EP4126424A2 - Apparatus for additively manufacturing components, in particular by means of selective melting or sintering - Google Patents

Apparatus for additively manufacturing components, in particular by means of selective melting or sintering

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EP4126424A2
EP4126424A2 EP21713357.8A EP21713357A EP4126424A2 EP 4126424 A2 EP4126424 A2 EP 4126424A2 EP 21713357 A EP21713357 A EP 21713357A EP 4126424 A2 EP4126424 A2 EP 4126424A2
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EP
European Patent Office
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processing
light
distance
light beam
powder
Prior art date
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Pending
Application number
EP21713357.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Kurtz
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Kurtz & Co Kg GmbH
Original Assignee
Kurtz & Co Kg GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering.
  • a processing head has several optical switching elements via which several beams can be directed to the target position.
  • the machining head is aligned displaceably on a linear axis.
  • the linear axis is in turn mounted displaceably on a linear axis that is perpendicular to it. This enables an X-Y movement.
  • the laser beam source or sources are attached to the linear axis.
  • WO 2018/202643 A1 discloses a device for additive manufacturing by selective laser sintering.
  • One or more lasers are assigned to one or more laser heads. These lasers are distributed to the individual heads via the beam splitter.
  • the heads can be moved over rails in the X and Y directions.
  • the heads can be moved independently of one another.
  • the light is fed to the heads using mirrors.
  • US 2015/0283612 A1, US 2014/0198365 A1 and JP2009-65 09A disclose selective laser sintering devices which have a plurality of optical heads that emit laser beams be able to point at a powder bed. These heads themselves cannot be moved in the X and Y directions, but instead guide the laser beam into the corresponding positions via mirrors.
  • the advantage here is that the location of the laser focal point can be changed quickly. In this case, however, the heads have to be comparatively far away from the powder bed and can only illuminate a limited area.
  • DE 10 053 742 C5 and US 9,011,136 B1 show devices for sintering with a cross slide arrangement, an additive manufacturing process with multiple heads for plastic printing and a device with a head that has both a 3D print and a 3D cutting element.
  • a device and a method for selective laser melting emerges, wherein several parallel working laser heads are provided for melting a mate rials according to a powder bed-based laser melting.
  • Each of the laser heads can be moved along a linear traverse and the laser heads can be moved independently of one another.
  • the array of laser heads and the powder net surface can be rotated horizontally relative to each other.
  • US 2017/0129012 A1 describes a device and a method for the additive manufacture of components, the device comprising a plurality of robot arms on each of which a deposition head and a laser head are attached adjacent to one another.
  • the robotic arms each include at least one swivel joint and are designed to move the deposition head and the laser head in all three spatial directions. Material can be applied to a processing surface by means of the deposition head and this point can be melted with the laser immediately afterwards.
  • the device essentially comprises several robot arms which can be equipped with gripping elements for providing material on a work platform or for removing finished components or with a laser head.
  • the robot arms each have two joints and are therefore rotatably and pivotably mounted.
  • the device further comprises a central production arm, which can be equipped with a laser head or a milling head.
  • the central production room can be moved linearly along a traverse.
  • DE 10 2018 128 543 A1 has a laminating molding device in which two laser heads operating in parallel are used to melt a material in accordance with a laminating molding process are provided. Both laser heads are coupled to a traverse and can be linearly moved independently of one another. The traverse can also be moved. In this way, the machining area can be completely covered. The laser beam is guided to the processing area by a focusing unit using two mirror elements.
  • a device and a method for 3D printing emerge, with a laser for melting a starting material and a cutting laser for processing the structures produced are provided.
  • the laser for melting a starting material and the cutting laser can be moved independently of one another along several crossbars, both horizontally and vertically.
  • the invention is based on the object of creating a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, which is simple in design, allows a high production speed and with which 3D components can be produced with high precision.
  • a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, comprises a light source for generating a light beam, a processing head which is either coupled to the light source with a beam guide so that the light beam is guided to the processing head, or the light source is arranged directly on the processing head, so that a light beam can be directed from the processing head to a processing area, the processing head being movably mounted so that the light beam can be directed to different locations in the processing area, and with several processing heads for directing a light beam are provided on the processing area, and the Bear processing heads are each arranged on a slide which can be moved along a cross member.
  • the device is characterized in that the machining heads are each arranged on one of the slides by means of a swivel arm which can be swiveled about a vertical swivel axis.
  • a swivel arm which can be swiveled about a vertical swivel axis.
  • the machining heads are arranged on or on a slide and can be moved along a cross member. This allows simple and reliable positioning of the machining heads over the machining area.
  • the machining heads can be quickly positioned over a large section of the machining area at any point.
  • This section extends around the traverse along which the respective slide with the respective machining head can be moved in an area around the pivot axis of the pivot arm, which extends on both sides by a width that corresponds to the length of the pivot arm.
  • This section is thus strip-shaped around the crossbeams with a width which corresponds approximately to twice the length of the pivot arms.
  • This strip-shaped section is referred to below as the cover area, since the machining heads, which are arranged on the carriage of a cross-beam, can be arranged at any position within the cover area and thus impinge on the machining area with a bundle of light beams at any point in the cover area or can cover.
  • the swivel arms can be designed to be swivelable only about the vertical axis. Such a configuration is very simple compared to multi-axis robot arms. Nevertheless, the processing heads can be positioned very quickly and precisely and the parallel processing achieves a high throughput.
  • the swivel arms can be designed with a length of, for example, at least 5 cm, preferably at least 10 cm or at least 15 cm, and in particular at least 20 cm. The longer the swivel arms, the wider the coverage areas.
  • the angular range can, for example, be limited to a maximum swivel angle with respect to the traverse of a maximum of 60 ° or a maximum of 45 ° will. With a maximum swivel angle of 45 °, the width of the coverage area is reduced to the length of the swivel arm.
  • the device can have a plurality of cross members which are arranged parallel to one another.
  • the crossbars are preferably spaced apart such that the cover areas overlap from adjacent crossbars.
  • the beam guide for the respective light beam can be formed with means of reflector elements along the pivot arms. This enables very light swivel arms, which have a low rotational moment of inertia, so that they can be swiveled quickly to any rotational position.
  • the pivot arms are preferably made of plastic, in particular made of fiber-reinforced plastic.
  • a mirror for directing the respective light beam on the processing area can be provided.
  • the beam guides can be designed at least partially as light guides.
  • the Lichtlei ter can extend from the light source to the respective processing head.
  • the respective light guide can, however, also only be guided from the light source to the pivotably mounted end of the respective pivot arm and there be arranged with its end in such a way that the light beam is coupled into a beam guide along the pivot arm, which is formed by means of reflector elements.
  • Such a design has the advantage that the swivel arm can be rotated through 360 ° or more without the light guide having to be rotated.
  • the end of the light guide at which the light from the light guide is coupled into the beam guide on the swivel arm can be arranged in a stationary manner with respect to the slide to which the swivel arm is attached.
  • the end of the light guide can alternatively be arranged in a stationary manner on the swivel arm in such a way that the light beam is emitted in the direction of the free end of the swivel arm, preferably parallel to the swivel arm.
  • a reflector element for directing the respective light beam onto the processing area can be seen, such as a deflecting mirror.
  • the reflector element can be a parabolic mirror or a mirror with a free-form surface for bundling the light, so that no optical lens is necessary in the beam path.
  • the traverses on which the slides are movably mounted can be stationary angeord net. This is particularly advantageous in connection with an embodiment with processing heads arranged on swivel arms, since such a fixed arrangement can be controlled much more easily to avoid collisions between different swivel arms than in a device in which the swivel arms can be swiveled, the carriages can be moved along the traverses and the Traverses themselves can be moved transversely to their longitudinal direction.
  • the device can be designed so that one or more cross members can be retrofitted.
  • the processing area can be subsequently enlarged and, on the other hand, the density of cross members and thus of processing heads in a predetermined processing area can be increased.
  • At least two carriages which can be moved independently of one another are preferably mounted on each cross member, each carriage having a machining head. It is also possible for more than two carriages, for example three or four carriages, to be provided per traverse.
  • a plurality of light sources are preferably provided, each of which is assigned to one or more processing heads.
  • the light sources are preferably lasers, in particular CO2 lasers or ND: YAG lasers.
  • CO2 lasers are mainly used for melting or sintering plastic powder.
  • ND: YAG lasers are used for melting or sintering metal powder.
  • Such a CO2 laser has, for example, a light output of 30 W to 70 W and an ND: YAG laser of 100 W to 1,000 W and more.
  • the light sources can also be light-emitting diodes, in particular special super-luminescence light-emitting diodes, and / or semiconductor lasers.
  • a multiplexer can be provided to distribute the light beam from one of the light sources to different beam guides. Such a multiplexer is preferably useful for very bright light sources with which the powder can be melted or sintered with short pulses.
  • the device In the processing area, the device preferably has a powder bed in which there can be powder that is selectively melted by means of the light beam.
  • the powder can be a metal powder or a plastic powder.
  • the individual swivel arms can be arranged at different heights in order to avoid collisions when moving the swivel arms.
  • the individual light sources can be designed so that they emit light beams with different frequencies or different frequency ranges and / or different intensities. This allows the selective melting or sintering process to be controlled individually. This allows, for example, a control of the porosity of the product made with it.
  • the light beam can also be focused on the processing area to different degrees.
  • the focusing can be set, for example, by means of an objective and / or a height adjustment of the processing heads.
  • powder can be melted or sintered simultaneously in a powder bed at several points.
  • An inert gas atmosphere in particular a nitrogen and / or argon atmosphere, can be formed in the entire device.
  • an inert gas atmosphere By using an inert gas atmosphere, oxidation of the powder or the component can be prevented during component production.
  • With the formation and maintenance of the inert gas atmosphere it is possible to filter dirt particles from the interior of the device in a simple manner.
  • a device for the generative production of components in particular by means of selective melting or sintering, is provided, with a processing table with a preferably horizontal table top which forms a support surface for the powder bed, the processing table via a table top at least at least partially laterally delimiting wall, and the table top and the wall jointly define the processing area.
  • the device is characterized in that the wall can preferably be moved perpendicular to the table top.
  • the wall When manufacturing a component, the wall is moved vertically relative to the processing table after one or more component layers created.
  • the top of the wall can form a flat surface with the table top of the processing table at the beginning of the component production.
  • Powder is applied to the tabletop and smoothed out.
  • a powder layer can have a thickness of about 20 ⁇ m - 100 ⁇ m.
  • the first component layer is then created by connecting at least some of the powder particles. The connection can take place by melting and cooling, by sintering or by applying a binding agent locally.
  • the wall After the first component layer has been produced, the wall can be moved upwards by the fleas of the first component layer. In this way, a chamber is formed between the wall and the support surface. The powder bed is formed in this chamber.
  • the powder bed comprises the component layer that has already been formed and the remaining powder that is not connected to one another. Then another layer of powder can be applied, smoothed out and a second component layer can be manufactured. The height of the wall can then be adjusted again by the thickness of the second component layer. The chamber formed by the wall and the support surface is enlarged in this way in the vertical direction and then comprises the two component layers and the remaining, non-interconnected powder material. The aforementioned steps are repeated until the component is completely manufactured.
  • the wall which is usually lighter than the machining table, can be moved with little effort. The wall can be moved according to one or more layers formed. It is advantageous if the processing table is designed to be stationary and not movable.
  • the known structure namely that the machining table is moved downwards relative to the stationary wall surrounding the machining table during component production, can thus be reversed.
  • a working volume of 0.75 m 3 results. If this working volume is filled with aluminum powder, the contents weigh about 2 t. In the case of steel powder, the weight is around 61. Since only the wall, which is usually significantly lighter than the processing table and the additively manufactured object on it, has to be moved, a small and inexpensive drive can be used.
  • the structure of the Be work table can at the same time be designed to be particularly inexpensive but still stable, since the work table does not need to be moved. This further reduces the overall costs of the device.
  • An electric, pneumatic and / or hydraulic drive for example, can be used to adjust the wall vertically.
  • the wall can be provided on its upper edge with an outwardly horizontally protruding collar, which prevents powder from falling onto a foundation in areas that are not intended for this.
  • the collar can only be provided on one side of the powder bed or can be formed on several or even circumferentially.
  • the wall can be formed from several wall sections, wherein the Wandab sections can be moved individually and / or together. Individual sections of the wall can then be moved independently of one another. The wall can thus be adjusted to a large number of possible applications.
  • An order dispenser can be provided for applying powder to be selectively melted or sintered onto the processing table or onto the processing area.
  • the order dispenser can be moved in the horizontal direction over the processing table in order to be able to distribute the powder over the entire processing area.
  • the order dispenser can have a doctor blade or be coupled to a doctor blade, so that the powder applied is smoothed out.
  • the installation space or the base area of the device can be reduced, since a Vorratszylin can be dispensed with.
  • the use of a supply cylinder instead of an order dispenser can, however, be advantageous in order to reduce the turbulence in the atmosphere inside the device, which is caused by the movement of the order dispenser.
  • the wall can be moved together with at least one further component, preferably a light source and / or a processing head and / or a doctor blade and / or an application dispenser for applying powder material and / or a storage cylinder. It is particularly advantageous if the machining heads can be adjusted in height together with the wall. In this way it can be ensured that the processing heads always have the same distance from the processing area or from the surface of the powder bed. A complex setting of an optimal distance between the machining head and the machining area can thus be dispensed with, as can the re-focusing or setting of the optics of the machining head.
  • the wall can be moved depending on the thickness of the next component layer to be formed. It is possible for the individual component layers to have different thicknesses. Thus, during production, individual component layers can be made thicker than others if a high degree of partial accuracy is not important in the corresponding component areas. If, on the other hand, a high degree of dimensional accuracy is important in individual component areas, the component layer to be manufactured can have a smaller thickness. In this way, component production can be accelerated in individual component areas and thus as a whole. The component can thus be manufactured particularly quickly depending on the dimensional accuracy required in the respective areas.
  • a collecting device is provided, preferably designed as a collecting basin in order to receive excess powder that comes out of the processing area.
  • powder can get rich from the processing area, for example powder can be pushed through the squeegee from the processing table or from the table top or from the collar. This excess powder can be picked up by the collection device.
  • the collecting device can be formed by a collecting or collecting basin into which the excess powder falls. This excess powder can then be collected and reused.
  • the reservoir can be partially or fully dig be arranged around the work table, the wall and / or the collar, so that excess powder that is brushed from the work table, the wall and / or the collar can fall into the collecting basin.
  • a suction and a filter can be provided in order to suck off the excess powder, to filter it and to reuse it.
  • the powder picked up by the collecting device is sucked off, then fed to a filter and conveyed back to the processing area in a circuit.
  • the filter can filter out powder grains and / or dirt particles that are too large and / or already interconnected.
  • a filter can, for example, have a filter size of 120 ⁇ m, so that only particles can pass through the filter which have a grain size of less than 120 ⁇ m. Depending on the powder and powder grain sizes used, different filter sizes can be used.
  • the powder material cleaned in this way can be fed to a storage container and / or the order dispenser for reuse. Through this recirculation of the powder material, the material loss can be kept low.
  • the work table can be tempered and kept at a predetermined temperature. In this way, stresses in the component, especially in the first layers, can be avoided.
  • the work table can, for example, be heated to a temperature between 100 ° C and 300 ° C, preferably to a temperature between 150 ° C and 200 ° C.
  • the temperature of the work table can be lower, for example between 40 ° C and 120 ° C, preferably between 60 ° C and 100 ° C. The temperature can be adapted to the material used.
  • Optics in particular zoom optics, are preferably provided in order to change the focusing of the emitted light beam.
  • the focusing of the light beam can easily be adapted to different distances from the processing area.
  • the energy input and the irradiated area can be changed through targeted focus adjustment.
  • a device for the generative production of components in particular by means of selective melting or sintering, is provided with at least one movable component, preferably a processing head and / or a processing table and / or a wall and / or a doctor blade and / or an order dispenser, and a drive for moving the movable component.
  • the device is characterized in that at least one distance sensor is provided for preferably electro-optical distance measurement.
  • the distance sensor can be arranged on or on the movable component and measure the distance to another object or the distance between the sensor and the other object. However, it is also possible for the distance sensor to be arranged on another object and to measure the distance to the movable component. In this way, the distance between the movable component and another object can be measured and determined at any time.
  • the distance sensor is preferably arranged in a stationary manner in order to measure the distance between the sensor and the movable component. In this way, the distance between a fixed point and the moving component can be measured and determined at any time.
  • the movable component can have a reference object, the distance sensor detecting the reference object and measuring the distance to the reference object.
  • a reflector, in particular a prism reflector, for example, can be used as the reference object.
  • the distance sensor can be designed to be pivotable in order to be able to be aligned with the reference object.
  • the distance can be measured by means of triangulation and / or measurement of the phase position and / or measurement of the transit time.
  • a laser beam is emitted.
  • the phase shift of the reflected laser beam or its modulation with respect to the emitted beam depends on the distance. This phase shift can be measured and used to determine the distance traveled.
  • the distance measurement by measuring the phase position has a high degree of accuracy.
  • laser triangulation a light beam is focused on the measurement object and observed with a camera located next to it in the sensor, a spatially resolving photo diode or a CCD line. If the distance between the measuring object and the sensor changes, the angle at which the point of light is observed also changes and thus the position of its image on the photo receiver.
  • the distance between the object and the laser projector is calculated from the change in position with the help of the angle functions.
  • Distance measurement using triangulation is simple, inexpensive and yet very precise.
  • a light pulse or a modulated light beam is emitted. sends.
  • the transit time is the time that the light beam needs to run from the source to a reflector, usually a retroreflector, and back to the source. By measuring this transit time, the distance between the source and the object can be determined using the speed of light.
  • sensors can also be used for distance measurement that scan lines or areas or planes, or that can carry out spatial measurements, such as stereo cameras for three-dimensional localization of one or more objects. Corresponding sensors do not have to be designed to be pivotable due to their large recording area.
  • optical sensors instead of optical sensors, other sensors, such as ultrasonic sensors or sensors that determine the distance using the transit time of radio waves, can also be used.
  • a control and regulating device which is designed such that the movable component can be moved into a target position depending on the measured distance between the distance sensor and the movable component.
  • the use of distance sensors together with a control and regulation system enables the use of an inexpensive and particularly light movement device for moving the movable component.
  • An inexpensive and lightweight movement device has a low level of accuracy in positioning, but can therefore be moved particularly quickly.
  • the position of the movable component can be regulated as a function of the distance between the movable component and the distance sensor. The closer the moving component approaches its target position, the slower the component can be moved. In this way it can be ensured that the movable component can reach the target position exactly.
  • the movement device can be designed simply and, above all, light and inexpensive, since the precision of the movement and positioning is ensured by the distance measurement and the regulation in a closed control loop.
  • Proportional controllers so-called P controllers, proportional-integral controllers, so-called PI controllers, and / or proportional-integral-differential controllers, so-called PID controllers, can be used as controllers in the control loop.
  • Two, preferably three, distance sensors for distance measurement between the distance sensors and the movable component can be provided in order to determine the spatial position of the movable component. If the movable component is only moved in one plane, that is, in two dimensions, its position can be precisely determined by measuring the distance from two distance sensors. By measuring of three distances between the movable component and three stationary arranged distance sensors, the spatial position of the movable component can be determined exactly in three dimensions. If the movable component is only moved in one direction, a sensor can also be sufficient for distance measurement.
  • more than three distance sensors and at least two movable components are provided, each movable component being detectable in every position by at least three distance sensors for distance measurement.
  • a distance sensor can be used to measure the distance between you and the two moving components.
  • a distance sensor can be covered by this first movable component in such a way that a distance measurement to a second movable component is not possible.
  • the distance can be measured using another sensor that has direct optical access to the second movable component. This enables different or the same distance sensors to be used for each position determination of a movable component by distance measurement.
  • the distance sensors can be arranged in a stationary manner in the device, for example connected to the foundation of the device via a carrier.
  • the distance sensors can determine the position of the surface of the powder bed via a distance measurement and then determine the position of a movable component, for example a machining head, with the aid of a further distance measurement.
  • the processing head can be moved into a target position depending on the position of the powder bed, i.e. the fleas of the powder bed, in order to set the required distance between the processing head and the surface of the powder bed.
  • One or more machining heads can be moved into their desired position with the aid of the control and regulating device described above. It is also possible that one or more distance sensors are connected to or arranged on a processing head and the distance between the processing head and the powder bed surface is determined in order to then move the processing heads to a target distance from the surface of the powder bed.
  • the position of one or more processing heads can be set as a function of the position of the movable wall, in particular an upper edge and / or a horizontal surface.
  • one or more distance sensors can be connected to the processing head and / or arranged in a stationary manner in the device.
  • the position of a traverse or another component of a direction of movement can be determined and positioned relative to the movable wall or the surface of the powder bed.
  • one or more distance sensors can be connected directly to the crossbeam and measure the distance to the surface of the powder bed.
  • a doctor blade can also be positioned relative to the powder bed surface or a movable wall.
  • at least one distance sensor can be connected to the doctor blade or arranged in a stationary manner in the device.
  • the order dispenser can have at least one distance sensor or at least one distance sensor can be arranged in a stationary manner in the device.
  • the movable wall can also move relative to the surface of the powder bed, for example to a position that is one layer thicker than the powder bed.
  • the distance sensors are arranged in a stationary manner in the device.
  • the processing table can also be moved in a controlled manner. For example, after the completion of a component layer, the processing table can be lowered by a defined layer thickness in order to be able to apply a new powder layer. In this way, the distance between the processing heads and the surface of the powder layer can be kept constant for each component layer to be created.
  • the distance sensors are then preferably arranged in a stationary manner in the device.
  • a squeegee can be positioned together with one or more processing heads and / or together with an order dispenser at a distance from the surface of the powder bed that is required in each case in the vertical direction. Of the vertical distance between the doctor blade and the processing heads and / or the order dispenser is then the same at all times.
  • Each movable component can be assigned three distance sensors for distance measurement.
  • the same three distance sensors can be assigned to the same movable component for each distance measurement.
  • a device for the generative production of components in particular by means of selective melting or sintering, is provided, with a glass plate, the surface of which forms a support surface for powder, a processing area above the glass plate, a light source for generating a light beam, a processing head arranged below the glass plate, which is either coupled to the light source with a beam guide so that the light beam is guided to the processing head, or the light source is arranged directly on the processing head so that a light beam from the processing head through the glass plate onto the processing head can be steered processing area, wherein the processing head is movably mounted so that the light beam is directed to different points in the processing area who can.
  • the device is characterized in that several processing heads are provided for each directing a bundle of light rays through the glass plate onto the processing area, the processing heads each being arranged on a slide which can be moved along a traverse.
  • powder can be deposited on the surface of the glass plate, for example with the aid of an order dispenser.
  • the glass plate forms a support surface for the powder.
  • a doctor blade can be provided to smooth the powder layer.
  • a support body can then be placed on the powder layer.
  • a light beam can be directed from a processing head, which is arranged below the glass plate, through the glass plate to the corresponding areas with powder.
  • the powder can be selectively melted or sintered and connected to one another, whereby a first component layer is formed on the support body.
  • the component layer formed can then be raised together with the support body.
  • a lifting device for supporting gripping and lifting of the component or the component layers may be provided in the vertical direction.
  • the powder still on the glass plate can be removed from it.
  • Powder can then be applied again to the glass plate.
  • the component layer that has already been formed can be placed on the applied powder.
  • the new component layer can be formed and connected to the first component layer.
  • These steps can be repeated as often as required until the component is completely formed.
  • the component will be manufactured from top to bottom.
  • material can be saved, since the powder can only be deposited in the areas where a component layer is to be formed. It is then not necessary to cover the entire glass plate with powder.
  • the glass plate has to bear significantly less weight, since the component is held by the lifting device and the glass plate only carries the powder bed for the new component layer to be formed.
  • the already formed component layers are freely accessible and not surrounded by powder. The component can therefore be processed further during production, for example by machining the component.
  • FIG. 1 shows a process chamber of a device for the additive manufacturing of components in a lateral sectional view
  • FIG. 2 shows a storage cylinder and a powder bed in a plan view with several processing heads, which can be freely arranged above the powder bed, in a plan view
  • FIG. 3a shows a swivel arm for positioning a processing head, a beam guide being formed from a light guide which extends from a light source to the processing head,
  • FIG. 3b shows a further swivel arm which has a light source at its free end in the side view
  • FIG. 3c shows a further swivel arm in which a beam guide is designed as a light guide, which extends from the light source to the swivel joint of the swivel arm, with a beam guide designed by means of reflector elements being provided along the swivel arm, in a schematic, lateral sectional view,
  • FIG. 3d shows a further swivel arm with a pumped laser, the light pump and resonator being arranged spatially separated in a side view,
  • Figure 3e shows a further swivel arm in which a beam guide is designed as a light guide, which extends from the light source to the swivel arm and its end remote from the light source is arranged parallel to the swivel arm and points to the free end of the swivel arm 18, with the free end of the Swivel arm a reflector element for deflecting the light beam is seen in front of, in a schematic, lateral sectional view,
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a process chamber of a device for the generative production of components in a lateral sectional view
  • FIG. 5 shows a swivel arm for positioning a machining head with sensors for detecting the spatial position of the machining head in a side view
  • FIG. 6 shows a sequence for setting the spatial position of the machining head shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a processing table with a glass plate and several processing heads, which can be freely arranged below the glass plate, in a side sectional view.
  • Storage cylinder 4 is located (FIG. 1, FIG. 2).
  • a storage piston 5 is arranged, which can be raised or lowered vertically by means of a first floating piston / cylinder unit 6.
  • the powder bed 3 is likewise formed from a cylindrical body and approximately rectangular in plan view, in which a production piston 7 is mounted so as to be vertically displaceable and which can be actuated by means of a second reciprocating piston / cylinder unit 8.
  • the powder bed forms a processing area in which a 3D component 31 can be produced.
  • the storage cylinder 4 and the powder bed 3 are located in the process chamber 2.
  • the powder bed 3 is arranged adjacent to the storage cylinder 4.
  • a doctor blade 9 is provided which can be moved in the direction of movement 10 (FIG. 1) in such a way that a powder 11 held therein can be spread into the powder bed 3 from the supply cylinder 4. With the doctor blade 9, a superficial powder layer of the storage cylinder 4 is thus transferred to the upper surface in the powder bed 3.
  • the surface of the powder 11 in the powder bed 3 and in the storage cylinder 4 can be kept at approximately the same level.
  • a movement device 12 for moving a plurality of processing heads 13 is provided.
  • the movement device 12 comprises a plurality of cross members 14 which extend transversely over the powder bed 3.
  • the traverses 14 are arranged parallel to one another.
  • three cross members 14 are provided ( Figure 1, Figure 2).
  • the middle Tr verse 14 is arranged slightly higher than the two outer traverses 14.
  • the traverses 14 have an approximately rectangular cross-section, each with a rail profile 16 protruding on the vertical longitudinal side surfaces 15, which extend over the entire length of the traverse 14 (Fig. 3a-3e).
  • the carriages 17 can be moved automatically along the respective traverse 14 by means of a drive device.
  • the drive device can comprise a drive belt which is driven by an external motor and which is coupled to the respective carriage 17.
  • a drive mechanism such as a drive wheel driven by a motor, can also be provided in the carriage 17 itself.
  • a swivel arm 18 is arranged on the slide 17 by means of a swivel joint 19.
  • the swivel arm 18 is rotatably supported by the swivel joint 19 about a vertical swivel axis 20.
  • a stepping motor (not shown) for rotating the swivel arm 18 about the swivel axis 20 is provided on the slide 17.
  • the machining head 13 is provided, which in the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the processing head 13 is arranged in such a way that a light beam 24 guided in the light guide is emitted vertically downwards.
  • the light guide is formed from a flexible optical fiber.
  • the optical fiber can be, for example, a glass fiber or an optical polymer fiber.
  • the stepper motor and the pivot joint 19 are net angeord very close to the pivot axis.
  • the essential mass of the parts rotatable with the swivel arm 18 is concentrated around the swivel axis 20.
  • the pivot arm 18 itself is comparatively light, so that the moment of inertia of rotation is low and the pivot arm 18 can be rotated quickly and precisely about the pivot axis 20.
  • the light guide 21 leads to a light source 25 which is arranged a little away from the pivot arm 18.
  • the light source 25 is preferably a laser, in particular a CO2 laser or an ND: YAG laser or a fiber laser.
  • the light source 25 can also be a semiconductor laser or a light-emitting diode, in particular a super-luminescence light-emitting diode.
  • An array of light sources 25 can also be provided, which has a light source 25 for each processing head 13.
  • the light source 25 together with the optical lens 23 is arranged directly at the end of the swivel arm 18 remote from the swivel axis 20 such that a light beam 24 can be emitted vertically downwards.
  • the swivel arm 18 is designed in exactly the same way as in the embodiment according to FIG. 3a explained above.
  • a beam guide is from the light source
  • the reflector elements 27, 28 are each designed as a mirror. However, they can also be represented by other optical elements that deflect a light beam, such as prisms or the like.
  • the pivot arm 18 is designed as a hollow plastic tube, which can in particular consist of a fiber-reinforced plastic. Such a plastic pipe is very light and stiff.
  • the swivel joint 19 has a vertically extending through opening or through hole 29. Adjacent above the through hole 29, the end of the light guide 26 remote from the light source 25 is arranged together with a coupling lens 30, so that the light beam generated by the light source 25 is transmitted via the light guide 26 and from there coupled into the through hole 29 of the swivel joint 19 .
  • a first reflector element 27 is arranged below the through hole 29 and deflects the light beam 24 in such a way that the light beam 24 is directed in the direction of the free end of the pivot arm 18.
  • the second reflector element 28 is arranged, which deflects the light beam 24 vertically downwards.
  • an optical lens 30 for bundling the light beam can be provided in the beam path between the end of the light guide 26, which is arranged adjacent to the pivot joint 19, and the second reflecting element 28.
  • an objective can also be provided with which the degree of focusing of the light beam can be changed.
  • the first and / or second reflector element 27, 28 can be shaped in such a way, for example as a parabolic mirror or free-form mirror, so that it bundles the reflected light. As a result, it is not necessary to arrange an optical lens in the beam path, or an optical lens with a low refractive power can be provided in the beam path.
  • the swivel arm 18 can execute a rotary movement which has no influence on the position of the light guide 26. This makes it possible for the swivel arm 18 to perform one or more complete rotations without affecting the functionality of the Light guide 26 is impaired because it is not taken along with such a rotary movement of the pivot arm 18.
  • machining heads 13 each Weil by means of a swivel arm on a slide 17 which can be moved along the crossbars 14, whereby it is ensured that the individual light guides 26 cannot get tangled with one another.
  • the light sources 25 can generate the light beam in continuous operation (cw) or in pulsed operation (pw). In the case of a pulsed light source 25 with a high light intensity, it can also be useful to assign a light source 25 to several processing heads 13, a multiplexer then being arranged between the light source 25 and the respective processing heads 13 so that the multiplexer generated by the light source Light beam is clearly fed to one of the plurality of processing heads 13.
  • the change between the individual processing heads 13 can take place so quickly that the change is so fast compared to the melting or sintering process that the individual processing heads 13 coupled to it can be viewed as being impacted almost simultaneously with a bundle of light beams 24.
  • FIG. 3d Another embodiment of the swivel arm (FIG. 3d) has as a light source a pumped laser with a light pump 32 and a resonator 33, which are connected to one another via a light guide 34.
  • the resonator comprises an active medium, which preferably consists of a solid body and which is excited or pumped by means of pump light 35 emitted by the light pump 32.
  • the resonator 33 is arranged together with the optical lens 23 directly at the end of the pivot arm 18 remote from the pivot axis 20 in such a way that a light beam 24 can be emitted vertically downwards.
  • the light pump 32 is arranged on the slide 17 in such a way that it does not take part in the pivoting movement of the pivot arm.
  • the light pump 32 usually comprises one or more semiconductor lasers and a heat sink with cooling fins.
  • the light pump is much heavier than the resonator 33 and the optical lens 23. Since only the resonator 33 and the optical lens 23 and not the light pump 32 are moved, the rotational inertia of the swing arm 18 is ge ring.
  • the light pump 32 is arranged on the slide 17.
  • the light pump 32 can, however, also be arranged independently or remotely from the carriage 17.
  • This embodiment can also be modified in such a way that instead of the light guide 34, a beam guide with reflector elements is provided, as shown in FIG. 3c. Then the light guide 34 can either be omitted completely or only be guided as far as the slide 17 if the light pump is arranged at a distance from the slide 17.
  • An ND: YAG laser is preferably used as the pumped laser and one or more laser diodes with a wavelength of 808 nm are used as the light pump.
  • another laser such as a Yb: YAG laser, can also be provided.
  • a beam guide is formed from the light source 25 to the pivot arm 18 by means of a light guide 26.
  • the light guide 26 is guided from the light source 25 to the swivel arm 18, the light guide 26 with its end remote from the light source 25 being arranged below the swivel arm 18 in the region of the slide 17.
  • the light guide 26 is connected to the swivel arm 18 in such a way that the light guide 26 is guided along the swivel arm in the region of the slide 17 and its end remote from the light source 25 points to the free end of the swivel arm 18.
  • a reflector element 28 is arranged, which is designed as a mirror.
  • the reflector element 28 can, however, also be represented by other means of deflecting a light beam 24 of the optical element, such as a prism or the like, for example.
  • a light beam 24 emitted by the light source 25 is transmitted by the light guide 26 and emitted at its end remote from the light source 25 such that the light beam 24 is directed along the pivot arm 18 in the direction of the reflector element 28, preferably parallel to the pivot arm.
  • the second reflector element 28 is arranged, which deflects the light beam 24 downwards onto the processing area.
  • an optical lens 30 for bundling the light beam 24 can be provided in the beam path between the end of the light guide 26 and the reflector element 28.
  • an objective can also be provided in order to be able to change the degree of bundling of the light beam 24 and / or the reflector element 28 can be designed to be correspondingly curved.
  • the swivel arm 18 can be made particularly light in this embodiment, since only small loads have to be absorbed.
  • a correspondingly designed swivel arm 18 has only a low rotational moment of inertia, so that it can be swiveled quickly to any rotational position.
  • the movement of the slide 17 can also take place particularly quickly due to the low weight of the pivot arm 18.
  • a plurality of processing heads 13 can be provided, each by means of a swivel arm 18, on a slide 17 that can be moved along the crossbars 14, whereby it is ensured that the individual light guides 26 cannot get tangled with one another.
  • the traverses 14 and thus also the pivot arms 18 attached to them are arranged at different levels (FIG. 1: middle traverse higher than the lateral traverses), so that the pivot arms 18, which are arranged on the central traverse 14, do not can collide with the pivot arms 18 which are arranged on the outer cross members 14.
  • the level of the pivot arms 18 can also be designed differently if all the crossbars are arranged at the same height. This can be accomplished, for example, in that the swivel joints 19 are attached to the individual carriage 17 at different heights.
  • the cross members 14 are arranged in a stationary manner. In the context of the invention, however, it is possible that the traverses can be moved horizontally and transversely to their longitudinal direction. Such a configuration of the movement device 12, however, requires a more complex control so that the individual pivot arms 18 do not collide. The arrangement with stationary cross members 14 is therefore generally preferred. Such a configuration of the movement device 12 allows the 3D printer to be easily scaled, for example by attaching additional carriages to the existing crossbars or by attaching one or more additional crossbars in order to increase the production speed.
  • the pivot arms 18 are not adjustable in the vertical direction Rich. In the context of the invention, however, it is possible either to provide a device for adjusting the vertical position of the swivel arm 18 on the slide 17 o- to train the crossbars 14 and / or the entire movement device 12 in the vertical posi tion adjustable. This can be particularly useful in order to create sufficient space for the movement of the squeegee between the powder bed 3 and the swivel arms 18 when wiping the powder bed 3 by means of the squeegee 9 and after the squeegee 9 is located outside the area of the powder bed 3 the pivot arms 18 are lowered in order to be as close as possible to the surface of the powder in the powder bed 3 with the processing heads 13.
  • the light sources 25 for the individual processing heads 13 can be designed identically and each generate a light beam with the same intensity and the same frequency or the same frequency range. In the context of the invention, however, it is also possible, please include to provide different light sources for the different processing heads, with which light with different frequencies or frequency ranges is emitted and / or with different intensities. Light sources can also be provided with which the wavelength of the light can be tuned over a certain range. Such lasers, which can be tuned in frequency, are known and generally have a semiconductor amplifier.
  • An advantage of the present invention is that at the same time, through the multiple processing heads 13, different points of the powder 11 located in the powder bed 3 can be exposed to light and thus heat and can be melted or sintered at the same time. As a result, the manufacturing process is parallelized and significantly accelerated compared to conventional 3D printers. A 3D component 31 (FIG. 1) can thus be generated very quickly.
  • the processing heads 13 can be positioned very precisely above the powder bed 3, as a result of which highly precise 3D components can be manufactured.
  • the movement device 12 for the processing heads 13 is very simple and can be produced much more cost-effectively compared to 3D printers with a similar performance.
  • the second exemplary embodiment like the first exemplary embodiment, comprises a process chamber 2, a powder bed 3, a doctor blade 9 and at least one processing head 13. Identical parts of the second exemplary embodiment are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment. The above explanations apply to the same parts, provided that they are below no other statements are made in this regard.
  • the process chamber 2 can have a device for supplying an inert gas atmosphere in order to avoid oxidation of the powder 11 during the production of the component.
  • a processing table 36 with a table top 37 is provided in the process chamber 2.
  • the processing table 36 has temperature control channels 38 in order to control the table top 37, also called Aufla ge materials, to a desired temperature. By tempering the table top 38, stresses in the component, in particular layers in the first component, can be reduced or completely reduced or prevented.
  • the processing head 13 is provided on a movement device 12 (not shown in FIG. 4) in the same way as in the first exemplary embodiment, in order to direct a light beam 24 onto the processing table 36.
  • the processing head 13 can, however, also be arranged in a stationary manner and the light beam emitted by the processing head can be directed to any point in the powder bed 3 with a deflection device, which has, for example, two movable mirrors.
  • a movement device 12 with a plurality of machining heads 13 can also be provided, as is shown in FIGS. 1 to 3d.
  • An order dispenser 39 is provided in the process chamber, which has a storage chamber 40 for powder 11 and a closable application opening 41 through which the powder 11 can leave the storage chamber 40 for application to the processing table 36.
  • the order dispenser 39 has a doctor blade 9 for smoothing the powder 11 applied in the powder bed 3.
  • the machining table 36 is surrounded by a wall 42 in the horizontal direction.
  • the wall 42 encloses the table top 37 of the processing table 36 with little play.
  • the wall 42 is connected to a foundation 44 of the 3D printer 1 via a plurality of lifting cylinders 43.
  • the lifting cylinders 43 can adjust the height of the wall 42 relative to the machining table 36 in the vertical direction.
  • the wall 42 can thus protrude upwards a little at the side of the processing table 36 and thus delimit a cavity which forms the 3 bed powder.
  • the machining table 36 can be connected to the foundation 44 via dampers in order to reduce or prevent the transmission of shocks and vibrations to the machining table 36.
  • the order dispenser 39 is coupled to a movement mechanism (not shown) with which the order dispenser 39 can be moved horizontally across the processing table 36 and thus parallel to the table top 37 of the processing table 36.
  • the movement mechanism of the order dispenser 39 is coupled to the wall 42 in such a way that the movement mechanism is raised or lowered together with the wall 42. As a result, a lower edge 45 of the doctor blade 9 is always at the level of an upper edge 46 of the wall 42.
  • the height adjustment of the wall 42 can be coupled to other components in the process chamber. In this way, the machining head 13 can also be moved together with the wall 42. In this way, the vertical distance between the processing table 36 and the processing head 13 or between the processing head 13 and the wall 42 remains constant for each component layer to be produced.
  • the light beam 24 then does not have to be re-focused on the production level fo before each production of a further component layer. The process management of the component production can thereby be accelerated.
  • the wall 42 can be provided at its upper edge with an outwardly horizontally vorste existing collar 47, which prevents powder from falling on the foundation in areas that are not intended for this purpose.
  • the collar 47 can only be provided on one side of the powder bed 3 or can be formed on several or even circumferentially.
  • a collecting device in the form of a collecting basin 48, is arranged around the processing table 36 or around the collar 47 in order to collect excess powder 11 that is brushed off, for example, by the doctor blade 9 from the processing table 36 or collar 47.
  • the collecting basin 48 is attached to a suction device 49 which feeds the collected powder 11 to a filter 50.
  • particles above a certain grain size are retained, for example particles with a grain size of more than 120 ⁇ m.
  • Corresponding particles to be filtered out can, for example, be dirt particles or powder particles that are already connected to one another.
  • the powder material filtered in the filter 50 is then fed via a supply line 51 to the order dispenser 39 for reuse. In this way, a recirculating circuit is created, through which excess powder 11 can be reused, as a result of which material savings can be achieved.
  • the processing table 36 can be designed to be particularly simple and therefore inexpensive, since the processing table 36 does not have to be moved.
  • the machining table 36 must be designed to carry high loads due to the high material density. If the processing table has, for example, a support surface of 1.5 mx 1 m and a stroke of 0.5 m, the result is a working volume of 0.75 m 3 . If this working volume is filled with aluminum powder, the contents weigh about 2 t. In the case of steel powder, the weight is about 61.
  • the components to be moved such as the wall 42 and possibly other components (order dispenser 39, doctor blade 9, processing head 13), are significantly lighter than a processing table 36 with a large working volume. It is therefore possible to move these components with a drive with a significantly smaller dimension, whereby the acquisition costs but also the operating costs can be reduced. At the same time, the structure of the 3D printer 1 is also simplified.
  • the process chamber 2 is shown at the beginning of the additive manufacturing of a component.
  • the order dispenser 39 moves in the direction of movement 10 over the entire processing table 36.
  • the powder 11 applied is smoothed out by the doctor blade 9.
  • the first component layer can be formed by a light beam 24.
  • the wall 42 is moved upwards by the height of the first component or powder layer.
  • the order dispenser 39, coupled with the wall 42, is moved upwards by the same height. The aforementioned steps are then repeated until the component is completely manufactured.
  • the wall 42 forms together with the Bear processing table 36 a powder bed 3 that grows with the height.
  • the wall 42 can be moved depending on the thickness of the next component to be formed layer. It is possible that the component layers each have different thicknesses. Thus, during production, individual component layers can be made thicker than others if a high degree of partial accuracy is not important in the corresponding component areas. In this way, component production can be accelerated in individual component areas and thus also take place particularly quickly overall. If, on the other hand, a high degree of dimensional accuracy is important in individual component areas, the component layer to be manufactured can have a small thickness. The component can thus be manufactured particularly quickly, depending on the dimensional accuracy required in the respective areas.
  • the moving device 12 for the machining head (s) 13 can be mechanically decoupled from the wall 42 so that both can be moved independently of one another (FIG. 5).
  • the machining heads 13 are each connected to a traverse 14 via a swivel arm 18, a swivel joint 19 and a slide 17.
  • a vertical movement device is provided on the slide 17, so that the machining head is arranged to be movable in the vertical direction.
  • FIG. 5 only a single machining head 13 is shown for the sake of a simpler visual representation.
  • the processing head 13 has an optical lens 23 in order to focus the light beam 24 emitted by it onto the surface of the powder bed.
  • three distance sensors 52 are arranged in a stationary manner.
  • the distance sensors 52 are designed for electro-optical distance measurement between the distance sensors 52 and the processing head 13.
  • a reference element 53 for example a reflector, in particular a prism reflector, for optical bundles of rays 54 is arranged on the machining head 13.
  • the distance sensors 52 are stationary but pivotable in the process chamber 2 so that a respective optical beam 54 emitted by the distance sensor 52 can be tracked to the reference element 53.
  • the distance sensors 52 are connected to a control and regulating device 55. From the three measured distances between tween the machining head 13 and the three distance sensors 52, the spatial posi tion of the machining head 13 can be determined exactly. With the help of the control and regulation device 55, the machining head 13 can be moved precisely to a desired position in three-dimensional space. The positioning of the machining head 13 is regulated via the distance measurements.
  • one or more reference elements 53 are provided on the wall 42, in particular its upper edge, which can be scanned by the distance sensors in order to determine the height of the wall 42. In this way, the relative position of the machining head (s) 13 and the wall 42 can be detected.
  • the height of the powder bed 3 can also be scanned with a suitable sensor.
  • the processing heads 13 can then be aligned directly with regard to the height of the powder bed 3.
  • the drive with which the slide 17 and the swivel joint 19 are moved is controlled by the control and regulation device 55 as a function of the current position of the machining head 13.
  • the machining head 13 can be moved more slowly the closer it comes to its target position. In this way, the machining head 13 can be transferred exactly into a target position with a favorable and inherently not very exact movement device 12, the accuracy of the position being determined solely by the distance measurement by means of the distance sensors 52. In this way, the overall costs of the 3D printer 1 can be reduced, since the distance sensors 52 are inexpensive and, at the same time, a more cost-effective movement device 12 or a more cost-effective drive can be used.
  • the structure shown in FIG. 5 for controlling and regulating a processing head 13 can also be used to precisely position other components, for example a squeegee 9, an order dispenser 39, a wall 42 or any other movable component with the aid of a control loop.
  • other components for example a squeegee 9, an order dispenser 39, a wall 42 or any other movable component with the aid of a control loop.
  • optical distance sensors 52 are used to measure the distances between the reference elements 53 and the distance sensors 52.
  • Such distance sensors 52 are inexpensive and have a very high resolution.
  • an optical beam 54 for example a laser beam
  • a camera located next to it in the distance sensor 52 a spatially resolving photodiode or a CCD line. If the distance between the measuring object and the sensor changes, the angle at which the point of light is observed also changes and thus the position of its image on the photo receiver. The distance between the object and the laser projector is calculated from the change in position with the aid of the angle functions.
  • Distance measurement using triangulation is very simple and inexpensive. If the accuracy requirements are low, the radiation from a light-emitting diode can also be used as a light beam.
  • the distance can also be measured by measuring the phase position.
  • an optical beam 54 for example a laser beam
  • the phase shift of the reflected laser beam compared to the emitted beam is distance-dependent. This phase shift can be measured and used to determine the distance traveled.
  • the distance measurement by measuring the phase position has a high degree of accuracy.
  • a brief light pulse, a constant light beam or a light modulation is emitted.
  • the pulse transit time is the time it takes for the light beam to travel from the source to a reflector and back to the source. By measuring this transit time, the distance between the source and the object can be determined using the speed of light.
  • sensors that scan lines or areas or planes, such as stereo cameras for three-dimensional localization of one or more objects.
  • Corresponding sensors do not have to be designed to be pivotable due to their large recording area.
  • the aforementioned distance sensors 52 are manufactured and sold by the company Micro-Epsilon, for example.
  • optical sensors instead of optical sensors, other sensors, such as ultrasonic sensors or sensors that determine the distance using the transit time of radio waves, can also be used.
  • the advantage is that the position of the processing heads can be set very precisely due to the control loop. This can also be used to determine the position of the machining heads, which can only be moved in one plane, according to the first exemplary embodiment.
  • the actual position of the movable component for example the machining head 13 can be detected after the start (FIG. 6). Flierzu the stand between the machining head 13 and the respective distance sensor 52 can be measured. The actual position is detected by a distance measurement with the aid of the distance sensors 52 from FIG. 5. The actual position of the machining head can be determined in a simple manner from the three distance measurements. If the actual position corresponds to the target position, no further action is required and component production can be continued.
  • the position of the movable component for example the machining head 13, can be determined absolutely in space. However, the position of the movable component can also be determined relative to another component. In the latter case, the distance between the two components is determined.
  • the actual position of the movable component can be regulated in any spatial direction or in relation to each axis individually and one after the other until the target position is reached. However, it is also possible to regulate the position of the movable component in all three spatial directions or with respect to all axes at the same time.
  • the distance sensors 52 can be arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1; for example, the distance sensors 52 can be connected to the foundation 44 of the 3D printer 1 via a carrier.
  • the distance sensors 52 can determine the position of the surface of the powder bed 3 via a distance measurement and then determine the position of a movable component, for example a machining head 13, with the aid of a further distance measurement.
  • the processing head 13 can be moved into a target position depending on the position of the powder bed 3, i.e. the height of the powder bed 3, in order to set a required distance between the processing head 13 and the surface of the powder bed 3.
  • One or more machining heads 13 can be moved into their desired position with the aid of the control and regulating device 55 described above.
  • one or more distance sensors 52 are connected to a processing head 13 or are arranged on this and the distance between the processing head 13 and the powder bed surface is determined directly in order to then set the processing heads 13 to a target distance from the surface of the To move powder beds 3.
  • the position of the processing head 13 is then modified.
  • a drive can be started and the Verfahrgeschwin speed of the machining head 13 can be set as a function of the distance between the actual position and the target position. The smaller the distance between the actual position and the target position, the lower the travel speed that can be selected.
  • the actual position can be recorded again and then modified if necessary. It is also possible to record the actual position continuously. In this way a closed control loop can be created.
  • This regulation makes it possible to transfer the machining head 13 exactly into a desired position with a simple, inexpensive and inherently not very exact movement device 12. The accuracy of the positioning is determined solely by the distance measurement by means of the distance sensors 52.
  • the position of the machining heads 13 can be set as a function of the position of the movable wall 42, in particular an upper edge and / or a horizontal surface.
  • At least one distance sensor can be used for this purpose 52 connected to the processing heads 13 or arranged in a stationary manner in the 3D printer 1.
  • the position of a cross member 14 or another component of a direction of movement 12, for example a slide 17, can be determined and positioned relative to the movable wall 42 or the surface of the powder bed 3.
  • the cross member 14 can have one or more distance sensors 52 and measure the distance to the surface of the powder bed 3.
  • a doctor blade 9 can also be positioned relative to the powder bed surface or a movable wall 42.
  • One or more distance sensors 52 can then be connected to the doctor blade 9 and / or arranged in a stationary manner in the process chamber 2.
  • the order dispenser 39 can have at least one distance sensor 52 and / or at least one distance sensor 52 can be arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1.
  • the movable wall 42 can also be moved relative to the surface of the powder bed 3, for example to a position that is one layer thickness higher than the powder bed 3.
  • the distance sensors 52 are arranged in a stationary manner in the process chamber 2 and determine the distance between the movable wall 42 and the surface of the powder bed 3.
  • the processing table 36 formed as a production piston 7 can also be moved in a controlled manner.
  • the production piston can be lowered by a defined layer thickness in order to be able to apply a new powder layer.
  • the distance sensors 52 are then preferably arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1.
  • a doctor blade 9 together with one or more processing heads 13 and / or together with an order dispenser 39 can be regulated at a distance from the surface of the powder bed 3 that is necessary in the vertical direction be positioned. The vertical distance between the doctor blade 9 and the processing heads 13 and / or the order dispenser 39 is then the same at all times.
  • a glass plate 56 is arranged horizontally as a table top 37 of the processing table 36.
  • a movement device 12 for moving a plurality of processing heads 13 is provided below the glass plate 56.
  • the movement device 12 comprises three cross members 14 which extend below the glass plate 56 transversely.
  • the traverses 14 are arranged parallel to one another.
  • the middle cross member 14 is slightly lower than the two äuße Ren cross members 14 are arranged.
  • the movement device 12 has two carriages 17, each with a swivel arm 18, on each traverse 14. At least one machining head 13 is arranged on each of the pivot arms 18.
  • the pivot arm 18 can be designed as in Figures 3a-3d.
  • a support body 57 is arranged above the glass plate, on the sen underside 58 of which the component is manufactured.
  • the first component layer is formed on the underside 58 and can be connected to the support body 57.
  • the support body 57 can be moved or adjusted together with the component 31 in the vertical direction of movement 59.
  • a lifting device 60 can be provided for gripping and lifting the component 31.
  • powder 11 can only be deposited on the entire glass plate 56 by an order dispenser 39 (not shown in FIG. 6).
  • the glass plate 53 serves as a support surface for the powder 11.
  • the powder can be smoothed out by a doctor blade 9, not shown in FIG. 6, whereby a powder layer 61 is formed.
  • the support body 57 is then placed on the powder 11.
  • the powder 11 is then emitted by the processing heads 13 with the aid of the light beam bundles 24 selectively melted or sintered and bonded to form a component layer.
  • the component layer can then be connected to the support body.
  • the component layer is then raised together with the support body 57.
  • the lifting device 60 can be used to support gripping and lifting of the component layer.
  • the unused powder 11 can then be removed from the glass plate 56 in order to prevent individual powder grains connected to one another from being used in the production of the next component layer.
  • the order dispenser 39 can then again place powder 11 on the glass plate and a new powder layer 61 can be formed.
  • the component is then placed on the new powder layer 61.
  • the powder material is melted or sintered, whereby a new component layer is formed, which is connected to the previous component layer at the same time.
  • the aforementioned steps are repeated until the component 31 is completely manufactured.
  • the component 31 is manufactured in this way from top to bottom.

Abstract

The invention relates to an apparatus for additively manufacturing components, in particular by means of selective melting or sintering, said apparatus comprising: a light source for generating a light beam; and a machining head which either is coupled to the light source by means of a beam guide so that the light beam is guided to the machining head, or the light source is positioned directly on the machining head so that a light beam can be directed from the machining head onto a machining region, the machining head being movably mounted so that the light beam can be directed to any desired location in the machining region. The invention is characterised in that several machining heads are provided each for directing a light beam on the machining region, and the machining heads are each positioned on a carriage which can be moved along a traverse. This makes it possible to melt or sinter powder simultaneously at several locations. Preferably, the machining heads are positioned on swivel arms. This makes it possible to design the device in a very simple and cost-effective manner.

Description

Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns Device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns. The present invention relates to a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering.
Aus der DE 10 2016 222 068 Al geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zur generativen Bauteilfertigung mit mehreren räumlich getrennten Stahlführungen hervor. Ein Bearbeitungs kopf weist mehrere optische Schaltelemente auf, über die mehrere Strahlen auf die Zielposi tion gerichtet werden können. Der Bearbeitungskopf ist an einer Linearachse verschiebbar ausgerichtet. Die Linearachse ist wiederrum verschiebbar an einer dazu senkrecht stehenden Linearachse montiert. Hierdurch ist eine X-Y-Bewegung möglich. Die Laserstrahlquelle oder - quellen sind auf der Linearachse befestigt. DE 10 2016 222 068 A1 discloses a device and a method for generative component production with several spatially separated steel guides. A processing head has several optical switching elements via which several beams can be directed to the target position. The machining head is aligned displaceably on a linear axis. The linear axis is in turn mounted displaceably on a linear axis that is perpendicular to it. This enables an X-Y movement. The laser beam source or sources are attached to the linear axis.
Die WO 2018/202643 Al offenbart eine Vorrichtung zur additiven Herstellung durch selekti ves Lasersintern. Ein oder mehrere Laser sind einen oder mehreren Laserköpfen zugeordnet. Über die Strahlenteiler werden diese Laser auf die einzelnen Köpfe verteilt. Die Köpfe sind über Schienen in X- und Y-Richtung verschiebbar. Die Köpfe können unabhängig voneinan der verfahren werden. Die Lichtzuführung zu den Köpfen wird durch Spiegel realisiert. WO 2018/202643 A1 discloses a device for additive manufacturing by selective laser sintering. One or more lasers are assigned to one or more laser heads. These lasers are distributed to the individual heads via the beam splitter. The heads can be moved over rails in the X and Y directions. The heads can be moved independently of one another. The light is fed to the heads using mirrors.
Aus der US 10,399,183 B2 geht ein additives Herstellungsverfahren hervor, bei dem ein opti scher Kopf über eine Glasfaser mit einem Laserstrahl versorgt wird. Hierdurch können meh rere Laserstrahlen zum selben Kopf geleitet und aus diesem parallel ausgeführt werden. Hierdurch sind parallele Schmelzpunkte an der Oberfläche des Pulverbettes möglich. From US 10,399,183 B2 an additive manufacturing process emerges in which an optical head is supplied with a laser beam via a glass fiber. As a result, several laser beams can be directed to the same head and executed in parallel from this. This enables parallel melting points on the surface of the powder bed.
Ein ähnliches Verfahren ist in der US 10,399,145 B2 beschrieben. A similar method is described in US Pat. No. 10,399,145 B2.
In der US 2015/0283612 Al, der US 2014/0198365 Al und der JP2009-65 09A sind selektive Lasersintervorrichtung offenbart, die mehrere optische Köpfe aufweisen, die Laserstrahlen auf ein Pulverbett richten können. Diese Köpfe können selber nicht in X- und Y-Richtung ver fahren werden, sondern lenken den Laserstrahl über Spiegel in die entsprechenden Positio nen. Der Vorteil hierbei ist, dass ein Ortswechsel des Laserbrenn-punktes schnell geschehen kann. Die Köpfe müssen hierbei jedoch vergleichsweise weit von dem Pulverbett entfernt sein und können nur eine begrenzte Fläche beleuchten. US 2015/0283612 A1, US 2014/0198365 A1 and JP2009-65 09A disclose selective laser sintering devices which have a plurality of optical heads that emit laser beams be able to point at a powder bed. These heads themselves cannot be moved in the X and Y directions, but instead guide the laser beam into the corresponding positions via mirrors. The advantage here is that the location of the laser focal point can be changed quickly. In this case, however, the heads have to be comparatively far away from the powder bed and can only illuminate a limited area.
Die DE 10 053 742 C5 und die US 9,011,136 Bl zeigen Vorrichtungen zum Sintern mit Kreuz schlittenanordnung, ein additives Herstellungsverfahren mit mehreren Köpfen für Kunststoff druck sowie eine Vorrichtung mit einem Kopf der sowohl ein 3D-Druck als auch ein 3D- Schneidelement aufweist. DE 10 053 742 C5 and US 9,011,136 B1 show devices for sintering with a cross slide arrangement, an additive manufacturing process with multiple heads for plastic printing and a device with a head that has both a 3D print and a 3D cutting element.
Aus der US 2019/0009333 Al geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum selektiven Laser schmelzen hervor, wobei mehrere parallel arbeitende Laserköpfe zum Schmelzen eines Mate rials gemäß einem pulverbettbasierten Laserschmelzen vorgesehen sind. Jeder der Laser köpfe ist entlang einer linearen Traverse bewegbar und die Laserköpfe können unabhängig voneinander bewegt werden. Dabei können das Array an Laserköpfen und die Pulverbetto berfläche relativ zueinander horizontal rotiert werden. From US 2019/0009333 A1 a device and a method for selective laser melting emerges, wherein several parallel working laser heads are provided for melting a mate rials according to a powder bed-based laser melting. Each of the laser heads can be moved along a linear traverse and the laser heads can be moved independently of one another. The array of laser heads and the powder net surface can be rotated horizontally relative to each other.
Die US 2017/0129012 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur additiven Her stellung von Bauteilen, wobei die Vorrichtung mehrere Roboterarme umfasst, an denen je weils ein Depositionskopf und ein Laserkopf benachbart zueinander angebracht sind. Die Ro boterarme umfassen jeweils zumindest ein Drehgelenk und sind darin ausgebildet den Depo sitionskopf und den Laserkopf in alle drei Raumrichtungen zu bewegen. So kann mittels des Depositionskopfs Material auf eine Bearbeitungsfläche aufgebracht werden und direkt da nach kann diese Stelle mit dem Laser aufgeschmolzen werden. US 2017/0129012 A1 describes a device and a method for the additive manufacture of components, the device comprising a plurality of robot arms on each of which a deposition head and a laser head are attached adjacent to one another. The robotic arms each include at least one swivel joint and are designed to move the deposition head and the laser head in all three spatial directions. Material can be applied to a processing surface by means of the deposition head and this point can be melted with the laser immediately afterwards.
Aus der CN 106 312 574 A geht eine Vorrichtung hervor, umfassend Equipment für additive Herstellungsprozesse sowie für Fräsprozesse. Die Vorrichtung umfasst im Wesentlichen meh rere Roboterarme, die mit Greifelementen zum Bereitstellen von Material auf einer Arbeits plattform bzw. zum Entfernen von fertigen Bauteilen oder mit einem Laserkopf ausgestattet sein können. Die Roboterarme umfassen jeweils zwei Gelenke und sind somit drehbar und schwenkbar gelagert. Die Vorrichtung umfasst weiter einen zentralen Fertigungsarm, der mit einem Laserkopf oder einem Fräskopf ausgestattet sein kann. Der zentrale Fertigungsraum kann linear entlang einer Traverse bewegt werden. From CN 106 312 574 A a device emerges, comprising equipment for additive manufacturing processes as well as for milling processes. The device essentially comprises several robot arms which can be equipped with gripping elements for providing material on a work platform or for removing finished components or with a laser head. The robot arms each have two joints and are therefore rotatably and pivotably mounted. The device further comprises a central production arm, which can be equipped with a laser head or a milling head. The central production room can be moved linearly along a traverse.
Die DE 10 2018 128 543 Al weist eine Laminierformvorrichtung auf, bei der zwei parallel ar beitende Laserköpfe zum Schmelzen eines Materials gemäß einem Laminierformverahren vorgesehen sind. Beide Laserköpfe sind an eine Traverse gekoppelt und unabhängig vonei nander linear bewegbar. Die Traverse ist dabei zusätzlich verfahrbar. So kann der Bearbei tungsbereich komplett abgedeckt werden. Der Laserstrahl wird von einer Fokussierungsein heit mittels zweier Spiegelelemente zum Bearbeitungsbereich geführt. DE 10 2018 128 543 A1 has a laminating molding device in which two laser heads operating in parallel are used to melt a material in accordance with a laminating molding process are provided. Both laser heads are coupled to a traverse and can be linearly moved independently of one another. The traverse can also be moved. In this way, the machining area can be completely covered. The laser beam is guided to the processing area by a focusing unit using two mirror elements.
Aus der CN 206 065 685 U geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum 3D-Drucken hervor, wobei ein Laser zum Schmelzen eines Ausgangsmaterials und ein Schneidelaser zum Bear beiten der hergestellten Strukturen vorgesehen sind. Der Laser zum Schmelzen eines Aus gangsmaterials und der Schneidelaser können dabei unabhängig voneinander entlang meh rerer Traversen sowohl horizontal als auch vertikal bewegt werden. From CN 206 065 685 U a device and a method for 3D printing emerge, with a laser for melting a starting material and a cutting laser for processing the structures produced are provided. The laser for melting a starting material and the cutting laser can be moved independently of one another along several crossbars, both horizontally and vertically.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, zu schaffen, welche einfach ausgebildet ist, eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit erlaubt und mit welcher 3D- Bauteile mit hoher Präzision gefertigt werden können. The invention is based on the object of creating a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, which is simple in design, allows a high production speed and with which 3D components can be produced with high precision.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13, durch eine Vorrichtung mit den Merkma len des Anspruchs 18 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 24 ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is achieved by a device with the features of claim 1, by a device with the features of claim 13, by a device with the features of claim 18 and by a device with the features of claim 24 ge. Advantageous refinements are given in the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahlbündels, einen Bearbeitungskopf, der entweder mit einer Strahlführung an die Lichtquelle gekoppelt ist, so dass das Lichtstrahlbündel zum Bearbeitungskopf geführt wird, oder die Lichtquelle ist unmittelbar am Bearbeitungskopf angeordnet, so dass ein Lichtstrahlbündel vom Bearbei tungskopf auf einen Bearbeitungsbereich gelenkt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf beweglich gelagert ist, so dass das Lichtstrahlbündel auf unterschiedliche Stellen im Bearbei tungsbereich gelenkt werden kann, und wobei mehrere Bearbeitungsköpfe zum jeweiligen Lenken eines Lichtstrahlbündels auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sind, und die Bear beitungsköpfe jeweils an einem Schlitten angeordnet sind, welcher entlang einer Traverse verfahrbar ist. A device according to the invention for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, comprises a light source for generating a light beam, a processing head which is either coupled to the light source with a beam guide so that the light beam is guided to the processing head, or the light source is arranged directly on the processing head, so that a light beam can be directed from the processing head to a processing area, the processing head being movably mounted so that the light beam can be directed to different locations in the processing area, and with several processing heads for directing a light beam are provided on the processing area, and the Bear processing heads are each arranged on a slide which can be moved along a cross member.
Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Bearbeitungsköpfe jeweils mittels eines um eine vertikale Schwenkachse schwenkbaren Schwenkarmes an jeweils einem der Schlit ten angeordnet sind. Durch das Vorsehen mehrerer Bearbeitungsköpfe können mehrere Lichtstrahlbündel gleich zeitig auf den Bearbeitungsbereich gerichtet werden, so dass parallel mehrere Stellen im Be arbeitungsbereich geschmolzen bzw. gesintert werden können. Die Bearbeitungsköpfe sind auf bzw. an einem Schlitten angeordnet und entlang einer Traverse verfahrbar. Dies erlaubt ein einfaches und zuverlässiges Positionieren der Bearbeitungsköpfe über den Bearbeitungs bereich. The device is characterized in that the machining heads are each arranged on one of the slides by means of a swivel arm which can be swiveled about a vertical swivel axis. By providing several processing heads, several bundles of light beams can be directed onto the processing area at the same time, so that several points in the processing area can be melted or sintered in parallel. The machining heads are arranged on or on a slide and can be moved along a cross member. This allows simple and reliable positioning of the machining heads over the machining area.
Durch das Vorsehen um eine vertikale Schwenkachse schwenkbarer Schwenkarme für die Bearbeitungsköpfe, die an jeweils einem Schlitten angeordnet sind, können die Bearbei tungsköpfe schnell über einen großen Abschnitt des Bearbeitungsbereiches an einer beliebi gen Stelle positioniert werden. Dieser Abschnitt erstreckt sich um die Traverse, entlang der jeweilige Schlitten mit dem jeweiligen Bearbeitungskopf verfahrbar ist in einem Bereich um die Schwenkachse des Schwenkarmes, der sich zu beiden Seiten um eine Breite erstreckt, die der Länge des Schwenkarms entspricht. Dieser Abschnitt ist somit streifenförmig um die Traversen mit einer Breite, die etwa der doppelten Länge der Schwenkarme entspricht. Die ser streifenförmige Abschnitt wird im Folgenden als Abdeckungsbereich bezeichnet, da die Bearbeitungsköpfe, die an den Schlitten einer Traverse angeordnet sind, an einer beliebigen Position innerhalb des Abdeckungsbereichs angeordnet werden können und somit im Abde ckungsbereich an einer beliebigen Stelle den Bearbeitungsbereich mit einem Lichtstrahlbün del beaufschlagen bzw. abdecken können. By providing swivel arms for the machining heads which can be swiveled about a vertical swivel axis and which are each arranged on a slide, the machining heads can be quickly positioned over a large section of the machining area at any point. This section extends around the traverse along which the respective slide with the respective machining head can be moved in an area around the pivot axis of the pivot arm, which extends on both sides by a width that corresponds to the length of the pivot arm. This section is thus strip-shaped around the crossbeams with a width which corresponds approximately to twice the length of the pivot arms. This strip-shaped section is referred to below as the cover area, since the machining heads, which are arranged on the carriage of a cross-beam, can be arranged at any position within the cover area and thus impinge on the machining area with a bundle of light beams at any point in the cover area or can cover.
Die Schwenkarme können ausschließlich um die vertikale Achse schwenkbar ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung ist sehr einfach im Vergleich zu mehrachsigen Roboterar men. Trotzdem können die Bearbeitungsköpfe sehr schnell und präzise positioniert werden und durch die parallele Bearbeitung wird ein hoher Durchsatz erzielt. The swivel arms can be designed to be swivelable only about the vertical axis. Such a configuration is very simple compared to multi-axis robot arms. Nevertheless, the processing heads can be positioned very quickly and precisely and the parallel processing achieves a high throughput.
Die Schwenkarmen können mit einer Länge von zum Beispiel zumindest 5 cm, vorzugsweise zumindest 10 cm bzw. zumindest 15 cm, und insbesondere zumindest 20 cm ausgebildet sein. Je länger die Schwenkarme sind, desto breiter sind die Abdeckungsbereiche. The swivel arms can be designed with a length of, for example, at least 5 cm, preferably at least 10 cm or at least 15 cm, and in particular at least 20 cm. The longer the swivel arms, the wider the coverage areas.
Es kann zweckmäßig sein, die Bearbeitungsköpfe nur in einem eingeschränkten Winkelbe reich der Schwenkarme zu positionieren, denn je stärker die Schwenkarme den Bearbei tungskopf von der Traverse wegschwenken, desto ungenauer wird die Position des Bearbei tungskopfes in Richtung parallel zur Traverse. Der Winkel bereich kann bspw. auf einen maxi malen Schwenkwinkel bzgl. der Traverse von maximal 60° bzw. maximal 45° beschränkt werden. Bei einem maximalen Schwenkwinkel von 45° verringert sich die Breite des Abde ckungsbereichs auf eine Länge des Schwenkarms. It can be useful to position the processing heads only in a restricted Winkelbe area of the swivel arms, because the more the swivel arms swivel the processing head away from the traverse, the more imprecise the position of the processing head in the direction parallel to the traverse. The angular range can, for example, be limited to a maximum swivel angle with respect to the traverse of a maximum of 60 ° or a maximum of 45 ° will. With a maximum swivel angle of 45 °, the width of the coverage area is reduced to the length of the swivel arm.
Die Vorrichtung kann mehrere Traversen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Traversen sind vorzugsweise derart beabstandet, dass die Abdeckungsbereiche sich von benachbarten Traversen überlappen. The device can have a plurality of cross members which are arranged parallel to one another. The crossbars are preferably spaced apart such that the cover areas overlap from adjacent crossbars.
Entlang den Schwenkarmen kann die Strahlführung für das jeweilige Lichtstrahlbündel mit tels Reflektorelemente ausgebildet sein. Dies ermöglicht sehr leichte Schwenkarme, welche ein geringes Rotationsträgheitsmoment besitzen, so dass sie schnell an eine beliebige Dreh position geschwenkt werden können. The beam guide for the respective light beam can be formed with means of reflector elements along the pivot arms. This enables very light swivel arms, which have a low rotational moment of inertia, so that they can be swiveled quickly to any rotational position.
Die Schwenkarme sind vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. An einem jeden von der Schwenkachse des Schwenkarmes entfern ten Ende kann ein Spiegel zum Lenken des jeweiligen Lichtstrahlbündels auf dem Bearbei tungsbereich vorgesehen sein. The pivot arms are preferably made of plastic, in particular made of fiber-reinforced plastic. At each of the pivot axis of the pivot arm remote th end, a mirror for directing the respective light beam on the processing area can be provided.
Die Strahlführungen können zumindest teilweise als Lichtleiter ausgebildet sein. Der Lichtlei ter kann sich von der Lichtquelle bis zum jeweiligen Bearbeitungskopf erstrecken. Der jewei lige Lichtleiter kann jedoch auch lediglich von der Lichtquelle bis zum schwenkbar gelagerten Ende des jeweiligen Schwenkarms geführt sein und dort mit seinem Ende so angeordnet sein, dass das Lichtstrahlbündel in eine Strahlführung entlang dem Schwenkarm einkoppelt, welche mittels Reflektorelemente ausgebildet ist. Eine solche Ausführung weist den Vorteil auf, dass der Schwenkarm um 360° oder mehr gedreht werden kann, ohne dass der Lichtlei ter gedreht werden muss. Das Ende des Lichtleiters, an dem das Licht vom Lichtleiter in die Strahlführung am Schwenkarm eingekoppelt wird, kann bezüglich des Schlittens, an dem der Schwenkarm befestigt ist, ortsfest angeordnet sein. The beam guides can be designed at least partially as light guides. The Lichtlei ter can extend from the light source to the respective processing head. The respective light guide can, however, also only be guided from the light source to the pivotably mounted end of the respective pivot arm and there be arranged with its end in such a way that the light beam is coupled into a beam guide along the pivot arm, which is formed by means of reflector elements. Such a design has the advantage that the swivel arm can be rotated through 360 ° or more without the light guide having to be rotated. The end of the light guide at which the light from the light guide is coupled into the beam guide on the swivel arm can be arranged in a stationary manner with respect to the slide to which the swivel arm is attached.
Das Ende des Lichtleiters kann alternativ ortsfest derart am Schwenkarm angeordnet sein, so dass das Lichtstrahlbündel in Richtung zum freien Ende des Schwenkarms abgegeben wird, vorzugsweise parallel zum Schwenkarm. Am freien Ende des Schwenkarms kann ein Reflek torelement zum Lenken des jeweiligen Lichtstrahlbündels auf den Bearbeitungsbereich vor gesehen sein, wie beispielsweise ein Umlenkspiegel. The end of the light guide can alternatively be arranged in a stationary manner on the swivel arm in such a way that the light beam is emitted in the direction of the free end of the swivel arm, preferably parallel to the swivel arm. At the free end of the swivel arm, a reflector element for directing the respective light beam onto the processing area can be seen, such as a deflecting mirror.
Das Reflektorelement kann ein parabolischer Spiegel oder ein Spiegel mit Freiformfläche zum Bündeln des Lichtes sein, so dass im Strahlengang keine optische Linse notwendig ist. Die Traversen, auf welchen die Schlitten beweglich gelagert sind, können ortsfest angeord net sein. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer Ausführung mit an Schwenkarmen angeordneten Bearbeitungsköpfen vorteilhaft, da eine solche ortsfeste Anordnung wesentlich einfacher zur Vermeidung von Kollisionen unterschiedlicher Schwenkarme ansteuerbar ist, als bei einer Vorrichtung, bei welcher die Schwenkarme schwenkbar, die Schlitten entlang der Traversen verfahrbar und die Traversen selbst quer zu ihrer Längsrichtung verfahrbar sind. Zudem kann mit einer ortsfesten Anordnung der Traversen und Schwenkarmen an den Schlitten mit einigen wenigen Traversen eine vollständige Abdeckung des Bearbeitungsbe reichs erzielt werden, sofern die Schwenkarme nicht zu kurz ausgebildet sind. Da die an den freien Enden der Schwenkarme angeordneten Bearbeitungsköpfe sehr leicht ausgebildet sein können, beispielsweise lediglich durch einen kleinen Spiegel, kann auch bei längeren Schwenkarmen mit einer Länge von zum Beispiel zumindest 10 cm, vorzugsweise zumindest 15 cm, und insbesondere zumindest 20 cm ein geringes Rotationsträgheitsmoment erzielt werden. The reflector element can be a parabolic mirror or a mirror with a free-form surface for bundling the light, so that no optical lens is necessary in the beam path. The traverses on which the slides are movably mounted can be stationary angeord net. This is particularly advantageous in connection with an embodiment with processing heads arranged on swivel arms, since such a fixed arrangement can be controlled much more easily to avoid collisions between different swivel arms than in a device in which the swivel arms can be swiveled, the carriages can be moved along the traverses and the Traverses themselves can be moved transversely to their longitudinal direction. In addition, with a fixed arrangement of the crossbars and swivel arms on the carriage with a few crossbars, full coverage of the processing area can be achieved, provided the swivel arms are not too short. Since the processing heads arranged at the free ends of the swivel arms can be very light, for example only by means of a small mirror, even with longer swivel arms with a length of, for example, at least 10 cm, preferably at least 15 cm, and in particular at least 20 cm, a little Rotational moment of inertia can be achieved.
Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass ein oder mehrere Traversen nachgerüstet werden können. Hierdurch kann einerseits der Bearbeitungsbereich nachträglich vergrößert werden und andererseits die Dichte an Traversen und damit an Bearbeitungsköpfen in einem vorbestimmten Bearbeitungsbereich erhöht werden. Bei einer Erhöhung der Dichte der Tra versen und damit einer Verringerung des Abstandes der Traversen kann es zweckmäßig sein, die Schwenkarme austauschbar am Schlitten zu befestigen, so dass bei kürzerem Abstand zwischen den Traversen entsprechend kürzere Schwenkarme eingesetzt werden können. The device can be designed so that one or more cross members can be retrofitted. In this way, on the one hand, the processing area can be subsequently enlarged and, on the other hand, the density of cross members and thus of processing heads in a predetermined processing area can be increased. With an increase in the density of the traverses and thus a decrease in the distance between the crossbars, it may be useful to attach the swivel arms to the carriage so that they can be replaced with a shorter distance between the crossbars, correspondingly shorter swivel arms.
Vorzugsweise sind auf jeder Traverse zumindest zwei unabhängig voneinander verfahrbare Schlitten gelagert, wobei ein jeder Schlitten einen Bearbeitungskopf aufweist. Es können auch mehr als zwei Schlitten, zum Beispiel drei oder vier Schlitten, pro Traverse vorgesehen sein. At least two carriages which can be moved independently of one another are preferably mounted on each cross member, each carriage having a machining head. It is also possible for more than two carriages, for example three or four carriages, to be provided per traverse.
Vorzugsweise sind mehrere Lichtquellen vorgesehen, welche jeweils einem oder mehreren Bearbeitungsköpfen zugeordnet sind. Die Lichtquellen sind vorzugsweise Laser, insbesondere CO2-Laser oder ND:YAG-Laser. CO2-Laser werden vor allem zum Schmelzen oder Sintern von Kunststoffpulver ND:YAG-Laser zum Schmelzen oder Sintern von Metallpulver eingesetzt. Ein solcher CO2-Laser weist bspw. eine Lichtleistung von 30 W bis 70 W und ein ND:YAG-Laser von 100 W bis 1.000 W und mehr auf. Die Lichtquellen können auch Leuchtdioden, insbe sondere Super-Lumineszenz-Leuchtdioden, und/oder Halbleiterlaser sein. Durch das Vorsehen mehrerer Lichtquellen und mehrerer Bearbeitungsköpfe, welche unab hängig voneinander im Bearbeitungsbereich positioniert werden können, ist es möglich, dass an mehreren Stellen im Bearbeitungsbereich gleichzeitig Pulver geschmolzen bzw. gesintert wird, um ein 3D-Bauteil herzustellen. Dieses gleichzeitige Schmelzen oder Sintern des Pul vers erhöht die Fertigungsgeschwindigkeit der generativen Fertigung mit der vorliegenden Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erheblich. Selbst wenn die Bearbei tungsköpfe an den einzelnen Stellen etwas länger verbleiben, kann eine hohe Fertigungsge schwindigkeit erzielt werden. Flierdurch ist es möglich, dass Lichtquellen mit vergleichsweise geringer Lichtleistung verwendet werden können. Dies senkt erheblich die Kosten der Vor richtung. A plurality of light sources are preferably provided, each of which is assigned to one or more processing heads. The light sources are preferably lasers, in particular CO2 lasers or ND: YAG lasers. CO2 lasers are mainly used for melting or sintering plastic powder. ND: YAG lasers are used for melting or sintering metal powder. Such a CO2 laser has, for example, a light output of 30 W to 70 W and an ND: YAG laser of 100 W to 1,000 W and more. The light sources can also be light-emitting diodes, in particular special super-luminescence light-emitting diodes, and / or semiconductor lasers. By providing several light sources and several processing heads, which can be positioned independently of one another in the processing area, it is possible for powder to be melted or sintered simultaneously at several points in the processing area in order to produce a 3D component. This simultaneous melting or sintering of the powder increases the production speed of additive manufacturing with the present device compared to conventional devices. Even if the processing heads remain a little longer at the individual points, a high production speed can be achieved. This also makes it possible for light sources with a comparatively low light output to be used. This significantly lowers the cost of the device.
Zum Verteilen des Lichtstrahlbündels einer der Lichtquellen auf unterschiedliche Strahlfüh rung kann ein Multiplexer vorgesehen sein. Ein solcher Multiplexer ist vorzugsweise bei sehr lichtstarken Lichtquellen zweckmäßig, mit welchen das Pulver mit kurzen Impulsen ge schmolzen bzw. gesintert werden kann. Die Vorrichtung weist vorzugsweise im Bearbei tungsbereich ein Pulverbett auf, in dem sich Pulver befinden kann, das mittels der Licht strahlbündel selektiv aufgeschmolzen wird. A multiplexer can be provided to distribute the light beam from one of the light sources to different beam guides. Such a multiplexer is preferably useful for very bright light sources with which the powder can be melted or sintered with short pulses. In the processing area, the device preferably has a powder bed in which there can be powder that is selectively melted by means of the light beam.
Das Pulver kann ein Metallpulver oder Kunststoffpulver sein. The powder can be a metal powder or a plastic powder.
Die einzelnen Schwenkarme können in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein, um so Kol lisionen beim Bewegen der Schwenkarme zu vermeiden. The individual swivel arms can be arranged at different heights in order to avoid collisions when moving the swivel arms.
Die einzelnen Lichtquellen können so ausgebildet sein, dass sie Lichtstrahlbündel mit unter schiedlichen Frequenzen bzw. unterschiedlichen Frequenzbereichen und/oder unterschiedli chen Intensitäten abgeben. Hierdurch kann der selektive Schmelz- bzw. Sintervorgang indivi duell gesteuert werden. Dies erlaubt bspw. eine Steuerung der Porosität des hiermit herge stellten Produktes. The individual light sources can be designed so that they emit light beams with different frequencies or different frequency ranges and / or different intensities. This allows the selective melting or sintering process to be controlled individually. This allows, for example, a control of the porosity of the product made with it.
Die Lichtstrahlbündel können auch unterschiedlich stark auf den Bearbeitungsbereich fokus siert werden. Die Fokussierung kann beispielsweise mittels eines Objektives und/oder einer Höhenverstellung der Bearbeitungsköpfe eingestellt werden. The light beam can also be focused on the processing area to different degrees. The focusing can be set, for example, by means of an objective and / or a height adjustment of the processing heads.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann Pulver in einem Pulverbett gleichzeitig an meh reren Stellen geschmolzen bzw. gesintert werden. In der gesamten Vorrichtung kann eine Inertgasatmosphäre ausgebildet sein, insbesondere eine Stickstoff- und/oder Argonatmosphäre. Durch den Einsatz einer Inertgasatmosphäre kann eine Oxidation des Pulvers bzw. des Bauteils während der Bauteilfertigung verhindert werden. Bei der Ausbildung und Aufrechterhaltung der Inertgasatmosphäre ist es möglich, Schmutzpartikel auf einfache Weise aus dem Inneren der Vorrichtung zu filtern. With the device according to the invention, powder can be melted or sintered simultaneously in a powder bed at several points. An inert gas atmosphere, in particular a nitrogen and / or argon atmosphere, can be formed in the entire device. By using an inert gas atmosphere, oxidation of the powder or the component can be prevented during component production. With the formation and maintenance of the inert gas atmosphere, it is possible to filter dirt particles from the interior of the device in a simple manner.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, vorgesehen, mit einem Bearbeitungstisch mit einer vorzugsweise horizontalen Tischplatte, die eine Auflageflä che für das Pulverbett bildet, wobei der Bearbeitungstisch über eine die Tischplatte zumin dest partiell seitlich begrenzende Wandung verfügt, und wobei die Tischplatte und die Wan dung gemeinsam den Bearbeitungsbereich definieren. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandung vorzugsweise senkrecht zur Tischplatte verfahrbar ist. According to a further aspect of the invention, a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, is provided, with a processing table with a preferably horizontal table top which forms a support surface for the powder bed, the processing table via a table top at least at least partially laterally delimiting wall, and the table top and the wall jointly define the processing area. The device is characterized in that the wall can preferably be moved perpendicular to the table top.
Beim Fertigen eines Bauteils wird die Wandung jeweils nach einer oder mehreren erzeugten Bauteilschichten relativ zum Bearbeitungstisch vertikal verfahren. Hierfür kann die Oberseite der Wandung zu Beginn der Bauteilfertigung mit der Tischplatte des Bearbeitungstisches eine ebene Fläche ausbilden. Auf die Tischplatte wird Pulver aufgetragen und glattgestri chen. Eine Pulverschicht kann eine Dicke von etwa 20 pm - 100 pm betragen. Im Anschluss wird die erste Bauteilschicht durch Verbinden zumindest eines Teils der Pulverpartikel ge schaffen. Das Verbinden kann durch Aufschmelzen und Abkühlen, durch Sintern oder durch lokales Aufträgen eines Bindemittels erfolgen. Nach der Fertigung der ersten Bauteilschicht kann die Wandung um die Flöhe der ersten Bauteilschicht nach oben verfahren werden. Auf diese Weise wird zwischen der Wandung und der Auflagefläche eine Kammer gebildet. In dieser Kammer wird das Pulverbett gebildet. Das Pulverbett umfasst die bereits gebildete Bauteilschicht und das restliche, nicht miteinander verbundene Pulver. Anschließend kann eine weitere Pulverschicht aufgetragen, glattgestrichen und eine zweite Bauteilschicht gefer tigt werden. Die Wandung kann im Anschluss erneut um die Schichtdicke der zweiten Bau teilschicht höhenverstellt werden. Die von der Wandung und der Auflagefläche gebildete Kammer wird auf diese Weise in vertikaler Richtung vergrößert und umfasst dann die beiden Bauteilschichten und das restliche, nicht miteinander verbundene Pulvermaterial. Die vorge nannten Schritte werden so oft wiederholt bis das Bauteil vollständig gefertigt ist. Die Wan dung, welche in der Regel leichter als der Bearbeitungstisch ausgebildet ist, kann mit gerin gem Aufwand verfahren werden. Die Wandung kann nach einem oder nach mehreren gebil deten Schichten verfahren werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Bearbeitungstisch ortsfest und nicht verfahrbar ausgebildet ist. Somit kann der bekannte Aufbau, nämlich dass der Bearbeitungstisch während der Bauteil fertigung relativ zu der den Bearbeitungstisch umgebenden, feststehenden Wandung nach unten verfahren wird, umgekehrt werden. Bei einer Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen mit einer Grundfläche des Bearbeitungstisches von 1,5 m x 1 m und einem Hub von 0,5 m ergibt sich ein Arbeitsvolumen von 0,75 m3. Wird dieses Arbeitsvolumen mit Aluminiumpulver ausgefüllt, dann wiegt der Inhalt etwa 2 t. Bei Stahlpulver beträgt das Ge wicht etwa 61. Da lediglich die Wandung, die in der Regel deutlich leichter als der Bearbei tungstisch und der darauf befindliche additiv gefertigte Gegenstand ist, verfahren werden muss, kann ein kleiner und kostengünstiger Antrieb verwendet werden. Der Aufbau des Be arbeitungstisches kann gleichzeitig besonders kostengünstig aber dennoch stabil ausgeführt sein, da eine Verfahrbarkeit des Bearbeitungstisches nicht notwendig ist. Die Gesamtkosten der Vorrichtung werden dadurch weiter reduziert. When manufacturing a component, the wall is moved vertically relative to the processing table after one or more component layers created. For this purpose, the top of the wall can form a flat surface with the table top of the processing table at the beginning of the component production. Powder is applied to the tabletop and smoothed out. A powder layer can have a thickness of about 20 μm - 100 μm. The first component layer is then created by connecting at least some of the powder particles. The connection can take place by melting and cooling, by sintering or by applying a binding agent locally. After the first component layer has been produced, the wall can be moved upwards by the fleas of the first component layer. In this way, a chamber is formed between the wall and the support surface. The powder bed is formed in this chamber. The powder bed comprises the component layer that has already been formed and the remaining powder that is not connected to one another. Then another layer of powder can be applied, smoothed out and a second component layer can be manufactured. The height of the wall can then be adjusted again by the thickness of the second component layer. The chamber formed by the wall and the support surface is enlarged in this way in the vertical direction and then comprises the two component layers and the remaining, non-interconnected powder material. The aforementioned steps are repeated until the component is completely manufactured. The wall, which is usually lighter than the machining table, can be moved with little effort. The wall can be moved according to one or more layers formed. It is advantageous if the processing table is designed to be stationary and not movable. The known structure, namely that the machining table is moved downwards relative to the stationary wall surrounding the machining table during component production, can thus be reversed. In the case of a device for the additive manufacturing of components with a base area of the processing table of 1.5 mx 1 m and a stroke of 0.5 m, a working volume of 0.75 m 3 results. If this working volume is filled with aluminum powder, the contents weigh about 2 t. In the case of steel powder, the weight is around 61. Since only the wall, which is usually significantly lighter than the processing table and the additively manufactured object on it, has to be moved, a small and inexpensive drive can be used. The structure of the Be work table can at the same time be designed to be particularly inexpensive but still stable, since the work table does not need to be moved. This further reduces the overall costs of the device.
Zum vertikalen Verstellen der Wandung kann beispielsweise ein elektrischer, pneumatischer und/oder hydraulischer Antrieb verwendet werden. An electric, pneumatic and / or hydraulic drive, for example, can be used to adjust the wall vertically.
Die Wandung kann an ihrem oberen Rand mit einem sich nach außen horizontal vorstehen den Kragen versehen sein, der verhindert, dass Pulver auf ein Fundament in Bereiche fällt, die dafür nicht vorgesehen sind. Der Kragen kann lediglich auf einer Seite des Pulverbettes vorgesehen sein oder an mehreren oder sogar umlaufend ausgebildet sein. The wall can be provided on its upper edge with an outwardly horizontally protruding collar, which prevents powder from falling onto a foundation in areas that are not intended for this. The collar can only be provided on one side of the powder bed or can be formed on several or even circumferentially.
Die Wandung kann aus mehreren Wandabschnitten ausgebildet sein, wobei die Wandab schnitte einzeln und/oder gemeinsam verfahrbar sind. Es können dann einzelne Wandab schnitte unabhängig voneinander verfahren werden. Die Wandung kann somit auf eine Viel zahl von möglichen Anwendungsfällen eingestellt werden. The wall can be formed from several wall sections, wherein the Wandab sections can be moved individually and / or together. Individual sections of the wall can then be moved independently of one another. The wall can thus be adjusted to a large number of possible applications.
Es kann ein Auftragsspender zum Aufträgen von selektiv zu schmelzendem oder zu sintern dem Pulver auf den Bearbeitungstisch bzw. auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sein. Der Auftragsspender kann in horizontaler Richtung über den Bearbeitungstisch verfahrbar sein, um das Pulver über den gesamten Bearbeitungsbereich verteilen zu können. Der Auf tragsspender kann eine Rakel aufweisen oder an eine Rakel gekoppelt sein, so dass das auf getragene Pulver glattgestrichen wird. Durch den Einsatz eines Auftragsspenders kann der Bauraum bzw. die Grundfläche der Vorrichtung verringert werden, da auf einen Vorratszylin der verzichtet werden kann. Der Einsatz eines Vorratszylinders anstelle eines Auftragsspen ders kann jedoch vorteilhaft sein, um die Verwirbelung der Atmosphäre im Inneren der Vor richtung zu verringern, die durch Bewegung des Auftragsspenders verursacht wird. Die Wandung kann gemeinsam mit wenigstens einer weiteren Komponente verfahrbar sein, vorzugsweise einer Lichtquelle und/oder einem Bearbeitungskopf und/oder einer Rakel und/oder einem Auftragsspender zum Aufträgen von Pulvermaterial und/oder einem Vorrats zylinder. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Bearbeitungsköpfe gemeinsam mit der Wan dung höhenverstellbar sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Bearbei tungsköpfe immer den gleichen Abstand zum Bearbeitungsbereich bzw. zur Oberfläche des Pulverbettes aufweisen. Ein aufwendiges Einstellen eines optimalen Abstandes zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Bearbeitungsbereich kann somit ebenso entfallen, wie das er neute Fokussieren bzw. Einstellen einer Optik des Bearbeitungskopfes. Dem Fachmann ist bekannt, welche Komponenten, abhängig vom Aufbau der Vorrichtung, während der Bauteil fertigung einen gleichbleibenden Abstand zur Wandung oder zum Bearbeitungsbereich oder zueinander bevorzugt aufweisen sollten. Diese Komponenten können gekoppelt mit der Wan dung verfahrbar ausgestaltet sein. Es ist dann lediglich ein einziger Antrieb zum Verfahren dieser Komponenten relativ zum Bearbeitungstisch notwendig, wodurch der Aufbau einfach ausgebildet ist. An order dispenser can be provided for applying powder to be selectively melted or sintered onto the processing table or onto the processing area. The order dispenser can be moved in the horizontal direction over the processing table in order to be able to distribute the powder over the entire processing area. The order dispenser can have a doctor blade or be coupled to a doctor blade, so that the powder applied is smoothed out. By using an order dispenser, the installation space or the base area of the device can be reduced, since a Vorratszylin can be dispensed with. The use of a supply cylinder instead of an order dispenser can, however, be advantageous in order to reduce the turbulence in the atmosphere inside the device, which is caused by the movement of the order dispenser. The wall can be moved together with at least one further component, preferably a light source and / or a processing head and / or a doctor blade and / or an application dispenser for applying powder material and / or a storage cylinder. It is particularly advantageous if the machining heads can be adjusted in height together with the wall. In this way it can be ensured that the processing heads always have the same distance from the processing area or from the surface of the powder bed. A complex setting of an optimal distance between the machining head and the machining area can thus be dispensed with, as can the re-focusing or setting of the optics of the machining head. The person skilled in the art knows which components, depending on the structure of the device, should preferably have a constant distance from the wall or from the processing area or from one another during component production. These components can be designed to be movable coupled with the wall. Only a single drive is then required to move these components relative to the machining table, which means that the structure is simple.
Die Wandung kann in Abhängigkeit von der Dicke der nächsten zu bildenden Bauteilschicht verfahren werden. Es ist möglich, dass die einzelnen Bauteilschichten unterschiedliche Di cken aufweisen. So können bei der Fertigung einzelne Bauteilschichten dicker ausgebildet sein als andere, wenn es in den entsprechenden Bauteilbereichen nicht auf eine hohe Form teilgenauigkeit ankommt. Kommt es in einzelnen Bauteilbereichen hingegen auf eine hohe Formgenauigkeit an, so kann die zu fertigende Bauteil Schicht eine geringere Dicke aufwei sen. Auf diese Weise kann die Bauteilfertigung in einzelnen Bauteilbereichen und damit ins gesamt beschleunigt werden. Das Bauteil kann somit in Abhängigkeit von der in den jeweili gen Bereichen geforderten Formgenauigkeit besonders schnell gefertigt werden. The wall can be moved depending on the thickness of the next component layer to be formed. It is possible for the individual component layers to have different thicknesses. Thus, during production, individual component layers can be made thicker than others if a high degree of partial accuracy is not important in the corresponding component areas. If, on the other hand, a high degree of dimensional accuracy is important in individual component areas, the component layer to be manufactured can have a smaller thickness. In this way, component production can be accelerated in individual component areas and thus as a whole. The component can thus be manufactured particularly quickly depending on the dimensional accuracy required in the respective areas.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Sammelvorrichtung vorgesehen, vorzugs weise ausgebildet als Sammelbecken, um überschüssiges Pulver aufzunehmen, das aus dem Bearbeitungsbereich gelangt. Während der Fertigung kann Pulver aus dem Bearbeitungsbe reich gelangen, beispielsweise kann Pulver durch die Rakel von dem Bearbeitungstisch bzw. von der Tischplatte oder von dem Kragen geschoben werden. Dieses überschüssige Pulver kann von der Sammelvorrichtung aufgenommen werden. In einer besonders einfachen Aus führungsform kann die Sammelvorrichtung durch ein Auffang- bzw Sammelbecken gebildet sein, in welches das überschüssige Pulver hineinfällt. Dieses überschüssige Pulver kann dann gesammelt und wiederverwendet werden. Das Sammelbecken kann teilweise oder vollstän- dig um den Arbeitstisch, die Wandung und/oder den Kragen angeordnet sein, so dass über schüssiges Pulver, welches von dem Arbeitstisch, der Wandung und/oder dem Kragen gestri chen wird, in das Sammelbecken fallen kann. In a preferred embodiment, a collecting device is provided, preferably designed as a collecting basin in order to receive excess powder that comes out of the processing area. During production, powder can get rich from the processing area, for example powder can be pushed through the squeegee from the processing table or from the table top or from the collar. This excess powder can be picked up by the collection device. In a particularly simple embodiment, the collecting device can be formed by a collecting or collecting basin into which the excess powder falls. This excess powder can then be collected and reused. The reservoir can be partially or fully dig be arranged around the work table, the wall and / or the collar, so that excess powder that is brushed from the work table, the wall and / or the collar can fall into the collecting basin.
Es kann eine Absaugung und ein Filter vorgesehen sein, um das überschüssige Pulver abzu saugen, zu filtern und wiederzuverwenden. Das von der Sammelvorrichtung aufgenommene Pulver wird abgesaugt, anschließend einem Filter zugeführt und in einem Kreislauf wieder zum Bearbeitungsbereich gefördert. Der Filter kann zu große und/oder bereits miteinander verbundene Pulverkörner und/oder Schmutzpartikel ausfiltern. Ein Filter kann beispielsweise eine Filtergröße von 120 pm aufweisen, so dass lediglich Partikel den Filter passieren kön nen, die eine Korngröße kleiner als 120 pm aufweisen. Je nach verwendetem Pulver und Pul verkorngrößen können unterschiedliche Filtergrößen verwendet werden. Das so gereinigte Pulvermaterial kann zur Wiederverwendung einem Vorratsbehälter und/oder dem Auftrags spender zugeführt werden. Durch diese Rezirkulation des Pulvermaterials kann der Material verlust gering gehalten werden. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass keine bereits miteinander verbundenen Pulverkörner wiederverwendet oder Schmutzpartikel verwendet werden. Die Verwendung von bereits miteinander verbundenen Pulverkörnern oder Schmutz partikeln kann zu Ungenauigkeiten oder Fehlstellen im 3D-Bauteil führen und die Stabilität bzw. Festigkeit negativ beeinflussen. Die Genauigkeit und Qualität der Bauteilfertigung kön nen durch Einsatz einer Absaugung und eines Filters weiterhin in hohem Maße sichergestellt werden. A suction and a filter can be provided in order to suck off the excess powder, to filter it and to reuse it. The powder picked up by the collecting device is sucked off, then fed to a filter and conveyed back to the processing area in a circuit. The filter can filter out powder grains and / or dirt particles that are too large and / or already interconnected. A filter can, for example, have a filter size of 120 μm, so that only particles can pass through the filter which have a grain size of less than 120 μm. Depending on the powder and powder grain sizes used, different filter sizes can be used. The powder material cleaned in this way can be fed to a storage container and / or the order dispenser for reuse. Through this recirculation of the powder material, the material loss can be kept low. At the same time, it can be ensured that no powder grains that have already been connected to one another are reused or dirt particles are used. The use of already interconnected powder grains or dirt particles can lead to inaccuracies or flaws in the 3D component and have a negative effect on the stability or strength. The accuracy and quality of component production can still be ensured to a high degree by using an extraction system and a filter.
Der Arbeitstisch kann temperiert sein und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden. Auf diese Weise können Spannungen im Bauteil, insbesondere in den ersten Schich ten vermieden werden. Beim Fierstellen eines Metallbauteils kann der Arbeitstisch beispiels weise auf eine Temperatur zwischen 100 °C und 300 °C erhitzt werden, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C. Beim generativen Fertigen eines Kunststoffbauteils kann die Temperatur des Arbeitstisches geringer sein und beispielsweise zwischen 40 °C und 120 °C betragen, bevorzugt zwischen 60 °C und 100 °C. Die Temperatur kann jeweils an das verwendete Material angepasst werden. The work table can be tempered and kept at a predetermined temperature. In this way, stresses in the component, especially in the first layers, can be avoided. When Fierstellen a metal component, the work table can, for example, be heated to a temperature between 100 ° C and 300 ° C, preferably to a temperature between 150 ° C and 200 ° C. In the additive manufacturing of a plastic component, the temperature of the work table can be lower, for example between 40 ° C and 120 ° C, preferably between 60 ° C and 100 ° C. The temperature can be adapted to the material used.
Bevorzugt ist eine Optik, insbesondere eine Zoom-Optik vorgesehen, um die Fokussierung des emittierten Lichtstrahlbündels zu ändern. Die Fokussierung des Lichtstrahlbündels kann auf einfache Weise an unterschiedliche Abstände zum Bearbeitungsbereich angepasst wer den. Gleichzeitig können durch eine gezielte Fokuseinstellung der Energieeintrag und die be strahlte Fläche verändert werden. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns vorgesehen, mit wenigstens einer beweglichen Komponente, vorzugsweise einem Bearbeitungskopf und/oder einem Bearbeitungstisch und/oder einer Wandung und/oder einer Rakel und/oder einem Auf tragsspender, und einem Antrieb zum Verfahren der beweglichen Komponente. Die Vorrich tung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Abstandssensor zur vorzugsweise elekt rooptischen Entfernungsmessung vorgesehen. Der Abstandssensor kann an oder auf der be weglichen Komponente angeordnet sein und den Abstand zu einem anderen Objekt, bzw. die Entfernung zwischen Sensor und dem anderen Objekt, messen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Abstandssensor an einem anderen Objekt angeordnet ist und den Abstand zu der beweglichen Komponente misst. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der bewegli chen Komponente und einem anderen Objekt jederzeit gemessen und bestimmt werden. Optics, in particular zoom optics, are preferably provided in order to change the focusing of the emitted light beam. The focusing of the light beam can easily be adapted to different distances from the processing area. At the same time, the energy input and the irradiated area can be changed through targeted focus adjustment. According to a further aspect of the invention, a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, is provided with at least one movable component, preferably a processing head and / or a processing table and / or a wall and / or a doctor blade and / or an order dispenser, and a drive for moving the movable component. The device is characterized in that at least one distance sensor is provided for preferably electro-optical distance measurement. The distance sensor can be arranged on or on the movable component and measure the distance to another object or the distance between the sensor and the other object. However, it is also possible for the distance sensor to be arranged on another object and to measure the distance to the movable component. In this way, the distance between the movable component and another object can be measured and determined at any time.
Bevorzugt ist der Abstandssensor ortsfest angeordnet, um den Abstand zwischen dem Sen sor und der beweglichen Komponente zu messen. Auf diese Weise kann der Abstand zwi schen einem Fixpunkt und der beweglichen Komponente jederzeit gemessen und bestimmt werden. Die bewegliche Komponente kann ein Referenzobjekt aufweisen, wobei der Ab standssensor das Referenzobjekt erfasst und den Abstand zum Referenzobjekt misst. Als Re ferenzobjekt kann beispielsweise ein Reflektor, insbesondere ein Prismenreflektor, verwendet werden. Der Abstandssensor kann schwenkbar ausgebildet sein, um auf das Referenzobjekt ausgerichtet werden zu können. The distance sensor is preferably arranged in a stationary manner in order to measure the distance between the sensor and the movable component. In this way, the distance between a fixed point and the moving component can be measured and determined at any time. The movable component can have a reference object, the distance sensor detecting the reference object and measuring the distance to the reference object. A reflector, in particular a prism reflector, for example, can be used as the reference object. The distance sensor can be designed to be pivotable in order to be able to be aligned with the reference object.
Die Entfernungsmessung kann mittels Triangulation und/oder Messung der Phasenlage und/oder Messung der Laufzeit erfolgen. Bei einer Entfernungsmessung durch Messung der Phasenlage wird ein Laserstrahl emittiert. Die Phasenverschiebung des reflektierten Laser strahls oder dessen Modulation gegenüber dem ausgesandten Strahl ist entfernungsabhän gig. Diese Phasenverschiebung kann gemessen und benutzt werden, um die zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Die Entfernungsmessung mittels Messung der Phasenlage weist eine hohe Genauigkeit auf. Bei der Lasertriangulation wird ein Lichtstrahl auf das Messobjekt fo kussiert und mit einer daneben im Sensor befindlichen Kamera, einer ortsauflösenden Photo diode oder einer CCD-Zeile beobachtet. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Sensor, so ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe der Winkelfunktionen die Entfernung des Objektes vom Laserprojektor berechnet. Die Entfernungsmessung mittels Triangulation ist einfach, kostengünstig und dennoch sehr prä zise. Bei der Messung der Laufzeit wird ein Lichtpuls oder ein modulierter Lichtstrahl ausge- sandt. Die Laufzeit ist die Zeit, die der Lichtstrahl benötigt, um von der Quelle zu einem Re flektor, zumeist einem Retroreflektor, und wieder zurück zur Quelle zu laufen. Durch Messen dieser Laufzeit kann über die Lichtgeschwindigkeit die Distanz zwischen Quelle und Objekt ermittelt werden. Zur Abstandsmessung können alternativ oder zusätzlich auch Sensoren verwendet werden, die Linien oder Flächen bzw. Ebenen abtasten, oder räumliche Messun gen vornehmen können, wie beispielsweise Stereokameras zur dreidimensionalen Lokalisie rung eines oder mehrerer Objekte. Entsprechende Sensoren müssen aufgrund ihres großen Aufnahmebereichs nicht verschwenkbar ausgebildet sein. The distance can be measured by means of triangulation and / or measurement of the phase position and / or measurement of the transit time. When measuring the distance by measuring the phase position, a laser beam is emitted. The phase shift of the reflected laser beam or its modulation with respect to the emitted beam depends on the distance. This phase shift can be measured and used to determine the distance traveled. The distance measurement by measuring the phase position has a high degree of accuracy. With laser triangulation, a light beam is focused on the measurement object and observed with a camera located next to it in the sensor, a spatially resolving photo diode or a CCD line. If the distance between the measuring object and the sensor changes, the angle at which the point of light is observed also changes and thus the position of its image on the photo receiver. The distance between the object and the laser projector is calculated from the change in position with the help of the angle functions. Distance measurement using triangulation is simple, inexpensive and yet very precise. When measuring the transit time, a light pulse or a modulated light beam is emitted. sends. The transit time is the time that the light beam needs to run from the source to a reflector, usually a retroreflector, and back to the source. By measuring this transit time, the distance between the source and the object can be determined using the speed of light. As an alternative or in addition, sensors can also be used for distance measurement that scan lines or areas or planes, or that can carry out spatial measurements, such as stereo cameras for three-dimensional localization of one or more objects. Corresponding sensors do not have to be designed to be pivotable due to their large recording area.
An Stelle von optischen Sensoren können auch andere Sensoren, wie z.B. Ultraschallsenso- ren oder Sensoren, welche mittels der Laufzeit von Funkwellen den Abstand bestimmen, ver wendet werden. Instead of optical sensors, other sensors, such as ultrasonic sensors or sensors that determine the distance using the transit time of radio waves, can also be used.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Steuer- und Regelungsvorrichtung vorgese hen, die derart ausgebildet ist, dass die bewegliche Komponente in Abhängigkeit von der ge messenen Entfernung zwischen dem Abstandssensor und der beweglichen Komponente in eine Sollposition verfahrbar ist. Der Einsatz von Abstandssensoren zusammen mit einer Steuer- und Regelung ermöglicht den Einsatz einer kostengünstigen und besonders leichten Bewegungseinrichtung zum Verfahren der beweglichen Komponente. Eine kostengünstige und leichte Bewegungseinrichtung ist weist eine geringe Genauigkeit in der Positionierung auf, ist dafür aber besonders schnell verfahrbar. Die Position der beweglichen Komponente kann in Abhängigkeit vom Abstand der beweglichen Komponente zu dem Abstandssensor geregelt werden. Je mehr sich die bewegliche Komponente ihrer Sollposition annähert, desto langsamer kann die Komponente verfahren werden. Es kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass die bewegliche Komponente die Sollposition exakt erreichen kann. Die Bewe gungseinrichtung kann einfach und vor allem leicht und günstig ausgebildet sein, da die Prä zision der Bewegung und Positionierung durch die Abstandsmessung und die Regelung in ei ner geschlossenen Regelschleife sichergestellt wird. Als Regler können Proportional-Regler, sogenannte P-Regler, Proportional-Integral-Regler, sogenannte PI-Regler, und/oder Proporti- onal-Integral-Differential-Regler, sogenannte PID-Regler, in der Regelschleife eingesetzt wer den. In an advantageous embodiment, a control and regulating device is provided which is designed such that the movable component can be moved into a target position depending on the measured distance between the distance sensor and the movable component. The use of distance sensors together with a control and regulation system enables the use of an inexpensive and particularly light movement device for moving the movable component. An inexpensive and lightweight movement device has a low level of accuracy in positioning, but can therefore be moved particularly quickly. The position of the movable component can be regulated as a function of the distance between the movable component and the distance sensor. The closer the moving component approaches its target position, the slower the component can be moved. In this way it can be ensured that the movable component can reach the target position exactly. The movement device can be designed simply and, above all, light and inexpensive, since the precision of the movement and positioning is ensured by the distance measurement and the regulation in a closed control loop. Proportional controllers, so-called P controllers, proportional-integral controllers, so-called PI controllers, and / or proportional-integral-differential controllers, so-called PID controllers, can be used as controllers in the control loop.
Es können zwei, vorzugsweise drei Abstandssensoren zur Entfernungsmessung zwischen den Abstandssensoren und der beweglichen Komponente vorgesehen sein, um die räumliche Po sition der beweglichen Komponente zu bestimmen. Wird die bewegliche Komponente ledig lich in einer Ebene verfahren, das heißt in zwei Dimensionen, kann ihre Position durch die Abstandsmessung von zwei Abstandssensoren exakt bestimmt werden. Durch die Messung von drei Abständen zwischen der beweglichen Komponente und drei ortsfesten angeordne ten Abstandssensoren, kann die räumliche Position der beweglichen Komponente in drei Di mensionen exakt bestimmt werden. Wird die bewegliche Komponente lediglich in einer Rich tung verfahren, so kann auch ein Sensor zur Entfernungsmessung ausreichend sein. Two, preferably three, distance sensors for distance measurement between the distance sensors and the movable component can be provided in order to determine the spatial position of the movable component. If the movable component is only moved in one plane, that is, in two dimensions, its position can be precisely determined by measuring the distance from two distance sensors. By measuring of three distances between the movable component and three stationary arranged distance sensors, the spatial position of the movable component can be determined exactly in three dimensions. If the movable component is only moved in one direction, a sensor can also be sufficient for distance measurement.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehr als drei Abstandssensoren und wenigstens zwei bewegliche Komponenten vorgesehen, wobei jede bewegliche Komponente in jeder Po sition von wenigstens drei Abstandssensoren zur Entfernungsmessung erfassbar ist. Dabei kann ein Abstandssensor zur Abstandmessung zwischen sich und beiden beweglichen Kom ponenten verwendet werden. In Abhängigkeit von den Positionen einer ersten beweglichen Komponente, kann ein Abstandssensor von dieser ersten beweglichen Komponente derart verdeckt sein, dass eine Abstandsmessung zu einer zweiten beweglichen Komponente nicht möglich ist. In einem solchen Fall, kann die Entfernungsmessung über einen anderen Ab standssensor erfolgen, der über einen direkten optischen Zugang zu der zweiten bewegli chen Komponente verfügt. Dies ermöglicht, dass für jede Positionsbestimmung einer beweg lichen Komponente durch Abstandsmessung auf verschiedene oder die gleichen Abstands sensoren zurückgegriffen wird. In a preferred embodiment, more than three distance sensors and at least two movable components are provided, each movable component being detectable in every position by at least three distance sensors for distance measurement. A distance sensor can be used to measure the distance between you and the two moving components. Depending on the positions of a first movable component, a distance sensor can be covered by this first movable component in such a way that a distance measurement to a second movable component is not possible. In such a case, the distance can be measured using another sensor that has direct optical access to the second movable component. This enables different or the same distance sensors to be used for each position determination of a movable component by distance measurement.
Die Abstandssensoren können ortsfest in der Vorrichtung angeordnet sein, beispielsweise über einem Träger mit dem Fundament der Vorrichtung verbunden sein. Die Abstandssenso ren können über eine Abstandsmessung die Position der Oberfläche des Pulverbettes bestim men und im Anschluss mit Hilfe einer weiteren Abstandsmessung die Position einer bewegli chen Komponente, beispielsweise eines Bearbeitungskopfes ermitteln. Der Bearbeitungskopf kann in Abhängigkeit von der Position des Pulverbettes, also der Flöhe des Pulverbettes, in eine Sollposition verfahren werden, um den geforderten Abstand zwischen dem Bearbei tungskopf und der Oberfläche des Pulverbettes einzustellen. Das Verfahren eines oder meh rerer Bearbeitungsköpfe in ihre Sollposition kann dabei mit Hilfe der oben beschriebenen Steuer- und Regelungsvorrichtung erfolgen. Es ist auch möglich, dass ein oder mehrere Ab stand ssensoren mit einem Bearbeitungskopf verbunden bzw. auf diesem angeordnet sind und der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Pulverbettoberfläche bestimmt wird, um anschließend die Bearbeitungsköpfe auf einen Sollabstand zur Oberfläche des Pul verbettes zu verfahren. The distance sensors can be arranged in a stationary manner in the device, for example connected to the foundation of the device via a carrier. The distance sensors can determine the position of the surface of the powder bed via a distance measurement and then determine the position of a movable component, for example a machining head, with the aid of a further distance measurement. The processing head can be moved into a target position depending on the position of the powder bed, i.e. the fleas of the powder bed, in order to set the required distance between the processing head and the surface of the powder bed. One or more machining heads can be moved into their desired position with the aid of the control and regulating device described above. It is also possible that one or more distance sensors are connected to or arranged on a processing head and the distance between the processing head and the powder bed surface is determined in order to then move the processing heads to a target distance from the surface of the powder bed.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Position eines oder mehrerer Bearbeitungsköpfe in Abhängigkeit von der Position der verfahrbaren Wandung, insbesondere einer Oberkante und/oder einer waagerechen Oberfläche, eingestellt wird. Zur Ermittlung des Abstandes zwi- sehen der verfahrbaren Wandung und dem Bearbeitungskopf kann ein oder mehrere Ab stand ssensoren mit dem Bearbeitungskopf verbunden und/oder ortsfest in der Vorrichtung angeordnet sein. In addition, it is also possible for the position of one or more processing heads to be set as a function of the position of the movable wall, in particular an upper edge and / or a horizontal surface. To determine the distance between Seeing the movable wall and the processing head, one or more distance sensors can be connected to the processing head and / or arranged in a stationary manner in the device.
Anstelle der Position eines oder mehrerer Bearbeitungsköpfe kann auch die Position einer Traverse oder eine andere Komponente einer Bewegungsrichtung, beispielsweise eines Schlittens, bestimmt und relativ zu der verfahrbaren Wandung oder der Oberfläche des Pul verbettes positioniert werden. Hierzu kann ein oder mehrere Abstandssensoren direkt mit der Traverse verbunden sein und den Abstand zur Oberfläche des Pulverbettes messen. Instead of the position of one or more processing heads, the position of a traverse or another component of a direction of movement, for example a slide, can be determined and positioned relative to the movable wall or the surface of the powder bed. For this purpose, one or more distance sensors can be connected directly to the crossbeam and measure the distance to the surface of the powder bed.
Auf die gleiche Weise kann auch eine Rakel relativ zu der Pulverbettoberfläche oder einer verfahrbaren Wandung positioniert werden. Wenigstens ein Abstandssensor kann hierfür mit der Rakel verbunden oder ortsfest in der Vorrichtung angeordnet sein. In the same way, a doctor blade can also be positioned relative to the powder bed surface or a movable wall. For this purpose, at least one distance sensor can be connected to the doctor blade or arranged in a stationary manner in the device.
Auch kann ist es möglich sein, einen Auftragsspender in Abhängigkeit von der Position der verfahrbaren Wandung oder der Pulverbettoberfläche zu positionieren. Hierzu kann der Auf tragsspender wenigstens einen Abstandssensoren aufweisen oder es kann wenigstens ein Abstandssensor ortsfest in der Vorrichtung angeordnet sein. It is also possible to position an order dispenser depending on the position of the movable wall or the powder bed surface. For this purpose, the order dispenser can have at least one distance sensor or at least one distance sensor can be arranged in a stationary manner in the device.
Auch die verfahrbare Wandung kann relativ zur Oberfläche des Pulverbettes verfahren wer den, beispielsweise auf eine Position, die um eine Schichtdicke höher als das Pulverbett liegt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Abstandssensoren ortsfest in der Vorrichtung angeordnet sind. The movable wall can also move relative to the surface of the powder bed, for example to a position that is one layer thicker than the powder bed. For this purpose, it is advantageous if the distance sensors are arranged in a stationary manner in the device.
Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Vorratszylinder relativ zu einem Bearbeitungstisch zu verfahren. Bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art kann auch der Bearbeitungstisch geregelt verfahren werden. So kann der Bearbeitungstisch beispielsweise nach der Fertigstel lung einer Bauteilschicht um eine definierte Schichtdicke abgesenkt werden, um eine neue Pulverschicht auftragen zu können. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den Bearbei tungsköpfen und der Oberfläche der Pulverschicht für jede zu erstellende Bauteilschicht kon stant gehalten werden. Die Abstandssensoren sind dann bevorzugt ortsfest in der Vorrich tung angeordnet. In addition, it is also possible to move a storage cylinder relative to a machining table. In the case of a device of the aforementioned type, the processing table can also be moved in a controlled manner. For example, after the completion of a component layer, the processing table can be lowered by a defined layer thickness in order to be able to apply a new powder layer. In this way, the distance between the processing heads and the surface of the powder layer can be kept constant for each component layer to be created. The distance sensors are then preferably arranged in a stationary manner in the device.
Es können auch mehrere Komponenten gemeinsam miteinander gekoppelt verfahren wer den. So kann beispielsweise eine Rakel zusammen mit einem oder mehreren Bearbeitungs köpfen und/oder zusammen mit einem Auftragsspender geregelt auf einen jeweils in vertika ler Richtung erforderlichen Abstand zur Oberfläche des Pulverbettes positioniert werden. Der vertikale Abstand zwischen der Rakel und den Bearbeitungsköpfen und/oder dem Auftrags spender ist dann zu jedem Zeitpunkt gleich. It is also possible for several components to be coupled to one another together. For example, a squeegee can be positioned together with one or more processing heads and / or together with an order dispenser at a distance from the surface of the powder bed that is required in each case in the vertical direction. Of the vertical distance between the doctor blade and the processing heads and / or the order dispenser is then the same at all times.
Es können jeder beweglichen Komponente jeweils drei Abstandssensoren zur Entfernungs messung fest zugeordnet sein. Dieselben drei Abstandssensoren können für jede Entfer nungsmessung derselben beweglichen Komponente zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abstandssensoren für jede Entfernungsmessung einer Komponente neu zugeordnet werden. Auf diese Weise können jeder beweglichen Komponente bei jeder neuen Entfernungsmessung teilweise oder vollständig andere Abstandssensoren zugeordnet werden als bei einer vorhergehenden Entfernungsmessung. Each movable component can be assigned three distance sensors for distance measurement. The same three distance sensors can be assigned to the same movable component for each distance measurement. However, it is also possible for the distance sensors to be reassigned to a component for each distance measurement. In this way, with each new distance measurement, each movable component can be assigned partially or completely different distance sensors than with a previous distance measurement.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, vorgesehen, mit einer Glasplatte, deren Oberfläche eine Auflagefläche für Pulver bildet, einem Bearbeitungs bereich oberhalb der Glasplatte, einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahlbündels, ei nem unterhalb der Glasplatte angeordneten Bearbeitungskopf, der entweder mit einer Strahlführung an die Lichtquelle gekoppelt ist, so dass das Lichtstrahlbündel zum Bearbei tungskopf geführt wird, oder die Lichtquelle unmittelbar am Bearbeitungskopf angeordnet ist, so dass ein Lichtstrahlbündel vom Bearbeitungskopf durch die Glasplatte auf den Bear beitungsbereich gelenkt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf beweglich gelagert ist, so dass das Lichtstrahlbündel auf unterschiedliche Stellen im Bearbeitungsbereich gelenkt wer den kann. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Bearbeitungsköpfe zum jeweiligen Lenken eines Lichtstrahlbündels durch die Glasplatte auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sind, wobei die Bearbeitungsköpfe jeweils an einem Schlitten angeordnet sind, welcher entlang einer Traverse verfahrbar ist. According to a further aspect of the invention, a device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, is provided, with a glass plate, the surface of which forms a support surface for powder, a processing area above the glass plate, a light source for generating a light beam, a processing head arranged below the glass plate, which is either coupled to the light source with a beam guide so that the light beam is guided to the processing head, or the light source is arranged directly on the processing head so that a light beam from the processing head through the glass plate onto the processing head can be steered processing area, wherein the processing head is movably mounted so that the light beam is directed to different points in the processing area who can. The device is characterized in that several processing heads are provided for each directing a bundle of light rays through the glass plate onto the processing area, the processing heads each being arranged on a slide which can be moved along a traverse.
Bei der vorgenannten Vorrichtung kann Pulver auf die Oberfläche der Glasplatte abgelegt werden, beispielsweise mithilfe eine Auftragsspenders. Die Glasplatte bildet dabei eine Aufla gefläche für das Pulver. Eine Rakel kann zum Glattstreichen der Pulverschicht vorgesehen sein. Im Anschluss kann ein Stützkörper auf die Pulverschicht aufgelegt werden. Ein Licht strahlbündel kann von einem Bearbeitungskopf, der unterhalb der Glasplatte angeordnet ist, durch die Glasplatte auf die entsprechenden Bereiche mit Pulver gelenkt werden. Das Pulver kann selektiv aufgeschmolzen oder gesintert und miteinander verbunden werden, wodurch eine erste Bauteilschicht auf dem Stützkörper ausgebildet wird. Die gebildete Bauteilschicht kann anschließend zusammen mit dem Stützkörper angehoben werden. Hierzu kann eine He bevorrichtung zum unterstützenden Greifen und Anheben des Bauteils bzw. der Bauteil- schichten in vertikaler Richtung vorgesehen sein. Das noch auf der Glasplatte befindliche Pul ver kann von dieser entfernt werden. Es kann dann erneut Pulver auf der Glasplatte aufge bracht werden. Die bereits gebildete Bauteilschicht kann auf das aufgetragene Pulver aufge legt werden. Durch erneutes Lenken eines Lichtstrahlbündels auf den Bearbeitungsbereich, kann die neue Bauteilschicht gebildet und mit der ersten Bauteilschicht verbunden werden. Diese Schritte können beliebig oft wiederholt werden, bis das Bauteil vollständig ausgebildet ist. Das Bauteil wird dabei von oben nach unten gefertigt werden. Bei diesem Aufbau der Vorrichtung kann Material eingespart werden, da das Pulver lediglich in den Bereichen abge legt werden kann, wo eine Bauteilschicht ausgebildet werden soll. Es ist dann nicht notwen dig, die gesamte Glasplatte mit Pulver zu bedecken. Die Glasplatte muss deutlich weniger Gewicht tragen, da das Bauteil von der Hebevorrichtung gehalten wird und die Glasplatte so mit lediglich das Pulverbett für die zu bildende, neue Bauteilschicht trägt. Die bereits gebilde ten Bauteilschichten sind frei zugänglich und nicht von Pulver umschlossen. Daher kann das Bauteil bereits während der Fertigung weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch spa nende Bearbeitung des Bauteils. With the aforementioned device, powder can be deposited on the surface of the glass plate, for example with the aid of an order dispenser. The glass plate forms a support surface for the powder. A doctor blade can be provided to smooth the powder layer. A support body can then be placed on the powder layer. A light beam can be directed from a processing head, which is arranged below the glass plate, through the glass plate to the corresponding areas with powder. The powder can be selectively melted or sintered and connected to one another, whereby a first component layer is formed on the support body. The component layer formed can then be raised together with the support body. For this purpose, a lifting device for supporting gripping and lifting of the component or the component layers may be provided in the vertical direction. The powder still on the glass plate can be removed from it. Powder can then be applied again to the glass plate. The component layer that has already been formed can be placed on the applied powder. By redirecting a light beam onto the processing area, the new component layer can be formed and connected to the first component layer. These steps can be repeated as often as required until the component is completely formed. The component will be manufactured from top to bottom. With this structure of the device, material can be saved, since the powder can only be deposited in the areas where a component layer is to be formed. It is then not necessary to cover the entire glass plate with powder. The glass plate has to bear significantly less weight, since the component is held by the lifting device and the glass plate only carries the powder bed for the new component layer to be formed. The already formed component layers are freely accessible and not surrounded by powder. The component can therefore be processed further during production, for example by machining the component.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können bedarfsweise miteinan der kombiniert werden. Die vorbeschriebenen Aspekte der Erfindung sind nicht auf die durch die gewählte Absatzformatierung vorgegeben Kombinationen von Erfindungsmerkmalen be schränkt. The embodiments of the invention described above can, if necessary, be combined with one another. The above-described aspects of the invention are not restricted to the combinations of features of the invention that are predetermined by the selected paragraph formatting.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der Erfindung anhand der Zeichnungen und der Zeichnungen selbst. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombina tion den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Further features of the present invention emerge from the following description of the invention with reference to the drawings and the drawings themselves. All of the features described and / or illustrated form the subject matter of the present invention by themselves or in any combination, regardless of how they are summarized in the claims or their interdependencies.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in: The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. The drawings show schematically in:
Figur 1 eine Prozesskammer einer Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bautei len in einer seitlichen Schnittansicht, FIG. 1 shows a process chamber of a device for the additive manufacturing of components in a lateral sectional view,
Figur 2 einen Vorratszylinder und ein Pulverbett in der Draufsicht mit mehreren Bear beitungsköpfen, welche über dem Pulverbett frei anordbar sind, in einer Draufsicht, Figur 3a einen Schwenkarm zur Positionierung eines Bearbeitungskopfes, wobei eine Strahlführung aus einem Lichtleiter ausgebildet ist, der sich von einer Licht quelle zum Bearbeitungskopf erstreckt, FIG. 2 shows a storage cylinder and a powder bed in a plan view with several processing heads, which can be freely arranged above the powder bed, in a plan view, FIG. 3a shows a swivel arm for positioning a processing head, a beam guide being formed from a light guide which extends from a light source to the processing head,
Figur 3b einen weiteren Schwenkarm, der an seinem freien Ende eine Lichtquelle auf weist in der Seitenansicht, FIG. 3b shows a further swivel arm which has a light source at its free end in the side view,
Figur 3c einen weiteren Schwenkarm, bei dem eine Strahlführung als Lichtleiter ausge bildet ist, welche sich von der Lichtquelle bis zu dem Schwenkgelenk des Schwenkarms erstreckt, wobei entlang dem Schwenkarm eine mittels Reflek torelemente ausgebildete Strahlführung vorgesehen ist, in einer schemati schen, seitlichen Schnittansicht, FIG. 3c shows a further swivel arm in which a beam guide is designed as a light guide, which extends from the light source to the swivel joint of the swivel arm, with a beam guide designed by means of reflector elements being provided along the swivel arm, in a schematic, lateral sectional view,
Figur 3d einen weiteren Schwenkarm mit einem gepumpten Laser, wobei Lichtpumpe und Resonator räumlich getrennt angeordnet sind in einer Seitenansicht,FIG. 3d shows a further swivel arm with a pumped laser, the light pump and resonator being arranged spatially separated in a side view,
Figur 3e einen weiteren Schwenkarm, bei dem eine Strahlführung als Lichtleiter ausge bildet ist, welche sich von der Lichtquelle bis zu Schwenkarm erstreckt und sein der Lichtquelle entferntes Ende parallel zum Schwenkarm angeordnet ist und zum freien Ende des Schwenkarms 18 zeigt, wobei am freien Ende des Schwenkarms ein Reflektorelement zum Umlenken des Lichtstrahlbündels vor gesehen ist, in einer schematischen, seitlichen Schnittansicht,Figure 3e shows a further swivel arm in which a beam guide is designed as a light guide, which extends from the light source to the swivel arm and its end remote from the light source is arranged parallel to the swivel arm and points to the free end of the swivel arm 18, with the free end of the Swivel arm a reflector element for deflecting the light beam is seen in front of, in a schematic, lateral sectional view,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer Prozesskammer einer Vorrichtung zum ge nerativen Fertigen von Bauteilen in einer seitlichen Schnittansicht,FIG. 4 shows a second embodiment of a process chamber of a device for the generative production of components in a lateral sectional view,
Figur 5 einen Schwenkarm zur Positionierung eines Bearbeitungskopfes mit Sensoren zur Erfassung der räumlichen Position des Bearbeitungskopfes in einer Seiten ansicht, FIG. 5 shows a swivel arm for positioning a machining head with sensors for detecting the spatial position of the machining head in a side view,
Figur 6 einen Ablauf zur Einstellung der räumlichen Position des in Figur 5 gezeigten Bearbeitungskopfes und FIG. 6 shows a sequence for setting the spatial position of the machining head shown in FIG
Figur 7 einen Bearbeitungstisch mit einer Glasplatte und mehreren Bearbeitungsköp fen, die unterhalb der Glasplatte frei anordbar sind, in einer seitlichen Schnittansicht. FIG. 7 shows a processing table with a glass plate and several processing heads, which can be freely arranged below the glass plate, in a side sectional view.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, welche im Vorliegenden kurz als „3D-Drucker" 1 bezeichnet wird, erläutert. Ein solcher 3D-Drucker 1 weist eine allseitig abgeschlossene Prozesskammer 2 auf, in welcher sich ein Pulverbett 3 und ein Vorratszylinder 4 befindet (Figur 1, Figur 2). Im Vorratszylinder 4 ist ein Vorratskolben 5 angeordnet, welcher mittels einer ersten Flubkolben-/Zylindereinheit 6 vertikal angehoben oder abgesenkt werden kann. Das Pulverbett 3 ist gleichermaßen aus einem zylinderförmigen und in der Draufsicht etwa rechteckförmigen Körper ausgebildet, in dem ein Produktionskolben 7 vertikal verschieblich gelagert ist, welcher mittels einer zweiten Hubkolben-/Zylindereinheit 8 betätigbar ist. Das Pulverbett bildet einen Bearbeitungsbereich, in dem ein 3D-Bauteil 31 hergestellt werden kann. An exemplary embodiment of a device for the generative production of components, which is briefly referred to as "3D printer" 1 in the present case, is explained below Storage cylinder 4 is located (FIG. 1, FIG. 2). In the storage cylinder 4, a storage piston 5 is arranged, which can be raised or lowered vertically by means of a first floating piston / cylinder unit 6. The powder bed 3 is likewise formed from a cylindrical body and approximately rectangular in plan view, in which a production piston 7 is mounted so as to be vertically displaceable and which can be actuated by means of a second reciprocating piston / cylinder unit 8. The powder bed forms a processing area in which a 3D component 31 can be produced.
Der Vorratszylinder 4 und das Pulverbett 3 befinden sich in der Prozesskammer 2. Das Pul verbett 3 ist angrenzend an den Vorratszylinder 4 angeordnet. Es ist eine Rakel 9 vorgese hen, welche in Bewegungsrichtung 10 (Figur 1) derart verfahrbar ist, dass aus dem Vorrats zylinder 4 ein darin vorgehaltenes Pulver 11 in das Pulverbett 3 gestrichen werden kann. Mit der Rakel 9 wird somit eine oberflächliche Pulverschicht des Vorratszylinders 4 auf die Ober fläche in dem Pulverbett 3 übertragen. Durch schrittweises Anheben des Vorratskolbens 5 und schrittweises Absenken des Produktionskolbens 7 kann die Oberfläche des Pulvers 11 im Pulverbett 3 und im Vorratszylinder 4 in etwa auf dem gleichen Niveau gehalten werden. The storage cylinder 4 and the powder bed 3 are located in the process chamber 2. The powder bed 3 is arranged adjacent to the storage cylinder 4. A doctor blade 9 is provided which can be moved in the direction of movement 10 (FIG. 1) in such a way that a powder 11 held therein can be spread into the powder bed 3 from the supply cylinder 4. With the doctor blade 9, a superficial powder layer of the storage cylinder 4 is thus transferred to the upper surface in the powder bed 3. By gradually raising the storage piston 5 and gradually lowering the production piston 7, the surface of the powder 11 in the powder bed 3 and in the storage cylinder 4 can be kept at approximately the same level.
Im Bereich oberhalb des Pulverbetts 3 ist eine Bewegungseinrichtung 12 zum Bewegen einer Vielzahl von Bearbeitungsköpfen 13 vorgesehen. In the area above the powder bed 3, a movement device 12 for moving a plurality of processing heads 13 is provided.
Die Bewegungseinrichtung 12 umfasst mehrere Traversen 14, welche sich quer über das Pul verbett 3 erstrecken. Die Traversen 14 sind zueinander parallel angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Traversen 14 vorgesehen (Figur 1, Figur 2). Die mittlere Tra verse 14 ist etwas höher als die beiden äußeren Traversen 14 angeordnet. The movement device 12 comprises a plurality of cross members 14 which extend transversely over the powder bed 3. The traverses 14 are arranged parallel to one another. In the present embodiment, three cross members 14 are provided (Figure 1, Figure 2). The middle Tr verse 14 is arranged slightly higher than the two outer traverses 14.
Die Traversen 14 weisen einen etwa rechteckförmigen Querschnitt auf, mit jeweils einem an den vertikalen Längsseitenflächen 15 vorstehenden Schienenprofil 16, die sich über die ge samte Länge der Traverse 14 erstrecken (Fig. 3a-3e). An den Schienenprofilen 16 einer je den Traverse 14 sind jeweils zwei Schlitten 17 in Längsrichtung der Traversen 14 verschieb lich gelagert. Die Schlitten 17 können selbsttätig mittels einer Antriebseinrichtung entlang der jeweiligen Traverse 14 bewegt werden. Die Antriebseinrichtung kann einen von einem externen Motor angetriebenen Antriebsriemen umfassen, der an den jeweiligen Schlitten 17 gekoppelt ist. Es kann jedoch auch im Schlitten 17 selbst ein Antriebsmechanismus, wie zum Beispiel ein von einem Motor angetriebenes Antriebsrad vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Schlitten mittels eines Linearmotors anzutreiben, wobei dann am Schlitten 17 und an der Traverse 14 die entsprechenden Antriebsmittel und Antriebsgegen mittel vorzusehen sind. Am Schliten 17 ist ein Schwenkarm 18 mitels eines Schwenkgelenks 19 angeordnet. Der Schwenkarm 18 ist mit dem Schwenkgelenk 19 um eine vertikale Schwenkachse 20 drehbar gelagert. Am Schliten 17 ist ein Schritmotor (nicht dargestellt) zum Drehen des Schwenk arms 18 um die Schwenkachse 20 vorgesehen. Am von der Schwenkachse 20 entfernten Ende des Schwenkarms 18 ist der Bearbeitungskopf 13 vorgesehen, der bei dem in Figur 3a gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Ende 22 einem Lichtleiter 21 und einer an dem Ende 22 des Lichtleiters 21 angeordneten optischen Linse 23 ausgebildet ist. Der Bearbei tungskopf 13 ist derart angeordnet, dass ein in dem Lichtleiter geführtes Lichtstrahlbündel 24 vertikal nach unten abgegeben wird. The traverses 14 have an approximately rectangular cross-section, each with a rail profile 16 protruding on the vertical longitudinal side surfaces 15, which extend over the entire length of the traverse 14 (Fig. 3a-3e). On the rail profiles 16 each of the traverse 14 two carriages 17 are mounted in the longitudinal direction of the traverses 14 displaceable Lich. The carriages 17 can be moved automatically along the respective traverse 14 by means of a drive device. The drive device can comprise a drive belt which is driven by an external motor and which is coupled to the respective carriage 17. However, a drive mechanism, such as a drive wheel driven by a motor, can also be provided in the carriage 17 itself. In principle, it is also possible to drive the slide by means of a linear motor, in which case the corresponding drive means and counter-drive means are to be provided on the slide 17 and on the traverse 14. A swivel arm 18 is arranged on the slide 17 by means of a swivel joint 19. The swivel arm 18 is rotatably supported by the swivel joint 19 about a vertical swivel axis 20. A stepping motor (not shown) for rotating the swivel arm 18 about the swivel axis 20 is provided on the slide 17. At the end of the swivel arm 18 remote from the swivel axis 20, the machining head 13 is provided, which in the exemplary embodiment shown in FIG. The processing head 13 is arranged in such a way that a light beam 24 guided in the light guide is emitted vertically downwards.
Der Lichtleiter ist aus einer biegsamen optischen Faser ausgebildet. Die optische Faser kann bspw. eine Glasfaser oder eine optische Polymerfaser sein. The light guide is formed from a flexible optical fiber. The optical fiber can be, for example, a glass fiber or an optical polymer fiber.
Der Schrittmotor und das Schwenkgelenk 19 sind sehr nahe an der Schwenkachse angeord net. Hierdurch ist die wesentliche Masse der mit dem Schwenkarm 18 drehbaren Teile um die Schwenkachse 20 konzentriert. Der Schwenkarm 18 selbst ist vergleichsweise leicht, so dass das Rotationsträgheitsmoment gering ist und der Schwenkarm 18 schnell und präzise um die Schwenkachse 20 gedreht werden kann. The stepper motor and the pivot joint 19 are net angeord very close to the pivot axis. As a result, the essential mass of the parts rotatable with the swivel arm 18 is concentrated around the swivel axis 20. The pivot arm 18 itself is comparatively light, so that the moment of inertia of rotation is low and the pivot arm 18 can be rotated quickly and precisely about the pivot axis 20.
Der Lichtleiter 21 führt zu einer Lichtquelle 25, welche ein Stück entfernt von dem Schwenk arm 18 angeordnet ist. Die Lichtquelle 25 ist vorzugsweise ein Laser, insbesondere ein CO2- Laser oder ein ND:YAG-Laser oder ein Faserlaser. Die Lichtquelle 25 kann auch ein Halblei ter-Laser oder eine Leuchtdiode, insbesondere eine Super-Lumineszenz-Leuchtdiode sein. The light guide 21 leads to a light source 25 which is arranged a little away from the pivot arm 18. The light source 25 is preferably a laser, in particular a CO2 laser or an ND: YAG laser or a fiber laser. The light source 25 can also be a semiconductor laser or a light-emitting diode, in particular a super-luminescence light-emitting diode.
Es kann auch ein Array von Lichtquellen 25 vorgesehen sein, das für jeden Bearbeitungskopf 13 eine Lichtquelle 25 aufweist. An array of light sources 25 can also be provided, which has a light source 25 for each processing head 13.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen des Schwenkarms erläutert, welche ge nauso wie die oben anhand von Fig. 3a beschriebene Ausführungsform ausgebildet sind, so fern nichts anderes angegeben ist. Further embodiments of the swivel arm are explained below, which are designed in exactly the same way as the embodiment described above with reference to FIG. 3a, unless otherwise specified.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Schwenkarms 18 (Figur 3b) ist die Lichtquelle 25 zusammen mit der optischen Linse 23 unmitelbar am von der Schwenkachse 20 entfernten Ende des Schwenkarms 18 derart angeordnet, dass ein Lichtstrahlbündel 24 vertikal nach unten ausgesendet werden kann. Im Übrigen ist der Schwenkarm 18 genauso ausgebildet, wie bei der oben erläuterten Ausführungsform gemäß Figur 3a. Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Fig. 3c) ist eine Strahlführung von der LichtquelleIn an alternative embodiment of the swivel arm 18 (FIG. 3b), the light source 25 together with the optical lens 23 is arranged directly at the end of the swivel arm 18 remote from the swivel axis 20 such that a light beam 24 can be emitted vertically downwards. Otherwise, the swivel arm 18 is designed in exactly the same way as in the embodiment according to FIG. 3a explained above. According to a further embodiment (FIG. 3c), a beam guide is from the light source
25 bis zum Schlitten 17 mittels eines Lichtleiters 26 und entlang dem Schwenkarm 18 mittels Reflektorelementen 27, 28 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Reflek torelemente 27, 28 jeweils als Spiegel ausgebildet. Sie können jedoch auch durch andere, ein Lichtstrahlbündel ablenkende optische Elemente, wie zum Beispiel Prismen oder derglei chen, dargestellt werden. 25 up to the slide 17 by means of a light guide 26 and along the pivot arm 18 by means of reflector elements 27, 28. In the present embodiment, the reflector elements 27, 28 are each designed as a mirror. However, they can also be represented by other optical elements that deflect a light beam, such as prisms or the like.
Der Schwenkarm 18 ist als hohles Kunststoffrohr ausgebildet, das insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann. Ein solches Kunststoffrohr ist sehr leicht und steif. The pivot arm 18 is designed as a hollow plastic tube, which can in particular consist of a fiber-reinforced plastic. Such a plastic pipe is very light and stiff.
Das Schwenkgelenk 19 weist eine vertikal verlaufende Durchgangsöffnung bzw. Durchgangs loch 29 auf. Benachbart oberhalb dem Durchgangsloch 29 ist das von der Lichtquelle 25 ent fernte Ende des Lichtleiters 26 zusammen mit einer Kopplungslinse 30 angeordnet, so dass das von der Lichtquelle 25 erzeugte Lichtstrahlbündel über den Lichtleiter 26 übertragen und von dort in das Durchgangsloch 29 des Schwenkgelenks 19 eingekoppelt wird. Unterhalb des Durchgangslochs 29 ist ein erstes Reflektorelement 27 angeordnet, das das Lichtstrahlbündel 24 derart umlenkt, dass das Lichtstrahlbündel 24 in Richtung zum freien Ende des Schwenk arms 18 gelenkt wird. Am freien, von der Schwenkachse 20 entfernten Ende des Schwenk arms 18 ist das zweite Reflektorelement 28 angeordnet, das das Lichtstrahlbündel 24 vertikal nach unten ablenkt. Optional kann in dem Strahlengang zwischen dem Ende des Lichtleiters 26, welches benachbart zum Schwenkgelenk 19 angeordnet ist, und dem zweiten Reflekto relement 28 eine optische Linse 30 zum Bündeln des Lichtstrahlbündels vorgesehen sein. An stelle der optischen Linse 30 kann auch ein Objektiv vorgesehen sein, mit welchem der Grad der Bündelung des Lichtstrahlbündels verändert werden kann. The swivel joint 19 has a vertically extending through opening or through hole 29. Adjacent above the through hole 29, the end of the light guide 26 remote from the light source 25 is arranged together with a coupling lens 30, so that the light beam generated by the light source 25 is transmitted via the light guide 26 and from there coupled into the through hole 29 of the swivel joint 19 . A first reflector element 27 is arranged below the through hole 29 and deflects the light beam 24 in such a way that the light beam 24 is directed in the direction of the free end of the pivot arm 18. At the free end of the pivot arm 18 remote from the pivot axis 20, the second reflector element 28 is arranged, which deflects the light beam 24 vertically downwards. Optionally, an optical lens 30 for bundling the light beam can be provided in the beam path between the end of the light guide 26, which is arranged adjacent to the pivot joint 19, and the second reflecting element 28. Instead of the optical lens 30, an objective can also be provided with which the degree of focusing of the light beam can be changed.
Das erste und/oder zweite Reflektorelement 27, 28 kann derart geformt sein, bspw. als Para bolspiegel oder Freiformspielgel, so dass er das reflektierte Licht bündelt. Flierdurch ist es nicht notwendig eine optische Linse im Strahlengang anzuordnen oder es kann eine optische Linse mit geringer Brechkraft im Strahlengang vorgesehen sein. The first and / or second reflector element 27, 28 can be shaped in such a way, for example as a parabolic mirror or free-form mirror, so that it bundles the reflected light. As a result, it is not necessary to arrange an optical lens in the beam path, or an optical lens with a low refractive power can be provided in the beam path.
Beim Bewegen des Bearbeitungskopfes 13 mittels des Schwenkarms 18 wird der LichtleiterWhen the machining head 13 is moved by means of the swivel arm 18, the light guide
26 lediglich entlang der Traverse 14 mit seinem im Schlitten 17 angeordneten Ende bewegt. Der Schwenkarm 18 kann eine Drehbewegung ausführen, die keinen Einfluss auf die Position des Lichtleiters 26 hat. Hierdurch ist es möglich, dass der Schwenkarm 18 eine oder mehrere vollständige Umdrehungen durchführen kann, ohne dass hierdurch die Funktionalität des Lichtleiters 26 beeinträchtigt wird, da sie bei einer solchen Drehbewegung des Schwenkarms 18 nicht mitgenommen wird. 26 is only moved along the cross member 14 with its end arranged in the slide 17. The swivel arm 18 can execute a rotary movement which has no influence on the position of the light guide 26. This makes it possible for the swivel arm 18 to perform one or more complete rotations without affecting the functionality of the Light guide 26 is impaired because it is not taken along with such a rotary movement of the pivot arm 18.
Mit einer solchen Anordnung kann man somit eine Vielzahl von Bearbeitungsköpfen 13 je weils mittels eines Schwenkarms an einem entlang den Traversen 14 verfahrbaren Schlitten 17 vorsehen, wobei sichergestellt ist, dass die einzelnen Lichtleiter 26 sich nicht miteinander verheddern können. Hierdurch lässt sich einfach ein 3D-Drucker 1 schaffen, welcher zumin dest acht, vorzugsweise zumindest zwölf und insbesondere zumindest sechzehn Bearbei tungsköpfe aufweist, die allesamt gleichzeitig oder quasi gleichzeitig mit einem Lichtstrahl bündel 24 beaufschlagt werden können. With such an arrangement one can thus provide a plurality of machining heads 13 each Weil by means of a swivel arm on a slide 17 which can be moved along the crossbars 14, whereby it is ensured that the individual light guides 26 cannot get tangled with one another. This makes it easy to create a 3D printer 1 which has at least eight, preferably at least twelve, and in particular at least sixteen processing heads, all of which can be acted upon by a light beam 24 at the same time or virtually simultaneously.
Die Lichtquellen 25 können im Dauerbetrieb (cw) oder im Pulsbetrieb (pw) das Lichtstrahl bündel erzeugen. Bei einer gepulsten Lichtquelle 25 mit einer hohen Lichtintensität kann es auch zweckmäßig sein, eine Lichtquelle 25 mehreren Bearbeitungsköpfen 13 zuzuordnen, wobei dann ein Multiplexer zwischen der Lichtquelle 25 und den jeweiligen Bearbeitungsköp fen 13 angeordnet ist, so dass mit dem Multiplexer das von der Lichtquelle erzeugte Licht strahlbündel eindeutig einem der mehreren Bearbeitungsköpfe 13 zugeleitet wird. Der Wech sel zwischen den einzelnen Bearbeitungsköpfen 13 kann so schnell erfolgen, dass der Wech sel im Vergleich zum Schmelz- oder Sintervorgang so schnell ist, dass die einzelnen, hieran gekoppelten Bearbeitungsköpfe 13 als quasi gleichzeitig mit einem Lichtstrahlbündel 24 be aufschlagt betrachtet werden können. The light sources 25 can generate the light beam in continuous operation (cw) or in pulsed operation (pw). In the case of a pulsed light source 25 with a high light intensity, it can also be useful to assign a light source 25 to several processing heads 13, a multiplexer then being arranged between the light source 25 and the respective processing heads 13 so that the multiplexer generated by the light source Light beam is clearly fed to one of the plurality of processing heads 13. The change between the individual processing heads 13 can take place so quickly that the change is so fast compared to the melting or sintering process that the individual processing heads 13 coupled to it can be viewed as being impacted almost simultaneously with a bundle of light beams 24.
Eine weitere Ausführungsform des Schwenkarms (Fig. 3d) weist als Lichtquelle einen ge pumpten Laser mit einer Lichtpumpe 32 und einem Resonator 33 auf, welche über einen Lichtleiter 34 miteinander verbunden sind. Der Resonator umfasst ein aktives Medium, das vorzugsweise aus einem Festkörper besteht und das mittels von der Lichtpumpe 32 abgege benen Pumplicht 35 angeregt oder gepumpt wird. Another embodiment of the swivel arm (FIG. 3d) has as a light source a pumped laser with a light pump 32 and a resonator 33, which are connected to one another via a light guide 34. The resonator comprises an active medium, which preferably consists of a solid body and which is excited or pumped by means of pump light 35 emitted by the light pump 32.
Der Resonator 33 ist zusammen mit der optischen Linse 23 unmittelbar am von der Schwenkachse 20 entfernten Ende des Schwenkarms 18 derart angeordnet, dass ein Licht strahlbündel 24 vertikal nach unten ausgesendet werden kann. Die Lichtpumpe 32 ist am Schlitten 17 derart angeordnet, dass sie die Schwenkbewegung des Schwenkarms nicht mit macht. Die Lichtpumpe 32 umfasst in der Regel einen oder mehrere Halbleiterlaser und ei nen Kühlkörper mit Kühlrippen. Die Lichtpumpe ist wesentlich schwerer als der Resonator 33 und die optische Linse 23. Da nur der Resonator 33 und die optische Linse 23 und nicht die Lichtpumpe 32 bewegt werden, ist das Rotationsträgheitsmoment des Schwenkarms 18 ge ring. Bei dieser Ausfüh rungsform ist die Lichtpumpe 32 am Schlitten 17 angeordnet. Die Licht pumpe 32 kann jedoch auch unabhängig bzw. entfernt vom Schlitten 17 angeordnet sein. The resonator 33 is arranged together with the optical lens 23 directly at the end of the pivot arm 18 remote from the pivot axis 20 in such a way that a light beam 24 can be emitted vertically downwards. The light pump 32 is arranged on the slide 17 in such a way that it does not take part in the pivoting movement of the pivot arm. The light pump 32 usually comprises one or more semiconductor lasers and a heat sink with cooling fins. The light pump is much heavier than the resonator 33 and the optical lens 23. Since only the resonator 33 and the optical lens 23 and not the light pump 32 are moved, the rotational inertia of the swing arm 18 is ge ring. In this embodiment, the light pump 32 is arranged on the slide 17. The light pump 32 can, however, also be arranged independently or remotely from the carriage 17.
Diese Ausführungsform kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass an Stelle des Lichtleiters 34 eine Strahlführung mit Reflektorelementen vorgesehen ist, wie sie in Fig. 3c gezeigt ist. Dann kann der Lichtleiter 34 entweder vollständig entfallen oder nur bis zum Schlitten 17 geführt werden, wenn die Lichtpumpe entfernt vom Schlitten 17 angeordnet ist. This embodiment can also be modified in such a way that instead of the light guide 34, a beam guide with reflector elements is provided, as shown in FIG. 3c. Then the light guide 34 can either be omitted completely or only be guided as far as the slide 17 if the light pump is arranged at a distance from the slide 17.
Als gepumpter Laser wird vorzugsweise ein ND:YAG-Laser und als Lichtpumpe ein oder meh rere Laserdioden mit einer Wellenlänge von 808 nm verwendet. Es kann jedoch auch ein anderer Laser, wie z.B. ein Yb:YAG-Laser vorgesehen sein. An ND: YAG laser is preferably used as the pumped laser and one or more laser diodes with a wavelength of 808 nm are used as the light pump. However, another laser, such as a Yb: YAG laser, can also be provided.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Fig. 3e) ist eine Strahlführung von der Lichtquelle 25 bis zum Schwenkarm 18 mittels eines Lichtleiters 26 ausgebildet. Der Lichtleiter 26 ist von der Lichtquelle 25 bis zum Schwenkarm 18 geführt, wobei der Lichtleiter 26 mit seinem von der Lichtquelle 25 entfernten Ende unterhalb des Schwenkarms 18 im Bereich des Schlittens 17 angeordnet ist. Der Lichtleiter 26 ist derart mit dem Schwenkarm 18 verbunden, dass der Lichtleiter 26 im Bereich des Schlittens 17 entlang des Schwenkarms geführt ist und sein der Lichtquelle 25 entferntes Ende zum freien Ende des Schwenkarms 18 zeigt. Am freien Ende des Schwenkarms 18 ist ein Reflektorelement 28 angeordnet, das als Spiegel ausgebildet ist. Das Reflektorelement 28 kann jedoch auch durch andere, ein Lichtstrahlbündel 24 ablenken des optisches Element, wie zum Beispiel ein Prisma oder dergleichen, dargestellt werden. According to a further embodiment (FIG. 3 e), a beam guide is formed from the light source 25 to the pivot arm 18 by means of a light guide 26. The light guide 26 is guided from the light source 25 to the swivel arm 18, the light guide 26 with its end remote from the light source 25 being arranged below the swivel arm 18 in the region of the slide 17. The light guide 26 is connected to the swivel arm 18 in such a way that the light guide 26 is guided along the swivel arm in the region of the slide 17 and its end remote from the light source 25 points to the free end of the swivel arm 18. At the free end of the pivot arm 18, a reflector element 28 is arranged, which is designed as a mirror. The reflector element 28 can, however, also be represented by other means of deflecting a light beam 24 of the optical element, such as a prism or the like, for example.
Ein von der Lichtquelle 25 abgegebenes Lichtstrahlbündel 24 wird von dem Lichtleiter 26 übertragen und derart an seinem von der Lichtquelle 25 entfernten Ende abgegeben, dass das Lichtstrahlbündel 24 entlang des Schwenkarms 18 in Richtung zum Reflektorelement 28 gelenkt wird, vorzugsweise parallel zum Schwenkarm. Am freien Ende des Schwenkarms 18 ist das zweite Reflektorelement 28 angeordnet, das das Lichtstrahlbündel 24 nach unten auf den Bearbeitungsbereich umlenkt. Optional kann in dem Strahlengang zwischen dem Ende des Lichtleiters 26 und dem Reflektorelement 28 eine optische Linse 30 zum Bündeln des Lichtstrahlbündels 24 vorgesehen sein. Anstelle der optischen Linse 30 kann auch ein Objek tiv vorgesehen sein, um den Grad der Bündelung des Lichtstrahlbündels 24 verändern zu können und/oder das Reflektorelement 28 entsprechend gekrümmt ausgebildet sein. A light beam 24 emitted by the light source 25 is transmitted by the light guide 26 and emitted at its end remote from the light source 25 such that the light beam 24 is directed along the pivot arm 18 in the direction of the reflector element 28, preferably parallel to the pivot arm. At the free end of the swivel arm 18, the second reflector element 28 is arranged, which deflects the light beam 24 downwards onto the processing area. Optionally, an optical lens 30 for bundling the light beam 24 can be provided in the beam path between the end of the light guide 26 and the reflector element 28. Instead of the optical lens 30, an objective can also be provided in order to be able to change the degree of bundling of the light beam 24 and / or the reflector element 28 can be designed to be correspondingly curved.
Beim Bewegen des Bearbeitungskopfes 13 mittels des Schwenkarms 18 wird lediglich das von der Lichtquelle 25 entfernte Ende des Lichtleiters 26 mitgeführt. Der Schwenkarm 18 kann bei dieser Ausführungsform besonders leicht ausgebildet sein, da lediglich geringe Las ten aufgenommen werden müssen. Ein entsprechend ausgebildeter Schwenkarm 18 besitzt lediglich ein geringes Rotationsträgheitsmoment, so dass dieser schnell an eine beliebige Drehposition geschwenkt werden kann. Auch das Verfahren des Schlittens 17 kann aufgrund des geringen Gewichts des Schwenkarms 18 besonders schnell erfolgen. When the machining head 13 is moved by means of the swivel arm 18, only the end of the light guide 26 remote from the light source 25 is carried along. The swivel arm 18 can be made particularly light in this embodiment, since only small loads have to be absorbed. A correspondingly designed swivel arm 18 has only a low rotational moment of inertia, so that it can be swiveled quickly to any rotational position. The movement of the slide 17 can also take place particularly quickly due to the low weight of the pivot arm 18.
Mit einer solchen Anordnung kann somit eine Vielzahl von Bearbeitungsköpfen 13 jeweils mittels eines Schwenkarms 18 an einem entlang den Traversen 14 verfahrbaren Schlitten 17 vorsehen sein, wobei sichergestellt ist, dass die einzelnen Lichtleiter 26 sich nicht miteinan der verheddern können. Hierdurch lässt sich einfach ein 3D-Drucker 1 schaffen, welcher zu mindest acht, vorzugsweise zumindest zwölf und insbesondere zumindest sechzehn Bearbei tungsköpfe 13 aufweist, die allesamt gleichzeitig oder quasi gleichzeitig mit einem Licht strahlbündel 24 beaufschlagt werden können. With such an arrangement, a plurality of processing heads 13 can be provided, each by means of a swivel arm 18, on a slide 17 that can be moved along the crossbars 14, whereby it is ensured that the individual light guides 26 cannot get tangled with one another. This makes it easy to create a 3D printer 1 which has at least eight, preferably at least twelve, and in particular at least sixteen processing heads 13, all of which can be acted upon by a bundle of light rays 24 at the same time or virtually at the same time.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Traversen 14 und damit auch die daran ange brachten Schwenkarme 18 auf unterschiedlichem Niveau angeordnet (Figur 1: mittlere Tra verse höher als die seitlichen Traversen), so dass die Schwenkarme 18, die an der mittleren Traverse 14 angeordnet sind, nicht mit den Schwenkarmen 18 kollidieren können, welche an den äußeren Traversen 14 angeordnet sind. Das Niveau der Schwenkarme 18 kann auch un terschiedlich ausgebildet sein, wenn alle Traversen auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die Schwenkgelenke 19 an den ein zelnen Schlitten 17 unterschiedlich hoch angebracht sind. In the present embodiment, the traverses 14 and thus also the pivot arms 18 attached to them are arranged at different levels (FIG. 1: middle traverse higher than the lateral traverses), so that the pivot arms 18, which are arranged on the central traverse 14, do not can collide with the pivot arms 18 which are arranged on the outer cross members 14. The level of the pivot arms 18 can also be designed differently if all the crossbars are arranged at the same height. This can be accomplished, for example, in that the swivel joints 19 are attached to the individual carriage 17 at different heights.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Traversen 14 ortsfest angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch möglich, dass die Traversen horizontal und quer zu ihrer Längsrichtung bewegt werden können. Eine solche Ausgestaltung der Bewegungseinrichtung 12 erfordert jedoch eine komplexere Steuerung, dass die einzelnen Schwenkarme 18 nicht kollidieren. Daher ist grundsätzlich die Anordnung mit ortsfesten Traversen 14 bevorzugt. Eine solche Ausgestaltung der Bewegungseinrichtung 12 erlaubt eine einfache Skalierung des 3D-Druckers, indem beispielsweise zusätzliche Schlitten an die bestehenden Traversen angesetzt werden oder eine oder mehrere zusätzliche Traversen angebracht werden, um die Fertigungsgeschwindigkeit zu erhöhen. In the exemplary embodiment explained above, the cross members 14 are arranged in a stationary manner. In the context of the invention, however, it is possible that the traverses can be moved horizontally and transversely to their longitudinal direction. Such a configuration of the movement device 12, however, requires a more complex control so that the individual pivot arms 18 do not collide. The arrangement with stationary cross members 14 is therefore generally preferred. Such a configuration of the movement device 12 allows the 3D printer to be easily scaled, for example by attaching additional carriages to the existing crossbars or by attaching one or more additional crossbars in order to increase the production speed.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Schwenkarme 18 nicht in Vertikalrich tung verstellbar. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch möglich, entweder am Schlitten 17 eine Einrichtung zum Verstellen der vertikalen Position des Schwenkarms 18 vorzusehen o- der die Traversen 14 und/oder die gesamte Bewegungseinrichtung 12 in der vertikalen Posi tion verstellbar auszubilden. Dies kann insbesondere zweckmäßig sein, um beim Abstreichen des Pulverbetts 3 mittels der Rakel 9 ausreichend Platz für die Bewegung der Rakel zwischen dem Pulverbett 3 und den Schwenkarmen 18 zu schaffen und nachdem die Rakel 9 sich wie der außerhalb des Bereiches des Pulverbettes 3 befindet, können die Schwenkarme 18 abge senkt werden, um mit den Bearbeitungsköpfen 13 möglichst nahe an der Oberfläche des sich im Pulverbett 3 befindlichen Pulvers zu befinden. In the embodiment explained above, the pivot arms 18 are not adjustable in the vertical direction Rich. In the context of the invention, however, it is possible either to provide a device for adjusting the vertical position of the swivel arm 18 on the slide 17 o- to train the crossbars 14 and / or the entire movement device 12 in the vertical posi tion adjustable. This can be particularly useful in order to create sufficient space for the movement of the squeegee between the powder bed 3 and the swivel arms 18 when wiping the powder bed 3 by means of the squeegee 9 and after the squeegee 9 is located outside the area of the powder bed 3 the pivot arms 18 are lowered in order to be as close as possible to the surface of the powder in the powder bed 3 with the processing heads 13.
Die Lichtquellen 25 für die einzelnen Bearbeitungsköpfe 13 können identisch ausgebildet sein und jeweils ein Lichtstrahlbündel mit der gleichen Intensität und der gleichen Frequenz bzw. dem gleichen Frequenzbereich erzeugen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch mög lich, unterschiedliche Lichtquellen für die unterschiedlichen Bearbeitungsköpfe vorzusehen, mit welchen Licht mit unterschiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereichen ausgestrahlt wird und/oder mit unterschiedlichen Intensitäten. Es können auch Lichtquellen vorgesehen sein, mit welchen die Wellenlänge des Lichtes über einen bestimmten Bereich abstimmbar ist. Derartige in der Frequenz abstimmbare Laser sind bekannt und weisen in der Regel ei nen Flalbleiterverstärker auf. The light sources 25 for the individual processing heads 13 can be designed identically and each generate a light beam with the same intensity and the same frequency or the same frequency range. In the context of the invention, however, it is also possible, please include to provide different light sources for the different processing heads, with which light with different frequencies or frequency ranges is emitted and / or with different intensities. Light sources can also be provided with which the wavelength of the light can be tuned over a certain range. Such lasers, which can be tuned in frequency, are known and generally have a semiconductor amplifier.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass gleichzeitig durch die mehreren Bear beitungsköpfe 13 unterschiedliche Stellen des im Pulverbett 3 befindlichen Pulvers 11 mit Licht und damit mit Wärme beaufschlagt werden können und gleichzeitig aufgeschmolzen bzw. gesintert werden können. Flierdurch wird der Fertigungsvorgang parallelisiert und er heblich gegenüber herkömmlichen 3D-Druckern beschleunigt. Es kann somit sehr schnell ein 3D-Bauteil 31 (Figur 1) erzeugt werden. An advantage of the present invention is that at the same time, through the multiple processing heads 13, different points of the powder 11 located in the powder bed 3 can be exposed to light and thus heat and can be melted or sintered at the same time. As a result, the manufacturing process is parallelized and significantly accelerated compared to conventional 3D printers. A 3D component 31 (FIG. 1) can thus be generated very quickly.
Die Bearbeitungsköpfe 13 können sehr präzise über dem Pulverbett 3 positioniert werden, wodurch hochgenaue 3D-Bauteile gefertigt werden können. The processing heads 13 can be positioned very precisely above the powder bed 3, as a result of which highly precise 3D components can be manufactured.
Die Bewegungseinrichtung 12 für die Bearbeitungsköpfe 13 ist sehr einfach ausgebildet und ist im Vergleich zu 3D-Druckern mit ähnlicher Leistungsfähigkeit wesentlich kostengünstiger herstellbar. The movement device 12 for the processing heads 13 is very simple and can be produced much more cost-effectively compared to 3D printers with a similar performance.
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform eines zweiten Ausführungsbeispiels erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel umfasst wie das erste Ausführungsbeispiel ein Prozesskam mer 2, ein Pulverbett 3, eine Rakel 9 und zumindest einen Bearbeitungskopf 13. Gleiche Teile des zweiten Ausführungsbeispiel sind mit dem gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Obige Erläuterungen gelten für gleiche Teile, sofern unten keine anderen Ausführungen hierzu gemacht sind. Die Prozesskammer 2 kann eine Einrich tung zum Zuführen einer Inertgasatmosphäre aufweisen, um eine Oxidation des Pulvers 11 während der Bauteilherstellung zu vermeiden. A first embodiment of a second embodiment is explained below. The second exemplary embodiment, like the first exemplary embodiment, comprises a process chamber 2, a powder bed 3, a doctor blade 9 and at least one processing head 13. Identical parts of the second exemplary embodiment are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment. The above explanations apply to the same parts, provided that they are below no other statements are made in this regard. The process chamber 2 can have a device for supplying an inert gas atmosphere in order to avoid oxidation of the powder 11 during the production of the component.
In der Prozesskammer 2 ist ein Bearbeitungstisch 36 mit einer Tischplatte 37 vorgesehen.A processing table 36 with a table top 37 is provided in the process chamber 2.
Der Bearbeitungstisch 36 weist Temperierkanäle 38 auf, um die Tischplatte 37, auch Aufla gefläche genannt, auf eine gewünschte Temperatur zu temperieren. Durch eine Temperie rung der Tischplatte 38 können Spannungen im Bauteil, insbesondere in den ersten Bauteil schichten, verringert oder vollständig abgebaut bzw. verhindert werden. The processing table 36 has temperature control channels 38 in order to control the table top 37, also called Aufla gefläche, to a desired temperature. By tempering the table top 38, stresses in the component, in particular layers in the first component, can be reduced or completely reduced or prevented.
In der Prozesskammer 2 ist der Bearbeitungskopf 13 gleichermaßen wie beim ersten Ausfüh rungsbeispiel an einer Bewegungseinrichtung 12 (in Figur 4 nicht dargestellt) vorgesehen, um ein Lichtstrahlbündel 24 auf den Bearbeitungstisch 36 zu lenken. Der Bearbeitungskopf 13 kann jedoch auch ortsfest angeordnet sein und mit einer Ablenkeinrichtung, welche z.B. zwei bewegliche Spiegel aufweist, kann das vom Bearbeitungskopf abgegebene Lichtstrahl bündel auf einen beliebigen Punkt im Pulverbett 3 gelenkt werden. In the process chamber 2, the processing head 13 is provided on a movement device 12 (not shown in FIG. 4) in the same way as in the first exemplary embodiment, in order to direct a light beam 24 onto the processing table 36. The processing head 13 can, however, also be arranged in a stationary manner and the light beam emitted by the processing head can be directed to any point in the powder bed 3 with a deflection device, which has, for example, two movable mirrors.
Anstelle eines einzelnen Bearbeitungskopfes 13 kann auch eine Bewegungseinrichtung 12 mit mehreren Bearbeitungsköpfen 13 vorgesehen sein, wie es in den Figuren 1 bis 3d ge zeigt ist. Instead of a single machining head 13, a movement device 12 with a plurality of machining heads 13 can also be provided, as is shown in FIGS. 1 to 3d.
In der Prozesskammer ist ein Auftragsspender 39 vorgesehen, der eine Vorratskammer 40 für Pulver 11 und eine schließbare Auftragsöffnung 41 aufweist, durch die das Pulver 11 die Vorratskammer 40 zum Aufträgen auf den Bearbeitungstisch 36 verlassen kann. Der Auf tragsspender 39 weist eine Rakel 9 zum Glattstreichen des im Pulverbett 3 aufgetragenen Pulvers 11 auf. An order dispenser 39 is provided in the process chamber, which has a storage chamber 40 for powder 11 and a closable application opening 41 through which the powder 11 can leave the storage chamber 40 for application to the processing table 36. The order dispenser 39 has a doctor blade 9 for smoothing the powder 11 applied in the powder bed 3.
Der Bearbeitungstisch 36 ist in horizontaler Richtung von einer Wandung 42 umgeben. Die Wandung 42 umschließt mit geringem Spiel die Tischplatte 37 des Bearbeitungstisches 36. The machining table 36 is surrounded by a wall 42 in the horizontal direction. The wall 42 encloses the table top 37 of the processing table 36 with little play.
Die Wandung 42 ist über mehrere Hubzylinder 43 mit einem Fundament 44 des 3D-Druckers 1 verbunden. Die Hubzylinder 43 können die Wandung 42 relativ zum Bearbeitungstisch 36 in vertikaler Richtung höhenverstellen. Die Wandung 42 kann somit seitlich am Bearbeitungs tisch 36 ein Stück nach oben vorstehen und damit einen Hohlraum begrenzen, der das Pul verbett 3 bildet. Der Bearbeitungstisch 36 kann über Dämpfer mit dem Fundament 44 ver bunden sein, um eine Übertragung von Stößen und Schwingungen auf den Bearbeitungstisch 36 zu verringern oder zu verhindern. Der Auftragsspender 39 ist an einen Bewegungsmechanismus (nicht dargestellt) gekoppelt, mit dem der Auftragsspender 39 horizontal quer über den Bearbeitungstisch 36 und damit parallel zur Tischplatte 37 des Bearbeitungstisches 36 bewegt werden kann. Der Bewegungs mechanismus des Auftragsspenders 39 ist an die Wandung 42 derart gekoppelt, dass der Be wegungsmechanismus mit der Wandung 42 gemeinsam angehoben oder abgesenkt wird. Hierdurch befindet sich eine Unterkante 45 der Rakel 9 immer auf dem Niveau eines oberen Randes 46 der Wandung 42. The wall 42 is connected to a foundation 44 of the 3D printer 1 via a plurality of lifting cylinders 43. The lifting cylinders 43 can adjust the height of the wall 42 relative to the machining table 36 in the vertical direction. The wall 42 can thus protrude upwards a little at the side of the processing table 36 and thus delimit a cavity which forms the 3 bed powder. The machining table 36 can be connected to the foundation 44 via dampers in order to reduce or prevent the transmission of shocks and vibrations to the machining table 36. The order dispenser 39 is coupled to a movement mechanism (not shown) with which the order dispenser 39 can be moved horizontally across the processing table 36 and thus parallel to the table top 37 of the processing table 36. The movement mechanism of the order dispenser 39 is coupled to the wall 42 in such a way that the movement mechanism is raised or lowered together with the wall 42. As a result, a lower edge 45 of the doctor blade 9 is always at the level of an upper edge 46 of the wall 42.
Die Höhenverstellung der Wandung 42 kann mit weiteren Komponenten in der Prozesskam mer gekoppelt sein. So kann auch der Bearbeitungskopf 13 zusammen mit der Wandung 42 verfahren werden. Auf diese Weise bleibt der vertikale Abstand zwischen dem Bearbeitungs tisch 36 und dem Bearbeitungskopf 13 bzw. zwischen dem Bearbeitungskopf 13 und der Wandung 42 bei jeder zu fertigenden Bauteilschicht konstant. Das Lichtstrahlbündel 24 muss dann nicht vor jeder Fertigung einer weiteren Bauteilschicht neu auf die Fertigungsebene fo kussiert werden. Die Prozessführung der Bauteilfertigung kann hierdurch beschleunigt wer den. The height adjustment of the wall 42 can be coupled to other components in the process chamber. In this way, the machining head 13 can also be moved together with the wall 42. In this way, the vertical distance between the processing table 36 and the processing head 13 or between the processing head 13 and the wall 42 remains constant for each component layer to be produced. The light beam 24 then does not have to be re-focused on the production level fo before each production of a further component layer. The process management of the component production can thereby be accelerated.
Die Wandung 42 kann an ihrem oberen Rand mit einem sich nach außen horizontal vorste henden Kragen 47 versehen sein, der verhindert, dass Pulver auf das Fundament in Berei chen fällt, die dafür nicht vorgesehen sind. Der Kragen 47 kann lediglich auf einer Seite des Pulverbettes 3 vorgesehen sein oder an mehreren oder sogar umlaufend ausgebildet sein. The wall 42 can be provided at its upper edge with an outwardly horizontally vorste existing collar 47, which prevents powder from falling on the foundation in areas that are not intended for this purpose. The collar 47 can only be provided on one side of the powder bed 3 or can be formed on several or even circumferentially.
Eine Sammelvorrichtung, ausgebildet als Sammelbecken 48 ist um den Bearbeitungstisch 36 bzw. um den Kragen 47 angeordnet, um überschüssiges Pulver 11, das beispielsweise von der Rakel 9 vom Bearbeitungstisch 36 oder vom Kragen 47 gestrichen wird, aufzufangen.A collecting device, in the form of a collecting basin 48, is arranged around the processing table 36 or around the collar 47 in order to collect excess powder 11 that is brushed off, for example, by the doctor blade 9 from the processing table 36 or collar 47.
Das Sammelbecken 48 ist an eine Absaugung 49 angeschossen, die das aufgefangene Pulver 11 einem Filter 50 zuführt. Im Filter 50 werden Partikel über einer bestimmten Korngröße zu rückgehalten, beispielsweise Partikel mit einer Korngrößer von mehr 120 pm. Entsprechend auszufilternde Partikel können beispielsweise Schmutzpartikel oder bereits miteinander ver bundene Pulverpartikel sein. Das im Filter 50 gefilterte Pulvermaterial wird dann über eine Versorgungsleitung 51 dem Auftragsspender 39 zur Wiederverwendung zugeführt. Auf diese Weise wird ein rezirkulierender Kreislauf geschaffen, durch den überschüssiges Pulver 11 wiederverwendet werden kann, wodurch eine Materialeinsparung erreicht werden kann. The collecting basin 48 is attached to a suction device 49 which feeds the collected powder 11 to a filter 50. In the filter 50, particles above a certain grain size are retained, for example particles with a grain size of more than 120 μm. Corresponding particles to be filtered out can, for example, be dirt particles or powder particles that are already connected to one another. The powder material filtered in the filter 50 is then fed via a supply line 51 to the order dispenser 39 for reuse. In this way, a recirculating circuit is created, through which excess powder 11 can be reused, as a result of which material savings can be achieved.
Der Bearbeitungstisch 36 kann in dieser Ausführungsform besonders einfach und damit kos tengünstig ausgebildet sein, da der Bearbeitungstisch 36 nicht bewegt werden muss. Bei der generativen Fertigung von Bauteilen, muss der Bearbeitungstisch 36 aufgrund der hohen Ma terialdichte zum Tragen von hohen Lasten ausgelegt sein. Weist der Bearbeitungstisches bei spielsweise eine Auflagefläche von 1,5 m x 1 m und einem Hub von 0,5 m auf, so ergibt sich ein Arbeitsvolumen von 0,75 m3. Wird dieses Arbeitsvolumen mit Aluminiumpulver ausgefüllt, dann wiegt der Inhalt etwa 2 t. Bei Stahlpulver beträgt das Gewicht etwa 61. Die zu verfah renden Komponenten, wie die Wandung 42 und ggf. weitere Komponenten (Auftragsspender 39, Rakel 9, Bearbeitungskopf 13), sind deutlich leichter als ein Bearbeitungstisch 36 mit ei nem großen Arbeitsvolumen. Deshalb ist es möglich, diese Komponenten mit einem deutlich kleiner dimensionierten Antrieb zu verfahren, wodurch die Anschaffungskosten aber auch die Betriebskosten gesenkt werden können. Gleichzeitig wird auch der Aufbau des 3D-Druckers 1 vereinfacht. In this embodiment, the processing table 36 can be designed to be particularly simple and therefore inexpensive, since the processing table 36 does not have to be moved. In the Additive manufacturing of components, the machining table 36 must be designed to carry high loads due to the high material density. If the processing table has, for example, a support surface of 1.5 mx 1 m and a stroke of 0.5 m, the result is a working volume of 0.75 m 3 . If this working volume is filled with aluminum powder, the contents weigh about 2 t. In the case of steel powder, the weight is about 61. The components to be moved, such as the wall 42 and possibly other components (order dispenser 39, doctor blade 9, processing head 13), are significantly lighter than a processing table 36 with a large working volume. It is therefore possible to move these components with a drive with a significantly smaller dimension, whereby the acquisition costs but also the operating costs can be reduced. At the same time, the structure of the 3D printer 1 is also simplified.
In Figur 4 ist die Prozesskammer 2 zu Beginn der generativen Fertigung eines Bauteils dar gestellt. Zum Aufträgen des Pulvers 11 auf den Bearbeitungstisch 36 verfährt der Auftrags spender 39 in Bewegungsrichtung 10 über den gesamten Bearbeitungstisch 36. Das aufge tragene Pulver 11 wird durch die Rakel 9 glattgestrichen. Anschließend kann die erste Bau teilschicht durch ein Lichtstrahlbündel 24 gebildet werden. Nach der Fertigung der ersten Bauteilschicht wird die Wandung 42 um die Höhe der ersten Bauteil- bzw. Pulverschicht nach oben verfahren. Der Auftragsspender 39 wird gekoppelt mit der Wandung 42 um dieselbe Höhe nach oben verfahren. Anschließend werden die vorgenannten Schritte wiederholt, bis das Bauteil vollständig gefertigt ist. Die Wandung 42 bildet dabei zusammen mit dem Bear beitungstisch 36 ein in die Höhe mitwachsendes Pulverbett 3 aus. In Figure 4, the process chamber 2 is shown at the beginning of the additive manufacturing of a component. To apply the powder 11 to the processing table 36, the order dispenser 39 moves in the direction of movement 10 over the entire processing table 36. The powder 11 applied is smoothed out by the doctor blade 9. Subsequently, the first component layer can be formed by a light beam 24. After the first component layer has been produced, the wall 42 is moved upwards by the height of the first component or powder layer. The order dispenser 39, coupled with the wall 42, is moved upwards by the same height. The aforementioned steps are then repeated until the component is completely manufactured. The wall 42 forms together with the Bear processing table 36 a powder bed 3 that grows with the height.
Die Wandung 42 kann in Abhängigkeit von der Dicke der nächsten zu bildenden Bauteil schicht verfahren werden. Es ist möglich, dass die Bauteilschichten jeweils unterschiedliche Dicken aufweisen. So können bei der Fertigung einzelne Bauteilschichten dicker ausgebildet sein als andere, wenn es in den entsprechenden Bauteilbereichen nicht auf eine hohe Form teilgenauigkeit ankommt. Auf diese Weise kann die Bauteilfertigung in einzelnen Bauteilbe reichen beschleunigt werden und damit auch insgesamt besonders schnell erfolgen. Kommt es in einzelnen Bauteilbereichen hingegen auf eine hohe Formgenauigkeit an, so kann die zu fertigende Bauteil Schicht eine geringe Dicke aufweisen. Das Bauteil kann damit in Abhängig keit von der in den jeweiligen Bereichen geforderten Formgenauigkeiten besonders schnell gefertigt werden. The wall 42 can be moved depending on the thickness of the next component to be formed layer. It is possible that the component layers each have different thicknesses. Thus, during production, individual component layers can be made thicker than others if a high degree of partial accuracy is not important in the corresponding component areas. In this way, component production can be accelerated in individual component areas and thus also take place particularly quickly overall. If, on the other hand, a high degree of dimensional accuracy is important in individual component areas, the component layer to be manufactured can have a small thickness. The component can thus be manufactured particularly quickly, depending on the dimensional accuracy required in the respective areas.
Gemäß einer zweite Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels kann die Bewe gungseinrichtung 12 für den bzw. die Bearbeitungsköpfe 13 mechanisch von der Wandung 42 entkoppelt sein, so dass beide unabhängig voneinander bewegt werden können (Fig. 5). Die Bearbeitungsköpfe 13 sind jeweils über einen Schwenkarm 18, ein Schwenkgelenk 19 und einen Schlitten 17 mit einer Traverse 14 verbunden. Im Gegensatz zum ersten Ausfüh rungsbeispiel ist am Schlitten 17 eine Vertikalbewegungseinrichtung vorgesehen, so dass der Bearbeitungskopf in Vertikalrichtung beweglich angeordnet ist. In Figur 5 ist zur einfacheren optischen Darstellung lediglich ein einziger Bearbeitungskopf 13 gezeigt. According to a second embodiment of the second embodiment, the moving device 12 for the machining head (s) 13 can be mechanically decoupled from the wall 42 so that both can be moved independently of one another (FIG. 5). The machining heads 13 are each connected to a traverse 14 via a swivel arm 18, a swivel joint 19 and a slide 17. In contrast to the first exemplary embodiment, a vertical movement device is provided on the slide 17, so that the machining head is arranged to be movable in the vertical direction. In FIG. 5, only a single machining head 13 is shown for the sake of a simpler visual representation.
Der Bearbeitungskopf 13 weist eine optische Linse 23 auf, um das von ihm abgegebene Lichtstrahlbündel 24 auf die Oberfläche des Pulverbettes zu fokussieren. In der Prozesskam mer 2 sind drei Abstandssensoren 52 ortsfest angeordnet. Die Abstandssensoren 52 sind zur elektrooptischen Abstandsmessung zwischen den Abstandssensoren 52 und dem Bearbei tungskopf 13 ausgebildet. Zur Messung des Abstandes zwischen den Abstandssensoren 52 und dem Bearbeitungskopf 13 ist an dem Bearbeitungskopf 13 ein Referenzelement 53, bei spielsweise ein Reflektor, insbesondere ein Prismenreflektor, für optische Strahlenbündel 54 angeordnet. , The processing head 13 has an optical lens 23 in order to focus the light beam 24 emitted by it onto the surface of the powder bed. In the process chamber 2, three distance sensors 52 are arranged in a stationary manner. The distance sensors 52 are designed for electro-optical distance measurement between the distance sensors 52 and the processing head 13. To measure the distance between the distance sensors 52 and the machining head 13, a reference element 53, for example a reflector, in particular a prism reflector, for optical bundles of rays 54 is arranged on the machining head 13. ,
Die Abstandssensoren 52 sind ortsfest aber schwenkbar in der Prozesskammer 2 angeord net, so dass ein jeweiliges vom Abstandssensor 52 abgegebenes optisches Strahlbündel 54 dem Referenzelement 53 nachgeführt werden kann. Die Abstandssensoren 52 sind mit einer Steuer- und Regelungsvorrichtung 55 verbunden. Aus den drei gemessenen Abständen zwi schen dem Bearbeitungskopf 13 und den drei Abstandssensoren 52 kann die räumliche Posi tion des Bearbeitungskopfes 13 exakt bestimmt werden. Mit Hilfe der Steuer- und Rege lungsvorrichtung 55 kann der Bearbeitungskopf 13 zielgenau in eine gewünschte Position im dreidimensionalen Raum verfahren werden. Die Positionierung des Bearbeitungskopfes 13 wird über die Abstandsmessungen geregelt. The distance sensors 52 are stationary but pivotable in the process chamber 2 so that a respective optical beam 54 emitted by the distance sensor 52 can be tracked to the reference element 53. The distance sensors 52 are connected to a control and regulating device 55. From the three measured distances between tween the machining head 13 and the three distance sensors 52, the spatial posi tion of the machining head 13 can be determined exactly. With the help of the control and regulation device 55, the machining head 13 can be moved precisely to a desired position in three-dimensional space. The positioning of the machining head 13 is regulated via the distance measurements.
Hierdurch ist es möglich, die Bewegung des Bearbeitungskopfes 13 von der Bewegung der Wandung 42 zu entkoppeln und dennoch das abgegebene Lichtstrahlbündel 24 exakt auf die Oberfläche des Pulverbettes zu fokussieren. This makes it possible to decouple the movement of the processing head 13 from the movement of the wall 42 and still focus the emitted light beam 24 exactly on the surface of the powder bed.
Vorzugsweise sind an der Wandung 42, insbesondere ihrem oberen Rand, ein oder mehr Re ferenzelemente 53 vorgesehen, welche von den Abstandssensoren abgetastet werden kön nen, um die Höhe der Wandung 42 zu bestimmen. Hierdurch kann die relative Position des bzw. der Bearbeitungsköpfe 13 und der Wandung 42 erfasst werden. Preferably, one or more reference elements 53 are provided on the wall 42, in particular its upper edge, which can be scanned by the distance sensors in order to determine the height of the wall 42. In this way, the relative position of the machining head (s) 13 and the wall 42 can be detected.
An Stelle die Höhe der Wandung 42 zu erfassen kann auch die Höhe des Pulverbettes 3 mit einem geeigneten Sensor abgetastet werden. Dann können die Bearbeitungsköpfe 13 direkt bzgl. der Höhe des Pulverbettes 3 ausgerichtet werden. Der Antrieb, mit dem der Schlitten 17 und das Schwenkgelenk 19 verfahren werden, wird von der Steuer- und Regelungsvorrichtung 55 in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Bearbeitungskopfes 13 gesteuert. Hierfür kann der Bearbeitungskopf 13 langsamer verfahren werden, je näher er seiner Sollposition kommt. Auf diese Weise kann auch mit einer günsti gen und an sich nicht sehr exakte Bewegungseinrichtung 12 der Bearbeitungskopf 13 exakt in eine Sollposition überführet werden, wobei die Genauigkeit der Position alleine durch die Abstandsmessung mittels der Abstandssensoren 52 festgelegt wird. Auf diese Weise können die Gesamtkosten des 3D-Druckers 1 gesenkt werden, da die Abstandssensoren 52 kosten günstig sind und gleichzeitig eine kostengünstigere Bewegungseinrichtung 12 bzw. ein kos tengünstigerer Antrieb verwendet werden kann. Instead of detecting the height of the wall 42, the height of the powder bed 3 can also be scanned with a suitable sensor. The processing heads 13 can then be aligned directly with regard to the height of the powder bed 3. The drive with which the slide 17 and the swivel joint 19 are moved is controlled by the control and regulation device 55 as a function of the current position of the machining head 13. For this purpose, the machining head 13 can be moved more slowly the closer it comes to its target position. In this way, the machining head 13 can be transferred exactly into a target position with a favorable and inherently not very exact movement device 12, the accuracy of the position being determined solely by the distance measurement by means of the distance sensors 52. In this way, the overall costs of the 3D printer 1 can be reduced, since the distance sensors 52 are inexpensive and, at the same time, a more cost-effective movement device 12 or a more cost-effective drive can be used.
Der in Figur 5 gezeigte Aufbau zur Steuerung und Regelung eines Bearbeitungskopfes 13 kann auch verwendet werden, um andere Komponenten, beispielsweise eine Rakel 9, einen Auftragsspender 39, eine Wandung 42 oder eine beliebige andere bewegliche Komponente mit Hilfe einer Regelschleife zielgenau zu positionieren. The structure shown in FIG. 5 for controlling and regulating a processing head 13 can also be used to precisely position other components, for example a squeegee 9, an order dispenser 39, a wall 42 or any other movable component with the aid of a control loop.
Im zweiten Ausführungsbeispiel werden optische Abstandssensoren 52 zum Messen der Ab stände zwischen den Referenzelementen 53 und den Abstandssensoren 52 verwendet. Der artige Abstandssensoren 52 sind kostengünstig und besitzen eine sehr hohe Auflösung. Sie können mittels Triangulation den Abstand zum Referenzelement 53 bestimmen. Bei der Tri angulation wird ein optisches Strahlbündel 54, beispielsweise ein Laserstrahl auf das Messob jekt fokussiert und mit einer daneben im Abstandssensor 52 befindlichen Kamera, einer orts- auflösenden Photodiode oder einer CCD-Zeile beobachtet. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Sensor, so ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beo bachtet wird und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger. Aus der Positi onsänderung wird mit Hilfe der Winkelfunktionen die Entfernung des Objektes vom Laserpro jektor berechnet. Die Entfernungsmessung mittels Triangulation ist sehr einfach und kosten günstig. Bei geringen Anforderungen an die Genauigkeit kann auch die Strahlung einer Leuchtdiode als Lichtstrahlbündel verwendet werden. In the second exemplary embodiment, optical distance sensors 52 are used to measure the distances between the reference elements 53 and the distance sensors 52. Such distance sensors 52 are inexpensive and have a very high resolution. You can determine the distance to the reference element 53 by means of triangulation. In the case of triangulation, an optical beam 54, for example a laser beam, is focused on the measuring object and observed with a camera located next to it in the distance sensor 52, a spatially resolving photodiode or a CCD line. If the distance between the measuring object and the sensor changes, the angle at which the point of light is observed also changes and thus the position of its image on the photo receiver. The distance between the object and the laser projector is calculated from the change in position with the aid of the angle functions. Distance measurement using triangulation is very simple and inexpensive. If the accuracy requirements are low, the radiation from a light-emitting diode can also be used as a light beam.
Die Entfernungsmessung kann auch durch Messung der Phasenlage erfolgen. Bei der Mes sung der Phasenlage wird ein optisches Strahlbündel 54, beispielsweise ein Laserstrahl, emit tiert. Die Phasenverschiebung des reflektierten Laserstrahls gegenüber dem ausgesandten Strahl ist entfernungsabhängig. Diese Phasenverschiebung kann gemessen und benutzt wer den, um die zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Die Entfernungsmessung mittels Messung der Phasenlage weist eine hohe Genauigkeit auf. Bei einer Entfernungsmessung über die Laufzeit wird ein zeitlich kurzer Lichtpuls, ein kon stanter Lichtstrahl oder eine Lichtmodulation ausgesandt. Die Pulslaufzeit ist die Zeit, die der Lichtstrahl benötigt, um von der Quelle, zu einem Reflektor und wieder zurück zur Quelle zu laufen. Durch Messen dieser Laufzeit kann über die Lichtgeschwindigkeit die Distanz zwi schen Quelle und Objekt ermittelt werden. The distance can also be measured by measuring the phase position. When measuring the phase position, an optical beam 54, for example a laser beam, is emitted. The phase shift of the reflected laser beam compared to the emitted beam is distance-dependent. This phase shift can be measured and used to determine the distance traveled. The distance measurement by measuring the phase position has a high degree of accuracy. When measuring the distance over the transit time, a brief light pulse, a constant light beam or a light modulation is emitted. The pulse transit time is the time it takes for the light beam to travel from the source to a reflector and back to the source. By measuring this transit time, the distance between the source and the object can be determined using the speed of light.
Zur Abstandsmessung können auch Sensoren verwendet werden, die Linien oder Flächen bzw. Ebenen abtasten, wie beispielsweise Stereokameras zur dreidimensionalen Lokalisie rung eines oder mehrerer Objekte. Entsprechende Sensoren müssen aufgrund ihres großen Aufnahmebereichs nicht verschwenkbar ausgebildet sein. For distance measurement it is also possible to use sensors that scan lines or areas or planes, such as stereo cameras for three-dimensional localization of one or more objects. Corresponding sensors do not have to be designed to be pivotable due to their large recording area.
Vorgenannte Abstandssensoren 52 werden beispielsweise von der Firma Micro-Epsilon her gestellt und vertrieben. The aforementioned distance sensors 52 are manufactured and sold by the company Micro-Epsilon, for example.
An Stelle von optischen Sensoren können auch andere Sensoren, wie z.B. Ultraschallsenso- ren oder Sensoren, welche mittels der Laufzeit von Funkwellen den Abstand bestimmen, ver wendet werden. Instead of optical sensors, other sensors, such as ultrasonic sensors or sensors that determine the distance using the transit time of radio waves, can also be used.
Unabhängig von der Art der Sensoren liegt der Vorteil darin, dass die Position der Bearbei tungsköpfe aufgrund der Regelschleife sehr exakt eingestellt werden kann. Dies kann auch zum Bestimmen der Position der lediglich in einer Ebene verfahrbaren Bearbeitungsköpfe ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Regardless of the type of sensors, the advantage is that the position of the processing heads can be set very precisely due to the control loop. This can also be used to determine the position of the machining heads, which can only be moved in one plane, according to the first exemplary embodiment.
Zum zielgenauen Positionieren kann nach dem Start die Ist-Position der beweglichen Kompo nente, beispielsweise des Bearbeitungskopf 13 erfasst werden (Fig. 6). Flierzu kann der Ab stand zwischen dem Bearbeitungskopf 13 und dem jeweiligen Abstandssensor 52 gemessen werden. Die Erfassung der Ist-Position erfolgt dabei durch eine Abstandsmessung mit Hilfe der Abstandssensoren 52 aus Fig. 5. Aus den drei Abstandsmessungen kann die Ist-Position des Bearbeitungskopfes auf einfache Weise bestimmt werden. Entspricht die Ist-Position der Soll-Position, so ist nicht weiter zu veranlassen und die Bauteilfertigung kann fortgesetzt werden. For precise positioning, the actual position of the movable component, for example the machining head 13, can be detected after the start (FIG. 6). Flierzu the stand between the machining head 13 and the respective distance sensor 52 can be measured. The actual position is detected by a distance measurement with the aid of the distance sensors 52 from FIG. 5. The actual position of the machining head can be determined in a simple manner from the three distance measurements. If the actual position corresponds to the target position, no further action is required and component production can be continued.
Die Position der beweglichen Komponente, beispielsweise des Bearbeitungskopfes 13, kann absolut im Raum bestimmt werden. Die Position der beweglichen Komponente kann jedoch auch relativ zu einer weiteren Komponente bestimmt werden. Im letztgenannten Fall wird der Abstand zwischen den beiden Komponenten bestimmt. Die Ist-Position der beweglichen Komponente kann in jeder Raumrichtung bzw. in Bezug auf jede Achse einzeln und nacheinander bis zum Erreichen der Soll-Position geregelt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Position der beweglichen Komponente in allen drei Raumrichtun gen bzw. bezüglich aller Achsen gleichzeitig zu regeln. The position of the movable component, for example the machining head 13, can be determined absolutely in space. However, the position of the movable component can also be determined relative to another component. In the latter case, the distance between the two components is determined. The actual position of the movable component can be regulated in any spatial direction or in relation to each axis individually and one after the other until the target position is reached. However, it is also possible to regulate the position of the movable component in all three spatial directions or with respect to all axes at the same time.
Die Abstandssensoren 52 können ortsfest in der Prozesskammer 2 des 3D-Druckers 1, ange ordnet sein, beispielsweise können die Abstandssensoren 52 über einen Träger mit dem Fun dament 44 des 3D-Druckers 1 verbunden sein. Die Abstandssensoren 52 können über eine Abstandsmessung die Position der Oberfläche des Pulverbettes 3 bestimmen und im An schluss mit Hilfe einer weiteren Abstandsmessung die Position einer beweglichen Kompo nente, beispielsweise eines Bearbeitungskopfes 13 ermitteln. Der Bearbeitungskopf 13 kann in Abhängigkeit von der Position des Pulverbettes 3, also der Höhe des Pulverbettes 3, in eine Sollposition verfahren werden, um einen erforderlichen Abstand zwischen dem Bearbei tungskopf 13 und der Oberfläche des Pulverbettes 3 einzustellen. Das Verfahren eines oder mehrerer Bearbeitungsköpfe 13 in ihre Sollposition kann dabei mit Hilfe der oben beschriebe nen Steuer- und Regelungsvorrichtung 55 erfolgen. Es ist auch möglich, dass ein oder meh rere Abstandssensoren 52 mit einem Bearbeitungskopf 13 verbunden bzw. auf diesem ange ordnet sind und der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 13 und der Pulverbettoberflä che direkt bestimmt wird, um anschließend die Bearbeitungsköpfe 13 auf einen Sollabstand zur Oberfläche des Pulverbettes 3 zu verfahren. The distance sensors 52 can be arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1; for example, the distance sensors 52 can be connected to the foundation 44 of the 3D printer 1 via a carrier. The distance sensors 52 can determine the position of the surface of the powder bed 3 via a distance measurement and then determine the position of a movable component, for example a machining head 13, with the aid of a further distance measurement. The processing head 13 can be moved into a target position depending on the position of the powder bed 3, i.e. the height of the powder bed 3, in order to set a required distance between the processing head 13 and the surface of the powder bed 3. One or more machining heads 13 can be moved into their desired position with the aid of the control and regulating device 55 described above. It is also possible that one or more distance sensors 52 are connected to a processing head 13 or are arranged on this and the distance between the processing head 13 and the powder bed surface is determined directly in order to then set the processing heads 13 to a target distance from the surface of the To move powder beds 3.
Entspricht die Ist-Position nicht der Sollposition, so wird im Anschluss die Position des Bear beitungskopfes 13 modifiziert. Hierfür kann ein Antrieb gestartet und die Verfahrgeschwin digkeit des Bearbeitungskopfes 13 in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Ist-Position und der Sollposition eingestellt werden. Je kleiner der Abstand zwischen der Ist-Position und der Soll-Position ist, desto geringer kann die Verfahrgeschwindigkeit gewählt werden. Nach einer festgelegten Zeiteinheit und/oder einer definiert zurückgelegten Strecken kann die Ist- Position erneut erfasst und anschließend ggf. modifiziert werden. Es ist auch möglich, die Ist-Position kontinuierlich zu erfassen. Auf diese Weise kann eine geschlossene Regelschleife geschaffen werden. Durch diese Regelung ist es möglich, mit einer einfachen, günstigen und an sich nicht sehr exakte Bewegungseinrichtung 12 den Bearbeitungskopf 13 exakt in eine Sollposition zu überführen. Die Genauigkeit der Positionierung wird alleine durch die Ab standsmessung mittels der Abstandssensoren 52 festgelegt. If the actual position does not correspond to the target position, the position of the processing head 13 is then modified. For this purpose, a drive can be started and the Verfahrgeschwin speed of the machining head 13 can be set as a function of the distance between the actual position and the target position. The smaller the distance between the actual position and the target position, the lower the travel speed that can be selected. After a defined time unit and / or a defined distance covered, the actual position can be recorded again and then modified if necessary. It is also possible to record the actual position continuously. In this way a closed control loop can be created. This regulation makes it possible to transfer the machining head 13 exactly into a desired position with a simple, inexpensive and inherently not very exact movement device 12. The accuracy of the positioning is determined solely by the distance measurement by means of the distance sensors 52.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Position der Bearbeitungsköpfe 13 in Abhängig keit von der Position der verfahrbaren Wandung 42, insbesondere einer Oberkante und/oder einer waagerechen Oberfläche, eingestellt wird. Hierzu kann wenigstens ein Abstandssensor 52 mit den Bearbeitungsköpfen 13 verbunden oder ortsfest im 3D-Drucker 1 angeordnet sein. In addition, it is also possible for the position of the machining heads 13 to be set as a function of the position of the movable wall 42, in particular an upper edge and / or a horizontal surface. At least one distance sensor can be used for this purpose 52 connected to the processing heads 13 or arranged in a stationary manner in the 3D printer 1.
Anstelle der Position eines oder mehrerer Bearbeitungsköpfe 13 kann auch die Position einer Traverse 14 oder eine andere Komponente einer Bewegungsrichtung 12, beispielsweise ei nes Schlittens 17, bestimmt und relativ zu der verfahrbaren Wandung 42 oder der Oberflä che des Pulverbettes 3 positioniert werden. Hierzu kann die Traverse 14 einen oder mehrere Abstandssensoren 52 aufweisen und den Abstand zur Oberfläche des Pulverbettes 3 messen. Instead of the position of one or more machining heads 13, the position of a cross member 14 or another component of a direction of movement 12, for example a slide 17, can be determined and positioned relative to the movable wall 42 or the surface of the powder bed 3. For this purpose, the cross member 14 can have one or more distance sensors 52 and measure the distance to the surface of the powder bed 3.
Auf die gleiche Weise kann auch eine Rakel 9 relativ zu der Pulverbettoberfläche oder einer verfahrbaren Wandung 42 positioniert werden. Ein oder mehrere Abstandssensoren 52 kön nen dann mit der Rakel 9 verbunden sein und/oder ortsfest im in der Prozesskammer 2 an geordnet sein. In the same way, a doctor blade 9 can also be positioned relative to the powder bed surface or a movable wall 42. One or more distance sensors 52 can then be connected to the doctor blade 9 and / or arranged in a stationary manner in the process chamber 2.
Es ist auch möglich, einen Auftragsspender 39 in Abhängigkeit von der Position der verfahr baren Wandung 42 bzw. der Oberfläche des Pulverbettes 3 zu positionieren. Hierzu kann der Auftragsspender 39 wenigstens einen Abstandssensor 52 aufweise und/oder es kann wenigs tens ein Abstandssensor 52 ortsfest in der Prozesskammer 2 des 3D-Druckers 1 angeordnet sein. It is also possible to position an order dispenser 39 as a function of the position of the movable wall 42 or the surface of the powder bed 3. For this purpose, the order dispenser 39 can have at least one distance sensor 52 and / or at least one distance sensor 52 can be arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1.
Es kann auch die verfahrbare Wandung 42 relativ zur Oberfläche des Pulverbettes 3 verfah ren werden, beispielsweise auf eine Position, die um eine Schichtdicke höher als das Pulver bett 3 liegt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Abstandssensoren 52 ortsfest in der Prozess kammer 2 angeordnet sind und den Abstand zwischen der verfahrbaren Wandung 42 und der Oberfläche des Pulverbettes 3 bestimmen. The movable wall 42 can also be moved relative to the surface of the powder bed 3, for example to a position that is one layer thickness higher than the powder bed 3. For this purpose, it is advantageous if the distance sensors 52 are arranged in a stationary manner in the process chamber 2 and determine the distance between the movable wall 42 and the surface of the powder bed 3.
Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Vorratszylinder 4 relativ zu einem Bearbeitungs tisch zu verfahren. Bei bekannten 3D-Druckern 1 kann auch der Bearbeitungstisch 36, aus gebildet als Produktionskolben 7 geregelt verfahren werden. So kann der Produktionskolben beispielsweise nach der Fertigstellung einer Bauteilschicht um eine definierte Schichtdicke abgesenkt werden, um eine neue Pulverschicht auftragen zu können. Die Abstandssensoren 52 sind dann bevorzugt ortsfest in der Prozesskammer 2 des 3D-Druckers 1 angeordnet. In addition, it is also possible to move a storage cylinder 4 relative to a processing table. In known 3D printers 1, the processing table 36, formed as a production piston 7, can also be moved in a controlled manner. For example, after the completion of a component layer, the production piston can be lowered by a defined layer thickness in order to be able to apply a new powder layer. The distance sensors 52 are then preferably arranged in a stationary manner in the process chamber 2 of the 3D printer 1.
Es können auch mehrere bewegliche Komponenten gemeinsam miteinander gekoppelt ver fahren werden. So kann beispielsweise eine Rakel 9 zusammen mit einem oder mehreren Bearbeitungsköpfen 13 und/oder gemeinsam mit einem Auftragsspender 39 geregelt auf ei nen jeweils in vertikaler Richtung erforderlichen Abstand zur Oberfläche des Pulverbettes 3 positioniert werden. Der vertikale Abstand zwischen der Rakel 9 und den Bearbeitungsköpfen 13 und/oder dem Auftragsspender 39 ist dann zu jedem Zeitpunkt gleich. Several moving components can also be coupled together. For example, a doctor blade 9 together with one or more processing heads 13 and / or together with an order dispenser 39 can be regulated at a distance from the surface of the powder bed 3 that is necessary in the vertical direction be positioned. The vertical distance between the doctor blade 9 and the processing heads 13 and / or the order dispenser 39 is then the same at all times.
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform eines dritten Ausführungsbeispiels erläutert. Gleiche Teile des dritten Ausführungsbeispiel sind mit dem gleichen Bezugszeichen wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Obige Erläuterungen gelten für gleiche Teile, sofern unten keine anderen Ausführungen hierzu gemacht sind. Another embodiment of a third embodiment is explained below. The same parts in the third exemplary embodiment are denoted by the same reference numerals as in the first and second exemplary embodiments. The above explanations apply to the same parts, unless otherwise stated below.
In der Prozesskammer 2 ist eine Glasplatte 56 horizontal als Tischplatte 37 des Bearbei tungstisches 36 angeordnet. Unterhalb der Glasplatte 56 ist eine Bewegungseinrichtung 12 zum Bewegen einer Vielzahl von Bearbeitungsköpfen 13 vorgesehen. In the process chamber 2, a glass plate 56 is arranged horizontally as a table top 37 of the processing table 36. A movement device 12 for moving a plurality of processing heads 13 is provided below the glass plate 56.
Die Bewegungseinrichtung 12 umfasst drei Traversen 14, welche sich unterhalb der Glas platte 56 quer erstrecken. Die Traversen 14 sind zueinander parallel angeordnet. Im vorlie genden Ausführungsbeispiel ist die mittlere Traverse 14 etwas niedriger als die beiden äuße ren Traversen 14 angeordnet. The movement device 12 comprises three cross members 14 which extend below the glass plate 56 transversely. The traverses 14 are arranged parallel to one another. In the present embodiment, the middle cross member 14 is slightly lower than the two äuße Ren cross members 14 are arranged.
Die Bewegungseinrichtung 12 weist, wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben, an jeder Tra verse 14 zwei Schlitten 17 mit jeweils einem Schwenkarm 18 auf. An den Schwenkarmen 18 ist jeweils wenigstens ein Bearbeitungskopf 13 angeordnet. Der Schwenkarm 18 kann wie in den Figuren 3a-3d ausgebildet sein. As described in FIGS. 1 and 2, the movement device 12 has two carriages 17, each with a swivel arm 18, on each traverse 14. At least one machining head 13 is arranged on each of the pivot arms 18. The pivot arm 18 can be designed as in Figures 3a-3d.
In der Prozesskammer 2 ist oberhalb der Glasplatte ein Stützkörper 57 angeordnet, auf des sen Unterseite 58 das Bauteil gefertigt wird. Die erste Bauteilschicht wird auf der Unterseite 58 gebildet und kann mit dem Stützkörper 57 verbunden sein. Der Stützkörper 57 ist zusam men mit dem Bauteil 31 in vertikaler Bewegungsrichtung 59 verfahrbar bzw. verstellbar. Flierzu kann eine Hebevorrichtung 60 zum Greifen und Anheben des Bauteils 31 vorgesehen sein. In the process chamber 2, a support body 57 is arranged above the glass plate, on the sen underside 58 of which the component is manufactured. The first component layer is formed on the underside 58 and can be connected to the support body 57. The support body 57 can be moved or adjusted together with the component 31 in the vertical direction of movement 59. For this purpose, a lifting device 60 can be provided for gripping and lifting the component 31.
Zur generativen Fertigung eines 3D-Bauteils 31 kann Pulver 11 von einem in Figur 6 nicht dargestellten Auftragsspender 39 lediglich auf der gesamten Glasplatte 56 abgelegt werden. Die Glasplatte 53 dient dabei als Auflagefläche für das Pulver 11. Das Pulver kann von einer in Figur 6 nicht dargestellten Rakel 9 glattgestrichen werden, wodurch eine Pulverschicht 61 gebildet wird. Der Stützkörper 57 wird daraufhin auf das Pulver 11 aufgelegt. Anschließend wird das Pulver 11 mithilfe der von den Bearbeitungsköpfen 13 emittierten Lichtstrahlbündel 24 selektiv geschmolzen oder gesintert und zu einer Bauteilschicht verbunden. Die Bauteil schicht kann dann mit dem Stützkörper verbunden sein. Die Bauteilschicht wird anschließend zusammen mit dem Stützkörper 57 angehoben. Die Hebevorrichtung 60 kann dabei zum Greifen und Anheben der Bauteilschicht unterstützend eingesetzt werden. Das nicht verwen- dete Pulver 11 kann daraufhin von der Glasplatte 56 entfernt werden, um zu verhindern, dass einzelne miteinander verbundene Pulverkörner bei der Fertigung der nächsten Bauteil schicht verwendet werden. Der Auftragsspender 39 kann dann erneut Pulver 11 auf die Glas platte ablegen und es kann eine erneute Pulverschicht 61 ausgebildet werden. Anschließend wird das Bauteil auf der neuen Pulverschicht 61 abgelegt. Das Pulvermaterial wird aufge- schmolzen oder gesintert, wodurch eine neue Bauteilschicht gebildet wird, die gleichzeitig mit der vorherigen Bauteilschicht verbunden wird. Die vorgenannten Schritte werden wieder holt, bis das Bauteil 31 vollständig gefertigt ist. Das Bauteil 31 wird auf diese Weise von oben nach unten gefertigt. For the generative production of a 3D component 31, powder 11 can only be deposited on the entire glass plate 56 by an order dispenser 39 (not shown in FIG. 6). The glass plate 53 serves as a support surface for the powder 11. The powder can be smoothed out by a doctor blade 9, not shown in FIG. 6, whereby a powder layer 61 is formed. The support body 57 is then placed on the powder 11. The powder 11 is then emitted by the processing heads 13 with the aid of the light beam bundles 24 selectively melted or sintered and bonded to form a component layer. The component layer can then be connected to the support body. The component layer is then raised together with the support body 57. The lifting device 60 can be used to support gripping and lifting of the component layer. The unused powder 11 can then be removed from the glass plate 56 in order to prevent individual powder grains connected to one another from being used in the production of the next component layer. The order dispenser 39 can then again place powder 11 on the glass plate and a new powder layer 61 can be formed. The component is then placed on the new powder layer 61. The powder material is melted or sintered, whereby a new component layer is formed, which is connected to the previous component layer at the same time. The aforementioned steps are repeated until the component 31 is completely manufactured. The component 31 is manufactured in this way from top to bottom.
Bezuaszeichenliste Reference list
1 3D-Drucker 35 32 Lichtpumpe 1 3D printer 35 32 light pump
2 Prozesskammer 33 Resonator 2 process chamber 33 resonator
3 Pulverbett 34 Lichtleiter 3 powder bed 34 light guides
4 Vorratszylinder 35 Pumplicht 4 storage cylinder 35 pump light
5 Vorratskolben 36 Bearbeitungstisch 5 storage piston 36 machining table
6 Hubkolben-/Zylindereinheit 40 37 Tischplatte 6 reciprocating piston / cylinder unit 40 37 table top
7 Produktionskolben 38 Temperierkanal 7 production piston 38 temperature control channel
8 Hubkolben-/Zylindereinheit 39 Auftragsspender 8 reciprocating piston / cylinder unit 39 order dispenser
9 Rakel 40 Vorratskammer 9 squeegee 40 storage chamber
10 Bewegungsrichtung 41 Auftragsöffnung 10 Direction of movement 41 Order opening
11 Pulver 45 42 Wandung 11 powder 45 42 wall
12 Bewegungseinrichtung 43 Hubzylinder 12 movement device 43 lifting cylinder
13 Bearbeitungskopf 44 Fundament 13 Processing head 44 Foundation
14 Traverse 45 Unterkante 14 Traverse 45 lower edge
15 Längsseitenfläche 46 Rand 15 long side surface 46 edge
16 Schienenprofil 50 47 Kragen 16 rail profile 50 47 collar
17 Schlitten 48 Sammelbecken 17 sledges 48 reservoirs
18 Schwenkarm 49 Absaugung 18 Swivel arm 49 Extraction
19 Schwenkgelenk 50 Filter 19 swivel joint 50 filters
20 Schwenkachse 51 Versorgungsleitung 20 swivel axis 51 supply line
21 Lichtleiter 55 52 Abstandssensor 21 light guide 55 52 distance sensor
22 Ende 53 Referenzelement 22 end 53 reference element
23 Optische Linse 54 Strahlbündel 23 Optical lens 54 Beam bundle
24 Lichtstrahlbündel 55 Steuer- und Regelungsvorrichtung24 light beam 55 control and regulation device
25 Lichtquelle 56 Glasplatte 25 light source 56 glass plate
26 Lichtleiter 60 57 Stützkörper 26 light guide 60 57 support body
27 Reflektorelement 58 Unterseite 27 reflector element 58 underside
28 Reflektorelement 59 Bewegungsrichtung 28 Reflector element 59 Direction of movement
29 Durchgangsöffnung 60 Hebevorrichtung 29 through opening 60 lifting device
30 Optische Linse 61 Pulverschicht 30 Optical lens 61 powder layer
31 3D-Bauteil 65 31 3D component 65

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, mit einer Lichtquelle (25) zum Erzeugen eines Lichtstrahlbündels (24), einem Bearbeitungskopf (13), der entweder mit einer Strahlführung an die Lichtquelle (25) gekoppelt ist, so dass das Lichtstrahlbündel (24) zum Bearbeitungskopf (13) ge führt wird, oder die Lichtquelle (25) unmittelbar am Bearbeitungskopf (13) angeordnet ist, so dass ein Lichtstrahlbündel (24) vom Bearbeitungskopf (13) auf einen Bearbei tungsbereich gelenkt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf (13) beweglich gelagert ist, so dass das Lichtstrahlbündel (24) auf unterschiedliche Stellen im Bearbeitungsbereich gelenkt werden kann, und wobei mehrere Bearbeitungsköpfe (13) zum jeweiligen Lenken eines Lichtstrahlbündels (24) auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sind, und die Bearbeitungsköpfe jeweils an einem Schlitten (17) angeordnet sind, welcher entlang einer Traverse (14) verfahrbar ist, wobei die Bearbeitungsköpfe (13) jeweils mittels eines um eine vertikale Schwenkachse (20) schwenkbaren Schwenkarmes (18) an jeweils einem der Schlitten (17) angeordnet sind. 1. Device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, with a light source (25) for generating a light beam (24), a processing head (13) which is either coupled to the light source (25) with a beam guide, so that the light beam (24) leads to the processing head (13) ge, or the light source (25) is arranged directly on the processing head (13) so that a light beam (24) can be directed from the processing head (13) to a processing area , wherein the processing head (13) is movably mounted so that the light beam (24) can be directed to different locations in the processing area, and several processing heads (13) are provided for each directing a light beam (24) onto the processing area, and the Machining heads are each arranged on a slide (17) which can be moved along a traverse (14), the Bear processing heads (13) are each arranged on one of the carriages (17) by means of a swivel arm (18) which can be swiveled about a vertical swivel axis (20).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,dass die Schwenkarmen mit einer Länge von zumindest 5 cm ausgebildet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the pivot arms are designed with a length of at least 5 cm.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest entlang den Schwenkarmen (18) die Strahlführung für das jeweilige Lichtstrahlbündel (24) mittels Reflektorelementen (27, 28) ausgebildet ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least along the pivot arms (18) the beam guide for the respective light beam (24) is formed by means of reflector elements (27, 28).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkarme (18) aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind und/oder an einem jeden von einer Schwenkachse (20) entfernten Ende ein Reflektorelement (28) zum Lenken des jeweiligen Lichtstrahlbündels (24) auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pivot arms (18) are made of plastic, in particular fiber-reinforced plastic, and / or are removed on each of a pivot axis (20) At the end a reflector element (28) is provided for directing the respective light beam (24) onto the processing area.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den von einer Rotationsachse (20) entfernten freien Enden der Schwenkarme (18) jeweils eine der Lichtquellen (25) oder jeweils ein Resonator (33) eines als Licht quelle (25) dienenden Lasers angeordnet sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that one of the light sources (25) or one resonator (33) each as a light source ( 25) serving laser are arranged.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlführungen vorgesehen und zumindest teilweise als Lichtleiter (21, 26) ausgebildet sind. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that several beam guides are provided and at least partially designed as light guides (21, 26).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel zueinander und in einer Ebene angeordnete Traversen (14) vorge sehen sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality of cross members (14) arranged parallel to one another and in one plane are provided.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Traversen (14) ortsfest angeordnet sind. 8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the cross members (14) are arranged in a stationary manner.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Traverse (14) zumindest zwei unabhängig voneinander verfahrbare Schlitten (17) gelagert sind, wobei ein jeder Schlitten (17) einen Bearbeitungskopf (13) aufweist. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least two independently movable carriages (17) are mounted on each traverse (14), each carriage (17) having a processing head (13).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (25), insbesondere ein Array von Leuchtdioden und/oder Halbleiterlaser, vorgesehen sind, wobei eine jede Lichtquelle (25) einem oder mehreren Bearbeitungsköpfen (13) zugeordnet ist. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that several light sources (25), in particular an array of light-emitting diodes and / or semiconductor lasers, are provided, each light source (25) being assigned to one or more processing heads (13) .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplexer zum Verteilen des Lichtstrahlbündels einer der Lichtquellen (25) auf unterschiedliche Strahlführungen, welche zu jeweils einem der Bearbeitungsköpfe (13) führen, vorgesehen ist. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that that a multiplexer is provided for distributing the light beam from one of the light sources (25) to different beam guides which each lead to one of the processing heads (13).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass mehrere Be- arbeitungsköpfe (13) gleichzeitig bewegt und/oder gleichzeitig mit einem Lichtstrahlbün del (24) beaufschlagt werden können. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a control device is provided which is designed such that several processing heads (13) can be moved simultaneously and / or can be acted upon by a light beam (24) at the same time.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulverbett (3) vorgesehen ist, das den Bearbeitungsbereich bildet. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that a powder bed (3) is provided which forms the processing area.
14. Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Be arbeitungstisch (36) mit einer vorzugsweise horizontalen Tischplatte (37), die eine Aufla gefläche für ein Pulverbett (3) bildet, wobei der Bearbeitungstisch (36) über eine die Tischplatte (37) zumindest partiell seitlich begrenzende Wandung (42) verfügt, und wo bei die Tischplatte (37) und die Wandung (42) gemeinsam den Bearbeitungsbereich de finieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (42) vorzugsweise senkrecht zur Tischplatte (37) verfahrbar ist. 14. Device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, preferably according to one of claims 1 to 13, with a loading work table (36) with a preferably horizontal table top (37) which has a support surface for a powder bed (3 ), wherein the processing table (36) has a wall (42) which at least partially laterally delimits the table top (37), and where the table top (37) and the wall (42) jointly define the processing area, characterized in that the wall (42) is preferably movable perpendicular to the table top (37).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (42) ge meinsam mit wenigstens einer weiteren Komponente verfahrbar ist, vorzugsweise einer Lichtquelle (25) und/oder einem Bearbeitungskopf (13) und/oder einer Rakel (9) und/o der einem Auftragsspender (39) und/oder einem Vorratszylinder (4). 15. The device according to claim 14, characterized in that the wall (42) can be moved together with at least one further component, preferably a light source (25) and / or a processing head (13) and / or a doctor blade (9) and / o an order dispenser (39) and / or a storage cylinder (4).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auf tragsspender (39) zum Aufträgen von selektiv zu schmelzendem oder zu sinterndem Pul ver (11) auf die Tischplatte (37) vorgesehen ist. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that an order dispenser (39) is provided for applying powder (11) to be selectively melted or sintered onto the table top (37).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sammelvorrichtung vorgesehen ist, vorzugsweise ausgebildet als Sammelbecken (48), um überschüssiges Pulver (11) aufzunehmen, das aus dem Bearbeitungsbereich gelangt ist. 17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that a collecting device is provided, preferably designed as a collecting basin (48) in order to receive excess powder (11) that has come out of the processing area.
18 Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugung (49) und ein Filter (50) vorgesehen sind, um das überschüssige Pulver abzusaugen, zu filtern und wiederverwenden zu können. Device according to claim 17, characterized in that a suction device (49) and a filter (50) are provided in order to be able to suction off, filter and reuse the excess powder.
19. Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit wenigs tens einer beweglichen Komponente, vorzugsweise einem Bearbeitungskopf (13) und/o der einem Bearbeitungstisch (36) und/oder einer Wandung (42) und/oder einer Rakel (9) und/oder einem Auftragsspender (39), und einem Antrieb zum Verfahren der beweg lichen Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abstandssensor (52) zur vorzugsweise elektrooptischen Entfernungsmessung vorgesehen ist. 19. Device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, preferably according to one of claims 1 to 18, with at least one movable component, preferably a processing head (13) and / or a processing table (36) and / or a wall (42) and / or a doctor blade (9) and / or an order dispenser (39), and a drive for moving the movable component, characterized in that at least one distance sensor (52) is provided for preferably electro-optical distance measurement.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (52) ortsfest angeordnet ist, um den Abstand zwischen dem Abstandssensor (52) und der be weglichen Komponente zu messen. 20. The device according to claim 19, characterized in that the distance sensor (52) is arranged stationary in order to measure the distance between the distance sensor (52) and the moving component.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regelungsvorrichtung (55) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass die bewegli che Komponente in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zwischen dem Ab standssensor (52) und der beweglichen Komponente in eine Sollposition verfahrbar ist. 21. The device according to claim 19 or 20, characterized in that a control and regulating device (55) is provided, which is designed such that the moveable component as a function of the measured distance between the distance sensor (52) and the moveable Component can be moved into a target position.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, vorzugsweise drei Abstandssensoren (52) zur Entfernungsmessung zwischen den Ab standssensoren (52) und der beweglichen Komponente vorgesehen sind, um die räumli che Position der beweglichen Komponente zu bestimmen. 22. Device according to one of claims 19 to 21, characterized in that two, preferably three distance sensors (52) for distance measurement between the stand sensors (52) and the movable component are provided in order to determine the spatial position of the movable component.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigs tens drei Abstandssensoren (52) und wenigstens zwei bewegliche Komponenten vorge sehen sind, wobei jede Komponente in jeder Position von wenigstens drei Abstands sensoren (52) zur Entfernungsmessung erfassbar ist. 23. Device according to one of claims 19 to 22, characterized in that at least three distance sensors (52) and at least two movable components are provided, each component being detectable in every position by at least three distance sensors (52) for distance measurement.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeder beweglichen Komponente jeweils drei Abstandssensoren (52) zur Entfernungsmessung fest zugeordnet sind. 24. Device according to one of claims 19 to 22, characterized in that three distance sensors (52) are permanently assigned to each movable component for distance measurement.
25. Vorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen, insbesondere mittels selektiven Schmelzens oder Sinterns, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Glasplatte (56), deren Oberfläche eine Auflagefläche für Pulver (11) bildet, einem Bear beitungsbereich oberhalb der Glasplatte (56), einer Lichtquelle (25) zum Erzeugen eines Lichtstrahlbündels (24), einem unterhalb der Glasplatte (56) angeordneten Bearbei tungskopf (13), der entweder mit einer Strahlführung an die Lichtquelle (25) gekoppelt ist, so dass das Lichtstrahlbündel (24) zum Bearbeitungskopf (13) geführt wird, oder die25. Device for the generative production of components, in particular by means of selective melting or sintering, preferably according to one of claims 1 to 13, with a Glass plate (56), the surface of which forms a support surface for powder (11), a processing area above the glass plate (56), a light source (25) for generating a light beam (24), a processing head (56) arranged below the glass plate (56) 13), which is either coupled to the light source (25) with a beam guide so that the light beam (24) is guided to the processing head (13), or the
Lichtquelle (25) unmittelbar am Bearbeitungskopf (13) angeordnet ist, so dass ein Licht strahlbündel (24) vom Bearbeitungskopf (13) durch die Glasplatte (56) auf den Bearbei tungsbereich gelenkt werden kann, wobei der Bearbeitungskopf (13) beweglich gelagert ist, so dass das Lichtstrahlbündel (24) auf unterschiedliche Stellen im Bearbeitungsbe- reich gelenkt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere BearbeitungsköpfeThe light source (25) is arranged directly on the processing head (13) so that a light beam (24) can be directed from the processing head (13) through the glass plate (56) to the processing area, the processing head (13) being movably mounted, so that the light beam (24) can be directed to different points in the processing area, characterized in that several processing heads
(13) zum jeweiligen Lenken eines Lichtstrahlbündels (24) durch die Glasplatte (53) auf den Bearbeitungsbereich vorgesehen sind, wobei die Bearbeitungsköpfe (13) jeweils an einem Schlitten (17) angeordnet sind, welcher entlang einer Traverse (14) verfahrbar ist. (13) are provided for directing a bundle of light rays (24) through the glass plate (53) onto the processing area, the processing heads (13) each being arranged on a slide (17) which can be moved along a cross-member (14).
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