NL2027235B1

NL2027235B1 - Method for manufacturing a molded body

Info

Publication number: NL2027235B1
Application number: NL2027235A
Authority: NL
Inventors: Henricus Adrianus Van Lieshout Richard
Original assignee: Henricus Adrianus Van Lieshout Richard
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-07-20

Abstract

Werkwijze voor het vervaardigen van een vormlichaam 5 Bij 3D—printen door middel van selectief lasersmelten worden dunne lagen van geatomiseerd fijn metaalpoeder gelijkmatig verdeeld op een substraatplaat aangebracht. Na het aanbrengen van een laag wordt het poeder selectief plaatselijk gesmolten door middel van een laserstraal. Het proces wordt laag na laag herhaald totdat het gewenste vormlichaam is voltooid. Bij het op deze Wijze 3D—printen van lange, slanke onderdelen 10 5 van het vormlichaam 1, wordt op geringe afstand van de te printen onderdelen 5 over nagenoeg de hele lengte en hoogte van de onderdelen een supportstructuur 7 geprint. Doordat de lange, slanke onderdelen 5 hierbij opgesloten zitten tussen de delen 9 van de supportstructuur wordt kromtrekken van deze onderdelen voorkomen. Doordat de supportstructuur 7 niet vast zit aan het vormlichaam 1 kan het nadien relatief 15 gemakkelijk worden verwijderd. (Figuur 6)Method for manufacturing a molded body In 3D printing by means of selective laser melting, thin layers of atomized fine metal powder are applied evenly distributed on a substrate plate. After applying a layer, the powder is selectively melted locally by means of a laser beam. The process is repeated layer after layer until the desired molding is completed. When long, slender parts 5 of the molding 1 are 3D printed in this way, a support structure 7 is printed at a small distance from the parts 5 to be printed over virtually the entire length and height of the parts. Because the long, slender parts 5 are here enclosed between the parts 9 of the support structure, warping of these parts is prevented. Because the support structure 7 is not fixed to the molded body 1, it can be removed relatively easily afterwards. (Figure 6)

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een vormlichaam BESCHRIJVING:Method for manufacturing a molded body DESCRIPTION:

Gebied van de uitvinding De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een vormlichaam voorzien van ten minste één lang, slank onderdeel, in overeenstemming met driedimensionale gegevens van een model van het vormlichaam, door achtereenvolgens meerdere lagen van een metaalachtig poeder vrij van bindmiddelen en vloeimiddelen plaatselijk op elkaar af te zetten, waarbij elke laag poeder plaatselijk wordt verhit tot smelttemperataur door middel van een gerichte laserstraal die wordt aangebracht op een gegeven gebied dat overeenkomt met uit de driedimensionale gegevens verkregen dwarsdoorsnedegegevens van het vormlichaam, waarbij elke poederlaag plaatselijk wordt bevestigd aan de gesmolten en weer gestolde delen van de onderliggende laag, waarbij een beschermende gasatmosfeer boven de interactiezone van de laserstraal en het metaalachtige poeder wordt gehandhaafd.Field of the Invention The invention relates to a method of manufacturing a molding comprising at least one long, slender part, in accordance with three-dimensional data of a model of the molding, by successively applying several layers of a metallic powder free of binders. and locally depositing fluxes, wherein each layer of powder is locally heated to melting temperature by means of a focused laser beam applied to a given area corresponding to cross-sectional data obtained from the three-dimensional data of the molding, each layer of powder being locally attached to the molten and resolidified portions of the underlying layer, maintaining a protective gas atmosphere above the zone of interaction of the laser beam and the metallic powder.

De hierboven beschreven vervaardigingswijze is het zogenaamde SLM- printproces (SLM staat voor ‘selective laser melting’). Stand van de techniek Een werkwijze volgens de aanhef van conclusie 1 is bekend uit de internationale octrooiaanvrage WO98/24574A.The manufacturing method described above is the so-called SLM printing process (SLM stands for 'selective laser melting'). Prior art A method according to the preamble of claim 1 is known from international patent application WO98/24574A.

Tijdens het 3D-printen van een lang, slank onderdeel door middel van een SLM-printproces ontstaan sterke vervormingen in dit onderdeel als gevolg van optredende spanningen.During the 3D printing of a long, slender part by means of an SLM printing process, strong deformations occur in this part as a result of occurring stresses.

Om de vervorming tegen te gaan is het bekend om een supportstructuur mee te printen.It is known to print a support structure to counteract the deformation.

Deze supportstructuur heeft meestal diverse aanhechtingspunten met het te printen onderdeel en is indien aanwezig aan de binnenzijde van een vormlichaam vaak lastig te verwijderen.This support structure usually has various attachment points with the part to be printed and, if present on the inside of a molding, is often difficult to remove.

Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze waarbij deze vervorming worden voorkomen of althans in sterk mindere mate optreden en waarbij de supportstructuur gemakkelijk is te verwijderen, Hiertoe is de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat op geringe afstand van het te printen lange, slanke onderdeel over nagenoeg de hele lengte en hoogte van het onderdeel een supportstructuur geprint wordt. Deze supportstructuur worden dus op een kleine afstand van het te printen onderdeel gevormd en komt niet aan het onderdeel vast te zitten. Doordat het lange, slanke onderdeel ondersteund wordt door de supportstructuur wordt kromtrekken van het lange, slanke onderdeel voorkomen. Voorts zorgt de supportstructuur voor een betere afvoer van de warmte uit het lange, slanke onderdeel waardoor kans op kromtrekken verder wordt gereduceerd.An object of the invention is to provide a method in which this deformation is prevented or at least occurs to a much lesser extent and in which the support structure can be easily removed. , slim part, a support structure is printed over almost the entire length and height of the part. This support structure is thus formed at a small distance from the part to be printed and does not get stuck to the part. Because the long, slender part is supported by the support structure, warping of the long, slender part is prevented. Furthermore, the support structure ensures better heat dissipation from the long, slender part, further reducing the risk of warping.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de supportstructuur aan beide zijden van het onderdeel op geringe afstand naast het te printen lange, slanke onderdeel wordt mee geprint. Doordat het lange, slanke onderdeel hierbij opgesloten zit tussen delen van de supportstructuur wordt kromtrekken van het lange, slanke onderdeel voorkomen.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the support structure is printed on both sides of the part at a short distance next to the long, slender part to be printed. Because the long, slender part is hereby locked in between parts of the support structure, warping of the long, slender part is prevented.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat de supportstructuur een ondersteuning omvat die voorafgaand aan het printen van het lange, slanke onderdeel onder de plaats waar het onderdeel wordt geprint, wordt geprint, waarna het onderdeel op geringe afstand boven deze ondersteuning wordt geprint. De supportstructuur kan dus ook gebruikt worden voor het ondersteunen van een te printen, zich horizontaal uitstrekkend onderdeel dat in een hoger gedeelte van het vormlichaam gevormd dient te worden. De ondersteuning vormt hierbij een geheel met de rest van de supportstructuur en komt ook niet vast te zitten aan het onderdeel.A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the support structure comprises a support which, prior to printing the long, slender part, is printed below the place where the part is printed, after which the part is placed a short distance above this support. is printed. The support structure can thus also be used to support a horizontally extending part to be printed and to be formed in a higher part of the molding. The support forms a whole with the rest of the support structure and does not get stuck to the part.

Beknopte omschrijving van de tekeningen Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van een vormlichaam en supportstructuur die vervaardigd worden bij de werkwijze volgens de uitvinding. Hierbij toont: Figuur 1 een te printen vormlichaam in perspectief;Brief description of the drawings The invention will be further elucidated below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawings of a molded body and support structure which are manufactured with the method according to the invention. Herein: Figure 1 shows a perspective view of a molded body to be printed;

Figuur 2 het in figuur 1 weergegeven vormlichaam in bovenaanzicht; Figuur 3 het in figuur | weergegeven vormlichaam in langsdoorsnede; Figuur 4 het in figuur 1 weergegeven vormlichaam samen met de supportstructuur in perspectief; Figuur 5 het in figuur 4 weergegeven vormlichaam samen met de supportstructuur in bovenaanzicht; en Figuur 6 het in figuur 4 weergegeven vormlichaam samen met de supportstructuur in langsdoorsnede.Figure 2 shows a top view of the molded body shown in Figure 1; Figure 3 the in figure | shaped body shown in longitudinal section; Figure 4 is a perspective view of the shaped body shown in Figure 1 together with the support structure; Figure 5 shows the shaped body shown in Figure 4 together with the support structure in top view; and Figure 6 shows the shaped body shown in Figure 4 together with the support structure in longitudinal section.

Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen Bij een SLM 3D printproces worden uit 3D CAD-bestandsgegevens van het te printen vormlichaam 2D CAD-bestandsgegevens ontleend van lagen van het in lagen opgedeelde vormlichaam.Detailed description of the drawings In an SLM 3D printing process, from 3D CAD file data of the molding to be printed, 2D CAD file data of layers of the layered molding is derived.

Het vormlichaam is hierbij in lagen van tussen 20 en 100 micrometer dik opgedeeld.The shaped body is divided into layers of between 20 and 100 micrometers thick.

Deze 2D CAD-bestandsgegevens worden vervolgens geladen in een softwarepakket voor het voorbereiden van bestanden dat parameters, waarden en fysieke ondersteuning toewijst, waarmee het bestand kan worden geïnterpreteerd en gebruikt door verschillende soorten 3D-printmachines.This 2D CAD file data is then loaded into a file preparation software package that assigns parameters, values, and physical support, allowing the file to be interpreted and used by various types of 3D printing machines.

Bij selectief lasersmelten (SLM) worden dunne lagen van geatomiseerd fijn metaalpoeder gelijkmatig verdeeld op een substraatplaat aangebracht met behulp van een coatinrichting.In selective laser melting (SLM), thin layers of atomized fine metal powder are applied evenly distributed on a substrate plate using a coater.

Deze substraatplaat is meestal van metaal en is bevestigd aan een indexeertafel die in de verticale (Z-)richting beweegt.This substrate plate is usually made of metal and is attached to an indexing table that moves in the vertical (Z) direction.

Dit vindt plaats in een kamer die een strak gecontroleerde atmosfeer van inert gas, meestal argon of stikstof, bevat.This takes place in a chamber containing a tightly controlled atmosphere of inert gas, usually argon or nitrogen.

Na het aanbrengen van een laag van de onderdeelgeometrie wordt deze versmolten door het poeder selectief te smelten.After applying a layer of the part geometry, it is fused by selectively melting the powder.

Dit wordt bereikt met een krachtige laserstraal.This is achieved with a powerful laser beam.

De laserstraal wordt in de X- en Y-richting gericht.The laser beam is directed in the X and Y directions.

De laserenergie is intens genoeg om de deeltjes volledig te laten smelten (lassen) om massief metaal te vormen.The laser energy is intense enough to completely melt (weld) the particles to form solid metal.

Het proces wordt laag na laag herhaald totdat het vormlichaam is voltooid.The process is repeated layer after layer until the molding is completed.

Nadat het vormlichaam is gevormd, kan het van de machine worden verwijderd.After the molding is formed, it can be removed from the machine.

Het vormlichaam moet hierbij van de substraatplaat worden verwijderd, wat vaak met een zaag gebeurt.The molded body has to be removed from the substrate plate, which is often done with a saw.

In de figuren 1-3 is een voorbeeld van een te printen vormlichaam 1 getoond, in respectievelijk perspectief, bovenaanzicht en langsdoorsnede.Figures 1-3 show an example of a molded body 1 to be printed, in perspective, top view and longitudinal section, respectively.

Het vormlichaam 1 bestaat uit een holle cilinder 3 en twee daaraan bevestigde lange. slanke onderdelen 5, die gevormd zijn door dunne bladveren. Tijdens het 3D-printen wordt op geringe afstand van de te printen lange, slanke onderdelen 5 over nagenoeg de hele lengte en hoogte van de onderdelen een supportstructuur 7 geprint. In de figuren 4-6 is het vormlichaam 1 en de supportstructuur 7 weergegeven, in respectievelijk perspectief, bovenaanzicht en langsdoorsnede.The shaped body 1 consists of a hollow cylinder 3 and two long ones attached thereto. slender parts 5, which are formed by thin leaf springs. During 3D printing, a support structure 7 is printed at a small distance from the long, slender parts 5 to be printed over virtually the entire length and height of the parts. Figures 4-6 show the molded body 1 and the support structure 7, in perspective, top view and longitudinal section, respectively.

Deze supportstructuur 7 heeft twee delen 9 die aan beide zijden van het te printen lange, slanke onderdeel 5 op geringe afstand naast het onderdeel 5 worden mee geprint. Doordat de lange, slanke onderdelen 5 hierbij opgesloten zitten tussen de delen 9 van de supportstructuur wordt kromtrekken van de lange, slanke onderdelen voorkomen.This support structure 7 has two parts 9 which are printed alongside the part 5 on both sides of the long, slender part 5 to be printed at a small distance. Because the long, slender parts 5 are here enclosed between the parts 9 of the support structure, warping of the long, slender parts is prevented.

De supportstructuur 7 heeft voorts twee ondersteuningen 11 die voorafgaand aan het printen van elk van de lange, slanke onderdelen 5 onder de plaats waar deze onderdelen worden geprint, worden geprint, waarna het betreffende onderdeel 5 op geringe afstand boven deze ondersteuning 11 wordt geprint. De supportstructuur 7 dient dus voor het ondersteunen van de zich horizontaal uitstrekkende onderdelen 5 tijdens het 3D-printen. De ondersteuningen 11 vormen hierbij een geheel met de rest van de supportstructuur en komen ook niet vast te zitten aan het vormlichaam 1.The support structure 7 further has two supports 11 which are printed below the location where these parts are printed prior to the printing of each of the long, slender parts 5, after which the relevant part 5 is printed a short distance above this support 11 . Thus, the support structure 7 serves to support the horizontally extending parts 5 during 3D printing. The supports 11 here form a whole with the rest of the support structure and also do not get stuck to the molding 1.

Na het 3D-printen kan de supportstructuur 7 relatief eenvoudig worden verwijderd doordat deze niet vast zit aan het vormlichaam 1.After 3D printing, the support structure 7 can be removed relatively easily because it is not attached to the molding 1.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.Although the invention has been elucidated in the foregoing with reference to the drawings, it should be noted that the invention is by no means limited to the embodiment shown in the drawings. The invention also extends to all embodiments deviating from the embodiment shown in the drawings within the framework defined by the claims.

Claims

CONCLUSIONS:

A method for manufacturing a molding (1) provided with at least one long, slender part (5), in accordance with three-dimensional data of a model of the molding, by successively layering several layers 5 of a metallic powder free of binders and locally depositing fluxes, wherein each layer of powder is locally heated to melting temperature by means of a focused laser beam applied to a given area corresponding to the cross-sectional data obtained from the three-dimensional data of the molding, each layer of powder being locally attached to the molten and resolidified parts of the underlying layer, maintaining a protective gas atmosphere above the zone of interaction of the laser beam and the metallic powder, characterized in that at a small distance from the long, slender part (5) to be printed over almost the whole length and height of the part a su report structure (7) is printed.

Method according to claim 1, characterized in that the support structure (7) is printed on both sides of the part (5) at a short distance next to the long, slender part to be printed.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the support structure (7) comprises a support (11) which is printed below the location where the part is printed prior to printing the long, slender part (5) , after which the part (5) is printed a short distance above this support (11).