WO2011001270A2 - Vorrichtung und verfahren zur schichtweisen herstellung eines dreidimensionalen objektes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur schichtweisen herstellung eines dreidimensionalen objektes Download PDF

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Gideon Levy
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Inspire AG für mechatronische Produktionssysteme und Fertigungstechnik
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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the layered production of a three-dimensional object from a powdery building material.
  • SLS Selective Laser Sintering
  • SLM Selective Laser Melting
  • a laser beam or an electron beam can be used.
  • solidification takes place by different mechanisms, such as e.g. Solid state sintering, liquid phase sintering, partial melting, complete melting or chemical crosslinking.
  • the building material used is e.g. Polymer powder, steel powder with or without polymer coating, or an optically or thermally crosslinkable polymer.
  • Fig. 1 shows a known device for producing a three-dimensional object by selective laser sintering (SLS method).
  • SLS plant or SLS sintering machine contains a process chamber 1, in which the layered structure ("construction process") of a three-dimensional object takes place.
  • the apparatus also includes means (not shown) for applying a layer of powder to a target surface 2 in the process chamber 1.
  • This powder is from powder containers 3, 4 located on either side of the target surface.
  • the means for applying powder to the target surface 2 are, for example, rollers that can move powder from the powder containers 3, 4 to the target surface 2, so that a thin powder layer is deposited on the target surface 2.
  • the plant also includes means for supplying energy at selected locations of the powder layer corresponding to a cross-section of the article to be formed in the layer to melt the powder at the selected locations.
  • the following measures are used to influence the surface temperature of the target surface:
  • Radiation energy is supplied to the target surface 2 over a large area, for example via an infrared radiator 5 (see FIG. 2);
  • Energy is selectively supplied to the target surface 2 via a focused laser beam in order to achieve a selective melting of the powder
  • a temperature-controlled (tempered) gas such as nitrogen or argon is allowed to flow over the target surface 2 to remove, in addition to the heat emitted by radiation from the target surface 2, a further portion of the waste heat by conduction and removal in the gas.
  • the radiation emitted by the target surface and possibly other surface (3, 4) in the interior of the process chamber is detected in order to determine the respective surface temperature.
  • the information about these surface temperatures serves as the basis for triggering the heating (measure 1) or cooling (measure 3) for influencing the surface temperature of the target surface 2.
  • the bottom of the powder containers 3, 4 is moved upwards in small steps during the construction process, so that powder is always provided at the bottom of the process chamber 1, which can be moved to the target surface 2, for example by the slides, rollers or similar means.
  • the layered article whose upper planar surface forms the target surface 2 is moved downwardly in small steps during the construction process, so that the formed article is gradually buried in a building container 7 (see Fig. 2), the target surface 2 is flush with the bottom of the process chamber 1.
  • the temperature of the powder receiving the laser beam is higher than the temperature of the underlying sintered or non-sintered or unfused preceding layers.
  • the invention has for its object to solve the problems of the aforementioned device and the corresponding method as inexpensively.
  • an apparatus for layering a three-dimensional article of a powdery building material having a process chamber in which the three-dimensional object is gradually formed.
  • the apparatus includes a building material supply area for providing powdery building material; an applying means for applying a powder layer containing the powdery building material to a target surface in a building area of the chamber; a first exposure means for selectively applying energy from a first energy source to selected locations of the powder layer corresponding to a cross-section of the article to be formed within the powder layer to solidify (fuse or sinter) the powdered building material at the selected locations; and optionally a removing means for removing unfused powdered building material.
  • a second impact agent for the application of energy to the applied powder layer is contained, wherein the second impact agent is associated with the application means.
  • action means and the application means are associated with each other so that the application of the powder layer and the application of energy to the applied powder layer in spatial and / or temporal coordination with each other.
  • the second impact means and the application means are arranged in a constant spatial relationship with each other, i. both move together during the application of powder while maintaining the constant spatial relationship.
  • the second action means has a second energy source, by means of which energy can be supplied to the application means and / or the powdery building material.
  • the applied powder layer the energy can be supplied directly from the second energy source, or this energy passes indirectly from the second energy source via the application means on the powder layer.
  • the energy is supplied to the top and the underlying powder layers predominantly by heat conduction.
  • the application means has a contact area in which the application agent and the powdery building material touch each other during the application, wherein the energy can be supplied in the contact area by means of the second energy source the application means and / or the powdery building material.
  • the further acting agent contains a further, regulated energy source, by means of which energy can be supplied to the application means and / or the powdery building material in a regulated manner.
  • sensors for detecting the temperature prevailing at various locations in the interior of the device are arranged in the device according to the invention, and the measured values of the sensors are fed to a control and / or regulating unit of the device.
  • the first and / or the second energy-influencing means are controlled to adjust their energy input or their exposure to energy to the applied powder layer per unit time according to predetermined rules.
  • these predetermined rules are specific to the powdered building material used as well as the thickness of the powder layer applied to the target surface in each step.
  • the temperature at selected locations of this upper surface is detected by the sensors.
  • the one or more for the detection of the Temperature used sensors have a directional characteristic, which allows him to detect the radiation of a small, ie point-like portion of the upper surface of the building material.
  • this will be referred to as a "dot sensor.”
  • a dot sensor may be directed to a plurality of such dot-like subregions of the upper surface
  • these directional characteristic sensors are oriented such that the dot-like subregions targeted by them (“quasi-dots") are raster-like are distributed on the upper surface.
  • the temperature on the entire upper surface are detected by the sensors.
  • CCDs charge coupled devices
  • an optics for pointwise imaging of a selected frequency band of the radiated from the upper surface of the electromagnetic waves This gives a pointwise image of the intensity of the electromagnetic radiation radiated from the top surface, i. the intensity at each point of the top surface is mapped to a corresponding point on the sensor device.
  • area sensor or matrix sensor For this purpose, it is preferable to select a spectral range in the infrared, the optics being an IR optic and the matrix-type sensor arrangement having IR sensors.
  • the temperature of a linear, in particular rectilinear section of the upper surface are detected by the sensors.
  • the sensors be provided in the form of a linear, in particular straight-line arrangement of charge-coupled devices (CCDs), which is preceded by a cylinder optics for imaging a selected frequency band of the radiated from the upper surface electromagnetic waves.
  • CCDs charge-coupled devices
  • this will be referred to as a "line sensor.”
  • line sensors may be used, and in particular line sensors arranged in parallel and / or orthogonal to one another may be used.
  • a plurality of the above-described dot sensors and / or line sensors may be used.
  • the intermediate areas of the upper surface, not the can be imaged and their temperature is not detected directly by sensors can then be determined by interpolation.
  • Temperature sensors can also be arranged in the application means. Again, several sensors may be arranged in a grid-like or line-like manner at or just below the surface of the application means, where this has the contact area in which the application means and the powdery building material touch each other during application. As a sensor, e.g. Thermocouples are used. Although the temperature of the application means is actively controlled, deviations from the predetermined temperature of the application means, which are registered on the surface of the application means at its first contact with the building material, occur predominantly by thermal conduction. These deviations are detected by the sensors on or in the application means and thus allow conclusions about the temperature distribution on the upper surface of the object under construction.
  • temperature sensors for detecting the temperature T f1 of the powdery building material during application contacting surface of the application means are provided.
  • temperature sensors for detecting the temperature T v of the powdery building material supply are provided in the building material supply area.
  • control and / or regulating unit can regulate the surface temperature T h of the application means as a function of the measured surface temperature T h of the application means.
  • control and / or regulating unit can regulate the surface temperature T h of the application means as a function of the measured surface temperature T b of the construction area.
  • control and / or regulating unit can regulate the surface temperature T h of the application means as a function of the measured surface temperature T v of the building material replenishment area.
  • the second energy source has a spatial extent whose geometric shape is modeled on the geometric shape of the contact area of the application means. It is thereby achieved that the energy emitted by the energy source, for example by heat radiation or heat conduction, is supplied to a planar region of the applied powder layer or of the application medium whose surface is approximately the same size as the surface of the contact region.
  • the second energy source may be movable within a spatial range whose extension is modeled on the geometric shape of the contact area of the application means, and / or the direction of the energy supply may be changeable from the second energy source to the contact region.
  • a point-like or linear heat source can be displaced relative to the powder layer, wherein the heat source can be changed in intensity according to a specific time pattern.
  • this can be programmed, for example Distraction over the surface of the applied powder in the spatial area are moved like a grid.
  • the contact area of the applying means is a contact surface or line of contact extending at a constant distance from the target surface and movable at a constant distance along the target surface on the surface of the applying means.
  • the or one of the application means is a blade-like slider having a blade edge that can be moved along the target surface upon application of the powdered build material.
  • the originating from the building material supply area powdery building material is pushed by means of the slider as a loose powder bed in front of the slide, which results in the slide movement direction before the slide and before the gap a contact area between the pushed powder bed and the slide surface, which not only along the entire slide length transverse to the slider movement direction, but also along a part of the slider surface extends.
  • the slider leaves behind a powder layer whose thickness corresponds to the gap width.
  • the or an application means is a roller which is rotatably mounted about an axis of rotation extending along its axis of symmetry and which has a generatrix parallel to the axis of symmetry or axis of rotation which moves along the target surface upon application of the powdered building material can be.
  • the application agent can also be designed as a doctor blade, rake, comb, plate, etc. In applying and distributing powder to provide the uppermost powder layer, the rotation axis of the roller can be moved parallel to the target surface, maintaining a gap between the flat target surface and the roller surface corresponding to the powder layer to be applied to the target surface.
  • the roller is rotated about its axis of rotation, wherein the rotation of the roller preferably takes place in such a way that the speed of the roller surface or the roller surface line parallel to the target surface is greater than the speed of the roller axis parallel to the target surface.
  • the resulting from the building material supply area powdery building material is pushed by means of the roller as a loose powder bed in front of the roller, resulting in the roll movement direction in front of the roller and before the gap a contact area between the pushed powder bed and the roll surface, not only along the entire roll length, but also extends along a part of the roll circumferential direction.
  • the roller leaves behind a powder layer whose thickness corresponds to the gap width.
  • the application means may also be a disc rotatably mounted about a rotation axis extending orthogonal to the target surface and having a planar surface parallel to the target surface which can be moved along the target surface upon application of the powdered build material.
  • This design of the application means allows on the one hand the emergence of a pushed powder mixture and the advantages achieved thereby, as already explained above with reference to the slider.
  • the relatively large contact area in the gap volume which is much larger in this embodiment than in a slider or a roller, a lot of heat energy from the plate or disc can be entered into the applied powder layer. If this plate or this disc is rotated about its axis of rotation, the powder particles enclosed in the gap volume are also rotated, so that an intense energy input takes place here, even with poorly heat-conductive powder materials in the upper layers in the construction sector.
  • the second energy source extends parallel to the blade or knife edge of the slider.
  • the second energy source may also be reciprocable with a component of movement parallel to the blade edge and / or the direction of energy input from the second energy source to the contact region with a pivotal component parallel to Blade or knife edge of the slider to be pivotable.
  • the second energy source extends parallel to the surface line of the roller.
  • the second energy source may also be reciprocable parallel to the surface line of the roller and / or the direction of energy supply from the second energy source to the contact region with a pivoting component parallel to the surface line of the roller or role back and forth to be swiveled.
  • the second energy source extends parallel to the flat surface of the plate or disc.
  • the second energy source may also be reciprocable parallel to the flat surface of the disk and / or the direction of energization from the second energy source to the contact region with a pivotal component parallel to the planar surface the plate or disc to be pivoted back and forth.
  • the second energy source or second energy sources may be arranged outside the application means and / or in a cavity of the application means.
  • the arrangement inside the application means is particularly compact.
  • the arrangement outside the application means despite the association between the second energy source and the application means, allows some flexibility in the joint movement of the energy source and the application means.
  • the distance between the source of energy and the means of application may be varied during application, whereby during the application of the topmost powder layer, the time difference between the energy input in a region of the target surface of the construction region and the advancement of the application agent over this region is adjustable.
  • the arrangement both inside and outside the application means offers the most adjustment possibilities, namely the mentioned change in distance and the separate switching on of the inner and / or the outer second energy source.
  • the power output i. the delivered amount of energy per unit time adjustable.
  • the second exposure means has a radiation source with linear spatial extent or a plurality of point-like radiation sources arranged along a line or a displaceable radiation source or a displaceable beam guiding means or a pivotable radiation source or a pivotable beam guiding means.
  • the application agent preferably has thermally highly conductive material, in particular metal, at least on its surface. This will ensure that the application means will have a substantially uniform, ie. has spatially constant temperature and at all points of the target surface of the energy input is also largely uniform.
  • the radiation source is arranged inside a hollow roller coaxial with its axis of rotation or axis of symmetry, wherein the roller consists of a thermally highly conductive material, in particular of metal.
  • the energy delivered to the roller in the interior of the hollow roller can thereby be uniformly distributed over the entire outer surface of the roller via heat conduction within the roller wall.
  • the hollow roller may be rotatably mounted on a first frame movable parallel to the target surface.
  • the radiation source arranged in the interior of the hollow roller can be fastened to a second frame which can be moved parallel to the target surface.
  • the hollow roller is rotatably mounted on a movable parallel to the target surface frame and mounted inside the hollow roller radiation source attached to this frame, wherein the radiation source projects through a lateral opening on an end face of the roller into the interior of the roller.
  • a radiation source with linear spatial extent preferably with constant linear luminance
  • a plurality of point-like radiation sources arranged along a line preferably similar radiation sources
  • this line preferably being in the vicinity of geometric axis of symmetry or axis of rotation of the roller extends or is congruent with this axis. All this contributes to the most uniform possible temperature on the roll surface.
  • supply lines for the radiation source which extend from a power supply unit to the radiation source and which are flexible at least in a partial area of their overall length between the frame and the power supply unit, are attached to the frame to which the radiation source is attached.
  • a partitioning means is expediently provided in the process chamber which seals off a partial volume of the process chamber containing the construction area from a remaining volume of the process chamber containing the building material supply area.
  • This makes it possible to minimize heat loss by radiation, heat conduction or convection in the sealed-off region of the process chamber.
  • the temperature in the foreclosed area can be driven relatively high to just below the melting temperature. In general, these are a few Kelvin below the melting temperature of the powder material or a melting coating of the powder material.
  • the maximum possible temperature differences in the building material are e.g. likewise only a few Kelvin between the uppermost consolidated material layer and the underlying material layer. The temperature gradients are therefore low. The resulting deformations of the three-dimensional object can be practically prevented.
  • the partitioning means is preferably a sluice-type partitioning means, by means of which the application means can be moved from the remaining volume of the process chamber to the sealed partial volume of the process chamber and from the partitioned partial volume of the process chamber to the remaining volume of the process chamber. It is particularly advantageous if the sluice-like partitioning means has a flat structure which slopes down from an upper region of the process chamber between the building area and the building material supply area. This depending wall reduces the flow of energy, in particular caused by convection and / or radiation, from the warmer sealed area to the remaining less warm area of the process chamber.
  • the sluice-like partitioning means can comprise areal radiation sources bounding the construction area and / or areal radiation reflectors.
  • the partitioning means is articulated in the upper region, in particular in the ceiling region of the process chamber, and can be pivoted.
  • the lower edge of the descending flat bulkhead means has a complementary shape to the upper contour of the application means and contacts the application means when the application means is under or passes under the bulkhead means.
  • the opening between the sealed sub-volume and the remaining volume of the process chamber can be kept small.
  • the application means can consist of a thermally poorly heat-conducting material, in particular of ceramic. This has the effect that only little heat can flow out of the construction area via the application means.
  • the second energy source should not be mounted inside, but outside this poorly heat-conducting second energy source.
  • the process chamber has a sealed building area sub-volume that includes the construction area, and a first replenishment area subvolume that includes a first building material replenishment area and a second replenishment area subvolume that includes a second building material replenishment area.
  • the partitioning means has a first sluice-like partitioning means, by which the application means can be moved from the first replenishment area partial volume to the sealed construction area partial volume and the partitioned building area partial volume back to the first replenishment area partial volume, and has the partitioning means a second sluice-type partitioning means, by means of which the application means can be moved past the second replenishment area partial volume towards the sealed construction area partial volume and from the partitioned building area partial volume back to the second supply area partial volume.
  • temperature measuring means for measuring the surface temperature
  • temperature measuring means for measuring the surface temperature T b of
  • temperature measuring means for measuring the surface temperature T v of
  • the invention also provides a method for producing in layers a three-dimensional article from a pulverulent building material using one of the devices described above, the method comprising the following steps: a) providing powdered fusible building material having a melting point T m in a building material supply area;
  • steps b) and c) are performed repeatedly to build the object in layers.
  • step b at least during the application (step b) a further action of energy on the applied powder layer.
  • the temperature T h of the surface of the application means contacting the powdery building material during application is in a range of T m - 15K to T m - 5K, and more preferably in a range of T m - 10K to T m - 5K held.
  • the temperature T v of the powdery building material supply in the building material supply area in a range of T m - 40K to T m - 15K, and more preferably in a range of T m - 25K to T m - 10K.
  • the surface temperature T is controlled h of the application means in dependence on the measured surface temperature T h of the application means.
  • the surface temperature T h of the application means is controlled as a function of the measured surface temperature T b of the construction sector.
  • the surface temperature T h of the application means is preferably controlled as a function of the measured surface temperature T v of the building material replenishment area (supply).
  • powders of a thermoplastic polymer material having a heat resistance of more than 150 ° C may be used, e.g. PC, PSU, PEI, PBI, PET, PA, ECTFE, PVDF, PPS, ETFE, PEEK, MFA, PFA, PAI, with PC, PA and PEEK being particularly preferred for selective laser sintering.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a known selective laser sintering apparatus within which objects can be generated in layers;
  • Fig. 2 is a sectional view through the known device of Fig. 1;
  • Fig. 3A is a schematic plan view of a first embodiment of the inventive
  • 3B is a schematic plan view of the first embodiment of the inventive
  • Fig. 3C is a schematic plan view of the first embodiment of the inventive
  • Fig. 3D is a schematic plan view of the first embodiment of the inventive
  • Fig. 4A is a side view corresponding to Fig. 3A of the first embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 4B is a side view corresponding to Fig. 3B of the first embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 4C is a side view corresponding to Fig. 3C of the first embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 4D is a side view corresponding to Fig. 3D of the first embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 5A is a schematic plan view of a second embodiment of the inventive
  • Fig. 5B is a schematic plan view of the second embodiment of the inventive
  • Fig. 5C is a schematic plan view of the first embodiment of the inventive
  • Fig. 5D is a schematic plan view of the first embodiment of the inventive
  • Fig. 6A is a side view corresponding to Fig. 5A of the second embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 6B is a side view corresponding to Fig. 5B of the second embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 6C is a side view corresponding to Fig. 5C of the second embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 6D is a side view corresponding to Fig. 5D of the second embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 7 is a perspective view of an embodiment of a first component of the device according to the invention of Fig. 3; and Fig. 8 is a perspective view of an embodiment of a second component of the inventive device of Fig. 3.
  • FIG. 3A shows a schematic plan view of a first embodiment of the device 1 according to the invention in a first method phase.
  • FIG. 4A shows a side view corresponding to FIG. 3A of the first embodiment of the device 1 according to the invention.
  • the plan view shows the bottom of the process chamber 14 from above. It can be seen a building area 10 containing solidified and non-solidified powdered building material P, which rests on a height-adjustable construction area floor 1 1.
  • the solidified building material in the building area 10 forms a partially finished, layered body K.
  • a first building material replenishment area 3 containing non-solidified powdered building material P resting on a height adjustable replenishment area floor 12
  • a second building material can be seen
  • Replenishment area 4 containing non-solidified powdered building material P resting on a height-adjustable replenishment area floor 13.
  • a hollow roller 7 which has a cylinder jacket 7a and, as the second energy source, a radiation heater 7b arranged along the cylinder axis.
  • the cylinder shell 7a is made of a good heat-conductive material such. Metal.
  • the radiant heater is e.g. a lamp, in particular a heating wire or a gas discharge tube, the radiation of which is almost completely absorbed by the cylinder jacket 7a.
  • the power of the radiant heater 7b can be adjusted so that the surface temperature of the cylinder jacket is only a few Kelvin below the sintering temperature or the melting temperature of the powdered building material P.
  • the hollow roller 7 can be offset by means not shown drive elements in a translational movement according to arrow T and a rotational movement according to arrow R.
  • the roller 7 is just above the second building material supply area 4, the bottom 13 of which has previously been slightly moved up to convey powdered building material P to the surface or to provide at the bottom of the process chamber 14.
  • the powdery building material P originating from the building material supply area 4 is pushed as a loose powder bed LP in front of the roller, in front of the roller 7 and before the gap in the roller movement direction (not shown) ) results in a contact area 7c between the pushed powder bed LP and the roll surface 7a.
  • FIG. 3B shows a schematic plan view of the first embodiment of the device 1 according to the invention in a second method phase.
  • FIG. 4B shows a side view corresponding to FIG. 3B of the first embodiment of the device 1 according to the invention.
  • the pulverulent building material P transported from the replenishment area 4 as a loose powder bed LP into the construction area 10 was strongly heated during this transport and is now distributed over the building area 10 as the uppermost powder layer.
  • heat is also transferred to the previously deposited underlying layers of the building area, so that cooling of the deeper layers of the building area 10 is prevented and always a small temperature difference between the temperature of the powder bed of the building area 10 and the sintering temperature or the melting temperature of the building material P is present.
  • mechanical stresses in the layered body K can thereby be minimized.
  • FIG. 3C shows a schematic plan view of the first embodiment of the device 1 according to the invention in a third method phase.
  • FIG. 4C shows a side view corresponding to FIG. 3C of the first embodiment of the device 1 according to the invention.
  • the roller 7 is located just above the first building material supply area 3, the floor 12 of which was previously moved slightly upwards to convey powdered building material P to the surface or to the bottom of the process chamber 14.
  • the translation T and rotation R of the roller 7, which now takes place in the opposite direction the pulverulent building material P originating from the building material replenishment area 3 is pushed as a loose powder bed LP in front of the roller, and likewise in the opposite direction.
  • the heat input via the radiant heater 7b and the cylinder surface 7a continues to take place during this return movement of the roller 7 as well as during the movement of the roller 7.
  • FIG. 3D shows a schematic plan view of the first embodiment of the device 1 according to the invention in a fourth method phase.
  • FIG. 4D shows a side view corresponding to FIG. 3D of the first embodiment of the device 1 according to the invention.
  • the pulverulent building material P transported from the replenishment area 3 as a loose powder bed LP into the construction area 10 was in turn strongly heated during this transport and is now distributed over the building area 10 as the uppermost powder layer.
  • heat is again introduced into the previously deposited underlying layers of the construction area, so that the cooling of the deeper layers of the building area 10 is prevented and always the only small temperature difference between the temperature of the powder bed of the building area 10 and the sintering temperature or Melting temperature of the building material P is present.
  • mechanical stresses in the layered body K are effectively minimized.
  • FIG. 5A shows a schematic plan view of a second embodiment of the device 1 'according to the invention in a first method phase.
  • FIG. 6A shows a side view corresponding to FIG. 5A of the second embodiment of the device 1 'according to the invention.
  • This second embodiment differs from the first embodiment in that, in addition to the roller 7 serving as the application means, there are also provided two partitioning means 8, 9 which seal off a partial volume of the process chamber 14 from the remaining volume of the process chamber 14. All other elements, in particular the function and movement of the roller 7, are as in the first embodiment.
  • the two partitioning means 8, 9 are each a lock-type partitioning means 8, 9, on which the application means or the roller 7 can move past, in a first direction from the remaining volume of the process chamber to the partitioned partial volume of the process chamber and into an opposite direction from the partitioned partial volume of the process chamber to the remaining volume of the process chamber 14.
  • the sluice-like partitioning means 8, 9 are in each case a two-dimensional structure 8, 9 projecting from an upper area of the process chamber 14 between the building area 10 and the respective building material supply area 3, 4; which is in each case articulated and pivotable in the ceiling region of the process chamber 14 via a joint 8a or 9a.
  • the partitioning means 8, 9 may be provided on their surface facing the construction area with planar radiation sources and / or planar radiation reflectors.
  • the roller 7 is above the second building material supply area 4, from which it picks up powdery building material P as in the first embodiment, to supply it to the building area 10 as in the first embodiment.
  • FIG. 5B shows a schematic plan view of the second embodiment of the device 1 'according to the invention in a second method phase.
  • FIG. 6B shows a side view corresponding to FIG. 5B of the second embodiment of the device 1 'according to the invention.
  • FIG. 5C shows a schematic plan view of the second embodiment of the device 1 'according to the invention in a third method phase.
  • FIG. 6C shows a side view corresponding to FIG. 5C of the first embodiment of the device 1 'according to the invention.
  • the roller 7 has moved up to the left Abschottungssch 8 and touches it at its lower end 8b, whereby the Abschottungssch 8 is deflected about its hinge 8a to the left. Since the edge of the descending flat sealing means 8 at its lower end 8b has a shape complementary to the upper contour of the roller 7 (straight) and the roller 7 contacted, the process chamber 14 is sealed off from the right-hand remaining partial volume of the process chamber. Thus, an energy loss of the process chamber 14 is also minimized over the building area 10 by heat conduction, heat radiation or convection to the remaining part volume of the process chamber 14 on the left side in this way.
  • Fig. 5D is a schematic plan view of the second embodiment of the inventive
  • FIG. 6D shows a side view corresponding to FIG. 5D of the second embodiment of the device 1 'according to the invention.
  • This phase corresponds to the process phase of FIG. 5A and FIG. 6A.
  • a roller 7 made of a thermally poorly conductive material is ceramic.
  • the invention pursues an active influence on the temperature in the construction area 10, i. one introduces a great deal of energy into the building material P via the heated roller 7, which for this purpose is formed from a good heat-conducting material.
  • the thermal foreclosure 8, 9 can be used here with the thermal foreclosure 8, 9.
  • a more passively influenced influence of the temperature in the construction area 10 can be traced, i. one leaves out very little energy from the building material P and out of the construction area 10.
  • the use of a poorly heat-conducting roller 7 is suitable as a supplement to the thermal partition 8, 9.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a heatable roller 7 in a particularly advantageous embodiment.
  • Fig. 8 is a perspective view of a frame 15 for receiving and guiding the roller 7 shown in Fig. 7 is shown.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands (K) aus einem pulverfόrmigen Baumaterial (P). Neben einer ersten Energiequelle, deren Energie zum selektiven Verfestigen der jeweiligen Schichten verwendet wird, verwendet die Erfindung eine zweite Energiequelle (7b), deren Energie zum Heizen des Baubereichs (10) verwendet wird, urn das Auftreten grosser Temperaturgardienten zu vermeiden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen
Objektes
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US Patentanmeldung Nr.: 61/222,953 mit dem Titel: APPARATUS AND PROCESS FOR THE MAN U FACTU Rl NG OF A THREE DIMENSIONAL OBJECT, welche am 3. Juli 2009 angemeldet wurde.
Erfindungsgebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem pulverförmigen Baumaterial.
Hintergrund der Erfindung
Bekannte Verfahren zur schichtweisen Herstellung dreidimensionaler Gegenstände sind z.B. das selektive Laser-Sintern (SLS) und das selektive Laser-Schmelzen (SLM). Dieses Verfahren wird mittels einer Vorrichtung mit einer Prozesskammer durchgeführt, in welcher der dreidimensionale Gegenstand Schicht für Schicht aufgebaut wird. Bei diesem Verfahren wird schichtweise ein sog. Baumaterial, z.B. in Form eines feinen Pulvers, auf eine Basis aufgetragen, wonach diese Materialschicht bzw. Pulverschicht in Teilbereichen selektiv verfestigt wird. Diese Abfolge von Schichtauftragung und selektiver Verfestigung erfolgt wiederholt so lange, bis der dreidimensionale Gegenstand nach und nach schichtweise fertiggestellt ist. Die selektive Verfestigung der Pulverschichten erfolgt durch gezielten Energieeintrag, z.B. durch thermische Energie, in die zu verfestigenden Teilbereiche einer jeweiligen Schicht. Hierfür kann je nach Baumaterial ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl eingesetzt werden. Je nach Art des Baumaterials erfolgt die Verfestigung durch unterschiedliche Mechanismen, wie z.B. Festkörper- Sintern, Flüssigphasen-Sintern, partielles Schmelzen, vollständiges Schmelzen oder chemische Vernetzung. Je nach Verfestigungsmechanismus verwendet man als Baumaterial z.B. Polymerpulver, Stahlpulver mit oder ohne Polymerbeschichtung, oder ein optisch oder thermisch vernetzbares Polymer.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands durch selektives Lasersintern (SLS-Verfahren). Diese sogenannte SLS-Anlage beziehungsweise SLS-Sintermaschine enthält eine Prozesskammer 1 , in welcher der schichtweise Aufbau („Bauvorgang") eines dreidimensionalen Gegenstands erfolgt.
Die Anlage enthält ausserdem (nicht gezeigte) Mittel zum Aufbringen einer Schicht aus Pulver auf eine Zieloberfläche 2 in der Prozesskammer 1. Dieses Pulver stammt aus Pulverbehältern 3, 4, die sich beiderseits von der Zieloberfläche befinden. Bei den Mitteln zum Aufbringen von Pulver auf die Zieloberfläche 2 handelt es sich zum Beispiel um Walzen, die Pulver von den Pulverbehältern 3, 4 zu der Zieloberfläche 2 verschieben können, so dass eine dünne Pulverschicht auf der Zieloberfläche 2 abgelagert wird. Die Anlage enthält auch Mittel zum Zuführen von Energie an ausgewählten Stellen der Pulverschicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands in der Schicht entsprechen, um das Pulver an den ausgewählten Stellen zu schmelzen.
Für die Beeinflussung der Oberflächentemperatur der Zieloberfläche verwendet man zum Beispiel folgende Massnahmen:
1) Man führt der Zieloberfläche 2 grossflächig Strahlungsenergie zum Beispiel über ein Infrarot-Strahler 5 zu (siehe Fig. 2);
2) Man führt der Zieloberfläche 2 punktuell über einen fokussierten Laserstrahl Energie zu, um eine punktuelle Aufschmelzung des Pulvers zu erzielen;
3) Man lässt ein temperaturgesteuertes (temperiertes) Gas wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon über die Zieloberfläche 2 strömen, um neben der durch Abstrahlung abgegebenen Wärme von der Zieloberfläche 2 einen weiteren Teil der Abwärme durch Wärmeleitung und Abtransport in dem Gas zu entfernen.
Mittels eines Strahlungssensors, zum Beispiel in Form eines IR-Sensors 6, wird die von der Zieloberfläche und ggfs. anderen Oberfläche (3, 4) im Innern der Prozesskammer abgegebenen Strahlung erfasst, um die jeweilige Oberflächentemperatur zu bestimmen.
Die Information über diese Oberflächentemperaturen dient als Grundlage für eine Ansteuerung der Aufheizung (Massnahme 1) oder Abkühlung (Massnahme 3) zur Beeinflussung der Oberflächentemperatur der Zieloberfläche 2.
Der Boden der Pulverbehälter 3, 4 wird während des Bauvorgangs in kleinen Schritten nach oben bewegt, so dass am Boden der Prozesskammer 1 stets Pulver bereitgestellt wird, das zum Beispiel durch die Schieber, Walzen oder ähnlichen Mittel zu der Zieloberfläche 2 bewegt werden kann. Der schichtweise gebildete Gegenstand, dessen obere, ebene Fläche die Zieloberfläche 2 bildet, wird während des Bauvorgangs in kleinen Schritten nach unten bewegt, so dass der gebildete Gegenstand nach und nach in einem Baubehälter 7 versenkt wird (siehe Fig. 2), wobei die Zieloberfläche 2 mit dem Boden der Prozesskammer 1 bündig ist.
Mit der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Vorrichtung lässt sich somit folgendes bekanntes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Gegenstands durchführen:
- Aufbringen einer Schicht aus Pulver auf die Zieloberfläche 2;
Zuführen von Energie an ausgewählten Stellen der Schicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands in der Schicht entsprechen, um das Pulver an den ausgewählten Stellen zu schmelzen;
Wiederholen der Schritte des Aufbringens von Pulver und des Zuführens von Energie, um den Gegenstand schichtweise aufzubauen, wobei die Temperatur der Zieloberfläche 2 und gegebenenfalls anderer Oberflächen im Innern der Prozesskammer durch Erfassen der von ihnen abgestrahlten Strahlung mittels eines Strahlungssensors 6 erfasst wird. Bei diesen Verfahren können Probleme auftreten, welche die Form und/oder die Stabilität der so hergestellten dreidimensionalen Gegenstände beeinträchtigen. Typische Probleme sind Schrumpfungen und/oder Krümmungen bis hin zu Rissbildungen oder Brüchen der so hergestellten Gegenstände. Ein Grossteil dieser Probleme beruht auf einer über das Bauteil ungleichmässigen räumlichen und zeitlichen Temperaturverteilung und damit verbundener unterschiedlicher Temperaturgradienten, die zu den für die genannten Verformungen verantwortlichen mechanischen Spannungen führen.
Insbesondere ist die Temperatur des Pulvers, welches den Laserstrahl aufnimmt, höher als die Temperatur der darunterliegenden gesinterten bzw. verschmolzenen oder nicht-gesinterten oder nicht-verschmolzenen vorhergehenden Schichten. Somit ergeben sich beachtliche vertikale thermische Gradienten an der Zieloberfläche, über welche der Laserstrahl geführt wird. Darüberhinaus können wegen der speziellen Form einer jeweiligen Schicht und dadurch bedingter unterschiedlicher Wärmeableitung oder unterschiedlicher Wärmeabstrahlung auch innerhalb einer Schicht, d.h. in horizontaler Richtung, unterschiedliche Temperaturen vorliegen. Somit ergeben sich auch beachtliche horizontale thermische Gradienten an der Zieloberfläche.
Um diese Probleme zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, ist man bestrebt, solche ungleichmässigen Temperaturgradienten möglichst klein zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme der eingangs genannten Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens möglichst kostengünstig zu lösen.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem pulverförmigen Baumaterial bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Prozesskammer aufweist, in welcher der dreidimensionale Gegenstand nach und nach gebildet wird. Die Vorrichtung enthält einen Baumaterial-Nachschubbereich zum Bereitstellen von pulverförmigem Baumaterial; ein Aufbringungsmittel zum Aufbringen einer das pulverförmige Baumaterial aufweisenden Pulverschicht auf eine Zieloberfläche in einem Baubereich der Kammer; ein erstes Einwirkungsmittel zum gezielten Einwirkenlassen von Energie aus einer ersten Energiequelle auf ausgewählte Stellen der Pulverschicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands innerhalb der Pulverschicht entsprechen, um das pulverförmige Baumaterial an den ausgewählten Stellen zu verfestigen (verschmelzen oder sintern); und ggfs. ein Entfernungsmittel zum Entfernen von nicht verschmolzenen pulverförmigem Baumaterial. Erfindungsgemäss ist in der Prozesskammer ein zweites Einwirkungsmittel zum Einwirkenlassen von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht enthalten, wobei das zweite Einwirkungsmittel dem Aufbringungsmittel zugeordnet ist.
Durch die Zuordnung des zweiten Energie-Einwirkungsmittels zu dem Pulver-Aufbringungsmittel wird gewährleistet, dass dem dreidimensionalen Gegenstand während seiner schichtweisen Herstellung nicht nur während des Verfestigens ausgewählter Stellen der Pulverschicht durch das erste Einwirkungsmittel Energie aus der ersten Energiequelle zugeführt wird, sondern auch während des Aufbringens der Pulverschicht auf die Zieloberfläche durch das zweite Einwirkungsmittel Energie zugeführt wird. Auf diese Weise wird während des Auftragens nicht nur die neu aufgetragene oberste Pulverschicht durch Energiezufuhr vorgeheizt, sondern diese Wärme gelangt durch Wärmeleitung auch in die verfestigten und nicht-verfestigten Bereiche der darunter liegenden zuvor aufgetragenen Schichten des Baubereichs, welcher nicht-verfestigtes Pulver und den darin eingebetteten bisher gefertigten Teil des dreidimensionalen Gegenstands enthält. Dadurch lassen sich zumindest die vertikalen Temperaturgradienten in den obersten Schichten verringern, wodurch sich die daraus resultierenden Verformungen des zu bauenden Gegenstands beseitigen oder minimieren lassen.
Unter Zuordnung ist dabei zu verstehen, dass das Einwirkungsmittel und das Aufbringungsmittel einander so zugeordnet sind, dass das Aufbringen der Pulverschicht und das Einwirkenlassen von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht in räumlicher und/oder zeitlicher Abstimmung zueinander erfolgen.
Vorzugsweise sind das zweite Einwirkungsmittel und das Aufbringungsmittel in einer konstanten räumlichen Beziehung zueinander angeordnet, d.h. beide bewegen sich während des Aufbringens von Pulver gemeinsam unter Einhaltung der konstanten räumlichen Beziehung. Zweckmässigerweise weist das zweite Einwirkungsmittel eine zweite Energiequelle auf, mittels welcher dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial Energie zugeführt werden kann. So kann der aufgetragenen Pulverschicht die Energie direkt von der zweiten Energiequelle zugeführt werden, oder diese Energie gelangt indirekt von der zweiten Energiequelle über das Auftragungsmittel auf die Pulverschicht.
In einer speziellen Ausführung erfolgt die Energiezufuhr in die oberste und die darunterliegenden Pulverschichten vorwiegend durch Wärmeleitung. Hierfür hat das Aufbringungsmittel einen Berührungsbereich, in welchem das Aufbringungsmittel und das pulverförmige Baumaterial einander während des Aufbringens berühren, wobei mittels der zweiten Energiequelle dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial die Energie in dem Berührungsbereich zugeführt werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung enthält das weitere Einwirkungsmittel eine weitere, geregelte Energiequelle, mittels welcher dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial geregelt Energie zugeführt werden kann.
Hierfür sind in der erfindungsgemässen Vorrichtung Sensoren zur Erfassung der an verschiedenen Orten im Innern der Vorrichtung herrschenden Temperatur angeordnet, und die Messwerte der Sensoren werden einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit der Vorrichtung zugeführt. Über diese Steuerungs- und/oder Regelungseinheit werden das erste und/oder das zweite Energie-Einwirkungsmittel angesteuert, um deren Energieeintrag bzw. deren Einwirkenlassen von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht pro Zeiteinheit gemäss vorgegebener Regeln anzupassen. Vorzugsweise sind diese vorgegebenen Regeln spezifisch für das verwendete pulverförmige Baumaterial sowie für die Dicke der in jedem Schritt auf die Zieloberfläche aufgetragenen Pulverschicht. Zur Erfassung der Temperatur des schichtweise aufgetragenen und flächig ausgebreiteten Baumaterials, d.h. der Temperatur der oberen kammerseitigen Fläche des im Bau befindlichen Gegenstands, wird die Temperatur an ausgewählten Stellen dieser oberen Fläche durch die Sensoren erfasst, Hierfür kann der eine oder die mehreren für die Erfassung der Temperatur verwendeten Sensoren eine Richtcharakteristik aufweisen, die es ihm ermöglicht, die Strahlung eines kleinen, d.h. punktartigen Teilbereichs der oberen Fläche des Baumaterials zu erfassen. Im folgenden wird dies als„Punktsensor" bezeichnet. Es können mehrere derartiger Sensoren auf mehrere solcher punktartiger Teilbereiche der oberen Fläche gerichtet sein. Vorzugsweise sind diese Richtcharakteristik-Sensoren so ausgerichtet, dass die von ihnen angepeilten punktartigen Teilbereiche („Quasi-Punkte") rasterartig auf der oberen Fläche verteilt sind.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Erfassung der Temperatur des schichtweise aufgetragenen und flächig ausgebreiteten Baumaterials, d.h. der Temperatur der oberen kammerseitigen Fläche des im Bau befindlichen Gegenstands, die Temperatur auf der gesamten oberen Fläche durch die Sensoren erfasst werden, Hierfür kann eine Sensorvorrichtung z.B. in Form einer matrixartigen, zweidimensional verteilten Anordnung ladungsgekoppelter Einheiten (CCDs) vorgesehen werden, der eine Optik zur punktweisen Abbildung eines ausgewählten Frequenzbandes der von der oberen Fläche abgestrahlten elektromagnetischen Wellen vorgeschaltet ist. Dadurch erhält man eine punktweise Abbildung der Intensität der von der oberen Fläche abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, d.h. die Intensität an jedem Punkt der oberen Fläche wird auf einen entsprechenden Punkt auf der Sensorvorrichtung abgebildet. Im folgenden wird dies als„Flächen-Sensor oder Matrix-Sensor" bezeichnet. Vorzugsweise wählt man hierfür einen Spektralbereich im Infrarot aus, wobei die Optik eine IR-Optik ist und die matrixartige Sensoranordnung IR-Sensoren aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Erfassung der Temperatur des schichtweise aufgetragenen und flächig ausgebreiteten Baumaterials, d.h. der Temperatur der oberen kammerseitigen Fläche des im Bau befindlichen Gegenstands, die Temperatur eines linienartigen, insbesondere geradlinigen Ausschnitts der oberen Fläche durch die Sensoren erfasst werden, Hierfür kann eine Sensorvorrichtung z.B. in Form einer linearen, insbesondere geradlinigen Anordnung ladungsgekoppelter Einheiten (CCDs) vorgesehen werden, der eine Zylinder-Optik zur Abbildung eines ausgewählten Frequenzbandes der von der oberen Fläche abgestrahlten elektromagnetischen Wellen vorgeschaltet ist. Dadurch erhält man eine linienartige Abbildung der Intensität der von der oberen Fläche abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, wobei man auch hier hierfür vorzugsweise einen Spektralbereich im Infrarot, für die Optik eine IR-Optik und für die matrixartige Sensoranordnung IR-Sensoren verwendet. Im folgenden wird dies als „Linien-Sensor" bezeichnet. Es können auch mehrere derartiger Linien-Sensoren verwendet werden. Insbesondere können zueinander parallel und/oder zueinander orthogonal angeordnete Linien-Sensoren verwendet werden.
Um die zu verarbeitende Datenmenge, d.h. die Anzahl von Punkten mit jeweiliger Information zur AbStrahlungsintensität gering zu halten, können mehrere der oben beschrieben Punkt-Sensoren und/oder Linien-Sensoren verwendet werden. Die Zwischenbereiche der oberen Fläche, die nicht abgebildet werden und deren Temperatur nicht direkt durch Sensoren erfasst wird, kann dann durch Interpolation ermittelt werden.
Es können auch Temperatursensoren in dem Aufbringungsmittel angeordnet sein. Auch hier können mehrere Sensoren rasterartig oder linienartig verteilt an oder knapp unter der Oberfläche des Aufbringungsmittels angeordnet sein, wo dieses den Berührungsbereich aufweist, in welchem das Aufbringungsmittel und das pulverförmige Baumaterial einander während des Aufbringens berühren. Als Sensor können z.B. Thermoelemente verwendet werden. Obwohl die Temperatur des Aufbringungsmittels aktiv gesteuert wird, ergeben sich an der Oberfläche des Aufbringungsmittels bei seinem ersten Kontakt mit dem Baumaterial vorwiegend durch Wärmeleitung eingetragene Abweichungen von der vorgegebenen Temperatur des Aufbringungsmittels. Diese Abweichungen werden von den Sensoren an oder in dem Aufbringungsmittel erfasst und erlauben somit Rückschlüsse auf die Temperaturverteilung an der oberen Fläche des im Bau befindlichen Gegenstands.
Vorzugsweise sind Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur Tf1 der das pulverförmige Baumaterial beim Aufbringen berührenden Oberfläche des Aufbringungsmittels vorgesehen.
Vorzugsweise sind Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur Tv des pulverförmigen Baumaterialvorrats in dem Baumaterial-Nachschubbereich vorgesehen.
Vorzugsweise kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels regeln.
Vorzugsweise kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tb des Baubereichs regeln.
Vorzugsweise kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tv des Baumaterial-Nachschubbereichs regeln.
Vorzugsweise hat die zweite Energiequelle eine räumliche Ausdehnung, deren geometrische Form der geometrischen Form des Berührungsbereichs des Auftragungsmittels nachempfunden ist. Dadurch wird erreicht, dass die von der Energiequelle z.B. durch Wärmestrahlung oder Wärmeleitung abgegebene Energie einem flächigen Bereich der aufgetragenen Pulverschicht oder des Auftragungsmittels zugeführt wird, dessen Fläche etwa gleich gross wie die Fläche des Berührungsbereichs ist. Alternativ kann die zweite Energiequelle innerhalb eines räumlichen Bereichs bewegbar sein, dessen Ausdehnung der geometrischen Form des Berührungsbereichs des Auftragungsmittels nachempfunden ist, und/oder die Richtung der Energiezufuhr kann von der zweiten Energiequelle zu dem Berührungsbereich veränderbar sein. So kann z.B. eine punktartige oder lineare Wärmequelle relativ zur Pulverschicht verschoben werden, wobei die Wärmequelle nach einem bestimmten zeitlichen Muster in ihrer Intensität verändert werden kann. Bei Verwendung eines Laserstrahls zur Energiezufuhr kann dieser z.B. durch programmierte Ablenkung über die Oberfläche des aufgetragenen Pulvers in dem räumlichen Bereich rasterartig bewegt werden.
Zweckmässigerweise handelt es sich bei dem Berührungsbereich des Aufbringungsmittels um eine sich in einem konstanten Abstand zur Zieloberfläche erstreckende und in konstantem Abstand entlang der Zieloberfläche bewegbare Berührungsfläche oder Berührungslinie an der Oberfläche des Aufbringungsmittels.
Diesbezüglich sind gewisse Geometrien besonders vorteilhaft. Vorzugsweise ist das oder eines der Aufbringungsmittel ein klingenartiger bzw. messerartiger Schieber, der eine Klinge bzw. Messerkante aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann. Das aus dem Baumaterial-Nachschubbereich stammende pulverförmige Baumaterial wird mittels des Schiebers als lose Pulverschüttung vor dem Schieber hergeschoben, wobei sich in der Schieberbewegungsrichtung vor dem Schieber und vor dem Spalt ein Berührungsbereich zwischen der geschobenen Pulverschüttung und der Schieberoberfläche ergibt, der sich nicht nur entlang der gesamten Schieberlänge quer zur Schieber-Bewegungsrichtung, sondern auch entlang eines Teils der Schieberoberfläche erstreckt. Der Schieber hinterlässt dabei eine Pulverschicht, deren Dicke der Spaltweite entspricht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das oder ein Aufbringungsmittel eine Walze bzw. Rolle, die um eine sich entlang ihrer Symmetrieachse erstreckende Drehachse drehbar gelagert ist und die eine zu der Symmetrieachse oder Drehachse parallele Mantellinie aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann. Das Aufbringungsmittel kann aber auch als Rakel, Rechen, Kamm, Platte, usw. ausgeführt sein. Beim Auftragen und Verteilen von Pulver zur Bereitstellung der obersten Pulverschicht kann die Drehachse der Walze paralell zur Zieloberfläche bewegt werden, wobei zwischen der ebenen Zieloberfläche und der Walzenoberfläche ein der auf die Zieloberfläche aufzutragenden Pulverschicht entsprechender Spalt beibehalten wird. Gleichzeitig wird die Walze dabei um ihre Drehachse gedreht, wobei die Drehung der Walze vorzugsweise derart erfolgt, dass die Geschwindigkeit der Walzenoberfläche bzw. der Walzenmantellinie parallel zur Zieloberfläche grösser ist als die Geschwindigkeit der Walzenachse parallel zur Zieloberfläche. Das aus dem Baumaterial-Nachschubbereich stammende pulverförmige Baumaterial wird mittels der Walze als lose Pulverschüttung vor der Walze hergeschoben, wobei sich in der Walzenbewegungsrichtung vor der Walze und vor dem Spalt ein Berührungsbereich zwischen der geschobenen Pulverschüttung und der Walzenoberfläche ergibt, der sich nicht nur entlang der gesamten Walzenlänge, sondern auch entlang eines Teils der Walzen-Umfangsrichtung erstreckt. Die Walze hinterlässt dabei eine Pulverschicht, deren Dicke der Spaltweite entspricht. Durch das Schieben der Pulverschüttung vor der Walze wird die Pulverschüttung durchmischt. Insbesondere bei Verwendung von Polymerpulvern mit relativ schlechter Wärmeleitfähigkeit begünstigt dies den Eintrag von Wärmeenergie in die Pulverschüttung und somit in die aufgetragene Pulverschicht, wenn die von der zweiten Energiequelle stammende Energiezufuhr direkt in die geschobene Pulverschüttung eingetragen wird. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Wärmeeintrag in die geschobene Pulverschüttung indirekt über die Walzenoberfläche erfolgt. In diesem Fall gelangen stets viele Pulverpartikel gleichzeitig mit der Wärme übertragenden Oberfläche in Berührung. Ausserdem sorgt die Durchmischung der geschobenen Pulverschüttung dafür, dass auch andere Partikel mit der Walzenoberfläche in Berührung gelangen. Somit gelangt trotz der schlechten Wärmeleitung des Polymerpulvers viel Energie ins Innere der Pulverschüttung und aufgrund ihrer ständigen Durchmischung letztendlich in alle aufgetragenen Pulverpartikel.
Das Aufbringungsmittel kann auch eine Platte bzw. Scheibe sein, die um eine sich orthogonal zu der Zieloberfläche erstreckende Drehachse drehbar gelagert ist und die eine zur Zieloberfläche parallele ebene Oberfläche aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann. Diese Bauform des Aufbringungsmittels ermöglicht einerseits das Entstehen einer geschobenen Pulvermischung und der dadurch erzielten Vorteile, wie schon weiter oben anhand des Schiebers erläutert. Andererseits kann über die relativ grosse Kontaktfläche in dem Spaltvolumen, das bei dieser Ausführung viel grösser als bei einem Schieber oder bei einer Walze ist, viel Wärmeenergie von der Platte bzw. Scheibe in die aufgetragene Pulverschicht eingetragen werden. Wenn diese Platte bzw. diese Scheibe um ihre Drehachse gedreht wird, werden die im Spaltvolumen eingeschlossenen Pulverpartikel ebenfalls gedreht, so dass hier ein intensiver Energieeintrag selbst bei schlecht wärmeleitenden Pulvermaterialien in die oberen Schichten im Baubereich erfolgt.
Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Energiequelle parallel zu der Klinge bzw. Messerkante des Schiebers. Anstelle einer solchen sich über ein Fläche erstreckenden ausgedehnten Energiequelle kann die zweite Energiequelle auch mit einer Bewegungskomponente parallel zur Klinge bzw. Messerkante des Schiebers hin und her bewegbar sein und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der zweiten Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur Klinge bzw. Messerkante des Schiebers verschwenkbar sein.
Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Energiequelle parallel zu der Mantellinie der Walze bzw. Rolle. Anstelle einer solchen sich über ein Fläche erstreckenden ausgedehnten Energiequelle kann die zweite Energiequelle auch parallel zur Mantellinie der Walze bzw. Rolle hin und her bewegbar sein und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der zweiten Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur Mantellinie der Walze bzw. Rolle hin und her verschwenkbar sein.
Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Energiequelle parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe. Anstelle einer solchen sich über ein Fläche erstreckenden ausgedehnten Energiequelle kann die zweite Energiequelle auch parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe hin und her bewegbar sein und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der zweiten Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe hin und her verschwenkbar sein.
Für die Anordnung derartiger zweiter Energiequellen kommen bei der erfindungsgemässen Vorrichtung mehrere Varianten in Frage. Die zweite Energiequelle oder zweite Energiequellen kann/können ausserhalb des Auftragungsmittels und/oder in einem Hohlraum des Auftragungsmittels angeordnet sein. Die Anordnung im Innern des Auftragungsmittels ist besonders kompakt. Die Anordnung ausserhalb des Auftragungsmittels ermöglicht trotz der Zuordnung zwischen der zweiten Energiequelle und dem Auftragungsmittel eine gewisse Flexibilität bei der gemeinsamen Bewegung der Energiequelle und des Auftragungsmittels. So kann z.B. der Abstand zwischen Energiequelle und Auftragungsmittel während des Auftragens verändert werden, wodurch während des Aufbringens der obersten Pulverschicht die Zeitdifferenz zwischen dem Energieeintrag in einem Bereich der Zieloberfläche des Baubereichs und der Vorbeibewegung des Auftragungsmittels über diesem Bereich verstellbar ist. Die Anordnung sowohl innerhalb als auch ausserhalb des Auftragungsmittels bietet die meisten Verstellmöglichkeiten, nämlich die erwähnte Abstandsänderung sowie das gesonderte Einschalten der inneren und/oder der äusseren zweiten Energiequelle.
Zweckmässigerweise ist bei der zweiten Energiequelle oder jeder der zweiten Energiequellen die Leistungsabgabe, d.h. die abgegebene Energiemenge pro Zeiteinheit einstellbar.
Bei einer bevorzugten Ausführung hat das zweite Einwirkungsmittel eine Strahlungsquelle mit linearer räumlicher Ausdehnung oder mehrere entlang einer Linie angeordnete punktartige Strahlungsquellen oder eine verschiebbare Strahlungsquelle oder ein verschiebbares Strahlführungsmittel oder eine verschwenkbare Strahlungsquelle oder ein verschwenkbares Strahlführungsmittel.
Vorzugsweise besitzt das Auftragungsmittel zumindest an seiner Oberfläche thermisch gut leitendes Material, insbesondere Metall. Dadurch wird gewährleistet, dass das Auftragungsmittel über seine gesamte Oberfläche eine weitgehend einheitliche, d.h. räumlich konstante Temperatur aufweist und an allen Stellen der Zieloberfläche der Energieeintrag ebenfalls weitgehend einheitlich ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Strahlungsquelle im Innern einer hohlen Walze koaxial zu deren Drehachse bzw. Symmetrieachse angeordnet, wobei die Walze aus einem thermisch gut leitenden Material, insbesondere aus Metall besteht. Die im Innern der hohlen Walze an die Walze abgegebene Energie kann sich dadurch über Wärmeleitung innerhalb der Walzenwand über die gesamte äussere Oberfläche der Walze gleichmässig verteilen.
Die hohle Walze kann an einem parallel zur Zieloberfläche bewegbaren ersten Rahmen drehbar gelagert sein. Ebenso kann die im Innern der hohlen Walze angeordnete Strahlungsquelle an einem parallel zur Zieloberfläche bewegbaren zweiten Rahmen befestigt sein. Vorzugsweise ist die hohle Walze an einem parallel zur Zieloberfläche bewegbaren Rahmen drehbar gelagert und die im Innern der hohlen Walze angeordnete Strahlungsquelle an diesem Rahmen befestigt, wobei die Strahlungsquelle über eine seitliche Öffnung an einer Stirnseite der Walze ins Innere der Walze hineinragt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Strahlungsquelle mit linearer räumlicher Ausdehnung (vorzugsweise mit konstanter linearer Leuchtdichte) oder mit mehreren entlang einer Linie angeordneten punktartigen Strahlungsquellen (vorzugsweise gleichartigen Strahlungsquellen) verwendet wird, wobei diese Linie vorzugsweise in der Nähe der geometrischen Symmetrieachse oder Drehachse der Walze verläuft oder mit dieser Achse deckungsgleich ist. All dies trägt zu einer möglichst gleichmässigen Temperatur an der Walzenoberfläche bei.
Zweckmässigerweise sind an dem Rahmen, an dem die Strahlungsquelle befestigt ist, Versorgungsleitungen für die Strahlungsquelle befestigt, die sich von einer Energieversorgungseinheit zu der Strahlungsquelle erstrecken und die zumindest in einem Teilbereich ihrer Gesamtlänge zwischen dem Rahmen und der Energieversorgungseinheit flexibel sind.
Neben den bisher genannten„aktiven" Massnahmen zum Eintragen von Energie in die oberen Schichten des Baubereichs können zusätzlich„passive" Massnahmen getroffen werden, um ein übermässiges und unkontrolliertes Entweichen von Energie aus dem Baubereich zu verhindern.
Hierfür ist in der Prozesskammer zweckmässigerweise ein Abschottungsmittel vorgesehen, das ein den Baubereich enthaltendes Teilvolumen der Prozesskammer von einem den Baumaterial- Nachschubbereich enthaltenden restlichen Volumen der Prozesskammer abschottet. Dies ermöglicht es, einen Wärmeverlust durch Strahlung, Wärmeleitung oder Konvektion in dem abgeschotteten Bereich der Prozesskammer gering zu halten. Somit kann die Temperatur in dem abgeschotteten Bereich relativ hoch bis knapp unter die Schmelztemperatur gefahren werden. In der Regel sind dies einige Kelvin unterhalb der Schmelztemperatur des Pulvermaterials oder einer schmelzenden Beschichtung des Pulvermaterials. Somit betragen die maximal möglichen Temperaturdifferenzen in dem Baumaterial z.B. zwischen der obersten verfestigten Materialschicht und der darunterliegenden Materialschicht ebenfalls nur einige wenige Kelvin. Die Temperaturgradienten sind daher gering. Die daraus resultierenden Verformungen des dreidimensionalen Gegenstands können so praktisch verhindert werden.
Vorzugsweise ist das Abschottungsmittel ein schleusenartiges Abschottungsmittel, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom restlichen Volumen der Prozesskammer zum abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer und vom abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer zum restlichen Volumen der Prozesskammer vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das schleusenartige Abschottungsmittel ein von einem oberen Bereich der Prozesskammer zwischem dem Baubereich und dem Baumaterial- Nachschubbereich herabragendes flächiges Gebilde aufweist. Diese herabhängende Wand verringert den insbesondere durch Konvektion und/oder Strahlung verursachten Abfluss von Energie von dem wärmeren abgeschotteten Bereich zu dem restlichen weniger warmen Bereich der Prozesskammer.
Als weitere aktive und/oder passive Massnahme kann das schleusenartige Abschottungsmittel den Baubereich begrenzende flächige Strahlungsquellen und/oder flächige Strahlungsreflektoren aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Abschottungsmittel im oberen Bereich, insbesondere im Deckenbereich der Prozesskammer angelenkt und verschwenkbar. Zweckmässigerweise hat der untere Rand des herabragenden flächigen Abschottungsmittels eine zur oberen Kontur des Aufbringungsmittels komplementäre Form und kontaktiert das Aufbringungsmittel, wenn das Aufbringungsmittel sich unter dem Abschottungsmittel befindet oder unter diesem vorbeibewegt. So kann die Öffnung zwischen dem abgeschotteten Teilvolumen und dem restlichen Volumen der Prozesskammer klein gehalten werden.
Als weitere passive Massnahme kann das Aufbringungsmittel aus einem thermisch schlecht wärmeleitenden Material, insbesondere aus Keramik bestehen. Dies bewirkt, dass über das Aufbringungsmittel nur wenig Wärme aus dem Baubereich abfliessen kann. In diesem Fall sollte aber die zweite Energiequelle nicht im Innern, sondern ausserhalb dieser schlecht wärmeleitenden zweiten Energiequelle angebracht werden.
Zweckmässigerweise hat die Prozesskammer ein abgeschottetes Baubereich-Teilvolumen, das den Baubereich enthält, sowie ein erstes Nachschubbereich-Teilvolumen, das einen ersten Baumaterial-Nachschubbereich enthält, und ein zweites Nachschubbereich-Teilvolumen, das einen zweiten Baumaterial-Nachschubbereich enthält. Vorzugsweise hat dabei das Abschottungsmittel ein erstes schleusenartiges Abschottungsmittel, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom ersten Nachschubbereich-Teilvolumen hin zum abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen und vom abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen zurück zum ersten Nachschubbereich-Teilvolumen vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann, und hat das Abschottungsmittel ein zweites schleusenartiges Abschottungsmittel, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom zweiten Nachschubbereich-Teilvolumen hin zum abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen und vom abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen zurück zum zweiten Nachschubbereich-Teilvolumen vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann.
Neben diesen aktiven und passiven Mitteln zur gezielten Energiezufuhr in den Baubereich der Prozesskammer oder zur Verringerung des Wärmeabflusses aus diesem Baubereich werden zweckmässigerweise noch Temperatur-Erfassungsmittel an verschiedenen Teilen oder Orten der erfindungsgemässen Vorrichtung bereitgestellt.
Vorzugsweise sind Temperatur-Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur
(Baubereich-Heiztemperatur) Th des Aufbringungsmittels vorgesehen.
Vorzugsweise sind Temperatur-Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur Tb des
Baubereichs vorgesehen.
Vorzugsweise sind Temperatur-Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur Tv des
Baumaterial-Nachschubbereichs (Vorrat) vorgesehen.
Dies ermöglicht eine Überwachung der jeweiligen Temperaturen und Temperaturunterschiede während des Verfahrens.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe stellt die Erfindung auch ein Verfahren bereit zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem pulverförmigen Baumaterial unter Verwendung einer der weiter oben beschriebenen Vorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: a) Bereitstellen von pulverförmigem, schmelzbarem Baumaterial mit einem Schmelzpunkt Tm in einem Baumaterial-Nachschubbereich;
b) Aufbringen einer das pulverförmige Baumaterial aufweisenden Pulverschicht auf eine Zieloberfläche in einem Baubereich mittels eines Aufbringungsmittels;
c) gezieltes Einwirkenlassen von Energie auf ausgewählte Stellen der Pulverschicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands innerhalb der Pulverschicht entsprechen, um das pulverförmige Baumaterial an den ausgewählten Stellen zu verschmelzen; und
d) ggfs. Entfernen von nicht verschmolzenem pulverförmigem Baumaterial;
wobei die Schritte b) und c) wiederholt durchgeführt werden, um den Gegenstand schichtweise aufzubauen.
Erfindungsgemäss erfolgt zumindest während des Aufbringens (Schritt b) ein weiteres Einwirken von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Temperatur Th der das pulverförmige Baumaterial beim Aufbringen berührenden Oberfläche des Aufbringungsmittels in einem Bereich von Tm - 15K bis Tm - 5K und besonders bevorzugt in einem Bereich von Tm - 10K bis Tm - 5K gehalten.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Temperatur Tv des pulverförmigen Baumaterialvorrats in dem Baumaterial-Nachschubbereich in einem Bereich von Tm - 40K bis Tm - 15K und besonders bevorzugt in einem Bereich von Tm - 25K bis Tm - 10K gehalten.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels geregelt.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tb des Baubereichs geregelt.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tv des Baumaterial-Nachschubbereichs (Vorrat) geregelt wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man Pulver aus einem thermoplastischen Polymermaterial mit einer Hitzebeständigkeit von mehr als 150°C verwenden, wie z.B. PC, PSU, PEI, PBI, PET, PA, ECTFE, PVDF, PPS, ETFE, PEEK, MFA, PFA, PAI, wobei PC, PA und PEEK für das selektive Laser-Sintern besonders bevorzugt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung anhand der Zeichnung, wobei:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer bekannten Vorrichtung für selektives Laser- Sintern ist, innerhalb der Gegenstände schichtweise generiert werden können; Fig. 2 eine Schnittansicht durch die bekannte Vorrichtung von Fig. 1 ist;
Fig. 3A eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung für selektives Laser-Sintern oder selektives Laser-Schmelzen in einer ersten
Verfahrensphase ist;
Fig. 3B eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer zweiten Verfahrensphase ist;
Fig. 3C eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer dritten Verfahrensphase ist;
Fig. 3D eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer vierten Verfahrensphase ist;
Fig. 4A eine der Fig. 3A entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 4B eine der Fig. 3B entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 4C eine der Fig. 3C entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 4D eine der Fig. 3D entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 5A eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung für selektives Laser-Sintern oder selektives Laser-Schmelzen in einer ersten
Verfahrensphase ist;
Fig. 5B eine schematische Draufsicht auf die zweite Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer zweiten Verfahrensphase ist;
Fig. 5C eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer dritten Verfahrensphase ist;
Fig. 5D eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung in einer vierten Verfahrensphase ist;
Fig. 6A eine der Fig. 5A entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 6B eine der Fig. 5B entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 6C eine der Fig. 5C entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 6D eine der Fig. 5D entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer Ausführung eines ersten Bauteils der erfindungsgemässen Vorrichtung von Fig. 3 ist; und Fig. 8 eine Perspektivansicht einer Ausführung eines zweiten Bauteils der erfindungsgemässen Vorrichtung von Fig. 3 ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In Fig. 3A ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer ersten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 4A ist eine der Fig. 3A entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt.
Die Draufsicht zeigt den Boden der Prozesskammer 14 von oben. Man erkennt einen Baubereich 10, der verfestigtes und nicht-verfestigtes pulverförmiges Baumaterial P enthält, das auf einem höhenverstellbaren Baubereich-Boden 1 1 aufliegt. Das verfestigte Baumaterial in dem Baubereich 10 bildet einen teilweise fertigen, schichtweise gebildeten Körper K. Ausserdem erkennt man einen ersten Baumaterial-Nachschubbereich 3, der nicht-verfestigtes pulverförmiges Baumaterial P enthält, das auf einem höhenverstellbaren Nachschubbereich- Boden 12 aufliegt, sowie einen zweiten Baumaterial-Nachschubbereich 4, der nicht-verfestigtes pulverförmiges Baumaterial P enthält, das auf einem höhenverstellbaren Nachschubbereich- Boden 13 aufliegt.
Ausserdem erkennt man ein Aufbringungsmittel in Form einer hohlen Walze 7, die einen Zylindermantel 7a und als zweite Energiequelle eine entlang der Zylinderachse angeordnete Strahlungsheizung 7b aufweist. Der Zylindermantel 7a besteht aus einem gut wärmeleitenden Material wie z.B. Metall. Die Strahlungsheizung ist z.B. eine Lampe, insbesondere ein Heizdraht oder eine Gasentladungsröhre, deren Strahlung praktisch vollständig von dem Zylindermantel 7a absorbiert wird. Die Leistung der Strahlungsheizung 7b kann so eingestellt werden, dass die Oberflächentemperatur des Zylindermantels nur einige wenige Kelvin unterhalb der Sintertemperatur oder der Schmelztemperatur des pulverförmigen Baumaterials P liegt.
Die hohle Walze 7 kann durch nicht gezeigte Antriebselemente in eine Translationsbewegung gemäss Pfeil T und eine Rotationsbewegung gemäss Pfeil R versetzt werden. In Fig. 4A befindet sich die Walze 7 gerade oberhalb des zweiten Baumaterial-Nachschubbereichs 4, dessen Boden 13 zuvor geringfügig nach oben bewegt wurde, um pulverförmiges Baumaterial P an die Oberfläche zu befördern bzw. am Boden der Prozesskammer 14 bereitzustellen. Durch die Kombination der Translation T und der Rotation R der Walze 7 wird das aus dem Baumaterial- Nachschubbereich 4 stammende pulverförmige Baumaterial P als lose Pulverschüttung LP vor der Walze hergeschoben, wobei sich in der Walzenbewegungsrichtung vor der Walze 7 und vor dem Spalt (nicht gezeigt) ein Berührungsbereich 7c zwischen der geschobenen Pulverschüttung LP und der Walzenoberfläche 7a ergibt. Dieser Berührungsbereich 7c erstreckt sich entlang der gesamten Walzenlänge sowie entlang eines Teils der Walzen-Umfangsrichtung. Die Walze 7 hinterlässt dabei eine Pulverschicht (nicht gezeigt), deren Dicke der Spaltweite entspricht. Durch das Schieben der Pulverschüttung LP vor der Walze wird die Pulverschüttung LP durchmischt. Dies begünstigt den Eintrag von Wärmeenergie in die Pulverschüttung LP und somit in die aufgetragene Pulverschicht. Der Wärmeeintrag in die geschobene Pulverschüttung LP erfolgt über die Walzenoberfläche. In Fig. 3B ist eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer zweiten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 4B ist eine der Fig. 3B entsprechende Seitenansicht der ersten ' Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt.
Die durch Translation T und Rotation R entlang des Bodens des Prozesskammer 14 bewegte Walze 7 befindet sich nun über dem Baubereich 10 und schiebt nach wie vor eine Pulverschüttung LP vor sich her. Das vom Nachschubbereich 4 her als lose Pulverschüttung LP in den Baubereich 10 transportierte pulverförmige Baumaterial P wurde während dieses Transports stark aufgeheizt und wird nun über dem Baubereich 10 als oberste Pulverschicht verteilt. Dadurch gelangt auch in die schon zuvor abgelagerten darunterliegenden Schichten des Baubereichs Wärme, so dass ein Auskühlen der tieferen Schichten des ' Baubereichs 10 verhindert wird und stets eine nur kleine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Pulverbetts des Baubereichs 10 und der Sintertemperatur bzw. der Schmelztemperatur des Baumaterials P vorliegt. Wie in der Einleitung erläutert, können dadurch mechanische Spannungen in dem schichtweise gebildeten Körper K minimiert werden.
In Fig. 3C ist eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer dritten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 4C ist eine der Fig. 3C entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt.
Die Walze 7 befindet sich gerade oberhalb des ersten Baumaterial-Nachschubbereichs 3, dessen Boden 12 zuvor geringfügig nach oben bewegt wurde, um pulverförmiges Baumaterial P an die Oberfläche zu befördern bzw. am Boden der Prozesskammer 14 bereitzustellen. Durch die Kombination der nun in umgekehrter Richtung erfolgenden Translation T und Rotation R der Walze 7 wird das aus dem Baumaterial-Nachschubbereich 3 stammende pulverförmige Baumaterial P als lose Pulverschüttung LP vor der Walze hergeschoben, und zwar ebenfalls in umgekehrter Richtung. Der Wärmeeintrag über die Strahlungsheizung 7b und die Zylinderoberfläche 7a erfolgt bei dieser Rückbewegung der Walze 7 weiterhin genauso wie bei der Herbewegung der Walze 7.
In Fig. 3D ist eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer vierten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 4D eine der Fig. 3D entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt.
Die durch Translation T und Rotation R entlang des Bodens des Prozesskammer 14 bewegte Walze 7 befindet sich nun wieder über dem Baubereich 10 und schiebt wieder eine Pulverschüttung LP vor sich her. Das vom Nachschubbereich 3 her als lose Pulverschüttung LP in den Baubereich 10 transportierte pulverförmige Baumaterial P wurde während dieses Transports wiederum stark aufgeheizt und wird nun über dem Baubereich 10 als oberste Pulverschicht verteilt. Dadurch gelangt erneut in die schon zuvor abgelagerten darunterliegenden Schichten des Baubereichs Wärme, so dass das Auskühlen der tieferen Schichten des Baubereichs 10 verhindert wird und stets die nur kleine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Pulverbetts des Baubereichs 10 und der Sintertemperatur bzw. der Schmelztemperatur des Baumaterials P vorliegt. Dadurch werden mechanische Spannungen in dem schichtweise gebildeten Körper K wirkungsvoll minimiert.
In Fig. 5A ist eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' in einer ersten Verfahrensphase gezeigt.
Fig. 6A ist eine der Fig. 5A entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' gezeigt.
Diese zweite Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung dadurch, dass zusätzlich zu der als Auftragungsmittel dienenden Walze 7 noch zwei Abschottungsmittel 8, 9 vorgesehen sind, die ein Teilvolumen der Prozesskammer 14 von dem restlichen Volumen der Prozesskammer 14 abschotten. Alle anderen Elemente, insbesondere die Funktion und Bewegung der Walze 7, sind wie bei der ersten Ausführung. Bei den beiden Abschottungsmitteln 8, 9 handelt es sich jeweils um ein schleusenartiges Abschottungsmittel 8, 9, an welchem das Aufbringungsmittel bzw. die Walze 7 sich vorbeibewegen kann, und zwar in einer ersten Richtung vom restlichen Volumen der Prozesskammer zum abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer und in einer entgegengesetzten Richtung vom abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer zum restlichen Volumen der Prozesskammer 14. Die schleusenartigen Abschottungsmittel 8, 9 sind jeweils ein von einem oberen Bereich der Prozesskammer 14 zwischen dem Baubereich 10 und dem jeweilgenBaumaterial-Nachschubbereich 3, 4 herabragendes flächiges Gebilde 8, 9, das jeweils im Deckenbereich der Prozesskammer 14 über ein Gelenk 8a bzw. 9a angelenkt und verschwenkbar ist. Die Abschottungsmittel 8, 9 können an ihrer zum Baubereich weisenden Oberfläche mit flächigen Strahlungsquellen und/oder flächigen Strahlungsreflektoren ausgestattet sein.
In Fig. 5A und Fig. 6A befindet sich die Walze 7 über dem zweiten Baumaterial- Nachschubbereich 4, von welchem sie wie bei der ersten Ausführung pulverförmiges Baumaterial P abholt, um ihn dann dem Baubereich 10 wie bei der ersten Ausführung zuzuführen.
In Fig. 5B ist eine schematische Draufsicht auf die zweite Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' in einer zweiten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 6B eine der Fig. 5B entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' gezeigt.
Hier hat sich die Walze 7 bis an das rechte Abschottungsmittel 9 heranbewegt und berührt dieses an seinem unteren Ende 9b, wodurch das Abschottungsmittel 9 um sein Gelenk 9a nach links ausgelenkt wird. Da der Rand des herabragenden flächigen Abschottungsmittels 9 an seinem unteren Ende 9b eine zur oberen Kontur der Walze 7 komplementäre Form hat (in diesem Fall geradlinig) und die Walze 7 kontaktiert, ist die Prozesskammer 14 gegenüber dem rechten restlichen Teilvolumen der Prozesskammer abgeschottet. Ein Energieverlust der Prozesskammer 14 über dem Baubereich 10 durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Konvektion zu dem restlichen Teilvolumen der Prozesskammer 14 auf der rechten Seite wird auf diese Weise minimiert. In Fig. 5C ist eine schematische Draufsicht auf die zweite Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' in einer dritten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 6C ist eine der Fig. 5C entsprechende Seitenansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' gezeigt.
Nun hat sich die Walze 7 bis an das linke Abschottungsmittel 8 heranbewegt und berührt dieses an seinem unteren Ende 8b, wodurch das Abschottungsmittel 8 um sein Gelenk 8a nach links ausgelenkt wird. Da auch der Rand des herabragenden flächigen Abschottungsmittels 8 an seinem unteren Ende 8b eine zur oberen Kontur der Walze 7 komplementäre Form hat (geradlinig) und die Walze 7 kontaktiert, ist die Prozesskammer 14 gegenüber dem rechten restlichen Teilvolumen der Prozesskammer abgeschottet. So wird auch ein Energieverlust der Prozesskammer 14 über dem Baubereich 10 durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Konvektion zu dem restlichen Teilvolumen der Prozesskammer 14 auf der linken Seite auf diese Weise minimiert.
In Fig. 5D ist eine schematische Draufsicht auf die zweite Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung 1 ' in einer vierten Verfahrensphase gezeigt.
In Fig. 6D ist eine der Fig. 5D entsprechende Seitenansicht der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 ' gezeigt.
Diese Phase entspricht der Verfahrensphase von Fig. 5A und Fig. 6A. Die bisher beschriebene
Bewegung der Walze 7 an den beiden Abschottungsmitteln 9, 8 vorbei von rechts nach links wiederholt sich nun in der entgegengesetzten Richtung von links nach rechts wieder an den beiden Abschottungsmitteln 8, 9 vorbei.
Bei der zweiten Ausführung mit abgeschottetem Baubereich 10 kann man auch eine Walze 7 aus einem thermisch schlecht leitenden Material verwenden. Besonders vorteilhaft ist hierfür Keramik.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Erfindung gemäss einer ersten Ausführung eine aktive Beeinflussung der Temperatur im Baubereich 10 verfolgt, d.h. man leitet besonders viel Energie in das Baumaterial P über die beheizte Walze 7 ein, die hierfür aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet ist. Ergänzend kann natürlich auch hier mit der thermischen Abschottung 8, 9 gearbeitet werden. Gemäss einer zweiten Ausführung kann auch eine mehr passiv ausgelegte Beeinflussung der Temperatur im Baubereich 10 verfolgt werden, d.h. man lässt besonders wenig Energie aus dem Baumaterial P und aus dem Baubereich 10 heraus. Hierfür eignet sich als Ergänzung zu der thermischen Abschottung 8, 9 die Verwendung einer schlecht wärmeleitenden Walze 7.
In Fig. 7 ist eine Perspektivansicht einer beheizbaren Walze 7 in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung gezeigt.
In Fig. 8 ist eine Perspektivansicht eines Rahmens 15 zur Aufnahme und Führung der in Fig. 7 gezeigten Walze 7 gezeigt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem pulverförmigen Baumaterial, wobei die Vorrichtung eine Prozesskammer aufweist, in welcher der dreidimensionale Gegenstand nach und nach gebildet wird und in welcher die folgenden Elemente enthalten sind:
ein Baumaterial-Nachschubbereich zum Bereitstellen von pulverförmigem Baumaterial;
ein Aufbringungsmittel zum Aufbringen einer das pulverförmige Baumaterial aufweisenden
Pulverschicht auf eine Zieloberfläche in einem Baubereich der Kammer;
ein erstes Einwirkungsmittel zum gezielten Einwirkenlassen von Energie aus einer ersten
Energiequelle auf ausgewählte Stellen der Pulverschicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands innerhalb der Pulverschicht entsprechen, um das pulverförmige
Baumaterial an den ausgewählten Stellen zu verschmelzen;
ein Entfernungsmittel zum Entfernen von nicht verschmolzenem pulverförmigem Baumaterial, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer ein weiteres bzw. zweites
Einwirkungsmittel zum Einwirkenlassen von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht enthalten ist, wobei das weitere Einwirkungsmittel dem Aufbringungsmittel zugeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Einwirkungsmittel und das Aufbringungsmittel in einer konstanten räumlichen Beziehung zueinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Einwirkungsmittel eine weitere Energiequelle aufweist, mittels welcher dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial Energie zugeführt werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringungsmittel einen Berührungsbereich aufweist, in welchem das Aufbringungsmittel und das pulverförmige Baumaterial einander während des Aufbringens berühren, wobei mittels der weiteren Energiequelle dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial die Energie in dem Berührungsbereich zugeführt werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Enwirkungsmittel eine weitere, geregelte Energiequelle aufweist, mittels welcher dem Aufbringungsmittel und/oder dem pulverförmigen Baumaterial geregelt Energie zugeführt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle eine räumliche Ausdehnung hat, deren geometrische Form der geometrischen Form des Berührungsbereichs des Auftragungsmittels nachempfunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle innerhalb eines räumlichen Bereichs bewegbar ist, dessen Ausdehnung der geometrischen Form des Berührungsbereichs des Auftragungsmittels nachempfunden ist und/oder dass die Richtung der Energiezufuhr von der weiteren Energiequelle zu dem Berührungsbereich veränderbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Berührungsbereich des Aufbringungsmittels eine sich in einem konstanten Abstand zu der Zieloberfläche erstreckende und in konstantem Abstand entlang der Zieloberfläche bewegbare Berührungsfläche oder Berührungslinie an der Oberfläche des Aufbringungsmittels ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbringungsmittel ein klingenartiger bzw. messerartiger Schieber ist, der eine Klinge bzw. Messerkante aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbringungsmittel eine Walze bzw. Rolle ist, die um eine sich entlang ihrer Symmetrieachse erstreckende Drehachse drehbar gelagert ist und die eine zu der Symmetrieachse oder Drehachse parallele Mantellinie aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufbringungsmittel eine Platte bzw. Scheibe ist, die um eine sich orthogonal zu der Zieloberfläche erstreckende Drehachse drehbar gelagert ist und die eine zu der Zieloberfläche parallele ebene Oberfläche aufweist, die beim Aufbringen des pulverförmigen Baumaterials entlang der Zieloberfläche bewegt werden kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle sich parallel zu der Klinge bzw. Messerkante des Schiebers erstreckt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle mit einer Bewegungskomponente parallel zur Klinge bzw. Messerkante des Schiebers hin und her bewegbar ist und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der weiteren Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur Klinge bzw. Messerkante des Schiebers verschwenkbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle sich parallel zu der Mantellinie der Walze bzw. Rolle erstreckt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle parallel zur Mantellinie der Walze bzw. Rolle hin und her bewegbar ist und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der weiteren Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur Mantellinie der Walze bzw. Rolle hin und her verschwenkbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere zweite Energiequelle sich parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe erstreckt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe hin und her bewegbar ist und/oder die Richtung der Energiezufuhr von der weiteren Energiequelle zu dem Berührungsbereich mit einer Verschwenkungskomponente parallel zur ebenen Oberfläche der Platte bzw. Scheibe hin und her verschwenkbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle ausserhalb des Auftragungsmittels angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Energiequelle in einem Hohlraum des Auftragungsmittels angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Einwirkungsmittel eine Strahlungsquelle mit linearer räumlicher Ausdehnung oder mehrere entlang einer Linie angeordnete punktartige Strahlungsquellen oder eine verschiebbare Strahlungsquelle oder ein verschiebbares Strahlführungsmittel oder eine verschwenkbare Strahlungsquelle oder ein verschwenkbares Strahlführungsmittel aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragungsmittel zumindest an seiner Oberfläche thermisch gut leitendes Material, insbesondere Metall aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle im Innern einer hohlen Walze koaxial zu deren Drehachse bzw. Symmetrieachse angeordnet ist und dass die Walze aus einem thermisch gut leitenden Material, insbesondere aus Metall besteht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Walze an einem parallel zu der Zieloberfläche bewegbaren ersten Rahmen drehbar gelagert ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die im Innern der hohlen Walze angeordnete Strahlungsquelle an einem parallel zur Zieloberfläche bewegbaren weiteren Rahmen befestigt ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Walze an einem parallel zur Zieloberfläche bewegbaren Rahmen drehbar gelagert ist und dass die im Innern der hohlen Walze angeordnete Strahlungsquelle an diesem Rahmen befestigt ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rahmen, an dem die Strahlungsquelle befestigt ist, Versorgungsleitungen für die Strahlungsquelle befestigt sind, die sich von einer Energieversorgungseinheit zu der Strahlungsquelle erstrecken und die zumindest in einem Teilbereich ihrer Gesamtlänge zwischen dem Rahmen und der Energieversorgungseinheit flexibel sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer ein Abschottungsmittel enthalten ist, das ein den Baubereich enthaltendes Teilvolumen der Prozesskammer von einem den Baumaterial-Nachschubbereich enthaltenden restlichen Volumen der Prozesskammer abschottet.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschottungsmittel ein schleusenartiges Abschottungsmittel ist, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom restlichen Volumen der Prozesskammer zum abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer und vom abgeschotteten Teilvolumen der Prozesskammer zum restlichen Volumen der Prozesskammer vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das schleusenartige Abschottungsmittel ein von einem oberen Bereich der Prozesskammer zwischem dem Baubereich und dem Baumaterial-Nachschubbereich herabragendes flächiges Gebilde aufweist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass schleusenartige Abschottungsmittel den Baubereich begrenzende flächige Strahlungsquellen und/oder flächige Strahlungsreflektoren aufweist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschottungsmittel im oberen Bereich, insbesondere im Deckenbereich der Prozesskammer angelenkt und verschwenkbar ist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand des herabragenden flächigen Abschottungsmittels eine zur oberen Kontur des Aufbringungsmittels komplementäre Form hat und das Aufbringungsmittel kontaktiert, wenn das Aufbringungsmittel sich unter dem Abschottungsmittel befindet oder unter diesem vorbeibewegt.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringungsmittel aus einem thermisch schlecht leitenden Material, insbesondere aus Keramik besteht.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer ein abgeschottetes Baubereich-Teilvolumen, das den Baubereich enthält, sowie ein erstes Nachschubbereich-Teilvolumen, das einen ersten Baumaterial-Nachschubbereich enthält, und ein weiteres Nachschubbereich-Teilvolumen, das einen weiteren Baumaterial- Nachschubbereich enthält, aufweist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschottungsmittel ein erstes schleusenartiges Abschottungsmittel aufweist, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom ersten Nachschubbereich-Teilvolumen hin zum abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen und vom abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen zurück zum ersten Nachschubbereich-Teilvolumen vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann, und dass das Abschottungsmittel ein weiteres schleusenartiges Abschottungsmittel aufweist, an welchem / durch welches das Aufbringungsmittel vom weiteren Nachschubbereich-Teilvolumen hin zum abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen und vom abgeschotteten Baubereich-Teilvolumen zurück zum weiteren Nachschubbereich-Teilvolumen vorbeibewegt / hindurchbewegt werden kann.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur- Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels vorgesehen sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur- Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur Tb des Baubereichs vorgesehen sind.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur- Messmittel zur Messung der Oberflächentemperatur Tv des Baumaterial-Nachschubbereichs (Vorrat) vorgesehen sind.
39. Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstands aus einem pulverförmigen Baumaterial unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 38, welches die folgenden Schritte aufweist:
a) Bereitstellen von pulverförmigem, schmelzbarem Baumaterial mit einem Schmelzpunkt Tm in einem Baumaterial-Nachschubbereich;
b) Aufbringen einer das pulverförmige Baumaterial aufweisenden Pulverschicht auf eine Zieloberfläche in einem Baubereich mittels eines Aufbringungsmittels;
c) gezieltes Einwirkenlassen von Energie auf ausgewählte Stellen der Pulverschicht, die einem Querschnitt des zu bildenden Gegenstands innerhalb der Pulverschicht entsprechen, um das pulverförmige Baumaterial an den ausgewählten Stellen zu verschmelzen; und
d) ggfs. Entfernen von nicht verschmolzenen pulverförmigem Baumaterial;
wobei die Schritte b) und c) wiederholt durchgeführt werden, um den Gegenstand schichtweise aufzubauen,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des Aufbringens (Schritt b) ein weiteres
Einwirken von Energie auf die aufgebrachte Pulverschicht erfolgt.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur Th der das pulverförmige Baumaterial beim Aufbringen berührenden Oberfläche des Aufbringungsmittels in einem Bereich von Tm - 15K bis Tm - 5K gehalten wird.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur Th in einem Bereich von T111 - 10K bis Tm - 5K gehalten wird.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur Tv des pulverförmigen Baumaterialvorrats in dem Baumaterial-Nachschubbereich in einem Bereich von Tm - 4OK bis Tm - 15K gehalten wird.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur Tv in einem Bereich von Tm - 25K bis Tm - 10K gehalten wird.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels geregelt wird.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tb des Baubereichs geregelt wird.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das die Oberflächentemperatur Th des Aufbringungsmittels in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur Tv des Baumaterial-Nachschubbereichs (Vorrat) geregelt wird.
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