer, preferably in the form of a polymer powder, and / or coated sand and / or a ceramic material, preferably in the form of a ceramic powder. It has been shown that polymers, in particular PA11 and PA12, absorb the radiation from a carbon monoxide laser to a high degree. The inventors have no previous Twists of a carbon monoxide laser for melting polymers, in particular in the field of additive manufacturing, are known.
Weiter bevorzugt umfasst das Aufbaumaterial ein polymerhaltiges Material und enthält insbesondere ein Polyamid, Polypropylen (PP), Polyetherimid, Polycarbonat, Poly- phenylsulfon, Polyphenyloxid, Polyethersulfon, Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymerisat, Polyacrylat, Polyester, Polyurethane, Polyimid, Polyamidimid, Polyolefin, Polystyrol, Polyphenylsulfid, Polyvinylidenfluorid, Polyamidelastomer, Polyethe- retherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK). The building material further preferably comprises a polymer-containing material and in particular contains a polyamide, polypropylene (PP), polyetherimide, polycarbonate, polyphenylsulfone, polyphenyloxide, polyether sulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin , Polystyrene, polyphenyl sulfide, polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyether retherketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK).
Das pulverförmige Aufbaumaterial kann beispielsweise mindestens eines der Polyme- re, das aus der aus folgenden Polymeren gebildeten Gruppe ausgewählt ist, enthal- ten: Polyetherimide, Polycarbonate, Polyphenylsulfone, Polyphenyloxide, Po- lyethersulfone, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Polyacrylate, Polyester, Polyamide, Polyaryletherketone, Polyether, Polyurethane, Polyimide, Polyamidimide, Polyolefine, Polystyrole, Polyphenylsulfide, Polyvinylidenfluoride, Polyamidelastome- re wie Polyetherblockamide sowie Copolymere, welche mindestens zwei verschiede- ne Monomereinheiten der vorgenannten Polymere enthalten. Geeignete Polyesterpo- lymere oder Copolymere können aus der aus Polyalkylenterephtholaten (z.B. PET, PBT) und deren Copolymeren bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polyolefinpolymere oder Copolymere können aus der aus Polyethylen und Polypropylen bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Geeignete Polystyrolpolymere oder Co- polymere können aus der aus syndiotaktischen und isotaktischen Polystyrolen beste- henden Gruppe ausgewählt werden. Das pulverförmige Aufbaumaterial kann zusätzlich oder alternativ mindestens ein Polyblend auf der Basis von mindestens zwei der vorgenannten Polymere und Copolymere enthalten. Dabei können mit dem Kunststoff als Matrix auch noch Zusatzstoffe, z.B. Rieselhilfen, Füllstoffe, Pigmente, etc. vorhanden sein, bevorzugt aber keine Absorberadditive. The powdery building material can contain, for example, at least one of the polymers selected from the group formed from the following polymers: polyetherimides, polycarbonates, polyphenylsulfones, polyphenyloxides, polyethersulfones, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, polyacrylates, polyesters , Polyamides, polyaryl ether ketones, polyethers, polyurethanes, polyimides, polyamideimides, polyolefins, polystyrenes, polyphenyl sulfides, polyvinylidene fluorides, polyamide elastomers such as polyether block amides and copolymers which contain at least two different monomer units of the abovementioned polymers. Suitable polyester polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyalkylene terephthalates (e.g. PET, PBT) and their copolymers. Suitable polyolefin polymers or copolymers can be selected from the group consisting of polyethylene and polypropylene. Suitable polystyrene polymers or copolymers can be selected from the group consisting of syndiotactic and isotactic polystyrenes. The powdery building material can additionally or alternatively contain at least one polyblend based on at least two of the aforementioned polymers and copolymers. With the plastic as a matrix, additives, e.g. Free-flowing aids, fillers, pigments, etc. may be present, but preferably no absorber additives.
Weiter bevorzugt weist ein im Auftreffbereich der Laserstrahlung auf die Aufbaumaterialschicht verfestigter Bereich eine Abmessung in der Schichtebene von weniger als etwa 300 gm, vorzugsweise weniger als etwa 250 mhi, besonders bevorzugt weniger als etwa 200 gm, auf. More preferably, an area solidified in the area of incidence of the laser radiation on the building material layer has a dimension in the layer plane of less than about 300 gm, preferably less than about 250 mhi, particularly preferably less than about 200 gm.
Infolge der Verwendung von Laserstrahlung mit einer geringeren Wellenlänge ist es im Vergleich zur Verwendung eines C02-Lasers bei gleicher Aperturgröße möglich, einen kleineren Durchmesser des Auftreffbereichs der Laserstrahlung auf der Auf- baumaterialschicht zu erzielen. Als Folge hiervon können Details mit kleineren Abmessungen mittels additiver Fertigung realisiert werden als es bei Verwendung eines C02-Lasers der Fall wäre As a result of the use of laser radiation with a shorter wavelength, in comparison to the use of a C02 laser with the same aperture size, it is possible to achieve a smaller diameter for the area of incidence of the laser radiation on the build material layer. As a result, details with smaller dimensions can be realized using additive manufacturing than would be the case if a C02 laser were used
Vorzugsweise werden die Schichten des Aufbaumaterials mit einer Dicke von weniger als 80 mhh, bevorzugt weniger als 60 gm, noch bevorzugter weniger als 50 gm und/oder einer Dicke von 10 gm oder mehr, bevorzugter 25 gm oder mehr, aufgetra- gen. The layers of the building material are preferably applied with a thickness of less than 80 mhh, preferably less than 60 gm, more preferably less than 50 gm and / or a thickness of 10 gm or more, more preferably 25 gm or more.
Als Folge der Verwendung von Laserstrahlung mit einer geringeren Wellenlänge kann bei der Ablenk- und/oder Fokussiereinrichtung eine kleinere Aperturgröße bzw. charakteristische Abmessung als beim Stand der Technik verwendet werden. Insbesondere infolge der geringeren Größe und daraus resultierend Masse von als Ablenkein- richtung verwendeten Galvanometerspiegeln lässt sich daher der Auftreffbereich der Laserstrahlung auf dem Aufbaumaterial mit im Vergleich zum Stand der Technik höherer Geschwindigkeit bewegen. Damit können Objekte innerhalb eines im Vergleich zum Stand der Technik kürzeren Zeitraums hergestellt werden. Dies macht man sich zunutze, um Objekte mit einer besseren Auflösung von Details senkrecht zu den Auf- baumaterialschichten zu erhalten. Hierzu werden Aufbaumaterialschichten einer geringeren Dicke aufgetragen bzw. verfestigt. Obwohl sich dadurch die Gesamtzahl der zur Herstellung des Objekts aufzutragenden und zu verfestigenden Aufbaumaterial- schichten erhöht, bleibt die Herstelldauer infolge der höheren Verfahrgeschwindigkeit des Strahlungsauftreffbereichs im Rahmen. As a result of the use of laser radiation with a shorter wavelength, a smaller aperture size or characteristic dimension can be used in the deflection and / or focusing device than in the prior art. In particular as a result of the smaller size and the resulting mass of galvanometer mirrors used as deflection devices, the area of incidence of the laser radiation on the building material can therefore be moved at a higher speed than in the prior art. Objects can thus be produced within a shorter period of time compared to the prior art. This is used to obtain objects with a better resolution of details perpendicular to the building material layers. For this purpose, building material layers of a smaller thickness are applied or solidified. Although this increases the total number of building material layers to be applied and solidified for the production of the object, the production time remains within the limits due to the higher travel speed of the radiation impingement area.
Ein Formkörper, der durch ein erfindungsgemäßes additives Herstellverfahren aus einem Aufbaumaterial, das im Wesentlichen absorberfrei, insbesondere rußfrei, ist, hergestellt wurde, weist mindestens eine Detailabmessung, insbesondere eine Wand- dicke, auf, die kleiner oder gleich 150 gm ist und/oder größer oder gleich 50 gm, be- vorzugt größer oder gleich 100 gm ist. A molded body which, by means of an additive manufacturing process according to the invention, is made from a building material which is essentially absorber-free, in particular soot-free was produced, has at least one detail dimension, in particular a wall thickness, which is less than or equal to 150 gm and / or greater than or equal to 50 gm, preferably greater than or equal to 100 gm.
Ein nach einem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren hergestellter Form- körper kann Details einer geringen Abmessung aufweisen, obwohl für die Herstellung auf den Einsatz von Absorberadditiven verzichtet wurde. A molded body produced by an additive manufacturing method according to the invention can have details of a small dimension, although the use of absorber additives has been dispensed with for the production.
Vorzugsweise weist der Formkörper, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen (PP), Polyetherimid, Polycarbonat, Polyphenylsulfon, Polyphenyloxid, Polyethersulfon, Ac- rylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, Polyacrylat, Polyester, Polyurethane, Polyimid, Polyamidimid, Polyolefin, Polystyrol, Polyphenylsulfid, Polyvinylidenfluorid, Polyami- delastomer, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK), weniger als 0,01 Gew.-% Absorbermaterial auf. The shaped body, in particular made of polyamide, polypropylene (PP), polyetherimide, polycarbonate, polyphenylsulfone, polyphenyloxide, polyether sulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin, polystyrene, polyphenylsulfide, Polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyether ether ketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK), less than 0.01 wt .-% absorber material.
Wie bereits weiter oben erwähnt, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen additiven Herstellverfahren insbesondere Formkörper aus einem kunststoffhaltigen Material erzielen. Der Verzicht auf Absorberadditive ist auch an den hergestellten Formkörpern selbst erkennbar, welche beispielsweise frei von Ruß sind und daher ohne Aufwand für nachträgliche Einfärbung in hellerer Farbe erhalten werden können. As already mentioned above, with the additive manufacturing method according to the invention in particular molded articles made of a plastic-containing material can be obtained. The absence of absorber additives can also be seen in the molded articles themselves, which, for example, are free from soot and can therefore be obtained in a lighter color without the need for subsequent coloring.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Be- schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum additiven Herstellen eines dreidimensio- nalen Objekts gemäß der Erfindung. 1 shows a schematic view, partly in section, of an exemplary device for additively producing a three-dimensional object according to the invention.
Fig. 2 dient der schematischen Veranschaulichung der Verwendungsweise eines als Laserleistungsmodifikationsvorrichtung eingesetzten akustoopti- schen Modulators im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält eine als Beispiel einer additiven Herstellvor- richtung gezeigte Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 eine Prozesskammer oder Baukammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der inner- halb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird. 2 is used to illustrate schematically the use of an acousto-optic modulator used as a laser power modification device in the context of the present invention. To build an object 2, a laser sintering or melting device 1 shown as an example of an additive manufacturing device contains a process chamber or construction chamber 3 with a chamber wall 4. In the process chamber 3, a construction container 5 with an open top is arranged with a container wall 6. A working level 7 is defined through the upper opening of the building container 5, the area of the working level 7 lying within the opening which can be used to build up the object 2 being referred to as the building area 8.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 10 an- geordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Pro- zess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage ange- bracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selber aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Ar- beitsebene 7 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schich- ten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 13. Arranged in the building container 5 is a carrier 10 which can be moved in a vertical direction V and on which a base plate 11 is attached, which closes the container 5 at the bottom and thus forms the bottom thereof. The base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fastened to the carrier 10, or it may be formed integrally with the carrier 10. Depending on the powder and process used, a building platform 12 can also be attached to the base plate 11 as a building base on which the object 2 is built. The object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document. 1 shows the object 2 to be formed in the container 5 on the building platform 12 below the working plane 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by construction material 13 that has remained unconsolidated.
Die Lasersinter- oder -Schmelzvorrichtung 1 enthält weiterhin einen Vorratsbehälter 14 für ein Aufbaumaterial 15, in diesem Beispiel ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Pulver, und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Be- schichter 16 als Materialauftragsvorrichtung zum schichtweisen Aufbringen des Auf- baumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Optional kann in der Prozesskammer 3 eine Heizvorrichtung, z.B. eine Strahlungsheizung 17, angeordnet sein, die zum Be- heizen des aufgebrachten Aufbaumaterials dient. Als Strahlungsheizung 17 kann bei- spielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein. Die beispielhafte additive Herstellvorrichtung 1 enthält ferner eine Energieeintragsein- richtung 20 mit einem Kohlenmonoxidlaser 21 , der einen Laserstrahl 22 erzeugt, wel- cher über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt wird und durch eine Fokussiervorrich- tung 24 über ein Einkoppelfenster 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird. Als Kohlenmonoxidlaser kann beispielsweise der von der Fa. Coherent unter der Be- zeichnung "DIAMOND J-3-5 CO Laser" vertriebene Laser verwendet werden. The laser sintering or melting device 1 further contains a storage container 14 for a building material 15, in this example a powder that can be solidified by electromagnetic radiation, and a coating device 16 movable in a horizontal direction H as a material application device for applying the building material 15 in layers of the construction field 8. Optionally, a heating device, for example a radiation heater 17, can be arranged in the process chamber 3, which serves to heat the applied building material. For example, an infrared radiator can be provided as the radiation heater 17. The exemplary additive manufacturing device 1 also contains an energy input device 20 with a carbon monoxide laser 21, which generates a laser beam 22, which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device. device 24 via a coupling window 25, which is attached to the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4, is focused on the working level 7. For example, the laser sold by Coherent under the name "DIAMOND J-3-5 CO Laser" can be used as the carbon monoxide laser.
Die Umlenkvorrichtung 23 besteht im Wesentlichen aus jeweils einem Galvanometer- spiegel für die Ablenkung in X-Richtung und die Ablenkung in Y-Richtung, wobei angenommen wird, dass sich die Arbeitsebene 7 in X- und Y-Richtung ausdehnt. Insbesondere befindet sich im Strahlengang zwischen dem Kohlenmonoxidlaser 21 und der Umlenkvorrichtung 23 eine Laserleistungsmodifikationsvorrichtung 27 die im vorliegenden Beispiel ein akustooptischer Modulator ist. Solche Modulatoren werden beispielsweise von der Firma Gooch & Housego PLC in Ilminster UK vertrieben beispielsweise das Modell I-MOXX-XC11 B76-P5-GH105 lässt sich mit bis zu 60MFIz ansteuern. The deflection device 23 essentially consists of a galvanometer mirror for the deflection in the X direction and the deflection in the Y direction, it being assumed that the working plane 7 expands in the X and Y directions. In particular, there is a laser power modification device 27 in the beam path between the carbon monoxide laser 21 and the deflection device 23, which is an acousto-optic modulator in the present example. Such modulators are sold for example by the company Gooch & Housego PLC in Ilminster UK, for example the model I-MOXX-XC11 B76-P5-GH105 can be controlled with up to 60MFIz.
Fig. 2 zeigt im Detail die Verwendungsweise des akustooptischen Modulators im vorliegenden Beispiel. Der vom Kohlenmonoxidlaser 21 emittierte Laserstrahl 22 wird im akustooptischen Modulator 27 in einen der Umlenkvorrichtung 23 zugeführten Strahl 22a und einen Strahl 22b aufgespalten. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Strahl 22a um die nullte Ordnung des Beugungsmusters und beim Strahl 22b um die erste Ordnung des Beugungsmusters. Natürlich treten auch höhere Ordnungen auf, diese sind jedoch aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht gezeigt. Man erkennt, dass im vorliegenden Beispiel die Laserleistungsmodifikationsvorrichtung 27 der Abschwächung des von dem Kohlenmonoxidlaser 21 emittierten Strahls 22 dient, um somit dessen Leistung zu modulieren. Der der Umlenkvorrichtung 23 zugeführte Strahl 22a verläuft dabei in der gleichen Richtung wie der Strahl 22, der vom Kohlenmonoxidlaser 21 emittiert wird. Selbst wenn Schwankungen der Umgebungsbedingungen also zu Schwankungen im Verhalten des akustooptischen Modulators führen, hat dies keine Auswirkungen auf die Richtung des der Umlenkvorrichtung 23 zuge- führten Strahls. Mittels der gezeigten Anordnung wird zur Strahlabschaltung die Leistung im Strahl 22 im Wesentlichen in die höheren Ordnungen gelenkt, um in der nullten Ordnung so wenig wie möglich Leistung zu erzielen. Durch eine Ansteuerung des akustooptischen Modulators 27 wird somit im Wesentlichen der der Umlenkvorrich- tung 23 zugeführte Strahl abgeschaltet und angeschaltet. Die bei einer Abschaltung in der nullten Ordnung noch vorhandene Restleistung liegt im Bereich von wenigen Pro- zent und ist tolerierbar, da sie im Regelfall keine unbeabsichtigte Verfestigung von Aufbaumaterial bewirken kann. Das Vorhandensein von Restlicht der zur Verfestigung verwendeten Strahlungsquelle ist im Stand der Technik bekannt und wird dort als "bleeding" bezeichnet. 2 shows in detail the way in which the acousto-optical modulator is used in the present example. The laser beam 22 emitted by the carbon monoxide laser 21 is split in the acousto-optical modulator 27 into a beam 22a and a beam 22b supplied to the deflection device 23. In the present example, beam 22a is the zero order of the diffraction pattern and beam 22b is the first order of the diffraction pattern. Of course, higher orders also occur, but these are not shown for reasons of simpler presentation. It can be seen that in the present example the laser power modification device 27 serves to attenuate the beam 22 emitted by the carbon monoxide laser 21, in order to thus modulate its power. The beam 22a fed to the deflection device 23 runs in the same direction as the beam 22 which is emitted by the carbon monoxide laser 21. Even if fluctuations in the ambient conditions lead to fluctuations in the behavior of the acousto-optical modulator, this has no effect on the direction of the beam supplied to the deflection device 23. By means of the arrangement shown, the power in the beam 22 is essentially directed into the higher orders in order to switch off the beam in order to achieve as little power as possible in the zero order. By controlling the The beam supplied to the deflection device 23 is thus essentially switched off and on by the acousto-optical modulator 27. The residual power that is still available when the device is switched off in the zero order is in the range of a few percent and is tolerable, since it generally cannot cause unintentional solidification of the building material. The presence of residual light from the radiation source used for solidification is known in the prior art and is referred to there as "bleeding".
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch teilweise oder ganz außerhalb der additiven Herstellvorrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Soft- ware) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der additiven Her- Stellvorrichtung in einer Speichervorrichtung gespeichert sein, von wo aus es (z.B. über ein Netzwerk) in die additive Herstellvorrichtung, insbesondere in die Steuerein- richtung, geladen werden kann. The laser sintering device 1 also contains a control device 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner in order to carry out the construction process. Alternatively, the control device can also be attached partially or entirely outside the additive manufacturing device. The control device can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the additive manufacturing device in a storage device, from where it can be loaded (e.g. via a network) into the additive manufacturing device, in particular into the control device.
Im Betrieb wird durch die Steuereinrichtung 29 der Träger 10 Schicht für Schicht ab- gesenkt, der Beschichter 16 zum Auftrag einer neuen Pulverschicht angesteuert und die Laserleistungsmodifikationsvorrichtung 27, die Umlenkvorrichtung 23 und gegebe- nenfalls auch der Laser 21 und/oder die Fokussiervorrichtung 24 angesteuert zum Verfestigen der jeweiligen Schicht an den dem jeweiligen Objekt entsprechenden Stel- len mittels des Lasers durch Abtasten dieser Stellen mit dem Laser. In operation, the control device 29 lowers the carrier 10 layer by layer, the coater 16 is activated to apply a new powder layer, and the laser power modification device 27, the deflection device 23 and, if appropriate, also the laser 21 and / or the focusing device 24 are activated Solidification of the respective layer at the points corresponding to the respective object by means of the laser by scanning these points with the laser.
In der soeben beispielhaft beschriebenen additiven Herstellvorrichtung geht ein Her- stellvorgang so vonstatten, dass die Steuereinheit 29 einen Steuerdatensatz abarbeitet. Durch den Steuerdatensatz wird einer Energieeintragseinrichtung, im Falle der obigenIn the additive manufacturing device just described by way of example, a manufacturing process takes place in such a way that the control unit 29 processes a control data record. Through the control data set, an energy input device, in the case of the above
Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung speziell der Umlenkvorrichtung 23, für je- den Zeitpunkt während des Verfestigungsvorgangs vorgegeben, auf welche Stelle der Arbeitsebene 7 Strahlung zu richten ist. Laser sintering or laser melting device, especially the deflection device 23, for each the point in time during the solidification process is given, to which point on the working plane 7 radiation is to be directed.
Wie weiter oben erwähnt, kann anstelle des akustooptischen Modulators auch eine andere optische Vorrichtung als Laserleistungsmodifikationsvorrichtung verwendet werden, sofern sie in der Lage ist, innerhalb eines kurzen Zeitraums die dem Aufbau- material zugeführte Laserleistung, also insbesondere die pro Flächeneinheit auf das Aufbaumaterial auftreffende Leistung, abzuändern. Beispielsweise könnten auch ein entsprechend rasch ansteuerbarer photoelastischer Modulator (PEM) oder eine adä- quate Verzögerungsplatte (z.B. l/2-Plättchen) zusammen mit einem Polarisator ver- wendet werden. As mentioned above, instead of the acousto-optical modulator, another optical device can also be used as the laser power modification device, provided that it is able to within a short period of time the laser power supplied to the building material, that is to say in particular the power impinging on the building material per unit area. amend. For example, a correspondingly quickly controllable photoelastic modulator (PEM) or an adequate delay plate (e.g. 1/2 plate) could also be used together with a polarizer.

Claims

Patentansprüche claims
1. Additive Herstellvorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit: 1. Additive manufacturing device for manufacturing a three-dimensional object with:
einer Schichtauftragsvorrichtung (16) zum Aufträgen eines Aufbaumaterials Schicht auf Schicht,  a layer application device (16) for applying a building material layer by layer,
einer Energieeintragseinrichtung (20), welche  an energy input device (20) which
einen Kohlenmonoxidlaser (21) und  a carbon monoxide laser (21) and
eine Strahlungszufuhreinrichtung zum Zuführen von Laserstrahlung des Kohlenmonoxidlasers zu Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, aufweist,  has a radiation feed device for feeding laser radiation of the carbon monoxide laser to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer,
und and
einer Laserleistungsmodifikationsvorrichtung (27), welche geeignet ist, bei einer Erhöhung der Laserleistung einen Anstieg der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, und/oder bei einer Reduzierung der Laserleis- tung einen Abfall der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums zu bewirken, der geringer als 100 ps und/oder größer als 100 ns ist.  a laser power modification device (27) which is capable of causing an increase in the laser power to increase the power impinging on the building material per unit area within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or at Reduction of the laser power to cause a drop in the power per unit area impinging on the building material within a period of time which is less than 100 ps and / or greater than 100 ns.
2. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der Laserleis- tungsmodifikationsvorrichtung (27) um einen akustooptischen oder elektrooptischen Modulator handelt. 2. Additive manufacturing device according to claim 1, wherein the laser power modification device (27) is an acousto-optical or electro-optical modulator.
3. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die die Laserleistungs- modifikationsvorrichtung (27) in nullter Ordnung durchdringende Laserstrahlung den Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zur Verfestigung des Aufbaumaterials zugeführt wird. 3. Additive manufacturing device according to claim 2, in which the laser power modification device (27) penetrating into the zero order laser radiation is supplied to the locations in each layer, which are assigned to the cross section of the object in this layer, in order to solidify the building material.
4. Additive Herstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlungszufuhreinrichtung eine Ablenkeinrichtung (23) aufweist, die geeignet ist, Laserstrahlung des Kohlenmonoxidlasers (21) zu Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zu lenken und/oder 4. Additive manufacturing device according to one of the preceding claims, wherein the radiation supply device has a deflection device (23) which is suitable To direct and / or laser radiation of the carbon monoxide laser (21) to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer
eine Fokussiereinrichtung (24, 25), die geeignet ist, Laserstrahlung des Koh- lenmonoxidlasers auf die Oberfläche einer Aufbaumaterialschicht zu fokussieren, wobei eine charakteristische Abmessung, insbesondere eine Aperturgröße, der a focusing device (24, 25) which is suitable for focusing laser radiation from the carbon monoxide laser onto the surface of a layer of building material, a characteristic dimension, in particular an aperture size, of the
Ablenk- und/oder Fokussiereinrichtung, geringer oder gleich etwa 50 mm, vorzugsweise geringer oder gleich etwa 20 mm, besonders bevorzugt geringer oder gleich etwa 10 mm, und/oder größer oder gleich 5 mm ist. Deflection and / or focusing device, less than or equal to about 50 mm, preferably less than or equal to about 20 mm, particularly preferably less than or equal to about 10 mm, and / or greater than or equal to 5 mm.
5. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 4, die eine Fokussiereinrichtung aufweist, welche geeignet ist, einen Fokusdurchmesser von kleiner oder gleich 500 pm, bevorzugter kleiner oder gleich 300 pm, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 250 pm und/oder größer oder gleich 80 pm, bevorzugter größer oder gleich 100 pm, noch bevorzugter größer oder gleich als 150 pm auf der Oberfläche einer Aufbaumaterial- Schicht zu erzeugen. 5. Additive manufacturing device according to claim 4, which has a focusing device which is suitable for a focus diameter of less than or equal to 500 pm, more preferably less than or equal to 300 pm, more preferably less than or equal to 250 pm and / or greater than or equal to 80 pm, more preferred produce greater than or equal to 100 pm, more preferably greater than or equal to 150 pm on the surface of a layer of building material.
6. Additive Herstellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Ablenkeinrich- tung geeignet ist, den Laserstrahlfokus mit einer Geschwindigkeit über die Oberfläche des Aufbaumaterials zu bewegen, die größer oder gleich 2 m/s und/oder kleiner oder gleich 50 m/s, bevorzugt größer oder gleich 5 m/s und/oder kleiner oder gleich 30 m/s, noch bevorzugter größer oder gleich 8 m/s und/oder kleiner oder gleich 25 m/s ist. 6. Additive manufacturing device according to claim 4 or 5, wherein the deflection device is suitable for moving the laser beam focus at a speed over the surface of the building material which is greater than or equal to 2 m / s and / or less than or equal to 50 m / s , preferably greater than or equal to 5 m / s and / or less than or equal to 30 m / s, more preferably greater than or equal to 8 m / s and / or less than or equal to 25 m / s.
7. Additive Herstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Laserstrahlfokus in zueinander parallelen Hatchlinien mit einem gegenseitigen Abstand von weniger als 0,18 mm, bevorzugt weniger als 0,16 mm, noch bevorzugter weniger als 0,14 mm und/oder mehr als 0,05 mm über die Oberfläche des Aufbauma- terials bewegt werden kann und/oder ein beam offset von weniger als 0,18 mm, be- vorzugt weniger als 0,16 mm, noch bevorzugter weniger als 0,14 mm eingestellt wer- den kann. 7. Additive manufacturing device according to one of the preceding claims, wherein the laser beam focus in mutually parallel hatching lines with a mutual distance of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm and / or more than 0.05 mm can be moved over the surface of the building material and / or a beam offset of less than 0.18 mm, preferably less than 0.16 mm, more preferably less than 0.14 mm can be set that can.
8. Additives Herstellverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, bei dem ein Baumaterial Schicht auf Schicht aufgetragen wird und 8. Additive manufacturing process for producing a three-dimensional object, in which a building material is applied layer by layer and
mittels einer Energieeintragseinrichtung (20), die einen Kohlenmonoxidlaser (21 ) und eine Strahlungszufuhreinrichtung aufweist, Laserstrahlung des Kohlenmono- xidlasers mittels der Strahlungszufuhreinrichtung Stellen in jeder Schicht, die dem Querschnitt des Objekts in dieser Schicht zugeordnet sind, zugeführt wird,  by means of an energy input device (20), which has a carbon monoxide laser (21) and a radiation supply device, laser radiation of the carbon monoxide laser is supplied by means of the radiation supply device to locations in each layer which are assigned to the cross section of the object in this layer,
und and
mittels einer Laserleistungsmodifikationsvorrichtung (27) bei einer Erhöhung der Laserleistung ein Anstieg der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, bewirkt wird und/oder bei einer Reduzierung der Laserleistung ein Abfall der auf das Aufbaumaterial auftreffenden Leistung pro Flächeneinheit innerhalb eines Zeitraums, der geringer als 300 ps und/oder größer als 50 ns ist, bewirkt wird.  by means of a laser power modification device (27) when the laser power is increased, the power per unit area impinging on the building material is increased within a period of time which is less than 300 ps and / or greater than 50 ns, and / or when the laser power is reduced Decrease in performance per unit area impinging on the building material within a period of time that is less than 300 ps and / or greater than 50 ns.
9. Additives Herstellverfahren nach Anspruch 8, bei dem das Aufbaumaterial im Wesentlichen absorberfrei ist. 9. Additive manufacturing method according to claim 8, wherein the building material is substantially absorber-free.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbaumate- rial ein Polymer, vorzugsweise in Form eines Polymerpulvers, und/oder ummantelten Sand und/oder einen keramischen Werkstoff, vorzugsweise in Form eines Keramik- pulvers, enthält. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the building material contains a polymer, preferably in the form of a polymer powder, and / or coated sand and / or a ceramic material, preferably in the form of a ceramic powder.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbaumate- rial ein polymerhaltiges Material umfasst und insbesondere ein Polyamid, Polypropy- len (PP), Polyetherimid, Polycarbonat, Polyphenylsulfon, Polyphenyloxid, Po- lyethersulfon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, Polyacrylat, Polyester, Po- lyurethane, Polyimid, Polyamidimid, Polyolefin, Polystyrol, Polyphenylsulfid, Polyviny- lidenfluorid, Polyamidelastomer, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK) enthält. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the building material comprises a polymer-containing material and in particular a polyamide, polypropylene (PP), polyetherimide, polycarbonate, polyphenyl sulfone, polyphenyl oxide, polyether sulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, Contains polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin, polystyrene, polyphenyl sulfide, polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyether ether ketone (PEEK) or polyaryl ether ketone (PAEK).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein im Auftreffbe- reich der Laserstrahlung auf die Aufbaumaterialschicht verfestigter Bereich eine Ab- messung in der Schichtebene von weniger als etwa 300 pm, vorzugsweise weniger als etwa 250 mih, besonders bevorzugt weniger als etwa 200 pm, aufweist. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein a region solidified in the region of impact of the laser radiation on the layer of building material comprises a measurement in the layer plane of less than about 300 pm, preferably less than about 250 mih, particularly preferably less than about 200 pm.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schichten des Aufbaumaterials mit einer Dicke von weniger als 80 miti, bevorzugt weniger als 60 pm, noch bevorzugter weniger als 50 mih und/oder einer Dicke von 10 miti oder mehr, bevorzugter 25 pm oder mehr, aufgetragen werden. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layers of the building material with a thickness of less than 80 microns, preferably less than 60 pm, more preferably less than 50 microns and / or a thickness of 10 miti or more, more preferably 25 microns or more.
14. Formkörper, hergestellt durch eines der Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 13 aus einem Aufbaumaterial, das im Wesentlichen absorberfrei, insbesondere ruß- frei, ist, wobei mindestens eine Detailabmessung, insbesondere eine Wanddicke, klei- ner oder gleich 150 pm ist und/oder größer oder gleich 50 miti, bevorzugt größer oder gleich 100 pm ist. 14. Shaped body, produced by one of the methods according to claims 8 to 13, from a building material which is essentially absorber-free, in particular soot-free, at least one detail dimension, in particular a wall thickness, being less than or equal to 150 pm and / or greater than or equal to 50 miti, preferably greater than or equal to 100 pm.
15. Formkörper nach Anspruch 14, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen (PP),15. Shaped body according to claim 14, in particular made of polyamide, polypropylene (PP),
Polyetherimid, Polycarbonat, Polyphenylsulfon, Polyphenyloxid, Polyethersulfon, Ac- rylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, Polyacrylat, Polyester, Polyurethane, Polyimid, Polyamidimid, Polyolefin, Polystyrol, Polyphenylsulfid, Polyvinylidenfluorid, Polyami- delastomer, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK), der weni- ger als 0,01 Gew.-% Absorbermaterial aufweist. Polyetherimide, polycarbonate, polyphenylsulfone, polyphenyloxide, polyethersulfone, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylate, polyester, polyurethane, polyimide, polyamideimide, polyolefin, polystyrene, polyphenylsulfide, polyvinylidene fluoride, polyamide elastomer, polyEK ether (polyetheretherketon) (polyether ether ketone) (polyether ether ketone) ), which has less than 0.01% by weight of absorber material.
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