EP3996858A1 - Optische einheit und anlage zum herstellen eines dreidimensionalen werkstücks - Google Patents

Optische einheit und anlage zum herstellen eines dreidimensionalen werkstücks

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EP3996858A1
EP3996858A1 EP20736680.8A EP20736680A EP3996858A1 EP 3996858 A1 EP3996858 A1 EP 3996858A1 EP 20736680 A EP20736680 A EP 20736680A EP 3996858 A1 EP3996858 A1 EP 3996858A1
Authority
EP
European Patent Office
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optical unit
side wall
section
opening
optical
Prior art date
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Pending
Application number
EP20736680.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel ENGELHARDT
Eduard Gieser
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.)
Nikon SLM Solutions AG
Original Assignee
SLM Solutions Group AG
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Filing date
Publication date
Application filed by SLM Solutions Group AG filed Critical SLM Solutions Group AG
Publication of EP3996858A1 publication Critical patent/EP3996858A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
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    • B22F12/45—Two or more
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an optical unit for use in a system for producing a three-dimensional workpiece and a corresponding system.
  • the production of the three-dimensional workpiece can be production using a generative layering process and in particular using a jet melting process.
  • a raw material for example a raw material powder
  • site-specific irradiation e.g. by melting or sintering
  • the irradiation can be done by electromag netic ⁇ radiation, for example in the form of laser radiation.
  • the molding compound in an initial state, can initially be in the form of granules, as a powder or as a liquid molding compound and, as a result of the irradiation, can be solidified selectively or, in other words, in a location-specific manner.
  • the molding compound can, for example, comprise ceramic, metal or plastic materials and also material mixtures thereof.
  • a variant of generative layer construction processes relates to what is known as laser beam melting in the powder bed, in which, in particular, metallic and / or ceramic raw material powder materials are solidified into three-dimensional workpieces by irradiating a laser beam.
  • raw material powder material in the form of a raw material powder layer to a carrier and to irradiate it selectively and in accordance with the geometry of the workpiece layer currently to be produced.
  • the laser radiation penetrates the raw material powder material and solidifies it, for example as a result of heating, which causes melting or sintering.
  • a new layer of unprocessed raw material powder material is applied to the workpiece layer that has already been produced.
  • Known coating arrangements or powder application devices can be used for this purpose. A new one then takes place
  • a known optical irradiation unit which lien for example in an apparatus for producing three-dimensional workpieces by irradiating raw material ⁇ is usable, is described in EP 2335848 Bl.
  • the known irradiation unit comprises a beam source, in particular a laser source, and various optical components, such as a beam expander, a focusing unit, and a deflection device in the form of a scanner unit and an objective.
  • One possibility of being able to generate several laser beams at the same time is to provide several optical units, each optical unit being set up to emit a laser beam and to direct it to a predetermined location on the raw material.
  • the space for the optical unit (s) is limited so that one compact design of the optical unit (s) is desirable.
  • the housing of the optical units is designed so that a simple and space-saving arrangement of the optical units next to one another is made possible.
  • the object of the invention is therefore to provide an optical unit with an improved geometry and an associated system.
  • the invention accordingly relates to an optical unit for use in a system for producing a three-dimensional workpiece by means of a jet melting process.
  • the optical unit comprises beam optics for generating a beam and for directing the beam to a predetermined location and a housing with a housing base and an opening provided in the housing base which is transparent for the beam so that it can pass through the opening.
  • the optical unit has a lower section encompassing the housing bottom with two side walls each running parallel to a first direction and an upper section connected to the lower section with two side walls each running parallel to the first direction, the lower section and the upper section so to one another are arranged offset that a first side wall of the side walls of the lower section does not run in the same plane as a first side wall of the side walls of the upper section and a second side wall of the side walls of the lower section does not run in the same plane as a second side wall of the side walls of the upper section .
  • the beam melting process can be, for example, selective laser melting or selective laser sintering.
  • the beam optics of the optical unit can comprise a beam source and in particular a laser beam source.
  • a Nd: YAG laser can be used for this, which generates a laser beam with a wavelength of 1064 nm.
  • the beam optics can comprise further optical elements which are suitable for shaping, deflecting or otherwise influencing the laser beam generated.
  • one or more provided from the following non-exhaustive list include: a beam expander for expanding the laser beam, a sie ⁇ purity for changing a focus position of the laser beam along a beam direction of the laser beam, a scanning unit for two-dimensionally scanning the laser beam over a top Layer of raw material, a spatial modulator for Light (SLM) for impressing a spatial modulation on the laser beam, a beam splitting unit for splitting the laser beam into several partial beams, and an objective lens such as an f-theta lens.
  • the predetermined location at which the laser beam is directed can be a predetermined position on an uppermost layer of the raw material.
  • the housing base can be aligned such that a surface normal of the housing base points in the direction of the applied raw material layer (s).
  • the opening in the housing base can - but does not have to - be completely surrounded by the housing base.
  • the main property of the opening is that the jet can pass through it.
  • the opening can for example comprise a pane (for example a glass pane) which is transparent to the beam and in particular transparent to a wavelength of the laser beam.
  • the disk can effect an airtight seal of the optical unit.
  • the opening can also only represent an opening or recess that is not closed and therefore filled with air.
  • the side walls can be designed, for example, in such a way that the two side walls of the lower section and the two side walls of the upper section run parallel to a plane that is perpendicular to a plane in which the housing base extends. Within the framework of the coordinate system defined here, these side walls can thus run parallel to an xz plane, for example.
  • the first side wall of the lower section can run parallel to the first side wall of the upper section.
  • the second side wall can ⁇ duri fen of the lower portion parallel to the second side wall of the upper portion.
  • the two side walls of the upper section can, for example, be offset by the same distance and in the same direction with respect to the two side walls of the lower section.
  • This direction can be the y-direction defined herein, which runs perpendicular to the first direction (x-direction).
  • the offset defined above can enable a compact construction of the optical unit.
  • the lower section and the upper section can each be configured essentially in the form of a cuboid.
  • a width of the lower portion along the direction of the offset ie in the coordinate system defined herein in the y direction
  • the optical unit described herein can be configured such that it can be positioned between two further structurally identical optical units, so that side walls of the respective optical units are adjacent to one another.
  • the optical unit which has the shape described above with a lower section and an upper section, can be configured, for example, so that a further structurally identical optical unit can be placed next to the optical unit in such a way that the second side wall of the lower section of the optical unit is arranged adjacent to a first side wall of a lower section of the further optical unit and the second side wall of the upper section of the optical unit is arranged adjacent to a first side wall of an upper section of the further optical unit.
  • the adjacent arrangement described above can mean that the respective side walls are directly adjacent to one another and that there is only a narrow air gap between the respective side walls.
  • the air gap can have a width that is less than 20%, than 10%, than 5%, than 2% or as 1% of a width of the upper section, measured along a direction along which the respective optical components are arranged adjacent to one another (for example, along the y-direction).
  • the adjacent arrangement can mean that there is no component other than the respective optical units between the respective side walls.
  • the respective adjacent side walls can run parallel to one another.
  • the side walls of the lower section can be parallel to one another and the side walls of the upper section can also be parallel to one another.
  • Inde pendent ⁇ thereof a first connecting surface, the first side wall of the lower portion connected to the first side wall of the upper portion and a second connecting surface connecting the second side wall of the lower portion with the second side wall of the upper portion.
  • the connecting surfaces can be designed such that, in the case of an adjacent arrangement of structurally identical optical units, the first side wall of the optical unit is adjacent to a second side wall of an adjacent optical unit and runs parallel to it.
  • the optical unit can furthermore comprise at least one roller provided on the housing bottom, by means of which the optical unit can be rolled along at least the first direction, the first direction corresponding to a rolling direction.
  • the first direction is thus meant.
  • this rolling direction or first direction corresponds to the x direction.
  • the at least one roller can be provided on the housing base in such a way that it is partially embedded in it.
  • an axis of rotation of the roller can run within the optical unit or at least within the housing base.
  • the roller may be provided so on Gehotu ⁇ seboden also otherwise in any manner that it enables a desired rolling movement of the optical unit.
  • the roller can be essentially cylindrical.
  • the roller can enable a substantially linear rolling movement in the rolling direction.
  • rollers can also be provided which enable rolling movements in more than one rolling direction, for example in any directions within a plane.
  • the rollers can for example be rotatably mounted about an axis which is perpendicular to the respective rolling axis of the roller, or the rollers can be designed as balls. If one speaks of the (one) rolling direction in the following, this rolling direction is defined along the x-axis in an xy-plane. Alternatively, the rolling direction could also be defined along the y-axis.
  • the provision of the at least one roller can make it possible to roll the optical unit over a receiving section of a system for producing a three-dimensional workpiece (within an xy plane), so that the optical unit cannot be placed on the receiving section (along a z direction) must take place at the location of an intended end position of the optical unit.
  • the optical units can be heavy and / or unwieldy, the initial loading of a system for producing a three-dimensional workpiece with optical units can be difficult and complex.
  • the individual optical units can in principle be interchangeable in order to be able to remove individual optical elements for repair or maintenance even after the initial assembly or to be able to replace them (for example after a defect or if an optical element with other properties such as another Wavelength or laser power is desired).
  • the state of the art is often not possible without having to completely remove other optical units (besides the one to be replaced) or at least have to change their position. This makes the removal and installation of the optical units difficult and complex.
  • the at least one roller proposed here offers an improvement in that the optical units can be "rolled up" laterally (along the rolling direction).
  • the optical unit can have at least three rollers provided on the housing base, all of which are offset from one another along a direction running perpendicular to the rolling direction.
  • this offset means that no two of these at least three rollers run along the same straight line (in the x direction). Rather, the straight lines along which the individual rollers run can run parallel along the x-direction and be spaced from one another (along a y-direction).
  • further rollers can be provided which are also offset as described above or have no offset (along the y-direction) with respect to one of the at least three rollers. If at least three offset rollers are provided, an associated groove can be provided in the receiving section of the system for each of the rollers.
  • the housing bottom can have a hole which is designed to receive a fastening means.
  • the hole can have a thread that is adapted to receive a screw.
  • the hole can run, for example, along a direction perpendicular to the rolling direction (e.g. z-direction).
  • the hole can serve to fasten the optical unit to a receiving section of a system with the aid of the fastening means.
  • the invention relates to a system for producing a three-dimensional workpiece by means of a jet melting process.
  • the system comprises a carrier for receiving several layers of a raw material, a receiving section arranged above the carrier with at least one in the Receiving section provided groove and the optical unit according to the first aspect.
  • the at least one roller of the optical unit and the at least one groove of the receiving section are designed such that the at least one roller can roll along the at least one groove and is guided by it.
  • the groove can for example run along a straight line, in particular along the x-direction defined herein.
  • the groove can for example have a substantially rectangular cross section.
  • a bottom surface of the groove can run parallel to the x-y plane so that the associated roller of the optical unit can roll on it along the x direction.
  • An associated groove (precisely) can be provided in the receiving section for each of the rollers of the optical unit. If the optical unit has, for example, three rollers, three associated grooves can be provided in the receiving section.
  • the optical unit can for example have four rollers, two of the four rollers being able to be guided in a common groove.
  • the at least one groove may be at an end portion of the groove a recess for receiving an associated roller of the optical unit, wherein the Vertie ⁇ Fung with respect to a bottom surface of the groove is provided.
  • the groove can represent a “depression” or recess in the receiving section, the bottom surface of the groove being at a lower level (in the z direction) than a surface of the receiving section. Starting from this level, the bottom surface is at the end section of the groove a further recess is provided along the z-direction.
  • This recess can be used to enable the associated optical unit to lock into place in an end position. The optical unit cannot be removed from this end position simply by rolling along the x-direction, since it is additionally it is necessary to remove the roller (in the x-direction) from the recess For each roller of the optical unit, a recess can be provided in an associated groove.
  • the recess can be designed so that the associated role does not touch a bottom of the recess when the associated role is taken up by the recess.
  • men and the optical unit is in an end position.
  • a surface of the receiving section and the housing base of the optical unit can touch.
  • the optical unit is thus locked in place and lies flat and stable on the surface of the receiving section.
  • An inclined transition surface can be provided between the bottom surface of the groove and the recess.
  • the transition surface can be a ramp, for example.
  • the transition surface can represent an inclined plane, but can also be curved.
  • the roller can roll into and out of the depression via the transition surface.
  • the system can further comprise at least one fastening means which is designed to be inserted into the hole in the housing bottom of the optical unit in order to thus fix the optical unit to the receiving section of the system.
  • the fastening means can be, for example, a screw or a bolt.
  • the fastening means can be inserted into the hole along the z-direction in order to fix the optical unit to the receiving section.
  • the receiving section can for example also have a hole and in particular a hole with a thread.
  • the at least one roller or rollers of the optical unit can be resiliently supported. In this way, by applying pressure to an upper side of the optical unit (downwards in the z-direction), it can be achieved that a surface of the receiving section and the housing base of the optical unit approach one another and finally touch one another in an end position.
  • the receiving section can have an opening which is transparent to the beam and which is configured to at least partially overlap the opening of the optical unit in an end position of the optical unit, so that the beam is directed through the opening of the optical unit and through the opening of the receiving section can.
  • the end position can be an attached state in which the optical unit is attached to the receiving section.
  • the opening of the receiving section can, for example, only be a cutout.
  • a pane that is transparent to the laser beam e.g. a pane of glass
  • the opening is used so that the laser beam can be directed from the optical unit, through the receiving section, onto the raw material.
  • a seal running around the opening of the receiving section and / or around the opening of the optical unit can be provided.
  • the seal can serve to seal a construction chamber below the receiving section in a gas-tight manner, so that no gas can escape from the construction chamber into the surroundings and / or into the optical unit.
  • the system can have several optical units arranged next to one another according to the first aspect.
  • the optical units can be arranged next to one another along a direction which is perpendicular to the rolling direction (for example, along the y-direction). Additionally or alternatively, the optical units can be arranged next to one another along the rolling direction (for example along the x direction).
  • a predetermined number of optical units for example six
  • a predetermined number of optical units can be arranged in a first row next to one another along the y-direction and in a second row the same predetermined number of optical units can be arranged along the y-direction, the two rows next to one another along the x - Direction are arranged.
  • the invention relates to an optical unit for use in a system for producing a three-dimensional workpiece by means of a jet melting process.
  • the optical unit comprises beam optics for generating a beam and for directing the beam to a predetermined location, a housing with a housing bottom and an opening provided in the housing bottom which is transparent for the beam so that it can pass through the opening, and at least one at the Housing base provided roller, by means of which the optical unit can be rolled along at least one rolling direction.
  • An optical unit designed in this way can also be claimed independently of the combination of features defined in claim 1.
  • the feature that the optical unit has a lower section encompassing the housing bottom with two side walls each running parallel to a first direction and an upper section connected to the lower section with two side walls each running parallel to the first direction comprises, wherein the lower section and the upper section are arranged offset from one another that a first side wall of the side walls of the lower section does not run in the same plane as a first side wall of the side walls of the upper section and a second side wall of the side walls of the lower section not in the same plane is as a second side wall ⁇ of the side walls of the upper portion, not essential.
  • the optical unit can have at least three rollers provided on the housing base, all of which can be offset from one another along a direction perpendicular to the rolling direction.
  • the housing base can have a hole which is designed to receive a fastening means.
  • the optical unit can have a lower section encompassing the housing base with two side walls each running parallel to the rolling direction and an upper section connected to the lower section with two side walls each running parallel to the rolling direction.
  • the lower section and the upper section are offset from one another in such a way that a first side wall of the side walls of the lower section does not run in the same plane as a first side wall of the side walls of the upper section and a second side wall of the side walls of the lower section does not run in the same plane like a second side wall of the side walls of the upper section.
  • the optical unit described herein can be configured such that it can be positioned between two further structurally identical optical units, so that side walls of the respective optical units are adjacent to one another.
  • the optical unit which cut the shape described above having a lower From ⁇ and having an upper portion may be configured, for example so that a further identical optical unit can be placed so in addition to the optical unit, that the second side wall of the lower portion of the optical unit is arranged adjacent to a first side wall of a lower portion of the further optical unit and the second side wall of the upper portion of the optical unit is arranged adjacent to a first side wall of an upper portion of the further optical unit.
  • the side walls of the lower section can be parallel to one another and the side walls of the upper section can also be parallel to one another.
  • a first connection surface can connect the first side wall of the lower section to the first side wall of the upper section and a second connection surface can connect the second side wall of the lower section to the second side wall of the upper section.
  • the invention relates to a system for producing a three-dimensional workpiece by means of a jet melting process.
  • the system comprises a carrier for receiving a plurality of layers of a raw material, a receiving section arranged above the carrier with at least one groove provided in the receiving section and the optical unit according to the first aspect.
  • the at least one roller of the optical unit and the at least one groove of the receiving section are designed such that the at least one roller can roll along the at least one groove and is guided by it.
  • a system designed in this way can also be defined independently of the combination of features defined in claim 7.
  • the feature of claim 1 is that the optical unit has a lower section comprising the housing bottom with two side walls each running parallel to a first direction and an upper section connected to the lower section with two each parallel to the first direction extending side walls, wherein the lower portion and the upper portion are arranged offset from one another that a first side wall of the side walls of the lower portion does not run in the same plane as a first side wall of the side walls of the upper section and a second side wall of the side walls of the lower section do not run in the same plane as a second side wall of the side walls of the upper section, not essential.
  • an associated groove can be provided (precisely) in the receiving section for each of the rollers of the optical unit.
  • the at least one groove can have a recess at an end section of the groove for receiving an associated roller of the optical unit, the recess being provided with respect to a bottom surface of the groove.
  • the recess can be designed so that the associated roller does not touch a bottom of the recess when the associated roller is received by the recess and the optical unit is in an end position.
  • An inclined transition surface can be provided between the bottom surface of the groove and the recess.
  • the system can further comprise at least one fastening means which is designed to be inserted into the hole in the housing bottom of the optical unit in order to thus fix the optical unit to the receiving section of the system.
  • the receiving section can have an opening which is transparent to the beam and which is configured to at least partially overlap the opening of the optical unit in an end position of the optical unit, so that the beam is directed through the opening of the optical unit and through the opening of the receiving section can.
  • a seal running around the opening of the receiving section and / or around the opening of the optical unit can be provided.
  • the system can have several optical units arranged next to one another according to the third aspect.
  • the invention is explained below with reference to the accompanying figures. They represent:
  • FIG. 1 a perspective view of a plurality of optical units which are arranged in two rows on a receiving section;
  • FIG. 2 a view from below of a housing base of an optical unit, an opening in the housing base and three rollers being shown;
  • FIG. 3 a perspective view of an individual optical unit arranged on a receiving section
  • FIG. 4 a plan view of the situation in FIG. 3;
  • FIG. 5 a front view of a plurality of optical units which are arranged next to one another on a receiving section;
  • FIG. 6 a side view of an optical unit located in an end position, a roll of the optical unit being received by a recess in a groove of a receiving section;
  • FIG. 7 a section through a y-z plane of an optical unit, with a
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of a section of a system 2 for producing a three-dimensional workpiece according to the present disclosure is presented.
  • the section shown represents an area which is located above a carrier 6 on which raw material is applied in the ongoing construction process of the system 2.
  • a topmost raw material layer is thus located within a level 4 during the ongoing construction process.
  • the raw material can for example comprise a powder, a granulate and / or a liquid.
  • the raw material can include, for example, metal, ceramic and / or a plastic material, or material mixtures thereof.
  • the technique of beam melting used by the system 2 (for example selective laser melting or selective laser sintering) is, for example, from the prior art documents mentioned above well known and is only briefly explained at this point on the basis of selective laser melting in the powder bed.
  • a first layer of raw material powder is applied to the carrier 6 and illuminated in a location-specific manner by one or more laser beams in such a way that desired areas of the powder are solidified. Then another layer of powder is applied to the previous powder layer and this top layer is again illuminated and solidified.
  • a receiving section 8 for receiving a plurality of optical units 10 is shown. More precisely, the illustrated receiving section 8 enables the optical units 10 shown to be received.
  • the receiving section 8 represents a plate-shaped element which is arranged in the area of a ceiling of a building chamber of the system 2 or represents this ceiling.
  • Each of the illustrated optical units 10 is set up to radiate a laser beam downwards (i.e. through an opening of the receiving section 8) onto the plane 4 in which the raw material is located.
  • Each of the optical units 10 shown includes beam optics 11 (shown schematically).
  • the beam optics 11 comprise a scanner unit with which the laser beam formed by the optical unit 10 can be scanned over the plane 4.
  • each of the beam optics 11 of the optical units 10 comprises a focusing unit which is suitable for changing a focus position of the respective laser beam along the beam direction.
  • a beam cone 12 is shown, which shows the entire space that can be reached by the totality of the laser beams of the optical units 10.
  • the base area of the beam cone 12 within the plane 4 thus shows exemplary areas on the carrier 6 which can be reached by the laser beams of the optical units 10.
  • a Cartesian coordinate system is defined in the context of this entire disclosure as follows: a surface of the receiving section 8 defines an xy plane, wherein - as will be described below - grooves for inserting the opti- see units 10 run along the x-axis.
  • the plane 4 of the topmost raw material layer runs parallel to this xy plane, and a surface of the carrier 6 also runs parallel to it.
  • the z direction runs perpendicular to the xy plane.
  • optical unit 10 or the Recordin ⁇ meabites 8 disposed above the carrier 6 it may mean that the respective element is spaced in the positive z direction from the carrier. 6
  • the optical units 10 are arranged on the receiving section 8 such that two rows of optical units 10 are provided, the optical units 10 of the two rows being arranged adjacent to one another along the y direction and the two rows running parallel to one another and with respect to the x - spaced from each direction are 10 10 genüberre so that end faces of the optical elements of the one row end faces of the optical elements of the other row ge ⁇ .
  • the end faces of the optical elements 10 are the faces of the optical units 10 which run in the yz plane.
  • FIG. 2 shows a view of an optical unit 10 from below (looking in the positive z-direction).
  • the optical unit 10 comprises a housing 14 which houses a beam optics 11 with several optical elements (for example laser beam source, scanner unit, etc.).
  • the housing 14 has a housing base 16 which extends within an x-y plane. Further details of the geometry of the optical unit 10, which is essentially determined by the housing 14, are described further below in connection with the following figures.
  • rollers 18 are also provided, which are to be rich tet ⁇ to roll the optical unit 10 along the x-direction.
  • the rollers protrude from the housing base 16 by a predetermined distance in the z direction.
  • these are essentially cylindrical rollers 18 which only allow movement in the x direction.
  • rollers can also be provided which can rotate about the z-axis, for example, so that any rolling movements are possible within the xy plane.
  • the three rollers 18 are offset from one another with respect to the y-direction. Furthermore, the rollers 18 are also offset from one another with respect to the x direction.
  • At least one roller 18 is advantageous in order to enable the optical unit 10 to "roll in” laterally.
  • embodiments of optical units with the improved geometry proposed herein are also possible which do not have a roller.
  • These optical units 10 can, for example, from above (along the z-direction) or be inserted laterally along the housing bottom 16.
  • rollers or sliding elements can also be provided elsewhere than the housing base 16.
  • the housing base 16 has an opening 20.
  • This opening 20 is an opening insofar as it can be penetrated by the laser beam of the optical unit 10 and is therefore transparent to the latter.
  • the opening 20 of the embodiment shown has a glass pane which is transparent to the laser beam.
  • the housing base 16 has three holes 22, which extend into the housing base 16 along the z-axis.
  • a fastening means for example a bolt or a screw
  • three corresponding holes are also provided in the receiving section 8 for each of the optical units 10.
  • transition surface 24 is shown in FIG. 2 which extends from a side wall of a lower section to a side wall of an upper section of the optical unit 10.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the receiving section 8 as well as an individual optical unit 10 arranged thereon.
  • the optical unit 10 is in an end position, ie. H. in a position in which it is ready for use.
  • the optical unit 10 can be fastened in this end position, for example with fastening means.
  • three grooves 26 are provided in a surface of the receiving section 8 for each optical unit 10.
  • the number of grooves 26 per optical unit 10 thus corresponds to the number of rollers 18, so that an associated groove 26 is provided for each roller 18.
  • only the three grooves 26 for one of the optical units 10 are provided with a reference symbol in FIG.
  • the grooves 26 have a rectangular cross section with respect to a section through the yz plane. Each of the grooves 26 runs parallel to the x direction.
  • the grooves 26 serve that the optical unit 10 can be placed on the grooves 26 of the receiving section 8 at one point (from above, ie along the z-direction) and then rolled along the x-direction into its respective end position can.
  • the grooves 26 can also be open towards the x-direction, so that the rollers 18 can also be introduced into the respective grooves 26 from the x-direction. nen.
  • the illustrated optical unit 10 was thus pushed in from the left (ie in the x direction) and thus brought into its end position. More precisely, the optical unit 10 was first placed on the three grooves 26 in the z direction and then moved in the x direction so that the respective rollers 18 of the optical unit 10 roll in the associated grooves 26 and are guided by them.
  • FIG. 3 also shows that an associated opening 28 is provided in the receiving section 8 for each of the optical units 10.
  • the openings 28 are designed such that in the end position of the associated optical unit 10, the opening 20 of the housing base 16 overlaps with the opening 28 of the receiving section 8, so that the laser beam can penetrate both openings.
  • the opening 28 can merely be a recess or a pane (e.g. a glass pane) can be provided which covers the opening 28 and closes it in a gastight manner .
  • a sealing ring can be provided which runs around the opening 28 so that no gas can escape from the opening 28 or the underlying construction chamber into the environment after the optical unit 10 has been placed.
  • a sealing ring can be provided which runs around the opening 20 of the housing bottom 16 of the optical unit 10.
  • Figure 4 shows the same situation as Figure 3, but in plan view.
  • the arrangement of the grooves 26 and the openings 28 of the receiving section 8 can be seen better from this perspective.
  • Figure 3 it can be seen that for 12 optical
  • Units 10 12 associated placeholders are provided, wherein an opening 28 and three grooves 26 are provided on the receiving portion 8 for each of the placeholders.
  • the placeholders are arranged so that two rows of optical units 10 can be arranged on the receiving section 8, the rows each running in the y-direction. End faces of the individual optical elements 10 (i.e. faces that lie in the y-z plane) are thus adjacent to one another. Likewise, side walls of the optical elements 10 are adjacent to one another in the individual rows, as is described in connection with FIG.
  • FIG. 5 shows a front view of a row of six optical units 10 which are arranged next to one another on the receiving section 8. All of the optical units 10 are structurally identical in terms of the geometry of their housing 14. For this reason, the geometry of one of these housings 14 is described below as an example.
  • Figure 5 shows a view looking along the x Axis and thus shows an end face 30 of the optical unit 10, which runs perpendicular to the rolling direction (x direction) and lies in a yz plane.
  • the end face 30 can be referred to abstractly as S-shaped.
  • the optical unit 10 has a lower section 32 which comprises the housing base 16.
  • An upper section 34 of the optical unit 10 is arranged above the lower section 32 (ie above in the z direction).
  • the lower section 32 has a first side wall 36 and a second side wall 38, which both run parallel to the roll direction (x-direction) and each lie in an xz-plane.
  • the upper section 34 likewise has a first side wall 40 and a second side wall 42, which likewise both run parallel to the rolling direction (x-direction) and each lie in an x-z plane.
  • the first side wall 36 of the lower section 32 and the first side wall 40 of the upper section 34 run parallel to one another and are offset from one another in the y direction by a certain distance d.
  • the second side wall 38 of the lower section 32 and the second side wall 42 of the upper section 34 likewise run parallel to one another and are offset from one another in the y direction by the same distance d.
  • the first side wall 36 of the lower section 32 and the first side wall 40 of the upper section 34 connect an inclined first connecting surface 44 which runs parallel to the roll direction (x-direction).
  • the second side wall 38 of the lower section 32 and the second side wall 42 of the upper section 34 connect an inclined second connecting surface 24 which runs parallel to the roll direction (x-direction).
  • the two connecting surfaces 44 and 24 are parallel to one another.
  • the optical units 10 can be arranged next to one another in a row as follows, as shown in FIG.
  • the first side wall 36 of the lower section 32 of a first optical unit 10 is respectively arranged adjacent to the second side wall 36 of the lower section 32 of an adjacent second optical unit 10.
  • the first side wall 40 of the upper section 34 of the first optical unit 10 is also arranged adjacent to the second side wall 42 of the upper section 34 of the second optical unit 10.
  • the connecting surfaces 44 and 24 of the adjacent optical units 10 are likewise arranged adjacent to one another.
  • a distance between the adjacent surfaces (or walls) described above can be selected to be as small as possible, ie the respective surfaces can directly adjoin one another and possibly even touch one another, in order to facilitate insertion of the optical elements 10 in the x direction , but ideally a narrow air gap is provided between the respective surfaces.
  • FIG. 6 shows a side view of a roller 18 of an optical unit 10, the optical unit 10 being in its end position.
  • FIG. 6 shows, by way of example, only one of the three rollers 18 of the optical unit 10, the respectively associated grooves 26 of the other rollers 18 being designed to be comparable.
  • FIG. 6 shows an end section of the groove 26 associated with the roller 18.
  • the groove 26 has a depression 48 (in the z direction) at its end section. As shown in FIG. 6, the recess 48 can accommodate the roller 18 of the optical unit 10.
  • the recess 48 is provided with respect to a bottom surface 50 of the groove 26. More precisely, the groove 26 already represents a "recess" by a depth tn with respect to a surface 52 of the receiving section 8 and the recess 48 forms a (further) recess with regard to the bottom surface 50 of the groove 26. With regard to the surface 52 of the receiving section 8, the Recess 48 has a depth tv which is greater than the depth tn.
  • the roller 18 When, as shown in FIG. 6, the optical unit 10 is in its end position and the roller 18 is received by the recess 48, the roller 18 does not touch a bottom 54 of the recess 48. Figuratively speaking, the roller 18 hangs in the air. The reason for this is that a distance tr which the roller 18 protrudes from the housing base 16 is less than the depth tv of the depression. In this state, the housing base 16 rests on the surface 52 of the receiving section 8. Starting from this state, a certain initial force must be overcome in order to roll the optical unit 10 out of its recess again.
  • An inclined transition surface 56 is provided between the bottom surface 50 of the groove 26 and the recess 48.
  • the roller 18 can be rolled into the recess 48 and out again via this inclined transition surface 56.
  • the transition area 56 can therefore also be referred to as a ramp. In the embodiment shown, it is an inclined plane.
  • a single optical element 10 can be removed from its end position as follows. For this purpose, the screws 58 are first loosened. The optical element 10 can then be rolled over the receiving section 8 along the x direction. This enables lateral removal, even if the optical element 10 is enclosed on three sides by further optical elements 10. In an analogous manner, the optical element 10 can be pushed back into the gap after a repair or another optical element 10 without having to remove the adjacent optical elements 10.
  • the technique described above thus presents an improved geometry for an optical element 10, so that it can be arranged on a receiving section 8 in a space-saving manner.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Einheit zur Verwendung in einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens. Die optische Einheit umfasst eine Strahloptik zum Erzeugen eines Strahls und zum Richten des Strahls auf einen vorbestimmten Ort und ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einer im Gehäuseboden vorgesehenen Öffnung, welche für den Strahl transparent ist, sodass dieser die Öffnung passieren kann. Die optische Einheit weist einen den Gehäuseboden umfassenden unteren Abschnitt mit zwei jeweils parallel zu einer ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden und einen mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden auf, wobei der untere Abschnitt und der obere Abschnitt so zueinander versetzt angeordnet sind, dass eine erste Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts und eine zweite Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks.

Description

Optische Einheit und Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks
Die Erfindung betrifft eine optische Einheit zur Verwendung in einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks und eine entsprechende Anlage, Bei der Herstellung des dreidimensionalen Werkstücks kann es sich um eine Herstellung mithilfe eines generativen Schichtbauverfahrens und insbesondere mithilfe eines Strahlschmelzverfahrens handeln.
Bei generativen Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke und insbesondere bei generativen Schichtbauverfahren ist es bekannt, eine zunächst formlose oder formneutrale Formmasse eines Rohmaterials (zum Beispiel ein Rohstoffpulver) schichtweise auf einen Träger aufzutragen und durch ortsspezifisches Bestrahlen zu verfestigen (z. B. durch Verschmelzen oder Versintern), um letztendlich ein Werkstück einer gewünschten Form zu erhalten. Das Bestrahlen kann mittels elektromag¬ netischer Strahlung erfolgen, beispielsweise in Form von Laserstrahlung. In einem Ausgangszustand kann die Formmasse zunächst als Granulat, als Pulver oder als flüssige Formmasse vorliegen und infolge der Bestrahlung selektiv oder, anders ausgedrückt, ortsspezifisch verfestigt werden. Die Formmasse kann zum Beispiel Keramik-, Metall- oder Kunststoffmaterialien umfassen und auch Materialgemische hieraus. Eine Variante von generativen Schichtbauverfahren betrifft das sogenannte Laserstrahlschmelzen im Pulverbett, bei dem insbesondere metallische und/oder keramische Rohstoffpulvermaterialien unter Einstrahlung eines Laserstrahls zu dreidimensionalen Werkstücken verfestigt werden.
Zum Herstellen einzelner Werkstückschichten ist es ferner bekannt, Rohstoffpulvermaterial in Form einer Rohstoffpulverschicht auf einen Träger aufzubringen und selektiv sowie nach Maßgabe der Geometrie der aktuell herzustellenden Werkstückschicht zu bestrahlen. Die Laserstrahlung dringt in das Rohstoffpulvermaterial ein und verfestigt dieses, beispielsweise in Folge eines Erhitzens, was ein Schmelzen oder Sintern verursacht. Ist eine Werkstückschicht verfestigt, wird eine neue Schicht von unverarbeitetem Rohstoffpulvermaterial auf die bereits hergestellte Werkstückschicht aufgebracht. Hierzu können bekannte Beschichteranordnungen oder Pulverauftragsvorrichtungen verwendet werden. Anschließend erfolgt eine erneute
Bestrahlung der nun obersten und noch unverarbeiteten Rohstoffpulverschicht. Folglich wird das Werkstück sukzessive Schicht für Schicht aufgebaut, wobei jede Schicht eine Querschnittsfläche und/oder eine Kontur des Werkstücks definiert. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, auf CAD- oder vergleichbare Werkstückdaten zurückzugreifen, um die Werkstücke im Wesentlichen automatisch herzustellen.
Eine bekannte optische Bestrahlungseinheit, welche zum Beispiel in einer Vorrichtung zum Herstellen dreidimensionaler Werkstücke durch Bestrahlen von Rohstoffmateria¬ lien verwendbar ist, wird in der EP 2 335 848 Bl beschrieben. Die bekannte Bestrahlungseinheit umfasst eine Strahlquelle, insbesondere eine Laserquelle, und diverse optische Komponenten, wie beispielsweise einen Strahlaufweiter, eine Fokussiereinheit, und eine Ablenkvorrichtung in Form einer Scannereinheit und ein Objektiv.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche der vorste¬ hend erläuterten Aspekte ebenfalls vorgesehen sein können und dass eine optische Einheit gemäß der vorliegenden Offenbarung insbesondere die oben genannten optischen Komponenten umfassen kann.
Bekannte Vorrichtungen zum Herstellen von dreidimensionalen Werkstücken finden sich ferner beispielsweise in der EP 2 961 549 Al und in der EP 2 878 402 Al.
Im Zuge größer werdender Bauvolumen und der damit einhergehenden Möglichkeit, größere Werkstücke herzustellen, dauern die entsprechenden Bauprozesse immer länger, wenn dafür lediglich eine Strahlquelle verwendet wird. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist eine Steigerung der Prozessproduktivität wünschenswert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass mehrere Laserstrahlen gleichzeitig auf das Rohmaterial gelenkt werden.
Eine Möglichkeit, mehrere Laserstrahlen gleichzeitig erzeugen zu können, besteht darin, mehrere optische Einheiten vorzusehen, wobei jede optische Einheit dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl auszustrahlen und diesen an einen vorbestimmten Ort des Rohmaterials zu lenken.
Insbesondere in dem oben geschilderten Fall, dass mehrere optische Einheiten vor gesehen sind, jedoch auch dann, wenn nur eine optische Einheit vorhanden ist, kann es sein, dass der Raum für die optische(n) Einheit(en) begrenzt ist, sodass eine möglichst kompakte Ausgestaltung der optischen Einheit(en) wünschenswert ist. Anders ausgedrückt, kann es wünschenswert sein, das für die optischen Komponenten in Anspruch genommene Volumen möglichst effizient zu nutzen. Für den Fall, dass mehrere optische Komponenten nebeneinander vorgesehen werden sollen, ist es wünschenswert, dass das Gehäuse der optischen Einheiten so ausgestaltet ist, dass eine einfache und raumsparende Anordnung der optischen Einheiten nebeneinander ermöglicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optische Einheit mit einer verbesserten Geometrie sowie eine zugehörige Anlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Einheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Die Erfindung betrifft demnach gemäß einem ersten Aspekt eine optische Einheit zur Verwendung in einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens. Die optische Einheit umfasst eine Strahloptik zum Erzeugen eines Strahls und zum Richten des Strahls auf einen vorbestimmten Ort und ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einer im Gehäuseboden vorgesehenen Öffnung, welche für den Strahl transparent ist, sodass dieser die Öffnung passieren kann. Die optische Einheit weist einen den Gehäuseboden umfassenden unteren Abschnitt mit zwei jeweils parallel zu einer ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden und einen mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden auf, wobei der untere Abschnitt und der obere Abschnitt so zueinander versetzt angeordnet sind, dass eine erste Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts und eine zweite Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts.
Bei dem Strahlschmelzverfahren kann es sich beispielsweise um selektives Laserschmelzen oder um selektives Lasersintern handeln. Die Strahloptik der optischen Einheit kann eine Strahlquelle und insbesondere eine Laserstrahlquelle umfassen. Hierfür kann beispielsweise ein Nd:YAG-Laser verwendet werden, welcher einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt. Die Strahloptik kann weitere optische Elemente umfassen, welche dazu geeignet sind, den erzeugten Laserstrahl zu formen, abzulenken, oder anderweitig zu beeinflussen. Insbesondere können als optische Elemente eines oder mehrere aus der folgenden nicht abschließenden Liste vorgesehen sein: ein Strahlaufweiter zum Aufweiten des Laserstrahls, eine Fokussie¬ reinheit zum Ändern einer Fokusposition des Laserstrahls entlang einer Strahlrichtung des Laserstrahls, eine Scannereinheit zum zweidimensionalen Scannen des Laserstrahls über eine oberste Schicht von Rohmaterial, einen räumlichen Modulator für Licht (SLM) zum Aufprägen einer räumlichen Modulation auf den Laserstrahl, eine Strahlaufteileinheit zum Aufteilen des Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen, sowie eine Objektivlinse wie beispielsweise eine f-Theta-Linse. Bei dem vorbestimmten Ort, auf welchen der Laserstrahl gerichtet wird, kann es sich um eine vorbestimmte Position auf einer obersten Schicht des Rohmaterials handeln.
Der Gehäuseboden kann in einem eingebauten Zustand der optischen Einheit so ausgerichtet sein, dass eine Flächennormale des Gehäusebodens in Richtung der aufgetragenen Rohmaterialschicht(en) zeigt. Die Öffnung im Gehäuseboden kann - muss jedoch nicht - vollständig vom Gehäuseboden umgeben sein. Die maßgebliche Eigenschaft der Öffnung besteht darin, dass der Strahl diese passieren kann. Die Öffnung kann beispielsweise eine Scheibe (z. B. eine Glasscheibe) umfassen, welche transparent für den Strahl und insbesondere transparent für eine Wellenlänge des Laserstrahls ist. Die Scheibe kann eine luftdichte Abdichtung der optischen Einheit bewirken. Ferner kann die Öffnung auch lediglich eine nicht verschlossene und somit mit Luft gefüllte Öffnung bzw. Aussparung darstellen.
Die Seitenwände können beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die zwei Seiten wände des unteren Abschnitts und die zwei Seitenwände des oberen Abschnitts parallel zu einer Ebene verlaufen, die senkrecht auf einer Ebene steht, in welcher sich der Gehäuseboden erstreckt. Im Rahmen des hierin definierten Koordinatensys tems können diese Seitenwände somit beispielsweise parallel zu einer x-z-Ebene verlaufen. Die erste Seitenwand des unteren Abschnitts kann parallel zur ersten Seitenwand des oberen Abschnitts verlaufen. Ebenso kann die zweite Seitenwand des unteren Abschnitts parallel zur zweiten Seitenwand des oberen Abschnitts verlau¬ fen. Die zwei Seitenwände des oberen Abschnitts können beispielsweise bezüglich der zwei Seitenwände des unteren Abschnitts um denselben Abstand und in dieselbe Richtung versetzt sein. Bei dieser Richtung kann es sich um die hierin definierte y- Richtung handeln, welche senkrecht zur ersten Richtung (x-Richtung) verläuft. Der oben definierte Versatz kann eine kompakte Bauweise der optischen Einheit ermöglichen. Der untere Abschnitt und der obere Abschnitt können jeweils im Wesentlichen in Form eines Quaders ausgestaltet sein. Eine Breite des unteren Abschnitts entlang der Richtung des Versatzes (d. h. im hierin definierten Koordinatensystem in y- Richtung) kann identisch sein zu einer Breite des oberen Abschnitts entlang der Richtung des Versatzes. Allgemein kann die hierin beschriebene optische Einheit so ausgestaltet sein, dass sie zwischen zwei weiteren baugleichen optischen Einheiten positioniert werden kann, sodass Seitenwände der jeweiligen optischen Einheiten benachbart zueinander sind.
Die optische Einheit, welche die oben beschriebene Form mit einem unteren Abschnitt und einem oberen Abschnitt aufweist, kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass eine weitere baugleiche optische Einheit so neben der optischen Einheit platziert werden kann, dass die zweite Seitenwand des unteren Abschnitts der optischen Einheit benachbart zu einer ersten Seitenwand eines unteren Abschnitts der weiteren optischen Einheit angeordnet ist und die zweite Seitenwand des oberen Abschnitts der optischen Einheit benachbart zu einer ersten Seitenwand eines oberen Abschnitts der weiteren optischen Einheit angeordnet ist.
Die oben geschilderte benachbarte Anordnung kann bedeuten, dass die jeweiligen Seitenwände unmittelbar aneinander angrenzen und sich lediglich ein schmaler Luftspalt zwischen den jeweiligen Seitenwänden befindet. Der Luftspalt kann eine Breite aufweisen, die geringer ist als 20 %, als 10 %, als 5 %, als 2 % oder als 1 % einer Breite des oberen Abschnitts, gemessen entlang einer Richtung, entlang derer die jeweiligen optischen Komponenten benachbart zueinander angeordnet sind (beispielsweise entlang der y-Richtung). Insbesondere kann die benachbarte Anordnung bedeuten, dass sich keine andere Komponente außer den jeweiligen optischen Einheiten zwischen den jeweiligen Seitenwänden befindet. Die jeweils benachbarten Seitenwände können parallel zueinander verlaufen.
Die Seitenwände des unteren Abschnitts können parallel zueinander sein und die Seitenwände des oberen Abschnitts können ebenfalls parallel zueinander sein. Unab¬ hängig davon kann eine erste Verbindungsfläche die erste Seitenwand des unteren Abschnitts mit der ersten Seitenwand des oberen Abschnitts verbinden und eine zweite Verbindungsfläche die zweite Seitenwand des unteren Abschnitts mit der zweiten Seitenwand des oberen Abschnitts verbinden.
Die Verbindungsflächen können so ausgestaltet sein, dass bei einer benachbarten Anordnung baugleicher optischer Einheiten die erste Seitenwand der optischen Einheit benachbart ist zu einer zweiten Seitenwand einer benachbarten optischen Einheit und parallel zu dieser verläuft. Die optische Einheit kann ferner mindestens eine am Gehäuseboden vorgesehene Rolle umfassen, mittels derer die optische Einheit entlang zumindest der ersten Richtung gerollt werden kann, wobei die erste Richtung einer Rollrichtung entspricht. Wenn hierin von der Rollrichtung die Rede ist, ist damit somit die erste Richtung gemeint. Beispielsweise im hierein definierten Koordinatensystem entspricht diese Rollrichtung bzw. erste Richtung der x-Richtung.
Die mindestens eine Rolle kann so am Gehäuseboden vorgesehen sein, dass sie teilweise in diesen eingelassen ist. Beispielsweise kann eine Drehachse der Rolle innerhalb der optischen Einheit oder zumindest innerhalb des Gehäusebodens verlaufen. Die Rolle kann jedoch auch anderweitig auf jede beliebige Weise so am Gehäu¬ seboden vorgesehen sein, dass sie eine gewünschte Rollbewegung der optischen Einheit ermöglicht. Die Rolle kann im Wesentlichen zylinderförmig sein. Die Rolle kann eine im Wesentlichen lineare Rollbewegung in die Rollrichtung ermöglichen. Obwohl sich im Folgenden darauf beschränkt wird, dass die Rollen eine Bewegung in lediglich eine Rollrichtung durchführen können, können ebenfalls Rollen vorgesehen sein, welche Rollbewegungen in mehrere als eine Rollrichtung ermöglichen, beispielsweise in beliebige Richtungen innerhalb einer Ebene. Hierfür können die Rollen beispielsweise drehbar um eine Achse gelagert sein, welche senkrecht zur jeweiligen Rollachse der Rolle steht oder die Rollen können als Kugeln ausgebildet sein. Wenn im Folgenden von der (einen) Rollrichtung gesprochen wird, so ist diese Rollrichtung entlang der x-Achse in einer x-y-Ebene definiert. Alternativ könnte die Rollrichtung auch entlang der y-Achse definiert sein.
Das Vorsehen der mindestens einen Rolle kann es ermöglichen, die optische Einheit über einen Aufnahmeabschnitt einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks (innerhalb einer x-y-Ebene) zu rollen, sodass ein Aufsetzen der optischen Einheit auf den Aufnahmeabschnitt (entlang einer z-Richtung) nicht am Ort einer vorgesehenen Endposition der optischen Einheit erfolgen muss. Da die optischen Einheiten jedoch schwer und/oder unhandlich sein können, kann ein erstmaliges Bestücken einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mit optischen Einheiten schwierig und aufwändig sein. Ferner können die einzelnen optischen Einheiten prinzipiell austauschbar sein, um auch nach der erstmaligen Bestü- ckung einzelne optische Elemente zur Reparatur oder Wartung entfernen zu können oder diese austauschen zu können (beispielsweise nach einem Defekt oder falls ein optisches Element mit anderen Eigenschaften wie beispielsweise einer anderen Wel lenlänge oder Laserleistung gewünscht ist). Ein solcher Austausch ist jedoch im Stand der Technik oft nicht möglich ohne andere optische Einheiten (neben der aus- zutauschenden) vollständig ausbauen oder zumindest in ihrer Position verändern zu müssen. Dies gestaltet den Aus- und Einbau der optischen Einheiten schwierig und aufwändig. Für diese Situation bietet die hierin vorgeschlagene mindestens eine Rolle eine Verbesserung insofern als die optischen Einheiten seitlich (entlang der Rollrich tung)„eingerollt" werden können.
Die optische Einheit kann mindestens drei am Gehäuseboden vorgesehene Rollen aufweisen, welche alle entlang einer senkrecht zur Rollrichtung verlaufenden Rich- tung zueinander versetzt sind.
Anders ausgedrückt bedeutet dieser Versatz, dass keine zwei dieser mindestens drei Rollen entlang derselben Gerade (in x-Richtung) verlaufen. Vielmehr können die Geraden, entlang derer die einzelnen Rollen verlaufen, parallel entlang der x- Richtung verlaufen und beabstandet zueinander sein (entlang einer y-Richtung). Zusätzlich zu den mindestens drei versetzten Rollen können weitere Rollen vorgesehen sein, die ebenfalls wie oben geschildert versetzt angeordnet sind oder bezüglich einer der mindestens drei Rollen keinen Versatz (entlang der y-Richtung) aufweisen. Wenn mindestens drei versetzte Rollen vorgesehen sind, kann im Aufnahmeabschnitt der Anlage für jede der Rollen eine zugehörige Nut vorgesehen sein.
Der Gehäuseboden kann ein Loch aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, ein Be festigungsmittel aufzunehmen. Das Loch kann ein Gewinde aufweisen, das dazu eingerichtet ist, eine Schraube aufzunehmen. Das Loch kann beispielsweise entlang einer zur Rollrichtung senkrechten Richtung verlaufen (z. B. z-Richtung). Das Loch kann dazu dienen, die optische Einheit mithilfe des Befestigungsmittels an einem Aufnahmeabschnitt einer Anlage zu befestigen.
Lediglich zur Klarstellung sei erwähnt, dass im Sinne der Erfindung auch als Gehäu- seboden verstanden wird, wenn dieser vollständig von der o.g. Öffnung eingenommen wird, d.h. wenn die Öffnung durch die Seitenwände begrenzt wird. Die Öffnung kann von einem lasertransparenten Material, bspw. Glas, ausgefüllt sein, sie kann aber auch als stoffdurchlässige Öffnung ausgestaltet sein. Die Erfindung betrifft gemäß einem zweiten Aspekt eine Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens. Die Anlage umfasst einen Träger zum Aufnehmen mehrerer Schichten eines Rohmaterials, einen oberhalb des Trägers angeordneten Aufnahmeabschnitt mit mindestens einer in dem Aufnahmeabschnitt vorgesehenen Nut und die optische Einheit gemäß dem ersten Aspekt. Die mindestens eine Rolle der optischen Einheit und die mindestens eine Nut des Aufnahmeabschnitts sind so ausgestaltet, dass die mindestens eine Rolle entlang der mindestens einen Nut rollen kann und von dieser geführt wird.
Die Nut kann beispielsweise entlang einer Geraden verlaufen, insbesondere entlang der hierin definierten x-Richtung. Die Nut kann beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Eine Bodenfläche der Nut kann parallel zur x-y- Ebene verlaufen, sodass die zugehörige Rolle der optischen Einheit darauf entlang der x-Richtung rollen kann.
In dem Aufnahmeabschnitt kann für jede der Rollen der optischen Einheit (genau) eine zugehörige Nut vorgesehen sein. Wenn die optische Einheit beispielsweise drei Rollen aufweist, können in dem Aufnahmeabschnitt drei zugehörige Nuten vorgese- hen sein.
Als Alternative dazu können jedoch auch mindestens zwei Rollen vorgesehen sein, welche gemeinsam in derselben Nut geführt werden können. Somit kann die optische Einheit beispielsweise vier Rollen aufweisen, wobei jeweils zwei der vier Rollen in einer gemeinsamen Nut geführt werden können.
Die mindestens eine Nut kann an einem Endabschnitt der Nut eine Vertiefung zur Aufnahme einer zugehörigen Rolle der optischen Einheit aufweisen, wobei die Vertie¬ fung bezüglich einer Bodenfläche der Nut vorgesehen ist.
Genauer gesagt kann die Nut eine„Vertiefung" oder Aussparung in dem Aufnahmeabschnitt darstellen, wobei die Bodenfläche der Nut auf einem (in z-Richtung) tiefe ren Niveau liegt als eine Oberfläche des Aufnahmeabschnitts. Ausgehend von diesem Niveau der Bodenfläche ist am Endabschnitt der Nut eine weitere Vertiefung entlang der z-Richtung vorgesehen. Diese Vertiefung kann dazu dienen, dass die zugehörige optische Einheit in einer Endposition einrasten kann. Aus dieser Endposition kann die optische Einheit nicht durch reines Rollen entlang lediglich der x-Richtung entfernt werden, da es zusätzlich erforderlich ist, die Rolle (in x-Richtung) aus der Vertiefung zu entfernen. Für jede Rolle der optischen Einheit kann eine Vertiefung in einer zu- gehörigen Nut vorgesehen sein.
Die Vertiefung kann so ausgestaltet sein, dass die zugehörige Rolle einen Boden der Vertiefung nicht berührt, wenn die zugehörige Rolle von der Vertiefung aufgenom- men ist und sich die optische Einheit in einer Endposition befindet. Somit können sich in der Endposition eine Oberfläche des Aufnahmeabschnitts und der Gehäuseboden der optischen Einheit berühren. In der Endposition ist die optische Einheit somit eingerastet und liegt flächig und stabil auf der Oberfläche des Aufnahmeabschnitts auf.
Zwischen der Bodenfläche der Nut und der Vertiefung kann eine schiefe Übergangsfläche vorgesehen sein.
Bei der Übergangsfläche kann es sich beispielsweise um eine Rampe handeln. Die Übergangsfläche kann eine schiefe Ebene darstellen, kann jedoch auch gekrümmt sein. Über die Übergangsfläche kann die Rolle in die Vertiefung und wieder aus der Vertiefung heraus rollen.
Die Anlage kann ferner mindestens ein Befestigungsmittel umfassen, welches dazu eingerichtet ist, in das Loch des Gehäusebodens der optischen Einheit eingeführt zu werden, um somit die optische Einheit an dem Aufnahmeabschnitt der Anlage zu fixieren.
Bei dem Befestigungsmittel kann es sich beispielsweise um eine Schraube oder um einen Bolzen handeln. Wenn sich die optische Einheit in einer Endposition befindet, kann das Befestigungsmittel entlang der z-Richtung in das Loch eingeführt werden, um die optische Einheit an dem Aufnahmeabschnitt zu fixieren. Hierfür kann der Aufnahmeabschnitt beispielsweise ebenfalls ein Loch und insbesondere ein Loch mit Gewinde aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorgesehenen Vertiefung kann die mindestens eine Rolle bzw. die Rollen der optischen Einheit federnd lagern. Auf diese Weise kann durch Druck auf eine Oberseite der optischen Einheit (nach unten in z-Richtung) erreicht werden, dass sich eine Oberfläche des Aufnahmeabschnitts und der Gehäuseboden der optischen Einheit annähern und sich schließlich in einer Endposition berühren.
Der Aufnahmeabschnitt kann eine für den Strahl transparente Öffnung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, in einer Endposition der optischen Einheit zumindest teilweise mit der Öffnung der optischen Einheit zu überlappen, sodass der Strahl durch die Öffnung der optischen Einheit und durch die Öffnung des Aufnahmeabschnitts gerichtet werden kann. Bei der Endposition kann es sich um einen befestigten Zustand handeln, in dem die optische Einheit an dem Aufnahmeabschnitt befestigt ist. Bei der Öffnung des Aufnahmeabschnitts kann es sich beispielsweise lediglich um eine Aussparung handeln. In der Öffnung kann sich jedoch auch eine für den Laserstrahl transparente Scheibe (z. B. Glasscheibe) befinden. Die Öffnung dient dazu, dass der Laserstrahl von der optischen Einheit, durch den Aufnahmeabschnitt hindurch, auf das Rohmaterial gelenkt werden kann. Es kann eine um die Öffnung des Aufnahmeabschnitts und/oder um die Öffnung der optischen Einheit verlaufende Dichtung vorgesehen sein.
Die Dichtung kann dazu dienen, eine Baukammer unterhalb des Aufnahmeabschnitts gasdicht abzudichten, sodass aus der Baukammer kein Gas in die Umgebung und/oder in die optische Einheit gelangen kann.
Die Anlage kann mehrere nebeneinander angeordnete optische Einheiten gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Die optischen Einheiten können nebeneinander entlang einer Richtung angeordnet sein, die senkrecht zur Rollrichtung verläuft (beispielsweise entlang der y-Richtung). Zusätzlich oder alternativ können die optischen Einheiten entlang der Rollrichtung (beispielsweise entlang der x-Richtung) nebeneinander angeordnet sein. Insbesondere kann beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl optischer Einheiten (beispielsweise sechs) in einer ersten Reihe nebeneinander entlang der y-Richtung angeordnet sein und in einer zweiten Reihe dieselbe vorbestimmte Anzahl optischer Einheiten entlang der y-Richtung angeordnet sein, wobei die zwei Reihen nebeneinander entlang der x- Richtung angeordnet sind. Gemäß einem dritten Aspekt, betrifft die Erfindung eine optische Einheit zur Verwendung in einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens. Die optische Einheit umfasst eine Strahloptik zum Erzeugen eines Strahls und zum Richten des Strahls auf einen vorbestimmten Ort, ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einer im Gehäuseboden vorgesehenen Öffnung, welche für den Strahl transparent ist, sodass dieser die Öffnung passieren kann, und mindestens eine am Gehäuseboden vorgesehene Rolle, mittels derer die optische Einheit entlang zumindest einer Rollrichtung gerollt werden kann. Eine derart ausgebildete optische Einheit kann auch unabhängig von der im Anspruch 1 definierten Merkmalskombination beansprucht werden. Insbesondere ist für eine derart ausgebildete optische Einheit das Merkmal, dass die die optische Einheit einen den Gehäuseboden umfassenden unteren Abschnitt mit zwei jeweils parallel zu einer ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden und einen mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden aufweist, wobei der untere Abschnitt und der obere Abschnitt so zueinander versetzt angeordnet sind, dass eine erste Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts und eine zweite Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seiten¬ wand der Seitenwände des oberen Abschnitts, nicht wesentlich.
Oben im Zusammenhang mit dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung erläuterte Merkmale können auch bei der optischen Einheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein.
Insbesondere kann die optische Einheit mindestens drei am Gehäuseboden vorgesehene Rollen aufweisen, welche alle entlang einer senkrecht zur Rollrichtung verlau fenden Richtung zueinander versetzt sein können.
Der Gehäuseboden kann ein Loch aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, ein Befestigungsmittel aufzunehmen.
Die optische Einheit kann einen den Gehäuseboden umfassenden unteren Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur Rollrichtung verlaufenden Seitenwänden und einen mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur Rollrichtung verlaufenden Seitenwänden aufweisen. Der untere Abschnitt und der obere Abschnitt sind so zueinander versetzt angeordnet, dass eine erste Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts und eine zweite Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts. Allgemein kann die hierin beschriebene optische Einheit so ausgestaltet sein, dass sie zwischen zwei weiteren baugleichen optischen Einheiten positioniert werden kann, sodass Seitenwände der jeweiligen optischen Einheiten benachbart zueinander sind. Die optische Einheit, welche die oben beschriebene Form mit einem unteren Ab¬ schnitt und einem oberen Abschnitt aufweist, kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass eine weitere baugleiche optische Einheit so neben der optischen Einheit platziert werden kann, dass die zweite Seitenwand des unteren Abschnitts der optischen Einheit benachbart zu einer ersten Seitenwand eines unteren Abschnitts der weiteren optischen Einheit angeordnet ist und die zweite Seitenwand des oberen Abschnitts der optischen Einheit benachbart zu einer ersten Seitenwand eines oberen Abschnitts der weiteren optischen Einheit angeordnet ist.
Die Seitenwände des unteren Abschnitts können parallel zueinander sein und die Seitenwände des oberen Abschnitts können ebenfalls parallel zueinander sein. Unabhängig davon kann eine erste Verbindungsfläche die erste Seitenwand des unteren Abschnitts mit der ersten Seitenwand des oberen Abschnitts verbinden und eine zweite Verbindungsfläche die zweite Seitenwand des unteren Abschnitts mit der zweiten Seitenwand des oberen Abschnitts verbinden.
Gemäß einem vierten Aspekt, betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens. Die Anlage umfasst einen Träger zum Aufnehmen mehrerer Schichten eines Rohmaterials, einen oberhalb des Trägers angeordneten Aufnahmeabschnitt mit mindestens einer in dem Aufnahmeabschnitt vorgesehenen Nut und die optische Einheit gemäß dem ersten Aspekt. Die mindestens eine Rolle der optischen Einheit und die mindestens eine Nut des Aufnahmeabschnitts sind so ausgestaltet, dass die mindestens eine Rolle entlang der mindestens einen Nut rollen kann und von dieser geführt wird. Eine derart ausgebildete Anlage kann auch unabhängig von der im Anspruch 7 definierten Merkmalskombination definiert werden. Insbesondere ist für eine derart aus gebildete optische Einheit das Merkmal des Anspruchs 1, dass die die optische Einheit einen den Gehäuseboden umfassenden unteren Abschnitt mit zwei jeweils parallel zu einer ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden und einen mit dem unteren Abschnitt verbundenen oberen Abschnitt mit zwei jeweils parallel zur ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden aufweist, wobei der untere Abschnitt und der obere Abschnitt so zueinander versetzt angeordnet sind, dass eine erste Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts und eine zweite Seitenwand der Seitenwände des unteren Abschnitts nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seitenwand der Seitenwände des oberen Abschnitts, nicht wesentlich.
Oben im Zusammenhang mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Aspekt der Erfindung erläuterte Merkmale können auch bei der Anlage gemäß dem vierten As pekt der Erfindung vorgesehen sein.
Insbesondere kann in dem Aufnahmeabschnitt für jede der Rollen der optischen Einheit (genau) eine zugehörige Nut vorgesehen sein.
Die mindestens eine Nut kann an einem Endabschnitt der Nut eine Vertiefung zur Aufnahme einer zugehörigen Rolle der optischen Einheit aufweisen, wobei die Vertiefung bezüglich einer Bodenfläche der Nut vorgesehen ist.
Die Vertiefung kann so ausgestaltet sein, dass die zugehörige Rolle einen Boden der Vertiefung nicht berührt, wenn die zugehörige Rolle von der Vertiefung aufgenommen ist und sich die optische Einheit in einer Endposition befindet.
Zwischen der Bodenfläche der Nut und der Vertiefung kann eine schiefe Übergangsfläche vorgesehen sein.
Die Anlage kann ferner mindestens ein Befestigungsmittel umfassen, welches dazu eingerichtet ist, in das Loch des Gehäusebodens der optischen Einheit eingeführt zu werden, um somit die optische Einheit an dem Aufnahmeabschnitt der Anlage zu fixieren.
Der Aufnahmeabschnitt kann eine für den Strahl transparente Öffnung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, in einer Endposition der optischen Einheit zumindest teilweise mit der Öffnung der optischen Einheit zu überlappen, sodass der Strahl durch die Öffnung der optischen Einheit und durch die Öffnung des Aufnahmeabschnitts gerichtet werden kann.
Es kann eine um die Öffnung des Aufnahmeabschnitts und/oder um die Öffnung der optischen Einheit verlaufende Dichtung vorgesehen sein.
Die Anlage kann mehrere nebeneinander angeordnete optische Einheiten gemäß dem dritten Aspekt aufweisen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es stellen dar:
Figur 1: eine perspektivische Ansicht mehrerer optischer Einheiten, welche in zwei Reihen auf einem Aufnahmeabschnitt angeordnet sind;
Figur 2: eine Ansicht von unten auf einen Gehäuseboden einer optischen Einheit, wobei eine Öffnung im Gehäuseboden und drei Rollen dargestellt sind;
Figur 3: eine perspektivische Ansicht einer einzelnen auf einem Aufnahmeabschnitt angeordneten optischen Einheit;
Figur 4: eine Draufsicht auf die Situation der Fig. 3;
Figur 5: eine Vorderansicht mehrerer optischer Einheiten, die nebeneinander auf einem Aufnahmeabschnitt angeordnet sind;
Figur 6: eine Seitenansicht auf eine sich in einer Endposition befindenden optischen Einheit, wobei eine Rolle der optischen Einheit von einer Vertiefung einer Nut eines Aufnahmeabschnitts aufgenommen ist; und
Figur 7: einen Schnitt durch eine y-z-Ebene einer optischen Einheit, wobei ein
Loch und ein Befestigungsmittel dargestellt sind.
In Figur 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts einer Anlage 2 zum Erzeugen eines dreidimensionalen Werkstücks gemäß der vorliegenden Offenbarung dar gestellt. Der dargestellte Abschnitt stellt einen Bereich dar, welcher sich oberhalb eines Trägers 6 befindet, auf dem im laufenden Bauprozess der Anlage 2 Rohmaterial aufgetragen wird. Somit befindet sich im laufenden Bauprozess eine oberste Rohmaterialschicht innerhalb einer Ebene 4. Das Rohmaterial kann beispielsweise ein Pulver, ein Granulat und/oder eine Flüssigkeit umfassen. Das Rohmaterial kann beispielsweise Metall, Keramik und/oder ein Kunststoffmaterial umfassen, oder auch Materialgemische daraus. Die von der Anlage 2 verwendete Technik des Strahl- schmelzens (beispielsweise selektives Laserschmelzen oder selektives Lasersintern) ist beispielsweise aus den oben genannten Dokumenten des Stands der Technik wohlbekannt und wird an dieser Stelle anhand des selektiven Laserschmelzens im Pulverbett lediglich kurz erläutert.
Zunächst wird eine erste Schicht Rohstoffpulver auf den Träger 6 aufgetragen und ortsspezifisch so von einem oder mehreren Laserstrahlen beleuchtet, dass gewünschte Bereiche des Pulvers verfestigt werden. Anschließend wird eine weitere Schicht Pulver auf die vorherige Pulverschicht aufgetragen und es erfolgt wiederum eine Beleuchtung und Verfestigung dieser obersten Schicht. Um einen Abstand zwischen der obersten Schicht und der optischen Einheit bzw. den optischen Einheiten stets konstant zu halten, ist es möglich, im laufenden Bauprozess den Träger 6 abzusenken und/oder die optische Einheit 10 bzw. die optischen Einheiten 10 anzuheben (entlang einer z-Richtung). Auf diese Weise wird Schicht für Schicht das herzustellende dreidimensionale Werkstück aufgebaut. Anschließend kann das nicht verfestig¬ te Pulver entfernt und gegebenenfalls wiederverwendet werden.
In Figur 1 ist ein Aufnahmeabschnitt 8 zur Aufnahme mehrerer optischer Einheiten 10 dargestellt. Genauer gesagt ermöglicht der dargestellte Aufnahmeabschnitt 8 die Aufnahme der 12 dargestellten optischen Einheiten 10. Der Aufnahmeabschnitt 8 stellt in der dargestellten Ausführungsform ein plattenförmiges Element dar, welches im Bereich einer Decke einer Baukammer der Anlage 2 angeordnet ist bzw. diese Decke darstellt. Jede einzelne der dargestellten optischen Einheiten 10 ist dazu eingerichtet, einen Laserstrahl nach unten (d. h. durch eine Öffnung des Aufnahmeab schnitts 8 hindurch) auf die Ebene 4 einzustrahlen, in welcher sich das Rohmaterial befindet. Jede der dargestellten optischen Einheiten 10 umfasst eine Strahloptik 11 (schematisch dargestellt). Die Strahloptik 11 umfasst eine Scannereinheit, mit welcher der von der optischen Einheit 10 ausgestaltet Laserstrahl über die Ebene 4 gescannt werden kann. Ferner umfasst jede der Strahloptiken 11 der optischen Einheiten 10 eine Fokussiereinheit, welche dazu geeignet ist, eine Fokusposition des jeweiligen Laserstrahls entlang der Strahlrichtung zu verändern. In Figur 1 ist anstatt der einzelnen Laserstrahlen der optischen Einheiten 10 ein Strahlkegel 12 dargestellt, welcher den gesamten Raum anzeigt, der von der Gesamtheit der Laserstrahlen der optischen Einheiten 10 erreicht werden kann. Die Grundfläche des Strahlkegels 12 innerhalb der Ebene 4 zeigt somit beispielhafte Bereiche auf dem Träger 6 an, welche von den Laserstrahlen der optischen Einheiten 10 erreicht werden können.
Ein kartesisches Koordinatensystem ist im Rahmen dieser gesamten Offenbarung wie folgt definiert: eine Oberfläche des Aufnahmeabschnitts 8 definiert eine x-y-Ebene, wobei - wie im Folgenden noch beschrieben wird - Nuten zum Einschieben der opti- sehen Einheiten 10 entlang der x-Achse verlaufen. Parallel zu dieser x-y-Ebene verläuft die Ebene 4 der obersten Rohmaterialschicht und ebenfalls parallel dazu verläuft eine Oberfläche des Trägers 6. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur x-y-Ebene.
Wenn hierin davon gesprochen wird, dass die optische Einheit 10 oder der Aufnah¬ meabschnitt 8 oberhalb des Trägers 6 angeordnet ist, kann dies bedeuten, dass das jeweilige Element in positive z-Richtung vom Träger 6 beabstandet ist.
Die optische Einheiten 10 sind auf dem Aufnahmeabschnitt 8 so angeordnet, dass zwei Reihen von optischen Einheiten 10 vorgesehen sind, wobei die optischen Einheiten 10 der beiden Reihen entlang der y-Richtung zueinander benachbart angeordnet sind und die beiden Reihen parallel zueinander verlaufen und bezüglich der x- Richtung voneinander beabstandet sind, sodass Stirnflächen der optischen Elemente 10 der einen Reihe Stirnflächen der optischen Elemente 10 der anderen Reihe ge¬ genüberliegen. Bei den Stirnflächen der optischen Elemente 10 handelt es sich um die Flächen der optischen Einheiten 10, welche in der y-z-Ebene verlaufen.
Figur 2 zeigt eine Ansicht einer optischen Einheit 10 von unten (mit Blickrichtung in positive z-Richtung). Die optische Einheit 10 umfasst ein Gehäuse 14, welches eine Strahloptik 11 mit mehreren optischen Elementen (beispielsweise Laserstrahlquelle, Scannereinheit, usw.) beherbergt. Das Gehäuse 14 weist einen Gehäuseboden 16 auf, welcher sich innerhalb einer x-y-Ebene erstreckt. Weitere Details der Geometrie der optischen Einheit 10, welche im Wesentlichen vom Gehäuse 14 bestimmt wird, werden in Zusammenhang mit den folgenden Figuren weiter unten beschrieben.
Am Gehäuseboden 16 sind ferner drei Rollen 18 vorgesehen, welche dazu eingerich¬ tet sind, die optische Einheit 10 entlang der x-Richtung zu rollen. Zu diesem Zweck ragen die Rollen um einen vorbestimmten Abstand in z-Richtung aus dem Gehäuseboden 16 hervor. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um im Wesentlichen zylinderförmige Rollen 18, welche lediglich eine Bewegung in x-Richtung ermöglichen. Es können jedoch auch Rollen vorgesehen sein, die sich beispielsweise um die z-Achse drehen können, sodass beliebige Rollbewegungen innerhalb der x-y- Ebene möglich sind. Wie in Figur 2 dargestellt ist, sind die drei Rollen 18 zueinander bezüglich der y-Richtung versetzt. Ferner sind die Rollen 18 auch bezüglich der x- Richtung zueinander versetzt. Das Vorsehen mindestens einer Rolle 18 ist vorteilhaft, um ein seitliches„Einrollen" der optischen Einheit 10 zu ermöglichen. Es sind jedoch auch Ausführungsformen optischer Einheiten mit der hierin vorgeschlagenen verbesserten Geometrie möglich, welche keine Rolle aufweisen. Diese optischen Einheiten 10 können beispielsweise von oben (entlang der z-Richtung) eingesetzt werden oder entlang des Gehäusebodens 16 seitlich eingeschoben werden. Alternativ oder zusätzlich können zudem Rollen oder Gleitelemente an anderer Stelle als dem Gehäuseboden 16 vorgesehen sein. Der Gehäuseboden 16 weist eine Öffnung 20 auf. Diese Öffnung 20 ist insofern eine Öffnung als sie vom Laserstrahl der optischen Einheit 10 durchdrungen werden kann und somit für diesen transparent ist. Die Öffnung 20 des gezeigten Ausführungsbeispiels weist eine Glasscheibe auf, welche für den Laserstrahl transparent ist. Ferner weist der Gehäuseboden 16 drei Löcher 22 auf, welche sich entlang der z- Achse in den Gehäuseboden 16 hinein erstrecken. Durch diese Löcher 22 kann jeweils ein Befestigungsmittel (beispielsweise ein Bolzen oder eine Schraube) eingeführt werden, um die optische Einheit 10 am Aufnahmeabschnitt 8 zu fixieren. Zu diesem Zweck sind im Aufnahmeabschnitt 8 für jede der optischen Einheiten 10 ebenfalls drei entsprechende Löcher vorgesehen.
Ferner ist in der Figur 2 eine Übergangsfläche 24 dargestellt, welche sich von einer Seitenwand eines unteren Abschnitts zu einer Seitenwand eines oberen Abschnitts der optischen Einheit 10 erstreckt.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Aufnahmeabschnitts 8 sowie einer einzelnen darauf angeordneten optischen Einheit 10. Die optische Einheit 10 befindet sich dabei in einer Endposition, d. h. in einer Position, in welcher sie einsatzbereit ist. Optional kann die optische Einheit 10 beispielsweise mit Befestigungsmitteln in dieser Endposition befestigt werden. In Figur 3 ist ferner erkennbar, dass für jede optische Einheit 10 drei Nuten 26 in einer Oberfläche des Aufnahmeabschnitts 8 vorgesehen sind. Die Anzahl der Nuten 26 pro optischer Einheit 10 entspricht somit der Anzahl der Rollen 18, sodass für jede Rolle 18 eine zugehörige Nut 26 vorgesehen ist. Zur besseren Anschaulichkeit sind in Figur 3 lediglich die drei Nuten 26 für eine der opti- sehen Einheiten 10 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Nuten 26 haben bezüglich eines Schnitts durch die y-z-Ebene einen rechteckigen Querschnitt. Jede der Nuten 26 verläuft parallel zur x-Richtung. Die Nuten 26 dienen dazu, dass die optische Einheit 10 an einer Stelle auf die Nuten 26 des Aufnahmeab- Schnitts 8 aufgesetzt werden kann (von oben, d. h. entlang der z-Richtung) und anschließend entlang der x-Richtung in ihre jeweilige Endposition gerollt werden kann. Die Nuten 26 können auch zur x-Richtung hin geöffnet sein, sodass die Rollen 18 auch von der x-Richtung aus in die jeweiligen Nuten 26 eingeführt werden kön- nen. Die dargestellte optische Einheit 10 wurde also von links (d. h. in x-Richtung) eingeschoben und somit in ihre Endposition gebracht. Genauer gesagt wurde die optische Einheit 10 zunächst in z-Richtung auf die drei Nuten 26 aufgesetzt und anschließend in x-Richtung bewegt, sodass die jeweiligen Rollen 18 der optischen Einheit 10 in den zugehörigen Nuten 26 rollen und von diesen geführt werden.
In Figur 3 ist ferner gezeigt, dass für jede der optischen Einheiten 10 eine zugehörige Öffnungen 28 im Aufnahmeabschnitt 8 vorgesehen ist. Die Öffnungen 28 sind so ausgestaltet, dass in der Endposition der zugehörigen optischen Einheit 10 die Öffnung 20 des Gehäusebodens 16 mit der Öffnung 28 des Aufnahmeabschnitts 8 überlappt, sodass der Laserstrahl beide Öffnungen durchdringen kann. Ähnlich wie im Fall der Öffnung 20 des Gehäusebodens 16 kann es sich bei der Öffnung 28 lediglich um eine Aussparung handeln oder es kann eine Scheibe (z. B. eine Glasscheibe) vorge sehen sein, welche die Öffnung 28 bedeckt und diese insbesondere gasdicht ver schließt. Ferner kann ein Dichtungsring vorgesehen sein, welcher die Öffnung 28 umläuft, sodass nach dem Aufsetzen der optischen Einheit 10 kein Gas aus der Öffnung 28 bzw. der darunterliegenden Baukammer in die Umgebung entweichen kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Dichtungsring vorgesehen sein, welcher die Öff nung 20 des Gehäusebodens 16 der optischen Einheit 10 umläuft.
Figur 4 zeigt dieselbe Situation wie Figur 3, jedoch in Draufsicht. Aus dieser Perspektive ist die Anordnung der Nuten 26 sowie der Öffnungen 28 des Aufnahmeabschnitts 8 besser zu erkennen. In Figur 3 ist erkennbar, dass für 12 optische
Einheiten 10 12 zugehörige Platzhalter (d. h. mögliche Positionen für optische Einheiten 10) vorgesehen sind, wobei für jeden der Platzhalter eine Öffnung 28 und drei Nuten 26 auf dem Aufnahmeabschnitt 8 vorgesehen sind. Die Platzhalter sind so angeordnet, dass zwei Reihen von optischen Einheiten 10 auf dem Aufnahmeab schnitt 8 angeordnet werden können, wobei die Reihen jeweils in y-Richtung verlau fen. Stirnflächen der einzelnen optischen Elemente 10 (d. h. Flächen, die in der y-z- Ebene liegen) sind somit benachbart zueinander. Ebenfalls sind in den einzelnen Reihen Seitenwände der optischen Elemente 10 benachbart zueinander, wie im Zu sammenhang mit Figur 5 geschildert wird.
Figur 5 zeigt eine Vorderansicht auf eine Reihe von sechs optischen Einheiten 10, welche nebeneinander auf dem Aufnahmeabschnitt 8 angeordnet sind. Sämtliche der optischen Einheiten 10 sind hinsichtlich der Geometrie ihres Gehäuses 14 baugleich. Aus diesem Grund wird im Folgenden exemplarisch die Geometrie eines dieser Gehäuse 14 beschrieben. Figur 5 zeigt eine Ansicht mit Blickrichtung entlang der x- Achse und zeigt somit eine Stirnfläche 30 der optischen Einheit 10, welche senkrecht zur Rollrichtung (x-Richtung) verläuft und in einer y-z-Ebene liegt. Die Stirnfläche 30 kann abstrahiert als s-förmig bezeichnet werden. Die optische Einheit 10 weist einen unteren Abschnitt 32 auf, welcher den Gehäuseboden 16 umfasst. Oberhalb des unteren Abschnitts 32 (d. h. in z-Richtung oberhalb) ist ein oberer Abschnitt 34 der optischen Einheit 10 angeordnet. Der untere Abschnitt 32 weist eine erste Seitenwand 36 und eine zweite Seitenwand 38 auf, welche beide parallel zur Rollrichtung (x-Richtung) verlaufen und jeweils in einer x-z-Ebene liegen. Der obere Abschnitt 34 weist ebenfalls eine erste Seitenwand 40 und eine zweite Seitenwand 42 auf, welche ebenfalls beide parallel zur Rollrichtung (x-Richtung) verlaufen und jeweils in einer x- z-Ebene liegen. Die erste Seitenwand 36 des unteren Abschnitts 32 und die erste Seitenwand 40 des oberen Abschnitts 34 verlaufen parallel zueinander und sind in y- Richtung um einen bestimmten Abstand d zueinander versetzt. Ebenso verlaufen die zweite Seitenwand 38 des unteren Abschnitts 32 und die zweite Seitenwand 42 des oberen Abschnitts 34 parallel zueinander und sind in y-Richtung um denselben Abstand d zueinander versetzt. Die erste Seitenwand 36 des unteren Abschnitts 32 und die erste Seitenwand 40 des oberen Abschnitts 34 verbindet eine schräge erste Verbindungsfläche 44, welche parallel zur Rollrichtung (x-Richtung) verläuft. Die zweite Seitenwand 38 des unteren Abschnitts 32 und die zweite Seitenwand 42 des oberen Abschnitts 34 verbindet eine schräge zweite Verbindungsfläche 24, welche parallel zur Rollrichtung (x-Richtung) verläuft. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Verbindungsflächen 44 und 24 parallel zueinander.
Die optischen Einheiten 10 können aufgrund ihrer oben beschriebenen Geometrie folgendermaßen in einer Reihe nebeneinander angeordnet werden, wie in Figur 5 dargestellt ist. Die erste Seitenwand 36 des unteren Abschnitts 32 einer ersten optischen Einheit 10 ist jeweils benachbart angeordnet zu der zweiten Seitenwand 36 des unteren Abschnitts 32 einer benachbarten zweiten optischen Einheit 10. Ebenso ist die erste Seitenwand 40 des oberen Abschnitts 34 der ersten optischen Einheit 10 benachbart angeordnet zur zweiten Seitenwand 42 des oberen Abschnitts 34 der zweiten optischen Einheit 10. Ebenso sind die Verbindungsflächen 44 und 24 der benachbarten optischen Einheiten 10 zueinander benachbart angeordnet. Ein Abstand zwischen den oben beschriebenen benachbarten Flächen (bzw. Wände) kann so gering wie möglich gewählt werden, d. h. die jeweiligen Flächen können unmittel- bar aneinander angrenzen und sich gegebenenfalls sogar berühren, Um ein Einschieben der optischen Elemente 10 in x-Richtung zu erleichtern, ist jedoch idealerweise ein schmaler Luftspalt zwischen den jeweiligen Flächen vorgesehen. Aus der obigen Beschreibung der Anordnungen der optischen Einheiten 10 wird klar, dass eine der optischen Einheiten 10, welche in y-Richtung auf beiden Seiten benachbart zu anderen optischen Einheiten 10 angeordnet ist, nicht einfach in z- Richtung aus ihrer Endposition entfernt (d. h. gehoben) werden kann. Ebenso ist ein Einsetzen einer optischen Einheit 10 von oben in eine Lücke nicht ohne Weiteres möglich. Aus unter anderem diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die hierin beschriebenen Rollen 18 und Nuten 26 vorzusehen, welcher ein Einschieben entlang der x-Richtung ermöglichen.
Figur 6 zeigt eine Seitenansicht einer Rolle 18 einer optischen Einheit 10, wobei sich die optische Einheit 10 in ihrer Endposition befindet. Figur 6 zeigt exemplarisch lediglich eine der drei Rollen 18 der optischen Einheit 10, wobei die jeweils zugehörigen Nuten 26 der anderen Rollen 18 vergleichbar ausgestaltet sind. Figur 6 zeigt einen Endabschnitt der der Rolle 18 zugehörigen Nut 26.
Die Nut 26 weist an ihrem Endabschnitt eine Vertiefung 48 (in z-Richtung) auf. Wie in Figur 6 dargestellt ist, kann die Vertiefung 48 die Rolle 18 der optischen Einheit 10 aufnehmen. Die Vertiefung 48 ist bezüglich einer Bodenfläche 50 der Nut 26 vorgesehen. Genauer gesagt stellt die Nut 26 bereits eine„Vertiefung" um eine Tiefe tn bezüglich einer Oberfläche 52 des Aufnahmeabschnitts 8 dar und die Vertiefung 48 bildet eine (weitere) Vertiefung hinsichtlich der Bodenfläche 50 der Nut 26. Bezüglich der Oberfläche 52 des Aufnahmeabschnitts 8 weist die Vertiefung 48 eine tiefe tv auf, welche größer ist als die Tiefe tn.
Wenn sich, wie in Figur 6 dargestellt, die optische Einheit 10 in ihrer Endposition befindet und die Rolle 18 von der Vertiefung 48 aufgenommen ist, so berührt die Rolle 18 einen Boden 54 der Vertiefung 48 nicht. Bildlich gesprochen hängt die Rolle 18 in der Luft. Der Grund hierfür ist, dass ein Abstand tr den die Rolle 18 ausgehend von dem Gehäuseboden 16 herausragt, geringer ist als die Tiefe tv der Vertiefung. In diesem Zustand liegt somit der Gehäuseboden 16 auf der Oberfläche 52 des Auf nahmeabschnitts 8 auf. Ausgehend von diesem Zustand muss eine gewisse Initialkraft überwunden werden, um die optische Einheit 10 wieder aus ihrer Vertiefung herauszurollen.
Zwischen der Bodenfläche 50 der Nut 26 und der Vertiefung 48 ist eine schiefe Übergangsfläche 56 vorgesehen. Über diese schiefe Übergangsfläche 56 kann die Rolle 18 in die Vertiefung 48 und wieder hinaus gerollt werden. Die Übergangsfläche 56 kann somit auch als Rampe bezeichnet werden. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine schiefe Ebene.
Um eine zusätzliche Fixierungen der optischen Einheit 10 am Aufnahmeabschnitt 8 zu gewährleisten, werden in der Endposition der optischen Einheit 10 Schrauben 58 durch die Löcher 22 der optischen Einheit 10 und durch zugehörige Löcher des Aufnahmeabschnitts 8 gedreht, sodass die optische Einheit 10 fest mit dem Aufnahme¬ abschnitt 8 verbunden ist. Dies ist in der Schnittansicht der Figur 7 dargestellt. Ein einzelnes optisches Element 10 kann wie folgt aus seiner Endposition entnommen werden. Hierzu werden zunächst die Schrauben 58 gelöst. Anschließend kann das optische Element 10 entlang der x-Richtung über den Aufnahmeabschnitt 8 gerollt werden. Somit wird eine seitliche Entnahme ermöglicht, auch wenn das optische Element 10 von drei Seiten durch weitere optische Elemente 10 eingeschlossen ist. Auf analoge Weise kann das optische Element 10 nach einer Reparatur oder ein anderes optisches Element 10 wieder in die Lücke eingeschoben werden, ohne die benachbarten optischen Elemente 10 entfernen zu müssen.
Durch die oben geschilderte Technik wird somit eine verbesserte Geometrie für ein optisches Element 10 vorgestellt, sodass dieses auf raumsparende Weise auf einem Aufnahmeabschnitt 8 angeordnet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Einheit (10) zur Verwendung in einer Anlage (2) zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens, umfas¬ send
eine Strahloptik (11) zum Erzeugen eines Strahls und zum Richten des Strahls auf einen vorbestimmten Ort und
ein Gehäuse (14) mit einem Gehäuseboden (16) und einer im Gehäuseboden vorgesehenen Öffnung (20), welche für den Strahl transparent ist, sodass dieser die Öffnung (20) passieren kann,
wobei die optische Einheit (10) einen den Gehäuseboden (16) umfassenden unteren Abschnitt (32) mit zwei jeweils parallel zu einer ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden (36, 38) und einen mit dem unteren Abschnitt (32) verbundenen oberen Abschnitt (34) mit zwei jeweils parallel zur ersten Richtung verlaufenden Seitenwänden (40, 42) aufweist, wobei der untere Abschnitt (32) und der obere Abschnitt (34) so zueinander versetzt angeordnet sind, dass eine erste Seitenwand (36) der Seitenwände des unteren Abschnitts (32) nicht in derselben Ebene verläuft wie eine erste Seitenwand (40) der Seitenwände des oberen Abschnitts (34) und eine zweite Seitenwand (38) der Seitenwände des unteren Abschnitts (32) nicht in derselben Ebene verläuft wie eine zweite Seitenwand (42) der Seitenwände des oberen Abschnitts (34).
2. Optische Einheit (10) nach Anspruch 1, wobei die optische Einheit (10) so ausgestaltet ist, dass eine weitere baugleiche optische Einheit (10) so neben der optischen Einheit (10) platziert werden kann, dass die zweite Seitenwand (38) des unteren Abschnitts (32) der optischen Einheit (10) benachbart zu einer ersten Sei tenwand (36) eines unteren Abschnitts (32) der weiteren optischen Einheit (10) angeordnet ist und die zweite Seitenwand (42) des oberen Abschnitts (34) der optischen Einheit (10) benachbart zu einer ersten Seitenwand (40) eines oberen Ab schnitts (34) der weiteren optischen Einheit (10) angeordnet ist.
3. Optische Einheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Seitenwände (36, 38) des unteren Abschnitts (32) parallel zueinander sind und die Seitenwände (40, 42) des oberen Abschnitts (34) parallel zueinander sind und wobei eine erste Verbin dungsfläche (44) die erste Seitenwand (36) des unteren Abschnitts (32) mit der ersten Seitenwand (40) des oberen Abschnitts (34) verbindet und eine zweite Ver- bindungsfläche (24) die zweite Seitenwand (38) des unteren Abschnitts (32) mit der zweiten Seitenwand (42) des oberen Abschnitts (34) verbindet.
4. Optische Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: - mindestens eine am Gehäuseboden (16) vorgesehene Rolle (18), mittels derer die optische Einheit (10) entlang zumindest der ersten Richtung gerollt werden kann, wobei die erste Richtung einer Rollrichtung entspricht.
5. Optische Einheit (10) nach Anspruch 4, wobei die optische Einheit (10) min- destens drei am Gehäuseboden (16) vorgesehene Rollen (18) aufweist, welche alle entlang einer senkrecht zur Rollrichtung verlaufenden Richtung zueinander versetzt sind.
6. Optische Einheit (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Gehäuseboden (16) mindestens ein Loch (22) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, ein Befestigungsmittel aufzunehmen.
7. Anlage (2) zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks mittels eines Strahlschmelzverfahrens, umfassend:
- einen Träger (6) zum Aufnehmen mehrerer Schichten eines Rohmaterials, einen oberhalb des Trägers (6) angeordneten Aufnahmeabschnitt (8) mit mindestens einer in dem Aufnahmeabschnitt (8) vorgesehenen Nut (26), und
die optische Einheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die mindestens eine Rolle (18) der optischen Einheit (10) und die mindestens eine Nut (26) des Aufnahmeabschnitts (8) so ausgestaltet sind, dass die mindestens eine Rolle (18) entlang der mindestens einen Nut (26) rollen kann und von dieser geführt wird.
8. Anlage (2) nach Anspruch 7 mit der optischen Einheit (10) nach Anspruch 5, wobei in dem Aufnahmeabschnitt (8) für jede der Rollen (18) der optischen Einheit (10) eine zugehörige Nut (26) vorgesehen ist.
9. Anlage (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die mindestens eine Nut (26) an einem Endabschnitt der Nut (26) eine Vertiefung (48) zur Aufnahme einer zugehörigen Rolle (18) der optischen Einheit (10) aufweist, wobei die Vertiefung (48) bezüg- lieh einer Bodenfläche (50) der Nut (26) vorgesehen ist.
10. Anlage (2) nach Anspruch 9, wobei die Vertiefung (48) so ausgestaltet ist, dass die zugehörige Rolle (18) einen Boden (50) der Vertiefung (48) nicht berührt, wenn die zugehörige Rolle (18) von der Vertiefung (48) aufgenommen ist und sich die optische Einheit (10) in einer Endposition befindet.
11. Anlage (2) nach Anspruch 9 oder 10, wobei zwischen der Bodenfläche (50) der Nut (26) und der Vertiefung (48) eine schiefe Übergangsfläche (56) vorgesehen ist.
12. Anlage (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 und der optischen Einheit (10) nach Anspruch 6, ferner umfassend mindestens ein Befestigungsmittel (58), welches dazu eingerichtet ist, in das Loch (22) des Gehäusebodens (16) der optischen Einheit (10) eingeführt zu werden, um somit die optische Einheit (10) an dem Aufnahmeab¬ schnitt (8) der Anlage (2) zu fixieren.
13. Anlage (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Aufnahmeabschnitt (8) eine für den Strahl transparente Öffnung (28) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, in einer Endposition der optischen Einheit (10) zumindest teilweise mit der Öffnung (20) der optischen Einheit (10) zu überlappen, sodass der Strahl durch die Öffnung (20) der optischen Einheit (10) und durch die Öffnung (28) des Aufnahme¬ abschnitts (8) gerichtet werden kann.
14. Anlage (2) nach Anspruch 13, wobei eine um die Öffnung (28) des Aufnahmeabschnitts (8) und/oder um die Öffnung (20) der optischen Einheit (10) verlaufende Dichtung vorgesehen ist.
15. Anlage (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die Anlage (2) mehrere nebeneinander angeordnete optische Einheiten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0816308D0 (en) 2008-09-05 2008-10-15 Mtt Technologies Ltd Optical module
US8666142B2 (en) * 2008-11-18 2014-03-04 Global Filtration Systems System and method for manufacturing
EP2335848B1 (de) 2009-12-04 2014-08-20 SLM Solutions GmbH Optische Bestrahlungseinheit für eine Anlage zur Herstellung von Werkstücken durch Bestrahlen von Pulverschichten mit Laserstrahlung
CN102905905B (zh) * 2010-03-18 2016-03-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 激光烧结设备和用于控制激光烧结设备的方法
US10625374B2 (en) 2013-02-27 2020-04-21 SLM Solutions Group AG Method for producing work pieces having a tailored microstructure
GB201310398D0 (en) * 2013-06-11 2013-07-24 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
EP3415254A1 (de) * 2013-06-10 2018-12-19 Renishaw PLC Vorrichtung und verfahren für selektive lasererstarrung
EP2878402A1 (de) 2013-12-02 2015-06-03 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke mit einer Strahlungsdetektionsvorrichtung
ES2799123T3 (es) * 2013-12-17 2020-12-14 Eos Gmbh Electro Optical Systems Sistema de impresión láser
CN106111985A (zh) 2015-05-07 2016-11-16 吴小平 群扫描激光选择性烧结或固化方法及其3d成型机
CN106312325A (zh) 2015-07-07 2017-01-11 王爱华 一种新型激光切割装置
EP3377253B1 (de) 2015-11-16 2023-03-01 Renishaw PLC Modul für vorrichtung zur generativen fertigung
DE102015119745A1 (de) * 2015-11-16 2017-05-18 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objekts
DE102016218887A1 (de) 2016-09-29 2018-03-29 SLM Solutions Group AG Herstellen dreidimensionaler Werkstücke mittels einer Mehrzahl von Bestrahlungseinheiten
JP6862193B2 (ja) * 2017-01-25 2021-04-21 キヤノン株式会社 三次元造形物の製造方法、および三次元造形装置
DE102017205027A1 (de) 2017-03-24 2018-09-27 SLM Solutions Group AG Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Werkstücken
US11643366B2 (en) 2017-08-07 2023-05-09 University Of South Florida Large area sintering test platform and associated method of use

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