WO2015071184A1 - Vorrichtung und verfahren zum schichtweisen herstellen eines dreidimensionalen objekts sowie zum auspacken des fertiggestellten objekts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum schichtweisen herstellen eines dreidimensionalen objekts sowie zum auspacken des fertiggestellten objekts Download PDF

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container
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powder
building
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Franz-Josef KERL
Georg Fey
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for producing a three-dimensional object in layers by solidification of biologymate- rial on the cross section of the object to be manufactured in the respective layer corresponding locations by energy input and for unpacking the finished object from it surrounding unconsolidated powder.
  • a method for the layered production of a three-dimensional object which is known under the name "selective laser sintering", as well as an associated device for carrying out the method are described for example in DE 10 2005 024 790 AI.
  • WO 01/10631 describes an apparatus and method for unpacking a finished object from the surrounding powder which has remained unconsolidated.
  • the container in which the object was completed removed from the process chamber and placed in an unpacking station.
  • the unpacking station includes a source of compressed air from which an air stream sweeps tangentially across the top of the container.
  • the unfixed powder is gradually forced out beyond the container rim and blown off the finished object by the flow of air.
  • the object is cooled.
  • the container is tilted by a predetermined angle. By moving the carrier towards the top of the container, the unconsolidated powder is gradually forced out over the container rim and trickles laterally into a collection container.
  • the object of the present invention is to provide an improved apparatus and method for uncoiling an object made by layering powdered starting material from the surrounding unconsolidated powder.
  • the object is achieved by a device according to claim 1 or 8 and a method according to claim 11 or 23. Further developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the rotation of the swap body accommodated in the swivel frame by at least 90 ° from its upright position ensures that the powder which has remained unconsolidated can trickle out completely from the swap body or from cavities of the object produced. Preferably, this trickle is supported by applying a vibration or a knock.
  • the entire process can be carried out under a protective gas atmosphere.
  • FIG. 1 is a schematic, partially sectional view of an embodiment of a device for layering a three-dimensional object suitable for carrying out the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the unpacking station of FIG. 2 with the swap body inserted.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the unpacking station of FIG. 2 with the swap body inserted.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the unpacking station of FIG. 3 in a state rotated by 90 °.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of the unpacking station of FIG. 3 in a state rotated by 180 °.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of the unpacking station of FIG. 3 in a rotated state of 180 ° with a container lid docked to a collection container.
  • FIG. Fig. 7 shows schematically geometries of manufactured objects with
  • the device shown in Fig. 1 is a laser sintering or laser melting device 1.
  • the object 2 contains a process chamber 3 with a chamber wall 4.
  • an upwardly open container 5 is arranged, which is designed as a swap body, which means that it can be removed from the process chamber 3 and used again in it.
  • a movable in a vertical direction V carrier 6 is arranged, on which a base plate 6a is mounted, which closes the swap body down and thus forms its bottom.
  • the base plate 6a may be a plate formed separately from the carrier 6, which is fixed to the carrier 6, or it may be integrally formed with the carrier 6.
  • a construction platform 7 can still be mounted on the base plate 6a, on which the object 2 is built up.
  • the object 2 can but also be built on the base plate 6a, which then serves itself as a construction platform.
  • Fig. 1 in the container 5 on the platform 7 to be formed object 2 is shown below a working level 8 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by unverfax remained building material 9.
  • a reservoir 10 for through electromagnetic radiation solidifiable pulverulent building material 11 and a movable in a horizontal direction H coater 12 for applying the building material 11 to the working level 8 arranged.
  • the laser sintering device 1 further includes an exposure device 13 with a laser 14 which generates a laser beam 15 which is deflected by a deflection device 16 and focused by a focusing device 17 via a coupling window 18 in the wall of the process chamber 3 on the working plane 8 Siert ,
  • the laser sintering device 1 includes a control unit 19, via which the individual components of the device are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process.
  • the control unit may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the laser sintering apparatus 1 includes an unpacking station 20 for unpacking the object 2 from the unconsolidated powder 9 surrounding it.
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of the interior of the unpacking station 20. Any housing present has been omitted for ease of illustration.
  • the unpacking station 20 includes a fixed frame 21 having a pivotal frame 22.
  • the pivotal frame 22 is mounted on the frame 21 so as to be rotatable about a horizontal axis. In the example shown in the figure, the axis of rotation extends through the centers of the two circular rings which form the rotary frame 22.
  • the rotary frame 22 is formed so as to be able to receive a swap body 5.
  • a lid 25 is attached, which is capable of closing the interchangeable container 5 inserted into the rotating frame 22.
  • a collecting container 23 is arranged in the frame 21, which has a collecting opening 24 on its upper side.
  • the collecting opening 24 is closable, for example by a slide (not shown).
  • the collecting container 23 may further comprise a drain or suction opening (also not shown) for removing the collected powder.
  • the swap body 5 is first arranged for producing the object 2 in the process chamber 3.
  • the support 6 is lowered by the desired layer thickness, and then, using the coater 13, a layer of the powdered build-up material 12 is applied.
  • the cross section of the object to be produced is scanned by the laser beam 15, so that the powdery building material 12 is solidified at these points. These steps are repeated until the object is completed.
  • the swap body 5 is brought into the unpacking station 20 and inserted into the swivel frame 22.
  • Fig. 3 shows the unpacking station 20 in the state in which the swap body 5 is inserted.
  • the lid 25 closes the swap body 5 from above.
  • the lid 25 has on its upper side an outlet opening 26 for the unconsolidated powder 9 remained. This outlet opening 26 is initially closed with a slide (not shown in the figures).
  • the rotating frame 22 is then rotated with the interchangeable container 5 received therein about a horizontal axis of rotation.
  • the outlet opening 26 of the lid 25 points downwards and lies opposite the collecting opening 24 of the collecting container 23.
  • the slide of the cover 25 releases the outlet opening 26, and the powder 9, which has remained unconsolidated, can flow into the collecting container 23 below.
  • the object 2 is formed on the building platform 7 and either directly connected to it, e.g. by being sintered directly thereon, or it is formed on a base plate fixed to the build platform 7. It therefore does not fall down even when rotated by 180 °.
  • a vibration can be transmitted to the object 2. This vibration is applied from the outside to the swap body 5, preferably arranged in the swap body 5
  • a vibration ie a continuous oscillation
  • a knocking ie individual successive impacts
  • the parameters of the vibration or the knocking may be appropriately selected and the unpacking device 20 controlled accordingly.
  • vibration these are, for example, frequency, direction,
  • Amplitude, duration or pulse shape of the vibration for example, when knocking strength or direction of each shock or their time interval.
  • This selection and control can also be carried out computer-controlled via software.
  • the lid 25 of the interchangeable container can be docked to the lid of the collecting container 23.
  • a closed, gas-tight interior which is formed from interchangeable container 5 and collecting container 23 and can be filled with an inert gas, so that the emptying of the interchangeable container 5 is carried out under a protective gas atmosphere. Since the object 2 and the powder 9 when unpacking are usually still hot, this undesirable reactions can be avoided.
  • the entire interior of the unpacking station 20 may be filled with a protective gas. If the outlet opening 26 of the lid 25 and / or the collecting opening 24 of the collecting container 23 are designed to be closable, the protective gas atmosphere can be maintained in the swap body 5 and / or the collecting container 23 even if both are separated from one another.
  • the lid 25 may also be provided separately. If no protective gas atmosphere is required, no cover needs to be placed on the interchangeable container 5. The powder then trickles out when turning the swap body 5 from the open top. The collecting opening 24 and the collecting container 23 must then be correspondingly large enough to be able to catch the trickling out powder.
  • the upright position is the position of the interchangeable container in which the outlet opening 26 pointing up and in which the object 2 was made.
  • the axis of rotation about which this rotation takes place preferably horizontally. It can also be used arrangements in which no restrictions on the angle are given and the swap body can be rotated for example by more than 360 °.
  • the described method makes it possible to reliably remove objects which have been produced by layer-wise solidification of pulverulent starting material from the surrounding powder which has remained unconsolidated.
  • a separate drive for ' moving the carrier on which the object has been built, is not required.
  • the powder can trickle out of cavities which can not be freed from powder with the described prior art.
  • the unpacking can be constructed much more compact than at an axis of rotation below the container.
  • the swap body 180 ° In order to improve the removal of the powder from cavities, in particular from narrow channels, it may be advantageous not to rotate the swap body 180 °, but so that these channels are as vertical as possible, so that the powder can trickle well out of the channels, possibly supported by vibration .. It can also be a rotation of more than 180 ° of advantage, for example, up to 270 °.
  • the preferred angle of rotation of the rotating frame results from the angle of the channels in the object. For example, it can be determined from the design data of the manufactured object,. This determination can also be made computer-aided by software, which then controls the rotation accordingly.
  • 7 shows schematically geometries of manufactured objects with inner channels. In Fig. 7a) a finished object 2 is shown, which contains two straight channels 31.
  • a finished object 2 which contains two channels 32 extending at an angle. In each case, an angular position is not sufficient for emptying these channels; instead, the inner and outer limbs of the channel must alternately be brought into a vertical position.
  • a finished object 2 which contains a curved channel 33 extending.
  • a time sequence of angular positions must be set so that the powder can also be removed from the rearmost end of the channel.
  • This temporal sequence can be determined, for example, from the geometry data available for the production of the object. This determination can also be computer-aided by software, which then controls the rotating frame 22 so that the rotation of the interchangeable container 5 is performed with the determined time sequence of angular positions.
  • the unpacking station in the described embodiment is arranged as a separate station outside the process chamber, the present invention is not limited thereto.
  • the unpacking station can also be arranged within the process chamber.
  • the rotating frame may also be arranged so that the swap body is already inserted into it during the manufacture of the object and does not have to be transferred into it after the manufacture of the object. All the features described above for the separately arranged unpacking station can then also be arranged in the process chamber itself.
  • the present invention is not limited thereto. It can also be applied to cases where there is no swap body.
  • the powder may first be removed by suction or blowing off the finished object.
  • the construction platform on which the object is constructed is transferred to the revolving frame and rotated, for example, to remove powder from openings contained in the object.
  • the construction platform can also be used here during the manufacture of the object in the rotary frame.
  • the upright position from which the build platform is rotated is, like the removable frame, the position of the build platform in which the build object was made.
  • a revolving frame for rotating the interchangeable container or the building platform has been described in the described embodiment, the present invention is not limited thereto. It may, for example, a turntable to which the removable frame or the build platform is attached, or any other rotating device may be used.
  • the present invention has been described with reference to a laser sintering or laser melting apparatus, it is not limited to laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of manufacturing a three-dimensional object by coating and selectively solidifying a powdery building material by the action of energy.
  • the laser can be for example a gas or solid-state laser, a laser diode or a laser diode array. In general, any exposure means may be used, may be applied send together with the energy selectively ⁇ on a powder-coated.
  • a laser for example, another light source, an electron beam or any other source of energy or radiation that is suitable for solidifying the powdery building material can be used.
  • the invention can also be applied to selective mask sintering, in which a mask and an extended light source are used instead of a movable laser beam, or to absorption or inhibition sintering.
  • the invention generally relates to producing an entire object solely by coating and selectively solidifying a powdery build material, even though solidification, such as in 3D printing or inkjet printing, does not occur by introducing energy.
  • a powdery build material such as in 3D printing or inkjet printing
  • various types of powder may be used, in particular metal or plastic powder or filled or mixed powders.
  • the process according to the invention can be used particularly advantageously for metal powder.

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Abstract

Eine Vorrichtung (20) zum Auspacken eines in einem Wechselbehälter (5) und/oder auf einer Bauplattform (7) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials (11) hergestellten dreidimensionalen Objekts (2) aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver (9) enthält eine Drehvorrichtung (22) zum Aufnehmen des Wechselbehälters (5) und/oder der Bauplattform (7), der in der Lage ist, den Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (7) um einen Winkel von mindestens 90° aus der aufrechten Position heraus zu drehen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts sowie zum Auspacken des fertiggestellten Objekt
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensio- nalen Objekts durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumate- rial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objektes in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen durch Energieeinbringung und zum Auspacken des fertiggestellten Objekts aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver.
Ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, das unter dem Namen "Selektives Lasersintern" bekannt ist, sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise in der DE 10 2005 024 790 AI beschrieben.
WO 01/10631 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auspacken eines fertiggestellten Objekts aus dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver. Nach der Fertigstellung des Objekts wird der Behälter, in dem das Objekt fertiggestellt wurde, aus der Prozesskammer entnommen und in eine Auspackstation verbracht. In einer Ausführungsform enthält die Auspackstation eine Druckluftquelle, aus der ein Luftstrom tangential über die Oberseite des Behälters streicht. Durch Bewegen des Trägers, auf dem das Objekt aufgebaut ist, in dem Behälter in Richtung zu der Oberseite des Behälters hin wird das unverfes- tigt gebliebene Pulver allmählich über den Behälterrand hinausgedrückt und durch den Luftstrom von dem fertiggestellten Ob- jekt abgeblasen. Dabei wird gleichzeitig das Objekt gekühlt. In einer anderen Ausführungform wird der Behälter um einen vorbestimmten Winkel gekippt. Durch Bewegen des Trägers in Richtung zur Oberseite des Behälters hin wird das unverfestigt gebliebene Pulver allmählich über den Behälterrand hinausgedrückt und rieselt seitlich in einen Auffangbehälter .
Bei dieser Auspackvorrichtung muss ein eigener Antrieb zum Bewegen des Trägers bereitgestellt werden, wodurch die Vorrichtung komplex und groß wird. Außerdem können Objekte mit Hohl- räumen mit den dort beschriebenen Verfahren nicht vollständig von unverfestigt gebliebenem Pulver befreit werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Auspa- cken eines Objekts, das durch schichtweises Verfestigen von pulverförmigem Ausgangsmaterial hergestellt wurde, aus dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 8 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 23. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben . Durch das Drehen des in dem Drehrahmen aufgenommenen Wechselbehälters um mindestens 90°aus seiner aufrechten Position heraus wird erreicht, dass das unverfestigt gebliebene Pulver voll- ständig aus dem Wechselbehälter bzw. aus Hohlräumen des hergestellten Objekts herausrieseln kann. Vorzugsweise wird dieses Herausrieseln durch Aufbringen einer Vibration bzw. eines Klopfens unterstützt. Der gesamte Vorgang kann unter einer Schutz - gasatmosphäre durchgeführt werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer
Auspackstation der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 2 mit eingesetztem Wechselbehälter .
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Aus- packstation von Fig. 3 in einem um 90° gedrehten Zustand . Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 3 in einem um 180° gedrehten Zustand . Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 3 in einem um 180° gedrehten Zustand, wobei ein Behälterdeckel an einen Auffangbehäl- ter angedockt ist. Fig. 7 zeigt schematisch Geometrien hergestellter Objekte mit
Innenkanälen .
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung beschrieben, die zur Durchführung der vorlie- genden Erfindung geeignet ist. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen des Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 angeordnet, der als Wechselbehälter ausgebildet ist, was bedeutet, dass er der Prozesskammer 3 entnommen und wieder in sie eingesetzt werden kann. In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 6 angeordnet, an dem eine Grundplatte 6a angebracht ist, die den Wechselbehälter nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 6a kann eine getrennt von dem Träger 6 gebildete Platte sein, die an dem Träger 6 befestigt ist oder sie kann integral mit dem Träger 6 gebildet sein. Je nach verwendetem Prozess kann auf der Grundplatte 6a noch eine Bauplattform 7 angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 6a aufgebaut werden, die dann selber als Bauplattform dient.
In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 7 zu bildende Objekt 2 unterhalb einer Arbeitsebene 8 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 9. Weiter sind in der Prozesskammer 3 ein Vorratsbehälter 10 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmi- ges Aufbaumaterial 11 und ein in einer horizontalen Richtung H bewegbarer Beschichter 12 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 11 auf die Arbeitsebene 8 angeordnet.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungs- Vorrichtung 13 mit einem Laser 14, der einen Laserstrahl 15 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 16 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 17 über ein Einkoppelfenster 18 in der Wandung der Prozesskammer 3 auf die Arbeitsebene 8 fokus- siert wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 19, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Be- trieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird.
Schließlich enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Auspackstation 20 zum Auspacken des Objekts 2 aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver 9. Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Inneren der Auspackstation 20. Ein eventuell vorhandenes Gehäuse ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Auspackstation 20 enthält ein feststehendes Gestell 21 mit einem Drehrahmen 22. Der Drehrahmen 22 ist so an dem Gestell 21 angebracht, dass er um eine horizontal verlaufende Achse drehbar ist . In dem in der Figur dargestellten Beispiel verläuft die Drehachse durch die Mittelpunkte der beiden kreisförmigen Ringe, die den Drehrahmen 22 bilden. Der Drehrahmen 22 ist so ausgebildet, dass er in der Lage ist, einen Wechselbehälter 5 aufzunehmen. An dem Drehrahmen 22 ist ein Deckel 25 angebracht, der dazu in der Lage ist, den in den Drehrahmen 22 eingesetzten Wechselbehälter 5 zu verschließen.
Unter dem Drehrahmen 22 ist in dem Gestell 21 ein Auffangbehäl- ter 23 angeordnet, der an seiner Oberseite eine Auffangöffnung 24 aufweist. Vorzugsweise ist die Auffangöffnung 24 verschließbar, beispielsweise durch einen (nicht gezeigten) Schieber. Der Auffangbehälter 23 kann ferner eine (ebenfalls nicht gezeigte) Ablass- oder Absaugöffnung aufweisen zum Entfernen des aufgefangenen Pulvers .
Im Betrieb wird der Wechselbehälter 5 zunächst zum Herstellen des Objekts 2 in der Prozesskammer 3 angeordnet. Der Träger 6 wird um die gewünschte Schichtdicke abgesenkt, und dann wird unter Verwendung des Beschichters 13 eine Schicht des pulver- förmigen Aufbaumaterials 12 aufgetragen. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts von dem Laserstrahl 15 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 12 an diesen Stellen verfestigt wird. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt fertiggestellt ist. Zum Auspacken des Objekts 2 aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver 9 wird der Wechselbehälter 5 in die Auspackstation 20 verbracht und in den Drehrahmen 22 eingesetzt. Fig. 3 zeigt die Auspackstation 20 in dem Zustand, in dem der Wechselbehälter 5 eingesetzt ist. Dabei schließt der Deckel 25 den Wechselbehälter 5 nach oben ab. Der Deckel 25 hat an seiner Oberseite eine Auslassöffnung 26 für das unverfestigt gebliebene Pulver 9. Diese Auslassöffnung 26 ist zunächst mit einem (in den Figuren nicht dargestellten) Schieber verschlossen.
Wie in Fig. 4 dargestellt wird anschließend der Drehrahmen 22 mit dem darin aufgenommenen Wechselbehälter 5 um eine horizontale Drehachse gedreht. Bei der in Fig. 5 gezeigten Endstellung (Drehwinkel 180°) zeigt die Auslassöffnung 26 des Deckels 25 nach unten und liegt der Auffangöffnung 24 des Auffangbehälters 23 gegenüber. In dieser Position gibt der Schieber des Deckels 25 die Auslassöffnung 26 frei, und das unverfestigt gebliebene Pulver 9 kann in den darunter stehenden Auffangbehälter 23 rie- sein. Das Objekt 2 ist auf der Bauplattform 7 gebildet und entweder direkt mit ihr verbunden, z.B. indem es direkt darauf gesintert wurde, oder es ist auf einer an der Bauplattform 7 befestigten Grundplatte gebildet. Es fällt daher auch bei einer Drehung um 180° nicht nach unten.
Nach dem Entleeren des Wechselbehälters 5 von unverfestigt gebliebenem Pulver 9 wird er der Auspackstation 20 entnommen, der Deckel 25 wird entfernt und das Objekt 2 wird von der Bauplattform 7 abgelöst. Damit ist das Auspacken des Objekts 2 abge- schlössen. Um das Ablösen des Pulvers 9 von dem Objekt 2 zu unterstützen, kann eine Vibration auf das Objekt 2 übertragen werden. Diese Vibration wird von außen auf den Wechselbehälter 5 aufgebracht, vorzugsweise auf die in dem Wechselbehälter 5 angeordnete
Grundplatte 6a bzw. Bauplattform 7, die das Objekt hält. Dabei wird vorzugsweise durch geeignete Dämpfungsmaßnahmen sichergestellt, dass die Vibration sich nicht zu anderen Teilen der Vorrichtung hin ausbreitet wie z.B. der Beleuchtungseinrichtung oder der Prozesskammer, in der eventuell gleichzeitig bereits ein weiteres Objekt hergestellt wird, um dessen Fertigungs- genauigkeit nicht zu beeinträchtigen.
Anstelle einer Vibration, also einer kontinuierlichen Schwingung, oder zusätzlich zu dieser kann auch ein Klopfen, also einzelne aufeinanderfolgende Stöße, auf das Objekt 2 übertragen werden .
Abhängig von den für die Herstellung des Objekts vorliegenden Geometriedaten und von verschiedenen Prozessparametern wie z.B. der Art und Korngröße des verwendeten Pulvers, der Schichtdicke, einer Dauer der Belichtung durch den Laser oder einer Temperatur des Pulvers während der Verarbeitung können die Parameter der Vibration oder des Klopfens geeignet ausgewählt und die Auspackvorrichtung 20 dementsprechend gesteuert werden. Bei der Vibration sind das beispielsweise Frequenz, Richtung,
Amplitude, Dauer oder Impulsform der Schwingung, beim Klopfen beispielsweise Stärke oder Richtung der einzelnen Stöße oder ihr zeitlicher Abstand. Diese Auswahl und Steuerung kann auch computergesteuert über eine Software durchgeführt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt kann der Deckel 25 des Wechselbehälters an dem Deckel des Auffangbehälters 23 angedockt werden. In diesem Fall entsteht ein geschlossener, gasdichter Innenraum, der aus Wechselbehälter 5 und Auffangbehälter 23 gebildet ist und mit einem Schutzgas gefüllt sein kann, so dass das Entleeren des Wechselbehälters 5 unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Da das Objekt 2 und das Pulver 9 beim Auspacken in der Regel noch heiß sind, können dadurch unerwünschte Reaktionen vermieden werden. Alternativ kann aber auch das gesamte Innere der Auspackstation 20 mit einem Schutzgas gefüllt sein. Wenn die Auslassöffnung 26 des Deckels 25 und/oder die Auffangöff- nung 24 des Auffangbehälters 23 verschließbar ausgebildet sind, kann die Schutzgasatmosphäre auch dann in dem Wechselbehälter 5 und/oder dem Auffangbehälter 23 aufrechterhalten werden, wenn beide voneinander getrennt sind.
Statt fester Bestandteil der Auspackstation 20 zu sein, kann der Deckel 25 auch getrennt bereitgestellt sein. Ist keine Schutzgasatmosphäre erforderlich, braucht auch kein Deckel auf den Wechselbehälters 5 aufgesetzt zu werden. Das Pulver rieselt dann beim Drehen des Wechselbehälters 5 aus dessen offener Oberseite heraus. Die Auffangöffnung 24 und der Auffangbehälter 23 müssen dann entsprechend groß genug sein, das herausrieselnde Pulver auffangen zu können.
Um das Pulver restlos aus dem Wechselbehälter 5 zu entfernen, muss dieser um mindestens 90° aus der aufrechten Stellung heraus gedreht werden, vorzugsweise um mindestens 120°, in weiter bevorzugter Weise um mindestens 150° und in noch weiter bevorzugter Weise um mindestens 180°. Die aufrechte Stellung ist die Stellung des Wechselbehälters, in der die Auslassöffnung 26 nach oben zeigt und in der das Objekt 2 hergestellt wurde. Dabei verläuft die Drehachse, um die diese Drehung erfolgt, vorzugsweise horizontal. Es können auch Anordnungen verwendet werden, bei denen keinerlei Einschränkungen des Winkels gegeben sind und der Wechselbehälter beispielsweise um mehr als 360° gedreht werden kann.
Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, Objekte, die durch schichtweises Verfestigen von pulverförmigem Ausgangsma- terial hergestellt wurden, zuverlässig von dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver zu befreien. Ein eigener Antrieb zum' Bewegen des Trägers, auf dem das Objekt aufgebaut wurde, ist dabei nicht erforderlich. Außerdem kann das Pulver auch aus Hohlräumen, die mit dem beschriebenen Stand der Tech- nik nicht von Pulver befreit werden können, herausrieseln.
Dadurch, dass die Drehachse bei dem beschriebenen Drehrahmen durch den Wechselbehälter hindurchläuft, kann die Auspackstation wesentlich kompakter gebaut sein als bei einer Drehachse unterhalb des Behälters .
Um das Entfernen des Pulvers aus Hohlräumen, insbesondere aus engen Kanälen zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, den Wechselbehälter nicht um 180° zu drehen, sondern so, dass diese Kanäle möglichst senkrecht stehen, damit das Pulver gut aus den Kanälen herausrieseln kann, eventuell unterstützt durch Vibrieren.. Dabei kann auch eine Drehung von mehr als 180° von Vorteil sein, z.B. bis 270°. Der bevorzugte Drehwinkel des Drehrahmens ergibt sich dabei aus dem Winkel der Kanäle in dem Objekt. Er kann beispielsweise aus den Entwurfsdaten des hergestellten Ob- jekts bestimmt werden, . Diese Bestimmung kann auch computergestützt durch eine Software erfolgen, die dann die Drehung entsprechend steuert . Fig. 7 zeigt schematisch Geometrien hergestellter Objekte mit Innenkanälen. In Fig. 7a) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das zwei gerade verlaufende Kanäle 31 enthält. Zu- nächst kann der Wechselbehälter 5 um 180° gedreht werden, um den Großteil des unverfestigten Pulvers zu entfernen. Zum Befreien der Kanäle 31 von unverfestigtem Pulver wird der Wechselbehälter 5 anschließend vorzugsweise so gedreht, dass die Kanäle jeweils senkrecht stehen. Wenn die Kanäle beispielsweise einen Winkel von 60° zu der Senkrechten haben, wird der Wechselbehälter 5 in eine Winkelstellung von 120° und 240° gebracht (=180° + 60°). Wenn die Winkelstellungen ausreichen, das Pulver hinreichend aus dem Wechselbehälter 5 zu entfernen, kann die anfängliche Einstellung auf 180° weggelassen werden.
In Fig. 7b) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das zwei gewinkelt verlaufende Kanäle 32 enthält. Zum Entleeren dieser Kanäle reicht jeweils nicht eine Winkelstellung aus, sondern es müssen abwechselnd der innere und der äußere Schen- kel des Kanals in eine senkrechte Position gebracht werden.
In Fig. 7c) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das einen gekrümmt verlaufenden Kanal 33 enthält. Zum Entleeren dieses Kanals muss eine zeitliche Abfolge von Winkelstellungen eingestellt werden, damit das Pulver auch aus dem hintersten Ende des Kanals entfernt werden kann. Diese zeitliche Abfolge kann beispielsweise aus den für die Herstellung des Objekts vorliegenden Geometriedaten ermittelt werden. Diese Ermittlung kann auch computergestützt durch eine Software erfolgen, die dann den Drehrahmen 22 so steuert, dass die Drehung des Wechselbehälters 5 mit der ermittelten zeitlichen Abfolge von Winkelstellungen durchgeführt wird. Um die Kanäle unabhängig von ihrer Lage in dem Objekt in eine senkrechte Stellung bringen zu können, kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Drehachse vorzusehen. Es können auch Anord- nungen verwendet werden, bei den der Wechselbehälter in beliebige Richtungen gedreht werden kann.
Auch wenn die Auspackstation in der beschriebenen Ausführungs- form als eigene Station außerhalb der Prozesskammer angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Die Auspackstation kann auch innerhalb der Prozesskammer angeordnet sein. Der Drehrahmen kann auch so angeordnet sein, dass der Wechselbehälter bereits während des Herstellens des Objekts in ihn eingesetzt ist und nicht erst nach dem Herstellen des Objekts in ihn übertragen werden muss. Alle Merkmale, die oben für die getrennt angeordnete Auspackstation beschrieben sind, können dann auch in der Prozesskammer selber angeordnet sein.
Auch wenn in der beschriebenen Ausführungsform ein Wechselbe- hälter verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Sie lässt sich auch auf Fälle anwenden, bei denen kein Wechselbehälter vorhanden ist. In diesen Fällen kann das Pulver beispielsweise zunächst durch Absaugen oder Abblasen von dem fertiggestellten Objekt entfernt werden. Dann wird le- diglich die Bauplattform, auf der das Objekt aufgebaut ist, in den Drehrahmen übertragen und gedreht, beispielsweise um Pulver aus in dem Objekt enthaltenen Öffnungen zu entfernen. Alternativ kann die Bauplattform auch hier bereits während des Herstellens des Objekts in dem Drehrahmen eingesetzt sein. Die aufrechte Stellung, aus der heraus die Bauplattform gedreht wird, ist wie bei dem Wechselrahmen die Stellung die Bauplattform, in der das Objekt hergestellt wurde. Auch wenn in der beschriebenen Ausführungsform ein Drehrahmen zum Drehen des Wechselbehälters bzw. der Bauplattform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf einge- schränkt. Es kann beispielsweise auch ein Drehteller, an dem der Wechselrahmen bzw. die Bauplattform befestigt wird, oder eine beliebige andere Drehvorrichtung verwendet werden.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials durch Einwir- kung von Energie angewendet werden. Der Laser kann beispielsweise ein Gas- oder Festkörperlaser, eine Laserdiode oder ein Laserdioden-Array sein. Allgemein kann jede Belichtungseinrichtung verwendet werden, mit der Energie selektiv auf eine Pul- ■ verschicht aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers kön- nen beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle, die geeignet ist, das pulverförmige Aufbaumaterial zu verfestigen, verwendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem anstelle eines verfahrbaren Laserstrahls eine Maske und eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet werden, oder auf das Absorp- tions- bzw. Inhibitionssintern kann die Erfindung angewendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung allgemein auf das Herstellen eines gesamten Objekts allein mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines pulverför- migen Aufbaumaterials , auch wenn das Verfestigen, wie z.B. beim 3D-Drucken oder Tintenstrahlverfahren, nicht durch Einbringen von Energie erfolgt. Als Aufbaumaterial können verschiedene Arten von Pulver verwendet werden, insbesondere Metall- oder Kunststoffpulver oder gefüllte oder gemischte Pulver. Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren für Metallpulver einsetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (20) zum Auspacken eines in einem Wechselbehälter (5) und/oder auf einer Bauplattform (6a, 7) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pul- verförmigen Aufbaumaterials (11) hergestellten dreidimensionalen Objekts (2) aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver (9) ,
wobei die Vorrichtung (20) eine drehbar angeordnete Dreh- Vorrichtung (22) enthält, die- in der Lage ist, den Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) aufzunehmen und um einen Winkel von mindestens 90° aus der aufrechten Position heraus zu drehen.
2. Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 1, bei der die Drehachse, um die die Drehvorrichtung (22) drehbar ist, um den Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) aus der aufrechten Position heraus zu drehen, horizontal verläuft.
3. Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiter eine Einrichtung zum Übertragen einer Vibration und/oder eines Klopfens auf das Ob ekt (2) enthält.
4. Vorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiter enthält:
einen Deckel (25) zum Verschließen des Wechselbehälters (5) und/oder
einen Auffangbehälter (23) für das unverfestigt gebliebene Pulver.
5. Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 4, bei der der Auffangbe- hälter (23) so ausgebildet ist, dass er so an den den Wechselbehälter (5) verschließbaren Deckel (25) andockbar ist, dass ein gasdichter Innenraum entsteht.
6. Vorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Drehachse, um die die Drehvorrichtung (22) drehbar ist, um den Wechselbehälter (5) aus seiner aufrechten Position heraus zu drehen, durch den zum Aufnehmen des Wechselbehälters (5) bestimmten Bereich der Drehvorrichtung (22) verläuft.
7. ■ Vorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Drehvorrichtung (22) so ausgebildet ist, dass der Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) um mehr als eine Drehachse drehbar ist.
8. Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials (12) mit
einer Prozesskammer (3) zum schichtweisen Herstellen des
Objekts (2) in einem Wechselbehälter (5) und/oder auf einer Bauplattform (6a, 7) und
einer Vorrichtung (20) zum Auspacken des Objekts (2) aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver (9) gemäß ei- nem der Ansprüche 1 bis 9.
9. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, bei der die Auspackvorrichtung (20) außerhalb der Prozesskammer (3) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, bei der die Auspackvorrichtung (20) innerhalb der Prozesskammer (3) so angeordnet ist, dass der Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) bereits beim Herstellen des Objekts in der Drehvorrichtung (22) aufgenommen ist.
11. Verfahren zum Befreien eines in einem Wechselbehälter (5) und/oder auf einer Bauplattform (6a, 7) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Auf baumaterials (12) hergestellten dreidimensionalen Objekts (2) von unverfestigt gebliebenem Pulver (9) , wobei das Verfahren die Schritte enthält:
Anbringen der Bauplattform (6a, 7) an einer Drehvorrichtung (22) ,
Drehen des Wechselbehälters (5) und/oder der Bauplattform (6a, 7) um einen Winkel von mindestens 90° aus der aufrechten Position heraus.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiter einen Schritt des Übertragens einer Vibration und/oder eines Klopfens auf das Ob jekt (2) enthält.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem
Parameter für die Vibration und/oder das Klopfen aus Geometriedaten des dreidimensionalen Objekts (2) und/oder Prozessparametern ermittelt werden und
die Auspackvorrichtung (22) gesteuert wird, die Vibration und/oder das Klopfen mit den ermittelten Parametern durchzuführen .
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem
die Ermittlung der Parameter computergestützt über eine Software erfolgt und die Auspackvorrichtung (22) durch die Software gesteuert wird, die Vibration und/oder das Klopfen mit den ermittelten Parametern durchzuführen.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem
die Parameter für die Vibration gewählt sind aus Frequenz und/oder Richtung und/oder Amplitude und/oder Dauer und/oder Impulsform und/oder
die Parameter für das Klopfen gewählt sind aus Stärke und/oder Richtung und/oder dem zeitlichen Abstand der einzelnen Stöße .
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, das
vor dem Anbringen des Wechselbehälters (5) an der Drehvor- richtung (22) das Verschließen des Wechselbehälters (5) mit einem Deckel (25) enthält, der eine verschließbare Auslassöffnung (26) aufweist,
wobei die Auslassöffnung (26) geöffnet wird, nachdem die Drehvorrichtung (22) gedreht wurde.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, das
vor dem Öffnen der Auslassöffnung (26) einen Schritt des Andockens der Auslassöffnung (26) des Deckels (25) an eine Auffangöffnung (24) eines Auffangbehälters (23) zum Bilden eines gasdichten Innenraums enthält.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der durch den mit dem Deckel (25) verschlossenen Wechselbehälter (5) und den Auffangbehälter (23) gebildeter Innenraum mit Schutzgas gefüllt wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem der Wechselbehälter (5) um eine Drehachse gedreht wird, die durch den Wechselbehälter (5) hindurch verläuft.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem der Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) um mehr als eine Drehachse gedreht wird.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem
ein Winkel und/oder eine zeitliche Abfolge von Winkelstellungen aus Geometriedaten des dreidimensionalen Objekts (2) ermittelt wird und
die Drehvorrichtung (22) gesteuert wird, die Drehung des Wechselbehälters (5) und/oder der Bauplattform (6a, 7) mit dem ermittelten ein Winkel und/oder der ermittelten zeitlichen Abfolge von Winkelstellungen durchzuführen.
22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem
die Ermittlung des Winkels und/oder der zeitlichen Abfolge von Winkelstellungen computergestützt über eine Software erfolgt und
die Drehvorrichtung (22) durch die Software gesteuert wird .
23. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials (12) mit den Schritten:
Aufbauen des Objekts (2) in einem Wechselbehälter (5) und/oder auf einer Bauplattform (6a, 7) und
Entfernen unverfestigt gebliebenen Pulvers (9) von dem Objekt (2) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22.
24. Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der Wechselbehälter (5) und/oder die Bauplattform (6a, 7) bereits beim Herstellen des Objekts (2) in der Drehvorrichtung (22) aufgenommen ist.
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