WO2003049926A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines aus mehreren schichten bestehenden dreidimensionalen bauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines aus mehreren schichten bestehenden dreidimensionalen bauteils Download PDF

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WO2003049926A2
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    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/108—Flash, trim or excess removal

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a three-dimensional component consisting of several layers.
  • LOM Laminated Object Manufacturing
  • the technique relies' ichtwe ⁇ sen on the SCH structure of several layers of material comprising the body geometry of the body.
  • the data of a CAD design is accessed during production. This data is prepared for the control of corresponding systems, which are used in layer construction and which produce the respective geometry of the corresponding layer in order to form a three-dimensional component.
  • the requirements for such processes increase due to the requirement that thin layers with a thickness of for example, 0.1 to 1.0 mm have to be processed to produce a component.
  • US Pat. No. 5,637,175 shows an embodiment of a method for producing a component built up in layers, in which a layer of a plate-shaped material is fed to a processing station in which a multiplicity of layers were previously positioned and connected to one another. The last supplied layer is applied to these layers and soldered to it.
  • the geometry of the layer is introduced by a laser tool, which creates an area in the layer that is to be retained for the component and another area that is to be removed as waste.
  • the laser is guided along the undesired areas in order to weaken or loosen the solder connection so that the undesired areas can be removed.
  • This document also shows a method in which a first shape is first cut out of a material web, which is fed to a second processing station via a conveyor belt.
  • a stack with several layers is positioned under pressure to the layer to be newly applied.
  • the solder layer is softened by grid-shaped scanning, so that the new layer to be applied is soldered onto the stack.
  • the unwanted areas are cut by the laser, so that only the area for forming the three-dimensional component remains on the stack.
  • this document shows a method in which the layers to be built up are provided in a heated chamber. It is provided here that the temperature of the chamber is just below the melting point of the solder, whereas a heating roller is provided to connect the top layer to the stack, which supports the soldering process.
  • This method has the disadvantage that, due to the high temperature, the solder layer lying immediately below the two layers to be joined also melts, which means that there is a risk of the layers shifting due to the heating roller rolling off from one another. As a result, an exact production of the component with high process reliability cannot be guaranteed.
  • This method uses a composite material in which the layer provided for the component is arranged on a carrier material.
  • a low-melting solder layer is provided between the layer and the carrier material.
  • a higher-melting solder layer is applied to the side opposite the carrier material.
  • This carrier material is fed to a first processing station.
  • the contour is introduced into the layer, for example by a laser.
  • the composite material is heated above the higher melting solder layer and a base plate receiving the stack is moved up and down by means of a lifting table.
  • the layer is applied to the stack under pressure. By cooling the higher melting solder, the layer to be applied remains on the stack.
  • the solder that melts down still remains liquid, so that the newly applied layer is lifted off the carrier material.
  • This process requires the provision of a complex composite material and an exact positioning of the contour of the layer to be applied to the stack for the production of the desired component geometry.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method and a device which enables the dimensionally precise manufacture and stress-free arrangement of the individual layers for the layer-by-layer construction of a component in a simple manner based on a CAD model.
  • the method according to the invention has the advantage that a component produced in one process section by a layered construction of at least two material webs is subjected to a heat treatment in its entirety in a second process section in order to form a cohesive material connection between the individual material webs.
  • the finished component is stress-free and the simultaneous heating and treatment of all material webs creates a uniform connection that extends over the individual layers.
  • This second stage of the process also maintains the dimensional accuracy of the component built up in the first section, since the heat treatment acts uniformly on all material webs of the bad construction.
  • the layered structure is used at least partially, preferably completely, surrounded by a powder in a chamber for heat treatment.
  • any geometry can be positioned in the chamber for the heat treatment.
  • the geometry of the bad structure is maintained during the heat treatment in the powder bed.
  • the chamber is heated in a heating phase to a temperature which is higher than an evaporation temperature of an adhesive provided between the individual layers. In the heating phase, the adhesive is driven out and evaporated as an intermediate layer from the individual layers due to the temperature, so that the. preparation in layers for a subsequent process for material bonding.
  • the chamber is filled with a neutral powder for the layer structure, adhesive, solder or welding agent. This prevents the powder from sticking or caking to the layered structure during the heat treatment.
  • the powder surrounding the component does not affect the component geometry.
  • the layered structure is advantageously subjected to a pressure in the chamber. On the one hand, this enables compensation for the shrinkage process due to the expelled adhesive. On the other hand, the pressure required in the powder bed for the planar contact of the layers with one another is maintained in order to produce a uniform material connection between the individual material webs.
  • the powder bed which also surrounds the layered structure, has the advantage that the surrounding areas remain constant in their geometry during the pressure load from above, so that the individual layers are positioned in relation to one another in the intended position without any horizontal displacement during the heat treatment stay. A change in the overall height of the layer-by-layer structure due to the expelled adhesive is compensated for by the powder and does not affect the position of the individual layers relative to one another.
  • the chamber is filled with a non-solderable, non-weldable and difficult to sinter powder.
  • the powder advantageously has a chemically neutral behavior towards the component on. After the heat treatment, the three-dimensional component can be easily removed from the powder bed.
  • Boron nitride powder, corundum powder or graphite powder are preferably provided as powder material.
  • the powder introduced into the chamber for the integral connection of the poor structure is composed of a powder mixture with at least one base powder and at least one additional powder, the additional powder being evaporated in the heating phase of the heat treatment. It can thereby be achieved that the powder surrounding the layered structure also experiences a reduction in height as the layered structure and a pressure on the layered structure that is uniformly distributed over the surface can be maintained.
  • a percentage by volume of the additional powder is added to the base powder, which essentially corresponds to the percentage by volume of the adhesive applied between the individual material webs.
  • the proportional reduction in the height of the layered structure during the heating phase by evaporation of the adhesive corresponds to that of the powder mixture by evaporation of the additional powder, as a result of which the exact positioning of the individual material webs of the layered structure is maintained one above the other.
  • hydrocarbon compounds in particular polymers
  • hydrocarbon compounds are preferably added to the base powder.
  • Polyolefins, polyacetates, polyacrylates or the like are preferably used.
  • the additional powder preferably has a grain size that corresponds to the base powder. A grain size of less than 1 mm is preferably used. This creates sufficient interspaces for sufficient evaporation of the adhesive and additional powder and ensures that the individual material webs are securely positioned for the material connection of the layered structure.
  • a layer-by-layer structure of a powder consisting of a basic powder and a powder mixture consisting of at least one basic powder and at least one additional powder is provided.
  • boron nitride, corundum or graphite powder is used as the base powder, which is introduced in the area of a base plate for the layered construction.
  • a powder mixture of at least one base powder and at least one additional powder is provided in an area adjacent to the layered structure.
  • a powder mixture or a base powder can be provided above it. Due to the variable filling of the powder and the at least one powder mixture in the chamber, there can be flexible adaptation to different changes in height of the layered structure in the heat treatment for the material-to-material connection, in particular in a layered structure which comprises different thicknesses of the material webs or intermediate layers.
  • the heating phase is ended at a temperature which is above the evaporation temperature of the adhesive and that a solder provided between the material webs of the layered structure is converted into a flowable state. This allows the heat treatment to be completed with a soldering process.
  • the heating phase is ended at a temperature at which welding, in particular diffusion welding, of the material webs takes place. This means that all-metal components can be manufactured.
  • the method according to the invention for producing a layer-by-layer structure makes it possible to reduce the number of work steps to enable a faster layer-by-layer structure for a component geometry, which moreover enables an exact design.
  • an adhesive layer is advantageously provided on at least one side of the material web, which enables at least one pre-fixation or one fixation after the uppermost material web has been placed on the layer structure underneath is possible.
  • the desired contour for the corresponding layer is then preferably introduced using a laser.
  • the undesired areas are preferably removed by suction, areas, for example, which adhere to an underlying layer due to the adhesive being removed by softening the adhesive layer by means of a laser beam.
  • the adhesive layer is adjusted in such a way that even a slight heating of the undesired areas is sufficient to remove the adhesive connection, so that the adjacent areas remain almost unaffected.
  • the device according to the invention for producing a material connection in a component consisting of a layered structure in particular for carrying out the second method section according to the method described above, has the advantage that heat treatment of the layered structure is possible both with and without a base plate.
  • a heat treatment can be carried out, which enables a material connection between the individual layers.
  • a cover of the device has a stamp which is adjacent to the inner wall of the chamber.
  • the device according to the invention for producing a layered structure in particular for carrying out the first method section in accordance with the method described above, has the advantage that a quick and exact structure is made possible in which the layers are pre-fixed or fixed to one another by adhesive and free from internal ones or thermal stresses are arranged to each other. Further advantageous refinements and developments of the method, in particular for carrying out the first method step, are specified in the further claims.
  • the powder consisting of a basic powder or the powder mixture consisting of at least one basic powder and at least one additional powder can also be used exclusively for a second process section, in which an at least partial heat treatment of the three layers of a three-dimensional component takes place between the individual material webs material material connection is made.
  • the layer-by-layer structure of a three-dimensional component for carrying out the second method section can also be constructed differently from the first method section.
  • the powder according to the invention and the powder mixture according to the invention can be used at least to carry out the second process section.
  • the compositions and properties of the powder and the powder mixture described can be combined with one another as desired and are not limited to the embodiments and uses described in detail. The manufacture of a component according to the invention is described in more detail with reference to the following drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plant for producing a layered structure in a first process section
  • FIGS. 2 a to g show a schematic sectional illustration of the material webs with different structures provided for the layer-by-layer structure
  • FIGS. 3 a to c are schematic representations for introducing a contour and for removing unwanted areas
  • FIGS. 4 a and b show schematic representations of the devices according to the invention for carrying out a second method section.
  • FIG. 1 For the production of a component 11 consisting of several layers, a system 12 is shown in FIG. A device 13 is shown in FIGS. 4 a and b, which, for example, enables a second process section to be carried out.
  • the system 12 and the device 13 are connected in series and can be connected to one another, for example, by a transport or handling system, which is not shown in detail.
  • the system 12 and device 13 enable the production of a three-dimensional component on the basis of a three-dimensional CAD model. For example, prototypes or small series. getting produced. It is also possible to quickly manufacture individual tools.
  • System 12 for carrying out the first method step is described in more detail below.
  • a material web 16 is used for a layered structure 14.
  • the material web 16 is drawn off from a roll 17 and fed to a processing station 18.
  • the processing station 18 consists of a guide unit 19 with a lifting table 21, on which a base plate 22 is provided for building up the individual layers.
  • a processing unit 23 which consists, for example, of a laser, from which a laser beam 27 is deflected onto the base plate 22 via a scanner 24 in order to process a material web 16 positioned on the base plate 22.
  • the laser beam 27 can also be deflected by further optics which are arranged to be movable at least in an XY axis system.
  • the material web 16 fed to the processing unit 23 has a layer of adhesive 26 at least on one side, preferably on its underside, so that the area of the material web 16 introduced in the processing station 18 on the base plate 22, provided that it is the first layer, or is glued to a previously applied layer.
  • a contour is introduced at least into the uppermost material web 16 by a laser beam 27. This laser engraving can be used to produce an exact cutting gap between the remaining material and the undesired material or waste material. This is described in more detail below in FIGS. 3 a to c.
  • the lifting table 21 is moved downward in the Z direction by an amount.
  • the material web 16 is clocked further in the direction of the arrow 28, so that a waste material web 29 is rolled up on a roll 31.
  • a sheet product can also be provided.
  • individual panels can be placed on a conveyor belt or the processing tion station 18 supplied and removed after processing or placed directly.
  • the component 11 produced in the processing station 18 by means of a layered structure 14, in which the individual material webs 16 lying one above the other are glued to one another, is referred to as a green body or green part.
  • the adhesive used is designed such that there is a sufficient adhesive effect between the individual material webs 16 in order to fix the material webs 16 positioned relative to one another in an exact position relative to one another, for example after laser engraving.
  • the adhesive is set in such a way that a laser beam 27 weakens or breaks the adhesive connection at the points which fix the waste material or material to be removed to an underlying layer.
  • the material web 16 is preferably formed from a higher temperature-resistant material.
  • Metallic materials in particular are provided as material web 16.
  • ceramic materials can also be used.
  • layer thicknesses in the range from 0.05 mm to 2 mm are provided, for example. The manufacturing accuracy of the components can be increased by using thin layer thicknesses.
  • the layered structure 14 produced in the machining station 18 does not correspond to the actual height when viewed in the Z direction, since at least the adhesive is provided between the individual layers.
  • the adhesive is driven out, so that the size of the green part is reduced compared to the final size.
  • a layer thickness measuring device 32 is provided in front of the processing station 18, which determines the actual layer thickness of the supplied material web 16 without an adhesive layer. By adding the individual determined layer thicknesses, the component height for the finished component can be determined very precisely. This allows the swans cations in the layer thickness can be recorded, which can be +/- 4% and can have a significant impact on a large number of layers.
  • the layer thickness measurement can be carried out on a material web 16 which has no or at least one adhesive layer on one side.
  • an adhesive application unit can be provided after the layer thickness measuring device 32.
  • This adhesive application unit can be provided, for example, in the form of a slot die for applying an adhesive, as a roller system or a spray system.
  • the application of, for example, a solder or the like can also be provided at the same time or subsequent to the adhesive application unit.
  • the material web 16 is provided as a roll and is already provided with an adhesive on at least one side of the material web 16, it can advantageously be provided that a separating layer is provided between the individual wound webs. This is drawn off directly in front of the layer thickness measuring device 32 via a roller arrangement, so that, on the one hand, the material web 16 provided on the roll 17 is easily unwound and a layer thickness measurement can then be carried out.
  • the lifting table 21 is transferred into a processing position.
  • the new material web 16 is introduced into the processing station 18.
  • the newly supplied material web 16 is pressed onto the layer underneath by at least one pressure roller 37 and glued on.
  • a pressure plate can also be provided, which is introduced into the processing station 18 for applying the pressure force.
  • the material web in the processing station 18 can be glued cold or under the influence of temperature, for example by heated rollers.
  • the lifting cylinders 36 are lowered and the material web 16 is clocked further.
  • the lifting cylinders 36 can lift the material web 16 upward in the direction of the processing unit 23 over the component 11. Subsequently, the material web 16 is clocked further and then the lifting cylinder 36 is lowered.
  • the arrangement of the processing station 18 shown in FIG. 1 can also be arranged rotated through 180 °. As a result, the waste material can fall out of the layered structure 14 by gravity.
  • a suction unit 38 is provided which sucks in the waste material and removes it from the processing station 18.
  • cleaning device 39 in particular a cleaning roller or brush, can be guided over the last applied material web 16 of the layered structure 14 in order to clean the surface and, if necessary, also to remove existing waste material and to prepare it for the subsequent layer. Furthermore, if there is no further layer, such as adhesive or solder, on the upper side of the material web 16, the cleaning roller 39 can at least partially smooth out a burr due to the laser engraving. Likewise, other impurities, dust residues or the like, which are removed during the processing of the material web 16 by the laser beam 27 and the loosening of at least one adhesive layer applied to the material web 16.
  • the cleaning device and suction unit or suction device can also be provided in one unit. This means that cleaning and removal of the waste material can be made possible if the top layer is run over once.
  • At least one sensor is provided in the processing station 18, which detects the current component height of the green part produced to date in order to position the lifting table 21 exactly in relation to the material web 16 that is being fed. At the same time, the monitoring and recording Solution of the current component height to adjust the laser focus in order to make an exact cut gap in the top material web and not to impair the material web underneath.
  • the system 12 shown in FIG. 1 and described in more detail can also be used, for example, for the production of a component made of paper, plastic material, wood or other materials.
  • the process parameters, in particular with regard to the power of the laser beam 27, are to be adapted accordingly to the selected materials.
  • the system 12 described in FIG. 1 is not necessarily provided for the implementation of a first process section according to the invention. This system is advantageously used for this. Other systems that enable the implementation of a first process step to build up a layer-by-layer construction are also conceivable.
  • this system can be used independently of a second method step, provided that the requirements are specific to the application that the material webs 16 stacked one above the other are fixed to one another by an adhesive or adhesive connection to form a layered structure 14. The material webs themselves are free from internal tension due to such an adhesive or adhesive connection.
  • FIGS. 2 a to g show a plurality of material webs 16 which can be used, for example, to carry out the method according to the invention.
  • the material web 16 has an adhesive layer 41, which is preferably arranged on an underside of the material web 16.
  • the adhesive layer 41 can also be arranged on the top of the material web 16 as well as on both sides of the material web 16.
  • solder layer 42 is provided in addition to the adhesive layer 41.
  • This solder layer 42 is arranged between the material web 16 and the adhesive layer 41.
  • the adhesive layer 41 can initially form a connection to the adjacent material web 16 during the production of the layered structure 14.
  • the solder layer 42 forms det performs a material connection between the individual material webs 16 when performing the second method section.
  • the combination of solder layer 42 and adhesive layer 41 can be provided on the top or on both sides.
  • FIG. 2 c shows an alternative embodiment of a material web 16 to FIG. 2 b.
  • the solder layer 42 and adhesive layer 41 are each provided separately on one side of the material web.
  • FIG. 2 d shows a further alternative arrangement of adhesive layer 41 and solder layer 42 to material web 16.
  • an adhesive layer 41 and solder layer 42 are provided on one side of the material web, whereas only the solder layer 42 is arranged on the opposite side.
  • FIG. 2 e a construction according to FIG. 2 e is shown, in which an adhesive layer 41 is provided on both sides of the material web 16 and a solder layer 42 is arranged only on one side of the material web 16.
  • FIG. 2 f shows an embodiment in which the adhesive layer 41 and solder layer 42 form a common layer.
  • the adhesive is integrated in the solder layer or the solder in the adhesive layer.
  • This embodiment can also be provided only on the top or on both sides of the material web.
  • FIG. 2 g A further alternative embodiment is shown in FIG. 2 g.
  • the layer 43 consists of a powder with a defined grain size, for example made of steel or the like, an adhesive being provided in the spaces.
  • This configuration makes it possible that a defined distance between the individual material webs 16 is already possible during the production of a green compact, that is to say a layer-by-layer structure 14 in the processing station 18 of the system 12.
  • FIGS. 3 a to c show individual work processes for producing a layer-by-layer structure 14 in a processing station 18.
  • a first material web 16 is applied to a base plate 22 by gluing.
  • the material web 16 is designed as a metal foil.
  • a cutting gap 51 is introduced with the laser beam 27 in order to form a first contour for a component 11.
  • cutting using an oxide chip can also be suitable.
  • the material web 16 is divided into two with respect to the layers to be built up, namely into a building layer 52 and also into a waste material 53.
  • the waste material 53 can be released and removed by the suction unit 38.
  • the adhesive effect between the base plate 22 and the waste material 53 is preferably melted by scanning the surface of the waste material 53.
  • the metal foil can be heated by the action of the laser beam 27 and a voltage can be introduced which leads to at least one end 54 of the waste material 53 bulging and being removed by suction or suction at a nozzle or vacuum plate or the like. If the area of the waste material 53 is too large for suction, it can be provided that this area is broken up into smaller areas by the laser beam by introducing further cutting slits.
  • FIG. 3 b shows a work process in which a plurality of material webs 16 are already arranged one above the other.
  • a cutting gap 51 is introduced by laser beam 27. Because of the geometry at hand, the cutting gap 51 is located directly adjacent to an underlying edge, so that at this point the waste material 53 rests on the underlying layer in a quasi-linear manner and can therefore be removed immediately.
  • the waste material 53 On the right-hand side of the stack, the waste material 53 has a flat overlap with the material web 16 underneath. In this area of coverage is required that the adhesive connection is released by scanning with a laser beam 27.
  • FIG. 3 c shows another case during a work process.
  • the cutting gap 51 is at the same level as the layer below or even further inside.
  • the waste material 53 can fall into the formed interior or cavity 56. Because of the very thin layers to be processed, the waste material 53 can only be removed via the suction device 38. If this cannot take place due to the material thickness or if damage to the last applied layer can occur, the waste material 53 is shredded by an additional work process. If appropriate, it can also be provided that the waste material 53 is already held by the suction device 38 during the laser engraving in order to prevent it from sinking into the interior 56.
  • FIGS. 3 a to c The work processes described in FIGS. 3 a to c are possible not only for the material webs 16 described in FIG. 2 and their alternatives, but also for further material combinations.
  • the suction unit 38 can preferably also be controllable or act only with respect to individual areas, so that the waste material 53 can be removed specifically in individual areas.
  • the adhesive effect of the adhesive between the material webs 16 can preferably be set such that there is a release due to the suction effect of the suction unit 38 for the waste material 53 even without the adhesive effect being canceled by a laser beam 27.
  • the section-by-section suction of the suction unit 38 can be controlled by the provision of the CAD data, which also control the travel path of the laser.
  • the layered structure 14 arranged on the base plate 22 is inserted into a chamber 61.
  • This chamber 61 has a bottom 62 and a peripheral wall 63.
  • the chamber 61 is closed by a cover 64 with a stamp 67 adjoining an inner wall 66 of the peripheral wall 63.
  • the layered structure 14 is inserted into a powder bed in the chamber 61 or the remaining free space in the chamber 61 is filled with a powder 68.
  • This powder 68 is preferably neutral to the material web used as well as at least to a solder layer, adhesive layer or a further layer which, for example, has a flux or welding filler.
  • the powder bed is formed from a non-solderable and difficult to sinter powder such as boron nitride or graphite.
  • the powder 68 is compacted to a certain degree in order to ensure that the layers are fixed to one another.
  • a connection process takes place in chamber 61, in which a material connection is established between the individual material webs.
  • the chamber 61 is heated in order to achieve removal or expulsion of the adhesive between the individual layers.
  • a force is applied to the cover 64 in order to produce a uniform material connection between the individual material webs.
  • the component shrinks in relation to the component height, the shrinkage of the component being compensated for by the tracking of the stamp 67.
  • the powder 68 surrounding the layer-by-layer structure 14 at the same time has the effect that the individual layers in the stacked-up position do not move relative to one another and thus maintain their exact position with respect to one another, although the adhesive bond between the individual layers is canceled due to the expulsion of the adhesive.
  • the solder When using material webs 16 which have at least one solder layer, the solder is liquefied by a further increase in the temperature in the heating phase in order to establish a material connection. go.
  • the component cools down after the soldered connection, preferably while maintaining the pressure, and is then removed from the powder bed. The surfaces of the component 11 are cleaned.
  • the temperature and the pressure are increased in such a way that welding, in particular diffusion welding, takes place between the material webs 16 ,
  • the heating process in chamber 61 can take place under protective gas, inert gas or in a vacuum.
  • the soldering or diffusion welding process takes place in a high temperature furnace. It is conceivable to work according to the charging principle, that is to say the chamber 61 is placed in a furnace in a cold state. The heating phase and the heating process are then carried out and the crucible or the device 13 is later removed again in the cold state.
  • a lock system can be provided, through which the crucible or the device 13 is introduced into a preheated oven. The lock then serves to bridge the temperature difference and to maintain the furnace atmosphere required to carry out the soldering or welding process. This two-stage procedure can reduce the cycle time for the connection process.
  • the production of a resilient component or prototype by the two-stage method according to the invention has the advantage that a component can be manufactured with high accuracy using different materials, in particular materials that are more temperature-resistant, and is also free of internal stresses.
  • a component can be manufactured with high accuracy using different materials, in particular materials that are more temperature-resistant, and is also free of internal stresses.
  • an exact production of the green part can be made possible.
  • the geometry is maintained by introducing the layer-by-layer structure 14 into a powder bed, and all material webs 16, which form the layer-by-layer structure 14, are uniformly heated and pressurized in order to provide a soldered or welded connection between the individual material webs 16 to create a material connection.
  • the embodiment according to the invention also has the advantage that when using metal foils as material webs, a fully metal body is produced which has a high mechanical and thermal load-bearing capacity. A ceramic body can also be produced.
  • the construction speed is very high, since in a first process section the applied layers are contoured and in a second process section the applied layers are materially connected to one another. As a result, the production of several components can take place in parallel, a high level of accuracy and a variety of components being made possible at the same time.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur (12, 13) Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden dreidimensionalen Bauteil (14) bei dem in einem ersten Verfahrensabschnitt durch einen Schichtweisen Aufbau von zumindest zwei Materialbahnen (16) aus einem zumindest höher temperaturbeständigen Material eine Bauteilgeometrie ausgebildet wird und bei dem in einem zweiten Verfahrensabschnitt zwischen den einzelnen Materialbahnen des gesamten schichtweisen Aufbaus durch zumindest eine Wärmebehandlung eine zumindest teilweise stoffliche Werkstoffverbindung hergestellt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden dreidimensionalen Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden dreidimensionalen Bauteils.
Zur Herstellung von Prototypen und Kleinserien als auch zur schnellen Werkzeug- und Bauteileherstellung ist ein LOM-Verfahren (Laminated Object Manufacturing) entwickelt worden, dessen Technik auf dem sch'ichtweϊsen Aufbau mehrerer Materialschichten beruht, welche die Körpergeometrie des herzustellenden Körpers aufweist. Bei der Herstellung wird auf die Daten einer CAD -Konstruktion zugegriffen. Diese Daten werden aufbereitet zur Ansteuerung entsprechender Anlagen, welche beim Schichtaufbau zum Einsatz kommen und die jeweilige Geometrie der entsprechenden Schicht herstellt, um ein dreidimensionales Bauteil zu bilden. Die Anforderungen an derartige Verfahren steigen aufgrund der Anforderung, dass auch dünne Schichten mit einer Dicke von bei- spielsweise 0,1 bis 1,0 mm zu verarbeiten sind, um ein Bauteil herzustellen.
Aus der US-PS 5,637,175 geht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines schichtweise aufgebauten Bauteils hervor, bei dem eine Schicht eines plattenförmigen Materials einer Bearbeitungsstation zugeführt wird, in welcher eine Vielzahl von Schichten zuvor positioniert und miteinander verbunden wurden. Auf diese Schichten wird die zuletzt zugeführte Schicht aufgebracht und mit dieser verlötet. Die Geometrie der Schicht wird durch ein Laserwerkzeug eingebracht, wodurch in der Schicht ein Bereich entsteht, der für das Bauteil beibehalten werden soll und ein weiterer Bereich, welcher als Abfall zu entfernen ist. Um diesen Arbeitsabschnitt durchzuführen, wird der Laser entlang den nicht gewünschten Bereichen geführt, um die Lötverbindung zu schwächen beziehungsweise zu lösen, damit die ungewünschten Bereiche entfernt werden können.
Aus dieser Druckschrift geht des weiteren ein Verfahren hervor, bei dem zunächst aus einer Materialbahn eine erste Form herausgeschnitten wird, welche über ein Förderband einer zweiten Bearbeitungsstation zugeführt wird. In dieser Bearbeitungsstation wird ein Stapel mit mehreren Schichten unter Druck zu der neu aufzubringenden Schicht positioniert. Durch einen Laser wird durch rasterförmiges Scannen ein Erweichen der Lotschicht bewirkt, so dass die neu aufzubringende Schicht auf den Stapel aufgelötet wird. Gleichzeitig werden die nicht gewünschten Bereiche durch den Laser geschnitten, so dass nur der Bereich zur Bildung des dreidimensionalen Bauteils auf dem Stapel verbleibt.
Diese Verfahren weisen den Nachteil auf, dass zur Entfernung der ungewünschten Bereiche, welche durch eine Löt- oder Schweißverbindung mit dem Stapel verbunden sind, mittels Laser eine hohe Energie einzubringen ist, um diese Löt- und Schweißverbindung zu entfernen. Dadurch werden auch die angrenzenden Bereiche durch die hohe Bearbeitungstemperatur beeinflusst, wodurch sich in dem durch schichtweisen Aufbau hergestellten Bauteil innere Spannungen bilden. Darüber hinaus kann die hohe eingebrachte Energie dazu führen, dass auch teilweise ein Lösen de benachbarten übereinander liegenden Schichten gegeben ist. Dadurch wird die Qualität des Bauteils beeinträchtigt. Zusätzlich ist ein hoher Bearbeitungsaufwand gegeben, bei dem die zunächst verlöteten oder geschweißten nicht gewünschten Bereiche durch eine zweite Erwärmung wieder entfernt werden müssen.
Des weiteren geht aus dieser Druckschrift ein Verfahren hervor, bei dem die aufzubauenden Schichten in einer aufgeheizten Kammer vorgesehen sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die Temperatur der Kammer gerade unterhalb dem Schmelzpunkt des Lotes liegt, wohingegen zum Verbinden der obersten Schicht zu dem Stapel eine Heizrolle vorgesehen ist, welche den Lötprozess unterstützt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass aufgrund der hohen Temperatur ein Aufschmelzen der unmittelbar unterhalb den zwei zu verbindenden Schichten liegende Lotschicht ebenfalls erfolgt, wodurch die Gefahr der Verschiebung der Schichten aufgrund des Abrollens der Heizrolle zueinander gegeben ist. Dadurch kann eine exakte Herstellung des Bauteils mit hoher Prozesssicherheit nicht gegeben sein.
Aus der WO 99/02342 ist des weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit einem schichtweisen Aufbau von Metallfolϊen bekannt geworden. Bei diesem Verfahren wird ein Verbundmaterial eingesetzt, bei dem die für das Bauteil vorgesehene Schicht auf einem Trägermaterial angeordnet ist. Zwischen der Schicht und dem Trägermaterial ist eine niedrig schmelzende Lotschicht vorgesehen. Auf der dem Trägermaterial gegenüber liegenden Seite ist eine höher schmelzende Lotschicht aufgebracht. Dieses Trägermaterial wird einer ersten Bearbeitungsstation zugeführt. Hierbei wird beispielsweise durch einen Laser die Kontur in die Schicht eingebracht. In einer nachfolgenden Station wird das Verbundmaterial oberhalb der höher schmelzenden Lotschicht aufgeheizt und mittels eines Hubtisches eine den Stapel aufnehmende Grundplatte auf und ab bewegt. Unter Druck wird die Schicht auf den Stapel aufgebracht. Durch Abkühlen des höher schmelzenden Lotes verbleibt die aufzubringende Schicht auf dem Stapel. Das nieder schmelzende Lot bleibt noch flüssig, so dass die neu aufgebrachte Schicht auf dem Trägermaterial abgehoben wird. Dieses Verfahren erfordert die Bereitstellung eines aufwendigen Verbundmaterials und eine exakte Positionierung der Kontur der aufzubringenden Schicht zum Stapel für die Herstellung der gewünschten Bauteil- geometrie.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche in einfacher Weise eine maßgenaue Herstellung und spannungsfreie Anordnung der einzelnen Schichten zum schichtweisen Aufbau eines Bauteils ausgehend von einem CAD-Modell ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein in einem Verfahrensabschnitt durch einen schichtweisen Aufbau von zumindest zwei Materialbahnen hergestelltes Bauteil in seiner Gesamtheit in einem zweiten Verfahrensabschnϊtt einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um eine stoffschlüssige Werkstoffverbindung zwischen den einzelnen Materialbahnen zu bilden. Dadurch ist das fertiggestellte Bauteil spannungsfrei und durch die gleichzeitige Erwärmung und Behandlung sämtlicher Materialbahnen wird eine gleichmäßige, über die einzelnen Schichten sich erstreckende Verbindung geschaffen. Durch diesen zweiten Verfahrensabschnitt wird auch die Maßhaltigkeit des im ersten Abschnitt aufgebauten Bauteils aufrecht erhalten, da auf alle Materialbahnen des schϊchtweisen Aufbaus gleichmäßig die Wärmebehandlung wirkt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der schichtweise Aufbau zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig von einem Pulver umgeben in einer Kammer zur Wärmebehandlung eingesetzt wird. Durch das Einsetzen des schϊchtweisen Aufbaus in ein Pulverbett können jegliche beliebige Geometrien in der Kammer für die Wärmebehandlung positioniert werden. Darüber hinaus bleibt die Geometrie des schϊchtweisen Aufbaus bei der Wärmebehandlung im Pulverbett aufrecht erhalten. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kammer in einer Aufheizphase auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche höher als eine Verdampfungstemperatur eines zwischen den einzelnen Schichten vorgesehenen Klebemittels ist. In der Aufheizphase wird somit aufgrund der Temperatur das Klebemittel als Zwischenschicht aus den einzelnen Schichten ausgetrieben und verdampft, so dass der. schichtweise Aufbau für einen nachfolgenden Pro- zess zur stoffschiüssigen Werkstoffverbϊndung vorbereitet wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kammer mit einem zum Schichtaufbau, Klebemittel, Lot- oder Schweißmittel neutralem Pulver gefüllt. Dadurch wird ein Anhaften oder Anbacken des Pulvers während der Wärmebehandlung an den schichtweisen Aufbau verhindert. Das das Bauteil umgebende Pulver beeinflusst die Bauteilgeometrie dadurch nicht.
Der schichtweise Aufbau wird vorteilhafterweise in der Kammer mit einem Druck belastet. Dadurch wird einerseits ein Ausgleich für den Schwindungsprozess aufgrund des ausgetriebenen Klebermittels ermöglicht. Zum anderen wird der in dem Pulverbett notwendige Druck für die flächige Anlage der Schichten zueinander aufrecht erhalten, um eine gleichmäßige stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Materialbahnen herzustellen. Das Pulverbett, welches den schichtweisen Aufbau auch umgibt, weist den Vorteil auf, dass während der Druckbelastung von oben die umgebenden Bereiche in ihrer Geometrie konstant bleiben, so dass auch die einzelnen Schichten in der vorgesehenen Position ohne eine horizontale Verschiebung gegeneinander während der Wärmebehandlung zueinander positioniert bleiben. Eine Änderung der Bauhöhe des schichtweisen Aufbaus aufgrund des ausgetriebenen Klebemittels wird durch das Pulver ausgeglichen und beeinflusst die Lage der einzelnen Schichten zueinander nicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kammer mit einem nicht lötbaren, nicht schweißbaren und nur schwer sinterbaren Pulver gefüllt wird. Das Pulver weist vorteilhafterweise ein chemisch neutrales Verhalten gegenüber dem Bauteil auf. Nach der Wärmebehandlung wird ein problemloses Lösen des dreidimensionalen Bauteils aus dem Pulverbett ermöglicht. Als Pulvermaterial sind bevorzugt Bornnitridpulver, Korundpulver oder Graphitpulver vorgesehen.
Das in die Kammer zum stoffschlüssigen Verbinden des schϊchtweisen Aufbaus eingebrachte Pulver ist nach einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Pulvermischung mit zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver zusammengestellt, wobei in der Aufheizphase der Wärmebehandlung das Zusatzpulver verdampft wird. Dadurch kann erzielt werden, dass das den schichtweisen Aufbau umgebende Pulver ebenfalls eine Verringerung in der Höhe wie der schichtweise Aufbau erfährt und ein über die Fläche gleichmäßig verteilter Druck auf den schichtweisen Aufbau aufrecht erhalten werden kann.
Vorteilhafterweise wird ein prozentualer Volumenanteil des Zusatzpulvers dem Grundpulver beigemischt, der im Wesentlichen dem prozentualen Volumenanteil des zwischen den einzelnen Materialbahnen aufgebrachten Klebemittels entspricht. Die proportionale Verringerung der Höhe des schichtweisen Aufbaus während der Aufheizphase durch Verdampfung des Klebemittels entspricht dem der Pulvermϊschung durch Verdampfung des Zusatzpulvers, wodurch die exakte Positionierung der einzelnen Materialbahnen des schichtweisen Aufbaus übereinander beibehalten werden.
Zur Erzielung der proportionalen Änderung in der Höhe der in der Kammer angeordneten Pulvermischung in Analogie zum schichtweisen Aufbau werden bevorzugt Kohlenwasserstoffverbϊndungen, insbesondere Polymere dem Grundpulver beigemischt. Bevorzugt werden Polyolefine, Polyacetate, Polyacrylate oder dergleichen eingesetzt. Das Zusatzpulver weist bevorzugt eine Korngröße auf, die dem Grundpulver entspricht. Bevorzugt kommt eine Korngröße von weniger als 1 mm zum Einsatz. Dadurch werden hinreichende Zwischenräume für eine hinreichende Verdampfung von Klebemittel und Zusatzpulver geschaffen und eine sichere Positionierung der einzelnen Materialbahnen zur stoffschlüssigen Verbindung des schichtweisen Aufbaus erzielt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein schichtweiser Aufbau von einem Pulver bestehend aus einem Grundpulver und einer Pulvermischung bestehend aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver vorgesehen. Als Grundpulver wird beispielsweise Bornnitrid-, Korund- oder Graphitpulver verwendet, welches im Bereich einer Grundplatte für den schichtweisen Aufbau eingebracht wird. In einem an den schichtweisen Aufbau angrenzenden Bereich wird eine Pulvermischung aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver vorgesehen. Darüber liegend kann eine Pulvermischung oder ein Grundpulver vorgesehen sein. Durch die variable Auffüllung des Pulvers und der zumindest einen Pulvermischung in der Kammer kann eine flexible Anpassung an unterschiedliche Höhenveränderungen des schichtweisen Aufbaus bei der Wärmebehandlung zum stoffschlüssigen Verbinden gegeben sein, insbesondere bei einem schichtweisen Aufbau, welcher unterschiedliche Stärken der Materialbahnen oder Zwischenlagen umfasst.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufheizphase bei einer Temperatur beendet wird, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Klebemittels liegt und dass ein zwischen den Materialbahnen des schichtweisen Aufbaus vorgesehenes Lot in einen fließfähigen Zustand übergeführt wird. Dadurch kann die Wärmebehandlung mit einem Lötprozess abgeschlossen werden.
Alternativ ist vorgesehen, dass bei Materialbahnen, welche ausschließlich ein Klebemittel aufweisen, die Aufheizphase bei einer Temperatur beendet wird, bei der ein Schweißen, insbesondere Diffusϊonsschweϊßen der Materialbahnen, erfolgt. Dadurch können vollmetallische Bauteile hergestellt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines schichtweisen Aufbaus, insbesondere in einem ersten Verfahrensabschnitt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16 ist ermöglicht, dass durch eine Verringerung der Anzahl der Arbeitsschritte ein schneller schϊchtweiser Aufbau für eine Bauteϊlgeometrie ermöglicht ist, welche darüber hinaus eine exakte Ausbildung ermöglicht. In dem ersten Verfahrensabschnitt zur Herstellung des schichtweisen Aufbaus des dreidimensionalen Bauteils aus zumindest höher temperaturbeständigen Materialbahnen ist vorteilhafterweise auf zumindest einer Seite der Materialbahn eine Klebstoffschicht vorgesehen, welche ermöglicht, dass nach dem Auflegen der obersten Materialbahn auf den darunter liegenden Schichtaufbau zumindest eine Vorfixierung oder eine Fixierung ermöglicht ist. Im Anschluss daran wird vorzugsweise mit einem Laser die gewünschte Kontur für die entsprechende Schicht eingebracht. Die nicht gewünschten Bereiche werden bevorzugt durch Absaugung entfernt, wobei beispielsweise Bereiche, welche auf einer darunter liegenden Schicht aufgrund des Klebemittels haften, durch Aufweichen der Klebemittelschicht mittels eines Laserstrahles gelöst werden. Die Klebemittelschicht ist derart eingestellt, dass bereits eine geringe Erwärmung der nicht gewünschten Bereiche zur Aufhebung der Haftverbindung genügt, so dass die benachbarten Bereiche nahezu unbeeinflusst bleiben.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung und Anordnung des Klebemittels kann somit erzielt werden, dass in dem ersten Verfahrensabschnitt einerseits eine exakte Positionierung der zuletzt aufgebrachten Schicht auf die darunter liegenden Schichten gegeben ist und dass durch die Aufhebung der Haftwirkung aufgrund von geringer Erwärmung, welche partiell durch Einwirken von beispielsweise einem Laserstrahl gegeben ist, in den benachbarten Bereichen keine inneren Spannungen erzeugt werden. Dadurch kann ein maßgenauer schϊchtweiser Aufbau nach dessen Fertigstellung in einem zweiten Verarbeitungsschritt einer Wärmebehandlung zur zumindest teilweisen stoffschlüssigen Werkstoffverbindung unter Beibehaltung der Maßhaltigkeit unterzogen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer stofflichen Verbindung bei einem Bauteil, bestehend aus einem schichtweϊsen Aufbau, insbesondere zur Durchführung des zweiten Verfahrensabschnitts gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, weist den Vorteil auf, dass sowohl mit als auch ohne Grundplatte eine Wärmebehandlung des schichtweisen Aufbaus ermöglicht ist. Darüber hinaus ist unabhängig der Geometrie des herzustellenden Bauteils eine Wärmebehandlung durchführbar, die eine stoffliche Verbindung zwischen den einzelnen Schichten ermöglicht. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein Deckel der Vorrichtung einen Stempel aufweist, der an die Innenwand der Kammer angrenzt. Dadurch kann ein gleichmäßiger Druck auf den schichtweisen Aufbau einwirken, wodurch eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen den einzelnen Schichten erzielt wird, selbst bei einer Änderung der Bauhöhe des Bauteils durch das ausgetriebene Klebemittel, sofern dies auf den Materialbahnen vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweisen Aufbaus, insbesondere zur Durchführung des ersten Verfahrensabschnitts gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, weist den Vorteil auf, dass ein schneller und exakter Aufbau ermöglicht ist, bei dem die Schichten zueinander durch Klebemittel vorfixiert oder fixiert sind und frei von inneren oder thermischen Spannungen zueinander angeordnet sind. In den weiteren Ansprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens, insbesondere zur Durchführung des ersten Verfahrensschritts näher angegeben.
Das Pulver bestehend aus einem Grundpulver oder die Pulvermischung bestehend aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver können ebenfalls erfindungsgemäß auch ausschließlich für einen zweiten Verfahrensabschnitt eingesetzt werden, bei dem zwischen den einzelnen Materialbahnen des gesamten schichtweisen Aufbaus eines dreidimensionalen Bauteils durch zumindest eine Wärmebehandlung eine zumindest teilweise stoffliche Werkstoffverbindung hergestellt wird. Der schichtweise Aufbau eines dreidimensionalen Bauteiles zur Durchführung des zweiten Verfahrensabschnϊttes kann auch abweichend von dem ersten Verfahrensabschnitt aufgebaut sein. Das erfindungsgemäße Pulver und die erfindungsgemäße Pulvermischung sind zumindest zur Durchführung des zweiten Verfahrenabschnittes einsetzbar. Die beschriebenen Zusammensetzungen sowie Eigenschaften des Pulvers als auch der Pulvermischung sind erfϊndungsgemäß beliebig miteinander kombinierbar und nicht auf die im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen und Eϊnsatzzwecke beschränkt. Anhand der nachfolgenden Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Herstellung eines Bauteils näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung eines schichtweisen Aufbaus in einem ersten Verfahrensabschnitt,
Figuren 2 a bis g eine schematische Schnittdarstellung der für den schichtweisen Aufbau vorgesehenen Materialbahnen mit unterschiedlichem Aufbau,
Figuren 3 a bis c schematische Darstellungen zum Einbringen einer Kontur und zum Entfernen von nicht gewünschten Bereichen und
Figuren 4 a und b schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Durchführung eines zweiten Verfahrensabschnittes.
Zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden Bauteils 11 ist in Figur 1 eine Anlage 12 dargestellt, welche beispielsweise die Durchführung des Verfahrens gemäß einem ersten Verfahrensabschnitt ermöglicht. In Figur 4 a und b ist eine Vorrichtung 13 dargestellt, welche beispielsweise die Durchführung eines zweiten Verfahrensabschnitts ermöglicht. Die Anlage 12 und die Vorrichtung 13 sind in Reihe geschalten und können beispielsweise durch ein Transport- oder Handlingsystem, welches nicht näher dargestellt ist, miteinander verbunden sein. Durch die Anlage 12 und Vorrichtung 13 ist die Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils auf der Basis eines dreidimensionalen CAD-Modells ermöglicht. Beispielsweise können dadurch Prototypen oder Kleinserien . hergestellt werden. Ebenso ist die schnelle Herstellung einzelner Werkzeuge realisierbar. Nachfolgend wird die Anlage 12 zur Durchführung des ersten Verfahrensschrittes näher beschrieben.
In der Anlage 12 wird eine Materialbahn 16 für einen schichtweisen Aufbau 14 verwendet. Die Materialbahn 16 wird von einer Rolle 17 abgezogen und einer Bearbeitungsstation 18 zugeführt. Die Bearbeitungsstation 18 besteht aus einer Führungseinheit 19 mit einem Hubtisch 21, auf welchem eine Grundplatte 22 zum Aufbau der einzelnen Schichten vorgesehen ist. Oberhalb der Grundplatte 22 ist eine Bearbeitungseinheit 23 vorgesehen, welche beispielsweise aus einem Laser besteht, von dem aus ein Laserstrahl 27 über einen Scanner 24 auf die Grundplatte 22 umgelenkt wird, um eine auf der Grundplatte 22 positionierte Materialbahn 16 zu bearbeiten. Der Laserstrahl 27 kann ebenso durch weitere Optiken, welche zumindest in einem XY-Achsensystem bewegbar angeordnet sind, umgelenkt werden. Die der Bearbeitungseinheit 23 zugeführte Materialbahn 16 weist zumindest an einer Seite, vorzugsweise an deren Unterseite eine Schicht aus Klebemittel 26 auf, so dass der in der Bearbeitungsstation 18 eingebrachte Bereich der Materialbahn 16 auf der Grundplatte 22, sofern es sich um die erste Schicht handelt, oder auf einer zuvor aufgebrachten Schicht aufgeklebt wird. Durch einen Laserstrahl 27 wird eine Kontur zumindest in die oberste Materialbahn 16 eingebracht. Durch diese Lasergravur kann ein exakter Schnittspalt zwischen dem verbleibenden Material und dem nicht gewünschten Material bzw. Abfallmaterial hergestellt werden. Dies wird nachfolgend in den Figuren 3 a bis c im einzelnen näher beschrieben.
Nachdem die Kontur durch den Laserstrahl 27 in die Materialbahn 16 eingebracht wurde, wird der Hubtϊsch 21 um einen Betrag in Z-Richtung nach unten bewegt. Die Materialbahn 16 wird in Pfeilrichtung 28 weiter getaktet, so dass eine Abfallmaterialbahn 29 auf einer Rolle 31 aufgerollt wird.
Anstelle der Bereitstellung der Materialbahn 16 auf Rollen 17 kann auch eine Plattenware vorgesehen sein. Über Handhabungssysteme können einzelne Platten auf ein Transportband gelegt werden oder der Bearbei- tungsstation 18 zugeführt und nach der Bearbeitung wieder entnommen oder direkt aufgelegt werden.
Das in der Bearbeitungsstation 18 hergestellte Bauteil 11 durch einen schichtweisen Aufbau 14, bei dem die einzelnen übereinander liegenden Materialbahnen 16 miteinander verklebt sind, wird als Grünling oder Grünteil bezeichnet. Das verwendete Klebemittel ist derart ausgebildet, dass eine hinreichende Haftwirkung zwischen den einzelnen Materialbahnen 16 gegeben ist, um die zueinander positionierten Materialbahnen 16 nach beispielsweise einer Lasergravur in einer exakten Position zueinander zu fixieren. Darüber hinaus ist das Klebemittel derart eingestellt, dass durch einen Laserstrahl 27 die Klebeverbindung an den Stellen geschwächt beziehungsweise aufgehoben wird, welche das Abfallmaterial oder zu entfernende Material zu einer darunter liegenden Schicht fixiert.
Die Materialbahn 16 ist bevorzugt aus einem höher temperaturbeständigen Material ausgebildet. Insbesondere metallische Materialien sind als Materialbahn 16 vorgesehen. Alternativ können auch keramische Materialien eingesetzt werden. Bei der Ausbildung der Materialbahn 16 als Metallfolie sind beispielsweise Schichtdicken im Bereich von 0,05 mm bis 2 mm vorgesehen. Durch die Verwendung von dünnen Schichtdicken kann die Herstellungsgenauigkeit der Bauteile erhöht sein.
Der in der Bearbeitungsstatϊon 18 hergestellte schichtweise Aufbau 14 entspricht in Z-Richtung gesehen nicht der tatsächlichen Höhe, da zwischen den einzelnen Schichten zumindest das Klebemittel vorgesehen ist. In einem nachfolgenden zweiten Verarbeitungsschritt wird das Klebemittel ausgetrieben, so dass das bei dem Grünteil vorliegende Baumaß gegenüber dem endgültigen Baumaß verringert ist. Um eine exaktes Baumaß in Z-Richtung nach Fertigstellung des Bauteils zu erzielen, ist eine Schichtdickenmesseϊnrichtung 32 vor der Bearbeitungsstation 18 vorgesehen, welche die tatsächliche Schichtdicke der zugeführten Materialbahn 16 ohne Klebeschicht ermittelt. Durch Addition der einzelnen ermittelten Schichtdicken kann sehr exakt die Bauteilhöhe für das fertiggestellte Bauteil bestimmt werden. Dadurch können auch die Schwan- kungen in der Schichtdicke erfasst werden, welche +/- 4% betragen können und bei einer Vielzahl von Schichten sich beträchtlich auswirken können. Die Schichtdickenmessung kann an einer Materialbahn 16 durchgeführt werden, welche keine oder zumindest an einer Seite eine Klebeschicht aufweist. Sofern für die Schichtdickenmessung bei bestimmten Materialien von Vorteil ist, dass auf der Materialbahn 16 keine Beschichtung vorgesehen ist, kann im Anschluss an die Schichtdicken- messeinrichtung 32 eine Klebemittelauftrageinheit vorgesehen sein. Diese Klebemittelauftrageinheit kann beispielsweise in Form einer Breitschlitzdüse zur Aufbringung eines Klebemittels, als Walzensystem oder Sprühsystem vorgesehen sein. Des weiteren kann gleichzeitig oder im Anschluss an die Klebemϊttelauftrageinheit anwendungsspezifisch auch die Aufbringung von beispielsweise einem Lot oder dergleichen vorgesehen sein.
Sofern die Materialbahn 16 als Rollenware bereitgestellt wird und bereits mit einem Klebemittel auf zumindest einer Seite der Materialbahn 16 versehen ist, kann vorteϊlhafterweise vorgesehen sein, dass zwischen den einzelnen aufgewickelten Bahnen eine Trennschicht vorgesehen ist. Diese wird unmittelbar vor der Schichtdickenmesseinrichtung 32 über eine Walzenanordnung abgezogen, so dass einerseits ein leichtes Abwickeln der auf der Rolle 17 bereitgestellten Materialbahn 16 gegeben ist und im Anschluss daran eine Schichtdickenmessung durchführbar ist.
Nach Zuführung eines unverbrauchten Abschnittes der Materialbahn 16 in die Bearbeitungsstation 18 wird der Hubtisch 21 in eine Bearbeitungsposition übergeführt. Gleichzeitig wird die neue Materialbahn 16 in die Bearbeitungsstation 18 eingebracht. Durch zumindest eine Andruckwalze 37 wird die neu zugeführte Materialbahn 16 auf der darunter liegenden Schicht angedrückt und aufgeklebt. Alternativ zu der oder den Andruckwalzen 37 kann auch eine Andrückplatte vorgesehen sein, welche in die Bearbeitungsstation 18 zum Aufbringen der Andruckkraft eingebracht wird. Das Verkleben der Materialbahn in der Bearbeitungsstation 18 kann kalt oder unter Temperatureinfluss, beispielsweise durch erwärmte Walzen, erfolgen. Nach Durchführung der Lasergravur werden die Aushebezylinder 36 an der Unterseite der Materialbahn positioniert und bil- den ein Gegenlager, damit beim Absenken des Hubtisches 21 die neu aufgebrachte Schicht gegenüber der Materialbahn 16 frei wird. Im Anschluss daran werden die Aushebezylinder 36 abgesenkt und die Materialbahn 16 weitergetaktet. Alternativ können die Aushebezylinder 36 die Materialbahn 16 nach oben in Richtung Bearbeitungseinheit 23 über das Bauteil 11 anheben. Im Anschluss daran wird die Materialbahn 16 weitergetaktet und dann die Aushebezylinder 36 abgesenkt.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung der Bearbeitungsstation 18 kann ebenso auch um 180° gedreht angeordnet sein. Dadurch kann das Abfallmaterial selbständig aus dem schichtweisen Aufbau 14 durch die Schwerkraft herausfallen. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Absaugeinheit 38 vorgesehen, welche das Abfallmaterial ansaugt und aus der Bearbeitungsstation 18 entfernt.
Nachdem das Abfallmaterial beseitigt ist, kann Reinigungsvorrichtung 39, insbesondere eine Reinigungswalze oder -bürste, über die zuletzt aufgebrachte Materialbahn 16 des schichtweisen Aufbaus 14 geführt werden, um die Oberfläche zu reinigen und gegebenenfalls auch vorhandenes Abfallmaterial zu beseitigen und für die nachfolgende Schicht vorzubereiten. Des weiteren kann durch die Reinigungswalze 39, sofern auf der Oberseite der Materialbahn 16 keine weitere Schicht, wie beispielsweise Klebemittel oder Lot, vorhanden ist, zumindest teilweise auch ein Grat aufgrund der Lasergravur geglättet werden. Ebenso können sonstige Verunreinigungen, Staubreste oder dergleichen, welche bei der Bearbeitung der Materialbahn 16 durch den Laserstrahl 27 und dem Lösen zumindest einer auf der Materialbahn 16 aufgebrachten Klebeschicht entfernt werden. Die Reinigungsvorrichtung und Absaugeinheit bzw. Ansaugvorrichtung können auch in einer Einheit vorgesehen sein. Dadurch kann bei einem einmaligen Überfahren der obersten Schicht sowohl die Reinigung als auch die Entfernung des Abfallmaterϊals ermöglicht sein.
In der Bearbeitungsstation 18 ist des weiteren zumindest ein Sensor vorgesehen, welcher die aktuelle Bauteilhöhe des bislang hergestellten Grünteϊls erfasst, um den Hubtisches 21 exakt zur zugeführten Materialbahn 16 zu positionieren. Gleichzeitig dient die Überwachung und Erfas- sung der aktuellen Bauteilhöhe zur Einstellung des Laserfokus, um einen exakten Schnittspalt in die oberste Materialbahn einzubringen und um die darunter liegende Materialbahnen nicht zu beeinträchtigen.
Die in Figur 1 dargestellte und näher beschriebene Anlage 12 kann beispielsweise auch für die Herstellung eines Bauteils aus Papier, Kunststoffmaterial, Holz oder sonstigen Materialien eingesetzt werden. Die Verfahrensparameter, insbesondere hinsichtlich der Leistung des Laserstrahles 27, sind entsprechend an die ausgewählten Materialien anzupassen. Die in Figur 1 beschriebene Anlage 12 ist nicht zwingend für die Durchführung eines ersten Verfahrensabschnittes gemäß der Erfindung vorgesehen. Vorteilhafterweise wird diese Anlage hierfür eingesetzt. Weitere Anlagen, welche die Durchführung eines ersten Verfahrensschrittes zum Aufbau eines schichtweisen Aufbaus ermöglichen, sind ebenso denkbar. Darüber hinaus ist diese Anlage unabhängig von einem zweiten Verfahrensschritt einsetzbar, sofern anwendungsspezifisch die Anforderungen genügen, dass die übereinander gestapelten Materialbahnen 16 zur Bildung eines schichtweisen Aufbaus 14 durch eine Klebeoder Haftverbindung zueinander fixiert sind. Die Materialbahnen selbst sind durch eine derartige Klebe- oder Haftverbindung frei von inneren Verspannungen.
In den Figuren 2 a bis g sind mehrere Materialbahnen 16 dargestellt, die beispielsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar sind.
In Figur 2 a weist die Materialbahn 16 eine Klebemittelschicht 41 auf, welche bevorzugt auf einer Unterseite der Materialbahn 16 angeordnet ist. Die Klebemittelschicht 41 kann ebenso auf der Oberseite der Materialbahn 16 angeordnet sein als auch beidseitig zur Materialbahn 16.
In Figur 2 b ist zusätzlich zur Klebemittelschicht 41 eine Lotschicht 42 vorgesehen. Diese Lotschicht 42 ist zwischen der Materialbahn 16 und der Klebemittelschicht 41 angeordnet. Dadurch kann zunächst die Klebeschicht 41 eine Verbindung zu der benachbarten Materialbahn 16 bei der Herstellung des schichtweisen Aufbaus 14 bilden. Die Lotschicht 42 bil- det bei der Durchführung des zweiten Verfahrensabschnitts eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Materialbahnen 16 aus. Alternativ kann die Kombination von Lotschicht 42 und Klebemittel- schϊcht 41 auf der Oberseite oder beϊdseitig vorgesehen sein.
In Figur 2 c ist eine alternative Ausgestaltung einer Materialbahn 16 zu Figur 2 b dargestellt. Die Lotschicht 42 und Klebemittelschicht 41 sind jeweils getrennt auf einer Seite der Materialbahn vorgesehen.
In Figur 2 d ist eine weitere alternative Anordnung von Klebemittelschicht 41 und Lotschicht 42 zur Materialbahn 16 dargestellt. Beispielsweise ist auf einer Seite der Materialbahn eine Klebemittelschicht 41 und Lotschicht 42 vorgesehen, wohingegen auf der gegenüberliegenden Seite lediglich die Lotschicht 42 angeordnet ist.
Alternativ hierzu ist ein Aufbau gemäß Figur 2 e dargestellt, bei dem auf beiden Seiten der Materialbahn 16 eine Klebemittelschicht 41 vorgesehen ist und nur auf einer Seite der Materialbahn 16 eine Lotschicht 42 angeordnet ist.
In Figur 2 f ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Klebemittei- schicht 41 und Lotschicht 42 eine gemeinsame Schicht bilden. In dieser Schicht ist das Klebemittel in der Lotschicht oder das Lot in der Klebemittelschicht eingebunden. Diese Ausführungsform kann ebenso auch nur auf der Oberseite oder beidseitig der Materialbahn vorgesehen sein.
In Figur 2 g ist eine weitere alternative Ausgestaltung dargestellt. Die Schicht 43 besteht aus einem Pulver mit einer definierten Korngröße, beispielsweise aus Stahl oder dergleichen, wobei in den Zwischenräumen ein Klebemittel vorgesehen ist. Durch diese Ausgestaltung ist ermöglicht, dass ein definierter Abstand zwischen den einzelnen Materialbahnen 16 bereits bei der Herstellung eines Grünlings, also eines schichtweisen Aufbaus 14 in der Bearbeitungsstation 18 der Anlage 12, ermöglicht ist. In den Figuren 3 a bis c sind einzelne Arbeitsprozesse zur Herstellung eines schichtweisen Aufbaus 14 in einer Bearbeitungsstation 18 dargestellt.
In Figur 3 a ist eine erste Materialbahn 16 auf eine Grundplatte 22 durch Verklebung aufgebracht. Die Materialbahn 16 ist als Metallfolie ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mit dem Laserstrahl 27 ein Schnittspalt 51 eingebracht wird, um eine erste Kontur für ein Bauteil 11 zu bilden. Alternativ zum Lasergravieren beziehungsweise Sublimationsschneiden kann auch Schneiden mittels eines Oxidspanes geeignet sein. Nach dem Einbringen des Schnittspaltes 51 ist die Materialbahn 16 bezüglich der aufzubauenden Schichten zweigeteilt, und zwar in eine Bauschicht 52 als auch in ein Abfallmaterial 53. Das Lösen des Abfallmaterials 53 und Herausführen kann durch die Absaugeinheit 38 erfolgen. Bevorzugt wird die Klebewirkung zwischen der Grundplatte 22 und dem Abfallmaterial 53 durch Abscannen der Oberfläche des Abfallmaterials 53 aufgeschmolzen. Gleichzeitig kann durch Einwirkung des Laserstrahles 27 die Metallfolie erwärmt und eine Spannung eingebracht werden, welche dazu führt, dass sich zumindest ein Ende 54 des Abfallmaterials 53 aufwölbt und durch Absaugen oder Ansaugen an einer Düse oder Vakuumplatte oder dergleichen abgeführt wird. Sollte die Fläche des Abfallmaterials 53 zum Absaugen zu groß sein, kann vorgesehen werden, dass diese Fläche durch den Laserstrahl in kleinere Flächen durch Einbringung von weiteren Schnittspalten zerkleinert wird.
In Figur 3 b ist ein Arbeitsprozess dargestellt, bei dem bereits mehrere Materialbahnen 16 übereinander angeordnet sind. Bei einem auf der linken Seite dargestellten Stapel der Materialbahnen 16 wird durch den Laserstrahl 27 ein Schnittspalt 51 eingebracht. Aufgrund der vorliegenden Geometrie liegt der Schnϊttspalt 51 unmittelbar benachbart zu einer darunter liegenden Kante, so dass an dieser Stelle das Abfallmaterial 53 quasi linienförmig auf der darunter liegenden Schicht aufliegt und somit unmittelbar abgenommen werden kann. Auf der rechten Seite des Stapels weist das Abfallmaterial 53 eine flächige Überdeckung zur darunter liegenden Materialbahn 16 auf. In diesem Bereich der Überdeckung ist erforderlich, dass durch Abscannen mittels Laserstrahl 27 die Klebeverbindung gelöst wird.
In Figur 3 c ist ein weiterer Fall während eines Arbeitsprozesses dargestellt. Der Schnittspalt 51 liegt auf gleicher Höhe wie die darunter liegende Schicht oder sogar weiter innerhalb. In einem derartigen Fall kann das Abfallmaterial 53 in den gebildeten Innenraum oder Hohlraum 56 fallen. Aufgrund der sehr dünnen zu verarbeitenden Schichten kann nur über die Absaugvorrϊchtung 38 das Abfallmaterial 53 herausgelöst werden. Sofern dies aufgrund der Materialdicke nicht erfolgen kann beziehungsweise Beschädigungen an der zuletzt aufgebrachten Schicht auftreten können, wird durch einen zusätzlichen Arbeitsprozess das Abfallmaterial 53 zerkleinert. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass das Abfallmaterial 53 während der Lasergravur bereits durch die Ansaugvorrichtung 38 gehalten wird, um ein Absinken in den Innenraum 56 zu verhindern.
Die Durchführung der in den Figuren 3 a bis c beschriebenen Arbeitsprozesse sind nicht nur für die in Figur 2 beschriebenen Materialbahnen 16 und deren Alternativen möglich, sondern auch für weitere Materialkombinationen.
Die Absaugeinheit 38 kann vorzugsweise auch nur bezüglich einzelnen Bereichen ansteuerbar sein oder wirken, so dass spezifisch in einzelnen Bereichen das Abfallmaterial 53 entfernt werden kann. Die Haftwirkung des Klebemittels zwischen den Materialbahnen 16 kann bei einer sektionsweisen Ansteuerung der Absaugeinheit 38 vorzugsweise derart eingestellt sein, dass auch ohne Aufhebung der Haftwirkung durch einen Laserstrahl 27 ein Lösen aufgrund der Sogwirkung der Ansaugeinheit 38 für das Abfallmaterial 53 gegeben ist. Dadurch genügt die Einbringung der Kontur durch einen Laserstrahl 27 in die oberste Materϊalbahn 16 und durch den anschließenden Absaugvorgang kann das Abfallmaterial 53 entfernt werden. Über die Bereitstellung der CAD-Daten, welche auch den Verfahrweg des Lasers steuern, kann die sektionsweise Absaugung der Absaugeϊnheit 38 angesteuert werden. In den Figuren 4 a und b ist die Vorrichtung 13 zur Durchführung des zweiten Verfahrenabschnittes näher dargestellt. Der auf der Grundplatte 22 angeordnete schichtweise Aufbau 14 wird in eine Kammer 61 eingesetzt. Diese Kammer 61 weist einen Boden 62 und eine Umfangswand 63 auf. Die Kammer 61 wird durch einen Deckel 64 mit einem an eine Innenwand 66 der Umfangswand 63 angrenzenden Stempel 67 geschlossen. Der schichtweise Aufbau 14 wird in ein Pulverbett in der Kammer 61 eingesetzt bzw. der verbleibende Freiraum in der Kammer 61 wird mit einem Pulver 68 aufgefüllt. Dieses Pulver 68 ist vorzugsweise neutral zu der verwendeten Materialbahn als auch zumindest zu einer Lotschicht, Klebemittelschicht oder einer weiteren Schicht, welche beispielsweise ein Flussmittel oder Schweißzusatzmittel aufweist. Das Pulverbett wird aus einem nicht lötbaren und schwer sinterbaren Pulver wie beispielsweise Bornnitrid oder Graphit gebildet. Das Pulver 68 wird bis zu einem bestimmten Grad verdichtet, um die Fixierung der Schichten zueinander zu gewährleisten.
In der Kammer 61 erfolgt ein Verbindungsprozess, bei welchem zwischen den einzelnen Materϊalbahnen eine stoffliche Verbindung hergestellt wird. Die Kammer 61 wird aufgeheizt., um ein Entfernen oder Austreiben des Klebemittels zwischen den einzelnen Schichten zu erzielen. Gleichzeitig wird auf den Deckel 64 eine Kraft eingebracht, um eine gleichmäßige stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Materialbahnen herzustellen. Während dem Austreiben des Klebemittels erfolgt eine Schrumpfung des Bauteils in Bezug auf die Bauteϊlhöhe, wobei die Schrumpfung des Bauteils durch das Nachführen des Stempels 67 ausgeglichen wird. Das den schichtweisen Aufbau 14 umgebende Pulver 68 bewirkt gleichzeitig, dass die einzelnen Schichten in der übereinander gestapelten Lage keine Relativbewegung zueinander ausführen und somit ihre exakte Position zueinander beibehalten, obwohl die Klebeverbindung zwischen den einzelnen Schichten aufgrund des Austreiben des Klebemittels aufgehoben ist.
Bei der Verwendung von Materialbahnen 16, welche zumindest eine Lotschicht aufweisen, wird durch eine weitere Erhöhung der Temperatur in der Aufheizphase das Lot verflüssigt, um eine Materialverbindung einzu- gehen. Das Bauteil erkaltet nach der Lötverbindung vorzugsweise unter Aufrechterhaltung des Druckes und wird im Anschluss daran aus dem Pulverbett herausgenommen. Es erfolgt eine Reinigung der Oberflächen des Bauteils 11.
Bei der Herstellung eines schichtweisen Aufbaus 14 mit Materialbahnen, welche lediglich zumindest eine Klebemittelschicht aufweisen oder gegebenenfalls zusätzlich zur Klebemittelschicht eine weitere Schicht für Flussmittel oder Schweißzusatzmittel, werden die Temperatur und der Druck derart erhöht, dass zwischen den Materialbahnen 16 eine Schweißung, insbesondere eine Diffusionsverschweißung erfolgt.
Bei der Herstellung eines schichtweisen Aufbaus 14 mit einer Materialbahn 16 gemäß Figur 2 g ist ermöglicht, dass durch die Metallpulverschicht 43 der Abstand zwischen den beiden Materialbahnen 16 quasi konstant bleibt und in der Aufheizphase einerseits das Klebemittel ausgetrieben wird und durch Bereitstellung von Lot in dem Pulver aufgrund von Kapillarwirkung eine stoffliche Verbindung zwischen den Materialbahnen 16 durch eine Lotschicht hergestellt wird. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass bereits bei der Herstellung des Grünteils in der Anlage 12 ein exaktes Baumaß in Z-Richtung erzielt werden kann.
Der Wärmeprozess in der Kammer 61 kann unter Schutzgas, Inertgas oder in Vakuum erfolgen. Der Löt- oder Diffusionsschweißvorgang erfolgt in einem Hochtemperaturofen. Dabei ist es denkbar nach dem Chargierprinzip zu arbeiten, dass heißt, die Kammer 61 wird in einem kalten Zustand in einen Ofen gegeben. Im Anschluss daran wird die Anheizphase und der Wärmprozess gefahren und der Tiegel bzw. die Vorrichtung 13 wird später im kalten Zustand wieder entnommen. Alternativ kann ein Schleusensystem vorgesehen sein, durch welches der Tiegel bzw. die Vorrichtung 13 in einen vorgeheizten Ofen eingebracht werden. Die Schleuse dient dann zur Überbrückung des Temperaturunterschiedes und zum Aufrechterhalten der erforderlichen Ofenatmosphäre, um den Löt- oder Schweißvorgang durchzuführen. Durch dieses zweistufige Verfahren kann die Zykluszeit für den Verbindungsprozess reduziert werden. Die Herstellung eines belastbaren Bauteils oder Prototyps durch das erfindungsgemäße zweistufige Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein Bauteil mit einer hohen Genauigkeit unter Verwendung von unterschiedlichen Materialien, insbesondere höher temperaturbeständigen Materia- len, herstellbar und darüber hinaus frei von inneren Spannungen/ist. Durch die Vorfixierung mit einem Klebemittel zur Herstellung deέ schichtweisen Aufbaus 14, kann eine exakte Herstellung des Grünteils ermöglicht sein. In dem zweiten Verfahrensabschnitt wird durch das Einbringen des schϊchtweisen Aufbaus 14 in ein Pulverbett die Geometrie aufrecht erhalten und alle Materialbahnen 16, welche den schichtweisen Aufbau 14 bilden, werden gleichmäßig erwärmt und gleichmäßig mit Druck beaufschlagt, um eine Löt- oder Schweißverbindung zwischen den einzelnen Materialbahnen 16 zur Herstellung einer stofflichen Verbindung zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass bei der Verwendung von Metallfolien als Materialbahnen ein vollmetallϊscher Körper hergestellt wird, der eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit aufweist. Ebenso kann die Herstellung eines keramischen Körpers erfolgen. Darüber hinaus ist die Baugeschwindigkeit sehr hoch, da in einem ersten Verfahrensabschnitt die aufgebrachten Schichten konturiert werden und in einem zweiten Verfahrensabschnitt die aufgebrachten Schichten stofflich miteinander in Verbindung gebracht werden. Dadurch kann die Herstellung mehrerer Bauteile parallel erfolgen, wobei gleichzeitig eine hohe Genauigkeit als auch eine Bauteilevielfalt ermöglicht ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Schichten bestehenden dreidimensionalen Bauteils (11), bei dem in einem ersten Verfahrensabschnitt durch einen schichtweisen Aufbau (14) aus zumindest zwei Materialbahnen (16) aus einem zumindest höher temperaturbeständigen Material eine Bauteilgeometrie ausgebildet wird und bei dem in einem zweiten Verfahrensabschnitt zwischen den einzelnen Materialbahnen (16) des gesamten schichtweisen Aufbaus (14) durch zumindest eine Wärmebehandlung eine zumindest teilweise stoffliche Werkstoffverbindung hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Werkstoffverbindung zwischen den Materialbahnen des schichtweisen Aufbaus (14) durch einen Löt-, Schweiß- oder Sinterprozess hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau (14) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig von einem Pulver (68) umgeben in eine Kammer (61) eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (61) in einer Aufheizphase auf ein erstes Temperaturniveau aufgeheizt wird, welches höher als eine Verdampfungstemperatur eines zwischen den einzelnen Materialbahnen (18) vorgesehenen Klebemittels ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (61) mit einem zum schichtweisen Aufbau (14), zum Klebemittel, zum Lotmϊttel, zum Schweißmittel oder Zusätzen, neutralen Pulver (68) gefüllt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau (14) senkrecht zu den einzelnen Materialbahnen (16) in der Kammer (61) mit einem Druck belastet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (61) mit einem nicht lötbaren, nicht schweißbaren und schwer sinterbaren Pulver (68), vorzugsweise Bornnitrid-, Korund- oder Graphitpulver gefüllt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver (68) als Pulvermischung aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver zusammengestellt wird und das Zusatzpuiver in der Aufheizphase verdampft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein prozentualer Volumenanteil des Zusatzpulvers im Wesentlichen dem prozentualen Anteil des zwischen den einzelnen Materialbahnen (16) des schichtweisen Aufbaus (14) aufgebrachten Klebemittels entspricht und dem Grundpulver beigemischt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (61) zumindest in einem an den schichtweisen Aufbau (14) angrenzenden Bereich mit einer Pulvermischung aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver gefüllt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzpulver Kohlenwasserstoffverbindungen, vorzugsweise Polyolefine, Polyacetate, Polyacrylate zugemischt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundpulver ein nicht lötbares, nicht schweißbares und schwer sinterbares Pulver, vorzugsweise ein Bornnitrid-,
Korund- oder Graphitpulver vorgesehen wird.
13. Verfahren nach einem der Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulvermischung aus zumindest einem Grundpulver und zumindest einem Zusatzpulver mit einer Korngröße von jeweils weniger als einem Millimeter gemischt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizphase bei einer Temperatur beendet wird, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Klebemittels liegt und dass das zwischen dem schichtweϊsen Aufbau (14) vorgesehene Lotmittel in einen fließfähigen Zustand übergeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizphase bei einer Temperatur beendet wird, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Klebemittels liegt und dass die Materialbahn des. schϊchtweisen Aufbaus (14) durch Schweißen, insbesondere Diffusionsschweϊßen, stofflich miteinander verbunden werden.
16. Verfahren zur Herstellung eines schichtweisen Aufbaus für eine Bauteilgeometrϊe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensabschnitt eine zumindest einseitig mit Klebemittel (26) beschichtete Materialbahn (16) auf einer Grundplatte (22) oder einer zuvor aufgebrachten Materialbahn (16) in einer Bearbeitungsstation (18) aufgebracht wird und eine Kontur in die oberste Materialbahn (16) eingeschnitten wird, durch die eine Bauschicht (52) und ein Abfall material (53) ausgebildet wird und das Abfallmaterial (53) entfernt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau (14) aus Materialbahnen (16) gebildet wird, welche zumindest auf einer Seite der Materialbahn (16) eine Klebemittelschicht (41) und zumindest eine Lotschicht (42) aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau (14) aus Materialbahnen (16) erfolgt, welche zumindest auf einer Seite eine Schicht aufweisen, welche aus Klebemittel und Lotmittel zusammengesetzt ist.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau (14) aus Materialbahnen (16) erfolgt, welche zumindest auf einer Seite eine Schicht (43) aufweisen, welche aus einem metallischen Pulver mit einer vorgegebenen Körnung und einem Klebemittel besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der Bearbeitungsstation (18) zugeführten Materialbahn (16), vorzugsweise unbeschichtet, durch eine Schichtdicken- messeinrichtung (32) ermittelt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen erfassten Schϊchtdϊcken der zugeführten Materialbahnab- schnitte addiert und mit Geometriedaten in Z-Richtung aus einem CAD-Modell verglichen werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest eine Seite der Materialbahn (16) durch eine Auftragsvorrichtung (34) zumindest eine Klebemittelschicht (41) aufgebracht wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen in der Bearbeitungsstation (18) angeordneten Sensor die tatsächliche Höhe des schichtweisen Aufbaus (14) erfasst wird und vorzugsweise eine Fokuslage eines Laserstrahls für die Einbringung eines Schneidspaltes (51) eingestellt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Andrückwalze (37) nach dem Positionieren eines neuen Abschnittes einer Materialbahn (16) auf dem schichtweisen Aufbau (14) unter Druck über die oberste Materialbahn (16) geführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche des Abfallmaterials (53) mit einem Laser durch Abscannen erwärmt und zumindest die Haftung der Klebe- mϊttelschicht (42) verringert, insbesondere gelöst, wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Absaugeinheit (38) das Abfallmaterial (53) abgesaugt und von dem schichtweisen Aufbau (14) entfernt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die oberste Schicht des schichtweisen Aufbaus (14) durch eine Reinigungsvorrϊchtung (39), insbesondere durch eine Reinigungswalze oder -bürste, gereinigt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Abfallmaterials (53) und Reinigen der obersten Schicht des schichtweisen Aufbaus (14) in einem Arbeitsgang durchgeführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des schichtweisen Aufbaus (14) nach dem Konturieren der Bauschicht (52) und Entfernen des Abfallmaterials (53) von einem Sensor überwacht wird und die Daten zur Überwachung einer Reinigungsvorrichtung (39) weitergeleitet werden.
30. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontur durch Lasergravieren in die oberste Materialbahn (16) eingebracht wird.
31. Vorrichtung zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung für ein Bauteil (11), bestehend aus einem schichtweisen Aufbau (14), insbesondere zur Durchführung der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kammer (61) vorgesehen ist, in welche ein in einer Bearbeitungsstation (18) hergestellter schichtweiser Aufbau (14) in ein Pulverbett einsetzbar ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (61) eine Umfangswand (63) aufweist, welche auf einer Grundplatte (22) des schichtweisen Aufbaus (14) oder einem Boden (62) der Kammer (61) aufsetzbar und mit einem Deckel (64)
. verschließbar ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (64) einen zur Innenseite der Kammer (61) weisenden Stempel (67) aufweist, der an eine Umfangswand (63) angrenzt und vorzugsweise vollflächig ausgebildet ist.
34. Vorrichtung zur Herstellung eines schichtweϊsen Aufbaus (14) für ein Bauteil (11), ausgehend von einem CAD-Modell, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1, 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstatϊon (18) vorgesehen ist, welcher eine Materialbahn (16) zugeführt und auf einer Grundplatte (22) auf einem Hubtisch (21) fixϊerbar ist und eine Bearbeitungseinheit (23) zur Einbringung von wenigstens einer Kontur in die zumindest oberste auf der Grundplatte (22) positionierte Materialbahn (16) vorgesehen ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (23) einen Laser und Optiken aufweist, durch die ein Laserstrahl (27) zur Bildung eines Schnittspaltes (51) und zum Abscannen der Oberfläche der Materialbahn (16) steuerbar ist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hubtisch (21) eine Andruckwalze (37) zugeordnet ist, welche entlang der obersten Materialbahn (16), zumindest unter teilweisem Druck entlangführbar ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hubtisch (21) zumindest ein Aushebezylinder (36) für den Materialbahntransport zugeordnet ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hubtisch (21) gegenüberliegend ein Sensor zugeordnet ist, durch den die tatsächliche Höhe des schichtweisen Aufbaus (14) erfassbar ist.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass, in Materϊaltransportrichtung gesehen, vor dem Hubtisch (21) eine Schichtdickenmesseϊnrichtung (32) zur Erfassung der tatsächlichen Schichtdϊcke der Materialbahn (16) ohne Klebemittelschicht angeordnet ist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass, in Materialtransportrichtung gesehen, vor dem Hub- tisch (21) eine Auftragsstation, zumindest für Klebemittel (26) vorgesehen ist.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstation (18) eine Absaugeiriheit (38), vorzugsweise eine Saugdüse oder Vakuumvorrichtung, zugeordnet ist.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung (39), insbesondere eine Reinigungswalze oder -bürste, zur Bearbeitung der zumindest obersten Materialbahn (16) vorgesehen ist.
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AT (1) ATE367256T1 (de)
DE (2) DE10160772A1 (de)
WO (1) WO2003049926A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037525A1 (de) * 2005-08-09 2007-02-15 Schaeffler Kg Verfahren zur Serienherstellung eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug
EP1839221A2 (de) * 2005-01-18 2007-10-03 FloodCooling Technologies, L.L.C. Verfahren zur herstellung eines werkzeugs
WO2014092205A1 (en) 2012-12-13 2014-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing structural body and manufacturing apparatus therefor

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070295440A1 (en) * 2006-05-24 2007-12-27 Stucker Brent E Surface roughness reduction for improving bonding in ultrasonic consolidation rapid manufacturing
GB0616116D0 (en) * 2006-08-12 2006-09-20 Rolls Royce Plc A method of forming a component on a substrate
US20090226338A1 (en) * 2006-11-13 2009-09-10 Igor Troitski Method and system for manufacturing of complex shape parts from powder materials by hot isostatic pressing with controlled pressure inside the tooling and providing the shape of the part by multi-layer inserts
US20090188097A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Siemens Power Generation, Inc. Method of layered fabrication
GB0917936D0 (en) 2009-10-13 2009-11-25 3D Printer Aps Three-dimensional printer
JP2011098484A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Sony Corp ３次元光造形装置、３次元光造形方法及び造形物
GB2523857B (en) * 2012-02-24 2016-09-14 Malcolm Ward-Close Charles Processing of metal or alloy objects
US20130221191A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Ford Motor Company Mold core package for forming a powder slush molding tool
DE102013221014A1 (de) * 2013-10-16 2015-04-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Beseitigungsvorrichtung und Verfahren zum Beseitigen zumindest von Schweißablagerungen in einer Anlage zum Herstellen eines Bauteils mittels Auftragung von Pulverschichten
EP3108846B1 (de) * 2014-02-19 2021-06-23 J. Morita Manufacturing Corporation Element für medizinisches instrument
DE102015004570A1 (de) * 2014-08-05 2016-02-11 Miranda Fateri Additive Manufacturing Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Additive Manufacturing Verfahrens
US10046547B2 (en) 2015-11-24 2018-08-14 Xerox Corporation Systems and methods for implementing three dimensional (3D) object, part and component manufacture including displacement/vibration welded or heat staked laminates
US9908292B2 (en) * 2015-11-24 2018-03-06 Xerox Corporation Systems and methods for implementing three dimensional (3D) object, part and component manufacture including locally laser welded laminates
US10688596B2 (en) * 2015-12-18 2020-06-23 Illinois Tool Works Inc. Wire manufactured by additive manufacturing methods
WO2017194404A1 (de) 2016-05-07 2017-11-16 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dreidimensionalen gegenstandes
CN106670736B (zh) * 2016-10-19 2018-09-14 哈尔滨工业大学 一种大尺寸结构复杂金属构件的叠层制造方法
US11351627B2 (en) 2017-01-31 2022-06-07 Eshfartech Ltd. Three-dimensional laminated metallic objects, method and system of making same
US20220339909A1 (en) * 2017-01-31 2022-10-27 Eshfartech Ltd. Three-dimensional laminated metallic objects with periodically-diffused marking material
US20180214946A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-02 General Electric Company Layerwise material application method and apparatus for additive manufacturing
DE102017206815A1 (de) 2017-04-24 2018-10-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Säuberung eines generativ gefertigten Teils
US10828723B2 (en) 2017-11-13 2020-11-10 General Electric Company Process monitoring for mobile large scale additive manufacturing using foil-based build materials
US10828724B2 (en) 2017-11-13 2020-11-10 General Electric Company Foil part vectorization for mobile large scale additive manufacturing using foil-based build materials
US11364564B2 (en) 2017-11-13 2022-06-21 General Electric Company Mobile large scale additive manufacturing using foil-based build materials
US10894299B2 (en) 2017-11-13 2021-01-19 General Electric Company Fixed bed large scale additive manufacturing using foil-based build materials
US10751935B2 (en) 2018-06-01 2020-08-25 Xerox Corporation Substrate blank shearing and precise stack location apparatus and method for web fed presses
DE102018127950A1 (de) 2018-11-08 2020-05-14 Volkswagen Ag Verfahren zur Optimierung eines mittels 3D-Druckverfahren gefertigten Gegenstandes, Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugvorrichtung
EP3650184A1 (de) * 2018-11-08 2020-05-13 Universität Kassel Verfahren zur herstellung von bauteilen aus massivholz, endlosstrang aus massivholz für dieses verfahren und damit hergestelltes massivholzbauteil
CN109648848B (zh) * 2018-12-29 2020-07-10 北京科技大学 基于光敏粘结的无冗余层叠增材制造工艺及制造装置
FR3093940B1 (fr) * 2019-03-21 2023-11-24 Safran Trans Systems Dispositif pour fabrication par fusion sélective sur lit de poudre
CN110216380B (zh) * 2019-05-31 2021-02-12 河南科技大学 一种预置焊丝后重熔的增材制造方法
BR112023012510A2 (pt) 2020-12-28 2023-10-03 Alloy Entpr Inc Método para a fabricação de um objeto e folha revestida
US11951679B2 (en) 2021-06-16 2024-04-09 General Electric Company Additive manufacturing system
US11731367B2 (en) 2021-06-23 2023-08-22 General Electric Company Drive system for additive manufacturing
US11958249B2 (en) 2021-06-24 2024-04-16 General Electric Company Reclamation system for additive manufacturing
US11958250B2 (en) 2021-06-24 2024-04-16 General Electric Company Reclamation system for additive manufacturing
US11826950B2 (en) 2021-07-09 2023-11-28 General Electric Company Resin management system for additive manufacturing
US11813799B2 (en) 2021-09-01 2023-11-14 General Electric Company Control systems and methods for additive manufacturing
CN113770552A (zh) * 2021-09-03 2021-12-10 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 一种可移动激光切割机
CN114311688B (zh) * 2021-12-31 2024-03-26 宜兴市惠华复合材料有限公司 一种低成本扩散焊系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0764487A1 (de) * 1995-09-19 1997-03-26 Rockwell International Corporation Formenlose Herstellung von Metallkörper
US5637175A (en) * 1988-10-05 1997-06-10 Helisys Corporation Apparatus for forming an integral object from laminations
US6056843A (en) * 1993-12-29 2000-05-02 Kira Corporation Sheet lamination modeling method and sheet lamination modeling apparatus
WO2001072502A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-04 Generis Gmbh Method for manufacturing a structural part by deposition technique

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US627332A (en) * 1899-06-20 Reversible rotary engine
US4752352A (en) * 1986-06-06 1988-06-21 Michael Feygin Apparatus and method for forming an integral object from laminations
US5876550A (en) * 1988-10-05 1999-03-02 Helisys, Inc. Laminated object manufacturing apparatus and method
IL88626A0 (en) * 1988-12-07 1989-07-31 N C T Limited Method and apparatus for making three-dimensional objects
US5185248A (en) * 1990-05-08 1993-02-09 E. R. Squibb & Sons, Inc. Farnesyl-protein transferase assay for identifying compounds that block neoplastic transformation
US5879489A (en) * 1993-11-24 1999-03-09 Burns; Marshall Method and apparatus for automatic fabrication of three-dimensional objects
US5779833A (en) * 1995-08-04 1998-07-14 Case Western Reserve University Method for constructing three dimensional bodies from laminations
JPH0966565A (ja) * 1995-08-31 1997-03-11 Roland D G Kk 三次元造形方法およびそれに用いる装置
JP3366512B2 (ja) * 1995-10-17 2003-01-14 ローランドディー．ジー．株式会社 三次元造形方法
US5883357A (en) * 1996-03-25 1999-03-16 Case Western Reserve University Selective vacuum gripper
US5730817A (en) * 1996-04-22 1998-03-24 Helisys, Inc. Laminated object manufacturing system
DE19729770C1 (de) * 1997-07-11 1998-11-05 Daniel Graf Verfahren zum Erzeugen beliebiger metallischer Körper durch schichtweisen Aufbau der Geometrie und Laserbearbeitung der Schichten
DE19801374C1 (de) * 1998-01-16 1999-03-11 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zum Löten von metallischen mikrostrukturierten Blechen
US6048432A (en) * 1998-02-09 2000-04-11 Applied Metallurgy Corporation Method for producing complex-shaped objects from laminae
WO2000000344A1 (en) * 1998-06-30 2000-01-06 Trustees Of Tufts College Multiple-material prototyping by ultrasonic adhesion
KR100270934B1 (ko) * 1998-07-10 2000-12-01 선우중호 후처리를 최소화하는 판재적층방식 쾌속조형법
DE19948151A1 (de) * 1999-10-07 2001-04-12 Volkswagen Ag Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen
US6627835B1 (en) * 2000-02-02 2003-09-30 Purdue Research Foundation Three dimensional object fabrication techniques
US6484776B1 (en) * 2000-04-07 2002-11-26 Northrop Grumman Corporation System for constructing a laminate
KR100362737B1 (ko) * 2000-04-07 2002-11-27 한국과학기술원 선형 열절단 시스템을 이용한 가변 적층 쾌속조형방법 및쾌속조형장치
US6672502B1 (en) * 2000-11-28 2004-01-06 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Method for making devices having intermetallic structures and intermetallic devices made thereby
KR100384135B1 (ko) * 2001-07-06 2003-05-14 한국과학기술원 선형 열절단 시스템을 이용한 단속적 재료 공급식가변적층 쾌속조형 공정 및 장치
DE102005038573B4 (de) * 2004-08-13 2007-10-25 Korea Advanced Institute Of Science & Technology Variable Schichtungs-Rapid Prototyping-Vorrichtung zum Herstellen von großdimensionierten dreidimensionalen Objekten
US20060065355A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Yun-Yao Chiu Waste removal laminate layering rapid prototyping machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637175A (en) * 1988-10-05 1997-06-10 Helisys Corporation Apparatus for forming an integral object from laminations
US6056843A (en) * 1993-12-29 2000-05-02 Kira Corporation Sheet lamination modeling method and sheet lamination modeling apparatus
EP0764487A1 (de) * 1995-09-19 1997-03-26 Rockwell International Corporation Formenlose Herstellung von Metallkörper
WO2001072502A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-04 Generis Gmbh Method for manufacturing a structural part by deposition technique

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1839221A2 (de) * 2005-01-18 2007-10-03 FloodCooling Technologies, L.L.C. Verfahren zur herstellung eines werkzeugs
EP1839221A4 (de) * 2005-01-18 2009-10-28 Floodcooling Technologies L L Verfahren zur herstellung eines werkzeugs
DE102005037525A1 (de) * 2005-08-09 2007-02-15 Schaeffler Kg Verfahren zur Serienherstellung eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug
WO2014092205A1 (en) 2012-12-13 2014-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing structural body and manufacturing apparatus therefor
EP2931499A4 (de) * 2012-12-13 2016-08-17 Canon Kk Verfahren zur herstellung eines bauteiles und herstellungsvorrichtung dafür
US9604437B2 (en) 2012-12-13 2017-03-28 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing structural body and manufacturing apparatus therefor
KR101769692B1 (ko) * 2012-12-13 2017-08-18 캐논 가부시끼가이샤 구조체의 제조 방법 및 제조 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP1461198A2 (de) 2004-09-29
DE10160772A1 (de) 2003-06-26
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EP1461198B1 (de) 2007-07-18
WO2003049926A3 (de) 2004-04-08
DE50210526D1 (de) 2007-08-30
US7402219B2 (en) 2008-07-22
ATE367256T1 (de) 2007-08-15

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