WO2015091941A1 - Vorrichtung zum herstellen einer dreidimensionalen objekts mit magnetischer bauunterlagenbefestigung - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen einer dreidimensionalen objekts mit magnetischer bauunterlagenbefestigung Download PDF

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WO2015091941A1
WO2015091941A1 PCT/EP2014/078720 EP2014078720W WO2015091941A1 WO 2015091941 A1 WO2015091941 A1 WO 2015091941A1 EP 2014078720 W EP2014078720 W EP 2014078720W WO 2015091941 A1 WO2015091941 A1 WO 2015091941A1
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construction
support
building
magnet
base
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PCT/EP2014/078720
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Hans Perret
Thomas Halder
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Eos Gmbh Electro Optical Systems
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a three-dimensional object by solidifying a building material. Furthermore, the invention relates to a method for coupling and uncoupling a construction substrate on a height-adjustable support device in such a device for producing a three-dimensional object.
  • Known machines for the additive production of three-dimensional objects by layer-wise solidification of a solidifiable material have a construction space and a building container, in which the object to be produced is produced on a construction base.
  • the material to be consolidated is applied as a layer over the construction substrate and solidified at the cross-section of the object corresponding locations. Then the platform is lowered by one layer thickness and the next one
  • the device comprises a swap body as a construction container in which the object is produced and which can be removed from the machine immediately after completion of the object with this.
  • the swap body comprises a removable frame and a building tray bottom, which as
  • Construction document serves.
  • the construction substrate can be connected via locking elements, eg screw elements, with a carrier device which can be moved in the vertical direction. Thereby the construction substrate is integrated height adjustable in the swap body.
  • a device which also includes a swap body with Bau duringerboden, which serves as a construction support includes.
  • a coupling mechanism is provided in the device, with which the swap body received in the device and the construction substrate can be connected to a drive.
  • a small gap Between the building pad and the inside of the removable frame is a small gap, so that the construction document is vertically displaceable in the swap body.
  • a seal is provided, which is arranged annularly along the edge of the building pad below the construction substrate and formed of flexible material. In the inserted state of the container, the seal is slightly angled in the region of the gap and bears against the inner wall of the container under a slight tension. Due to the flexibility and the resulting stress, a self-centering of the construction substrate in the removable frame should be made possible.
  • the attachment of the building box floor to the support device takes place mechanically via rocker arms. Furthermore, the prefabricated plate is screwed. In both cases, this represents an elaborate solution from a manufacturing point of view and from an alignment point of view. Due to the positive connection of the base of the construction container, a slight lateral thrust movement always takes place during the connection. This can lead to a poorer centering of the construction base serving as a construction container floor in the building container. On the other hand, a poorer centering can on the one hand lead to greater friction between the construction substrate and the walls of the construction container and to a displacement of the construction substrate in the construction container. As a result, gaps may form in spite of the seal, which allow passage of the building material, which can result in material losses as well as contamination of the drive by the material.
  • the object of the present invention is to provide a device for producing a three-dimensional object, in which the building base can be attached in a simple manner and avoiding a lateral pushing movement to a support device which is coupled to a vertical drive.
  • the object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 14.
  • the construction substrate is understood to be that part on which the object is produced and which, after the completion of the production process, is carried out together with the object of the preparation. direction for producing a three-dimensional object is removed.
  • the apparatus for producing a three-dimensional object it may therefore be in the construction substrate to the bottom of a swap body or to a prefabricated plate described in EP 0 734 842 (also known as
  • Construction platform called) act It should be noted that there are also applications in which the object does not rest directly on the construction substrate after completion, but in which some layers of unconsolidated material or supporting structures between the object and the construction substrate are present.
  • the construction substrate can be coupled in a simple manner via magnets directly or indirectly to the carrier device. Consequently, the Bauun- terlage can be attached by a vertical movement, so that a lateral thrust movement is avoided. Since no positive-locking parts are involved, the construction container, the construction substrate and the support device can be adapted to one another more easily and are therefore more modular. Neither on the Bauun- terlage nor on the support device must be mounted at exactly the corresponding point to a locking device of the counterpart. Furthermore, there are no mechanical signs of wear and it can be dispensed with lubricant. Another advantage is that for coupling and uncoupling of the construction substrate to the support device does not need to be intervened in the building container.
  • FIG. 1 a schematic lateral cross section of the device using the example of a laser sintering machine with a swap body
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the replaceable container and the vertical drive of the device of FIG.
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of the interchangeable container
  • Fig. 4 is a schematic perspective detail view of a
  • Fig. 5 is a schematic perspective detail view of a
  • Fig. 6 is a schematic side cross-section of another embodiment.
  • 1 shows a schematic cross-section of an apparatus for producing a three-dimensional object according to the present invention, which in the exemplary embodiment is designed as a laser sintering apparatus or laser melting apparatus.
  • the illustrated laser sintering apparatus 1 has a machine housing 2, in which a space 3 is accommodated.
  • a deflection device 4 of a laser 5 is arranged to deflect the laser beam 6 and on to focus on the construction substrate 7 or powdered material 8 coated thereon, which is applied in layers on the construction substrate 7 by a coater 9.
  • the powdery material 8 is fed to the coater 9 from a storage container, not shown.
  • the powdery material 8 may be, for example, a plastic powder, a metal powder, a ceramic powder or a powder of plastic-coated sand. However, all other solidifiable powdery materials are also possible.
  • a swap body 10 building container In the space 3 designed as a swap body 10 building container can be used, which consists of the side walls 11 and the container bottom 7.
  • the container base serving as a construction pad 7 is a vertically height-displaceable plate, which may be sealed by a seal to the inside of the side walls (not shown).
  • a support device 12 In order to ensure the vertical movement capability of the construction substrate 7 in the vertical direction, a support device 12 is provided, which can be inserted into the swap body 10 and to which the substructure 7 can be fastened. Furthermore, a vertical drive 13 is provided with which via the support device 12, the vertical position of the construction substrate 7 is adjustable.
  • FIG. 1 two positions of the construction substrate 7 are shown: the uppermost position of the construction substrate 7 within the interchangeable container 10 at the beginning of the construction process and the lowest position of the construction substrate 7 within the interchangeable container 10 after complete completion of the three-dimensional object.
  • the support device 12 is designed as a substantially horizontally projecting support arm 12 '. This is guided vertically movable directly or indirectly in the rear wall region of the installation space 3 (left in FIG. 1), wherein the height can be adjusted via the vertical drive 13.
  • the corresponding swap body 10 then points in the direction of displacement, i. in the vertical direction extending engagement recesses 19 (shown in Fig. 3), through which the support arm 12 'can reach through.
  • FIG. 4 shows in the lower region of the support arm 12 'a horizontal support structure 16, which in this embodiment is designed as a frame construction 16' and as such comprises longitudinal struts 14 and transverse struts 15.
  • the frame circumference is smaller than the inner circumference of the frame of the side walls 11, so that the frame structure 16 'in the frame of the side walls 11 can be inserted.
  • a three-point support allows easy adaptation to the underside of the building pad 7.
  • more or fewer than three magnets 17 may be mounted on the frame structure 16 ', e.g. also two, four, five or six.
  • the magnets 17 have a circular cross-section.
  • the magnets 17 may also be rectangular or other shaped
  • the construction substrate 7 By means of the magnets 17, the construction substrate 7, provided that they are made of magnetizable material such as magnetizable metal or magnetizable metal alloys is made directly by magnetic attraction to the frame structure 16 'and thus to the support device 12, 12' are coupled. From Fig. 5 it is apparent that alternatively and / or additionally on the underside of the construction substrate 7 opposite to the magnet 17 magnetizable pads 18, for example made of metal or a metal alloy, may be attached. These may, for example, have a rectangular and / or a larger cross-sectional area than the corresponding magnets 17. However, other cross-sectional areas are possible.
  • the magnets 17 may, for example, be permanent magnets or electric magnets. Possible permanent magnets may e.g. Standard magnets that work reliably in a temperature range of up to 200 ° C. Alternatively, the permanent magnets may be special magnets, which operate reliably in a temperature range of up to 350 ° C.
  • the magnets 17 can also be mechanically switchable permanent magnets, individually or for example in the form of a magnetic clamping plate, such as workpiece holder of grinding machines and the like. known.
  • magnets 17 may be attached to the support base 12 instead of or in addition to the magnets 17 on the underside of the build pad 7 (not shown).
  • the magnets on the underside of the building substrate then couple to the magnet on the carrier device 12 or else to the carrier device 12 itself, provided that it consists of a magnetizable material or is provided with magnetizable supports.
  • the magnets 17 and / or the magnetizable supports 18 can be selected in their height (vertical position) so that the Construction support 7 as possible plan to frame structure 16 of the support device 12 (ie parallel thereto) rests and can be optimally centered.
  • the height of the magnets 17 and / or the magnetizable pads 18 can be adjusted for example by means of screws.
  • the magnets 17 are initially adjusted, if necessary, in their height.
  • the frame 11 from the side walls at its upper edge and / or the construction base 7 in the swap body 10 are additionally aligned horizontally.
  • the support device 12, 12 ' is coupled from below directly via the magnets 17 or indirectly via the magnetizable supports 18 to the building support 7.
  • the construction process is started.
  • the support device 12, 12 ' is uncoupled from the building pad 7. In the case of permanent magnets, this is done by "tearing off" the support device 12, which moves further downwards through the vertical drive 13, from the building support 7, which in its lowest position within the frame can not move further downwards from the side walls 11.
  • the detachment of the support device 12 from the building-box bottom 7 takes place by mechanical decoupling, for example eccentric cams, which are actuated by a corresponding mechanism the swap body 10 are removed from the generative manufacturing device.
  • the support device 12 is not limited to the illustrated support arm 12 'and use with the shown frame construction 16'. Further modifications are possible such as an embodiment of the carrier device as a scissor lift, which can be raised and lowered via a spindle drive. Instead of the frame structure 16 'shown, for example, a plate, a fork or the like could support the building pad 7 from below.
  • the building container floor is not used as the building underlay, but a construction platform 7 'is mounted on the construction container floor as a building underlay, as shown in FIG.
  • the building platform 7 ' is smaller than or the same size as the building tray bottom 7.
  • the building platform 7' may e.g. be made of a material to which the building material adheres during solidification, e.g. from the building material.
  • the material may in particular be a magnetizable material.
  • the building platform 7 ' is coupled to the top of the building tray bottom 7.
  • the building box floor 7 has on its upper side at least one magnet 17, via which the building platform 7 'can be coupled to the building box floor 7.
  • Counterpart to the at least one magnet 17, at least one magnetizable support 18 can be mounted either on the underside of the construction platform 7 'or on the upper side of the construction container bottom 7.
  • the magnet may be a permanent magnet or an electromagnet or a mechanically switchable magnet.
  • the construction platform 7 is then removed together with the finished object of the generative manufacturing device.
  • the prefabricated building platform 7 ' can either be part of the object or can subsequently be separated from the object by "tearing off" the base of the building container and, if necessary, by additionally switching off the power supply
  • the building box floor 7 itself can be attached to the support device 12 either via a mechanical coupling or via the magnetic coupling described above
  • the building platform 7 1 which serves as a building support, can be fastened directly to a support device 12, 12 ' 12, 12 'may in turn comprise a support structure 16, which is designed as a plate, for example, as described above:
  • the construction platform 7 1 is coupled to the support device 12, 12' via at least one magnet 17, all the variants listed above with respect to the magnet / magnets 17 and / or the magnetizable bar En Aufläge / editions 18 feasible. Further modifications of the described device 1 and the
  • the present invention is not limited to a laser sintering apparatus or laser melting apparatus according to FIGS. 1 and 2.
  • the present invention is also applicable to an electron beam sintering device or electron beam melting device, mask sintering devices which provide an extended light source and an exposure mask, line exposure machines in which, for example, an array of laser diodes is provided, and 3-D printers.
  • the invention is thus applicable to all devices in which an object is built up or produced in layers by a generative layer-building process of a solidifiable material on a construction support to be fastened directly or indirectly to a support device.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes schichtweises Verfestigen eines verfestigbaren Materials an dem Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen. Die Vorrichtung (1) weist einen Baubehälter mit Bauunterlage (7, 7') und eine Trägervorrichtung (12, 12') auf, welche an einen Vertikalantrieb (13) gekoppelt ist. Erfindungsgemäß kann die Bauunterlage (7, 7') über Magnete (17) an die Trägervorrichtung (12, 12') gekoppelt werden.

Description

Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit magnetischer Bauunterlagenbefestigung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch Verfestigen eines Baumaterials. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum An- und Abkoppeln einer Bauunterlage an einer höhenverstellbaren Trägervorrichtung in einer derartigen Vorrichtung zum Herstel- len eines dreidimensionalen Objektes.
Bekannte Maschinen zum additiven Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch schichtweises Verfestigen eines verfestigbaren Materials weisen einen Bauraum und einen Baubehälter auf, in dem das herzustellende Objekt auf einer Bauunterlage hergestellt wird. Das zu verfestigende Material wird als Schicht über der Bauunterlage aufgetragen und an dem Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen verfestigt. Daraufhin wird die Plattform um eine Schichtdicke abgesenkt und die nächste
Schicht aufgetragen und verfestigt und dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Objekt vollständig hergestellt ist. Ein Beispiel für den Ablauf des Herstellungsvorgangs findet sich in der EP 1 925 430 Bl . Eine weitere derartige Vorrichtung ist aus der EP 1 037 739 B2 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Wechselbehälter als Baubehälter, in dem das Objekt hergestellt wird und der unmittelbar nach Fertigstellung des Objektes mit diesem aus der Maschine heraus entnommen werden kann. Der Wechselbehälter umfasst einen Wechselrahmen und einen Baubehälterboden, welcher als
Bauunterlage dient. Die Bauunterlage kann über Verriegelungs- elemente, z.B. Schraubenelemente, mit einer in der vertikalen Richtung bewegbaren Trägervorrichtung verbunden werden. Dadurch wird die Bauunterlage in dem Wechselbehälter höhenverstellbar integriert .
Aus der EP 1 925 430 Bl ist eine Vorrichtung bekannt, welche ebenfalls einen Wechselbehälter mit Baubehälterboden, der als Bauunterlage dient, umfasst. Dabei ist in der Vorrichtung ein Kopplungsmechanismus vorgesehen, mit dem der Wechselbehälter in der Vorrichtung aufgenommen und die Bauunterlage mit einem Antrieb verbunden werden kann. Zwischen der Bauunterlage und der Innenseite des Wechselrahmens befindet sich ein kleiner Spalt, so dass die Bauunterlage vertikal in dem Wechselbehälter verschiebbar ist. Um zu vermeiden, dass Aufbaumaterial durch den Spalt hindurch tritt, ist eine Dichtung vorgesehen, welche ringförmig entlang des Randes der Bauunterlage unterhalb der Bauunterlage angeordnet und aus flexiblem Material gebildet ist. Im eingesetzten Zustand des Behälters ist die Dichtung im Bereich des Spaltes leicht abgewinkelt und liegt an der Innenwandung des Behälters unter einer leichten Spannung an. Aufgrund der Flexibilität und der damit begründeten Spannung soll eine Selbstzentrierung der Bauunterlage in dem Wechselrahmen ermöglicht werden.
Aus der EP 0 734 842 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mit einem Objektträger, der mittels einer Höheneinstellvorrichtung in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Auf der Oberseite des Objektträgers ist eine vorgefertigte Platte als Bauplattform angeschraubt, welche als Bauunterlage für das zu bildende Objekt dient. Nach der Beendigung des Bauprozesses wird der Objektträger nach oben aus dem Baubehälter herausgefahren und die vorgefertigte Platte zusammen mit dem darauf gebildeten Objekt abgeschraubt. Je nach Form des herzustellenden Objektes kann die vorgefertigte Platte nun Teil des Objektes sein oder rauss anschließend von dem Objekt abgetrennt werden.
Bei dem im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erfolgt die Befestigung des Baubehälterbodens an der Trägervorrichtung mechanisch über Kipphebel . Weiterhin wird die vorgefertigte Platte angeschraubt. In beiden Fälle stellt dies aus fertigungstechnischer Sicht und aus Justagesicht eine aufwendige Lösung dar. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung des Baubehälterbodens erfolgt beim Verbinden stets eine geringe seitliche Schubbewegung. Diese kann zu einer schlechteren Zentrierung des als Bauunterlage dienenden Baubehälterbodens in dem Baubehälter führen. Eine schlechtere Zentrierung wiederum kann einerseits zu einer größeren Reibung zwischen der Bauunterlage und den Wänden des Baubehälters und zu einem Verschieben der Bauunterlage in dem Baubehälter führen. Dadurch können sich trotz der Dichtung Spalte bilden, welche ein Hindurchtreten des Aufbaumaterials zulassen, was sowohl Materialverluste als auch Verschmutzungen des Antriebs durch das Material zur Folge haben kann .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts bereitzustellen, bei der die Bauunterlage auf einfache Weise und unter Vermei- dung einer seitlichen Schubbewegung an eine Trägervorrichtung, welche an einen Vertikalantrieb gekoppelt ist, angebracht werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 14.
Als Bauunterlage wird dabei gemäß der Erfindung jenes Teil verstanden, auf dem das Objekt hergestellt wird und das nach Ab- schluss des Herstellvorgangs zusammen mit dem Objekt der Vor- richtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts entnommen wird. Je nach Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts kann es sich also bei der Bauunterlage um den Boden eines Wechselbehälters oder um eine in EP 0 734 842 beschriebene vorgefertigte Platte (auch als
Bauplattform bezeichnet) handeln. Es sei erwähnt, dass es auch Anwendungen gibt, bei denen das Objekt nach Fertigstellung nicht unmittelbar auf der Bauunterlage ruht, sondern bei denen einige Schichten unverfestigten Materials oder Stützkonstrukti- onen zwischen Objekt und Bauunterlage vorhanden sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Bauunterlage in einfacher Weise über Magnete mittelbar oder unmittelbar an die Trägervorrichtung angekoppelt werden. Folglich kann die Bauun- terlage durch eine vertikale Bewegung angebracht werden, so dass eine seitliche Schubbewegung vermieden wird. Da keine formschlüssigen Teile involviert sind, können der Baubehälter, die Bauunterlage und die Trägervorrichtung einfacher aneinander angepasst werden und sind somit modularer. Weder auf der Bauun- terlage noch auf der Trägervorrichtung muss an genau der entsprechenden Stelle zu einer Verriegelungsvorrichtung der Gegenpart angebracht sein. Ferner treten keine mechanischen Verschleißerscheinungen auf und es kann auf Schmiermittel verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zum An- und Abkoppeln der Bauunterlage an die Trägervorrichtung nicht in den Baubehälter eingegriffen werden muss. Sollte die Bauunterlage möglicherweise in dem Baubehälter hängen bleiben, so kann sich die Bauunterlage automatisch von dem Vertikalantrieb ablösen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung vor Schäden be- wahrt werden . Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 einen schematischen seitlichen Querschnitt der Vorrichtung am Beispiel einer Laser-Sintermaschine mit einem Wechselbehälter
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht des Wech- selbehälters und des Vertikalantriebs der Vorrichtung von Fig.l
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht des Wechselbehälters
Fig. 4 eine schematische perspektivische Detailansicht einer
Ausführungsform eines Tragarms mit Magneten
Fig. 5 eine schematische perspektivische Detailansicht einer
Ausführungsform im angekoppelten Zustand
Fig. 6 einen schematischen seitlichen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform . Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes gemäß der vorliegenden Erfindung, die im Ausführungsbeispiel als Lasersintervorrichtung bzw. Laserschmelzvorrichtung ausgebildet ist. Die dargestellte Lasersintervorrichtung 1 weist ein Maschinengehäuse 2 auf, in dem ein Bauraum 3 untergebracht ist. Im oberen Bereich des Bauraums 3 ist eine Ablenkvorrichtung 4 eines Lasers 5 angeordnet, um den Laserstrahl 6 abzulenken und auf die Bauunterlage 7 bzw. darauf geschichtetes pulverförraiges Material 8 zu fokussieren, das schichtweise auf der Bauunterlage 7 durch einen Beschichter 9 aufgetragen wird. Das pulverförmige Material 8 wird dem Beschichter 9 aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter zugeführt. Das pulverförmige Material 8 kann beispielsweise ein Kunststoffpulver, ein Metallpulver, ein Keramikpulver oder ein Pulver aus kunststoffbeschichtetem Sand sein. Es sind jedoch auch alle anderen verfestigbaren pulver- förmigen Materialien möglich.
In den Bauraum 3 ist ein als Wechselbehälter 10 ausgebildeter Baubehälter einsetzbar, welcher aus den Seitenwänden 11 und dem Behälterboden 7 besteht. Der als Bauunterlage 7 dienende Behälterboden ist eine in vertikaler Richtung höhenverschiebbare Platte, welche über eine Dichtung zur Innenseite der Seitenwände abgedichtet sein kann (nicht gezeigt) . Um die Höhenverfahr- barkeit der Bauunterlage 7 in vertikaler Richtung zu gewährleisten, ist eine Trägervorrichtung 12 vorgesehen, die in den Wechselbehälter 10 einführbar ist und an welcher die Bauunter- läge 7 befestigbar ist. Des Weiteren ist ein Vertikalantrieb 13 vorgesehen, mit dem über die Trägervorrichtung 12 die vertikale Position der Bauunterlage 7 einstellbar ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Posi- tionen der Bauunterlage 7 dargestellt: die oberste Stellung der Bauunterlage 7 innerhalb des Wechselbehälters 10 zu Beginn des Bauvorgangs und die unterste Stellung der Bauunterlage 7 innerhalb des Wechselbehälters 10 nach vollständiger Fertigstellung des dreidimensionalen Objekts.
Fig. 2 und 3 zeigen den oben beschriebenen Wechselbehälter in einer perspektivischen Ansicht, wobei sich die Bauunterlage 7 in der untersten Stellung innerhalb des Wechselbehälters 10 befindet .
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Trägervorrichtung 12 als im Wesentlichen horizontal abstehender Tragarm 12' ausgebildet ist. Dieser ist direkt oder indirekt im Rückwandbereich des Bauraumes 3 (in Fig. 1 links) höhenverfahrbar geführt, wobei die Höhe über den Vertikalantrieb 13 eingestellt werden kann. Der entsprechende Wechselbehälter 10 weist dann in Verschieberichtung, d.h. in vertikaler Richtung verlaufende Eingriffsausnehmungen 19 auf (gezeigt in Fig. 3), durch die der Tragarm 12' hindurchgreifen kann.
Fig. 4 zeigt im unteren Bereich des Tragarms 12' eine horizon- tale Stützkonstruktion 16 an, welche in dieser Ausführungsform als Rahmenkonstruktion 16' ausgebildet ist und als solche Längsstreben 14 und Querstreben 15 umfasst. Dabei ist der Rahmenumfang kleiner als der Innenumfang des Rahmens aus den Seitenwänden 11, so dass die Rahmenkonstruktion 16' in den Rahmen aus den Seitenwänden 11 eingeführt werden kann.
Auf der der Bauunterlage 7 zugewandten Seite der Rahmenkonstruktion 16' sind Magnete 17, beispielsweise drei, angebracht, welche eine Dreipunktauflage für die Bauunterlage 7 bilden. Ei- ne Dreipunktauflage erlaubt eine einfache Anpassung an die Unterseite der Bauunterlage 7. Jedoch können auch mehr oder weniger als drei Magnete 17 auf der Rahmenkonstruktion 16' angebracht sein, z.B. auch zwei, vier, fünf oder sechs. In Fig. 4 weisen die Magnete 17 einen kreisförmigen Querschnitt auf . Die Magnete 17 können aber auch rechteckige oder andersförmige
Querschnitte aufweisen. Mittels der Magnete 17 kann die Bauunterlage 7, sofern sie aus magnetisierbarem Material wie z.B. magnetisierbarem Metall oder magnetisierbaren Metalllegierungen gefertigt ist, direkt durch magnetische Anziehung an der Rahmenkonstruktion 16' und damit an die Trägervorrichtung 12, 12' angekoppelt werden. Aus Fig. 5 wird ersichtlich, dass alternativ und/oder zusätzlich auf der Unterseite der Bauunterlage 7 gegenstückig zu den Magneten 17 magnetisierbare Auflagen 18, z.B. aus Metall oder einer Metalllegierung, angebracht sein können. Diese können zum Beispiel eine rechteckige und/oder eine größere Querschnitts- fläche als die entsprechenden Magnete 17 aufweisen. Jedoch sind auch andere Querschnittsflächen möglich.
Die Magnete 17 können zum Beispiel Permanentmagnete oder Elekt- romagnete sein. Mögliche Permanentmagnete können z.B. Standard- magnete sein, welche in einem Temperaturbereich von bis zu 200°C zuverlässig arbeiten. Alternativ können die Permanentmagnete Spezialmagnete sein, welche in einem Temperaturbereich von bis zu 350 °C zuverlässig arbeiten. Die Magnete 17 können auch mechanisch schaltbare Permanentmagnete sein, einzeln oder zum Beispiel in Form einer Magnetspannplatte, wie als Werkstückhal- terung von Schleifmaschinen u.ä. bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform können Magnete 17 anstelle von oder zusätzlich zu den Magneten 17 an der Trägervorrichtung 12 an der Unterseite der Bauunterlage 7 angebracht sein (nicht gezeigt) . In diesem Fall koppeln die Magnete an der Unterseite der Bauunterlage dann an den Magneten an der Trägervorrichtung 12 an oder aber an der Trägervorrichtung 12 selbst, sofern diese aus einem magnetisierbaren Material besteht oder mit magne- tisierbaren Auflagen versehen ist.
Die Magnete 17 und/oder die magnetisierbaren Auflagen 18 können in ihrer Höhe (vertikalen Lage) so gewählt werden, dass die Bauunterlage 7 möglichst plan zur Rahmenkonstruktion 16 der Trägervorrichtung 12 (also parallel dazu) aufliegt und so optimal zentriert werden kann. Die Höhe der Magnete 17 und/oder der magnetisierbaren Auflagen 18 kann z.B. mittels Stellschrauben eingestellt werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zunächst gegebenenfalls die Magnete 17 in ihrer Höhe justiert.
Falls erforderlich werden zusätzlich der Rahmen 11 aus den Sei- tenwänden an seinem oberen Rand und/oder die Bauunterlage 7 in dem Wechselbehälter 10 horizontal ausgerichtet. Anschließend wird die Trägervorrichtung 12, 12' von unten direkt über die Magnete 17 oder indirekt über die magnetisierbaren Auflagen 18 an die Bauunterlage 7 gekoppelt. Dann wird der Bauvorgang ge- startet. Nach Fertigstellung des dreidimensionalen Objekts wird die Trägervorrichtung 12, 12' von der Bauunterlage 7 abgekoppelt. Dies erfolgt im Falle von Permanentmagneten durch „Abreißen" der sich durch den Vertikalantrieb 13 weiter abwärts bewegenden Trägervorrichtung 12 von der Bauunterlage 7, welche sich in ihrer untersten Stellung innerhalb des Rahmens aus den Seitenwänden 11 nicht weiter abwärts bewegen kann. Im Falle von Elektromagneten erfolgt die Ablösung der Trägervorrichtung 12 von dem Baubehälterboden 7 durch zusätzliches Abstellen des Stroms. Im Falle von mechanisch schaltbaren Magneten erfolgt die Ablösung der Trägervorrichtung 12 von dem Baubehälterboden 7 durch mechanische Entkoppelung, zum Beispiel Exzenternocken, welche über eine entsprechende Mechanik angesteuert werden. Im Anschluss kann der Wechselbehälter 10 aus der generativen Fertigungsvorrichtung entnommen werden.
Die Trägervorrichtung 12 ist nicht auf den gezeigten Tragarm 12' und die Verwendung zusammen mit der gezeigten Rahmenkonstruktion 16' beschränkt. Weitere Abwandlungen sind möglich, wie z.B. eine Ausbildung der Trägervorrichtung als Scherenheber, welcher über einen Spindelantrieb anhebbar und absenkbar ist. Statt der gezeigten Rahmenkonstruktion 16' könnte z.B. auch eine Platte, eine Gabel oder Ähnliches die Bauunterlage 7 von unten unterstützen.
In einer weiteren Ausführungsform dient nicht der Baubehälterboden als Bauunterlage, sondern auf dem Baubehälterboden ist eine Bauplattform 7' als Bauunterlage angebracht, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Bauplattform 7' ist kleiner als oder genauso groß wie der Baubehälterboden 7. Die Bauplattform 7 ' kann z.B. aus einem Material gefertigt sein, an welchem das Aufbaumaterial bei der Verfestigung anhaftet, z.B. aus dem Auf- baumaterial . Das Material kann insbesondere ein magnetisierba- res Material sein.
Vor Beginn eines Bauvorgangs wird die Bauplattform 7 ' an die Oberseite des Baubehälterbodens 7 angekoppelt. Hierzu weist die Bauplattform 7 ' an ihrer Unterseite mindestens einen Magneten 17 auf, über welchen die Bauplattform 7' an den Baubehälterboden 7 angekoppelt werden kann. Alternativ weist der Baubehälterboden 7 an seiner Oberseite mindestens einen Magneten 17 auf, über welchen die Bauplattform 7' an den Baubehälterboden 7 angekoppelt werden kann. Gegenstückig zu dem mindestens einen Magneten 17 kann entweder auf der Unterseite der Bauplattform 7 ' oder auf der Oberseite des Baubehälterbodens 7 mindestens eine magnetisierbare Auflage 18 angebracht sein. Auch hier kann die Höhe der Magnete 17 und/oder der magnetisierbaren Auflage 18, z.B. mittels Stellschrauben eingestellt werden. Der Magnet kann ein Permanent- oder ein Elektromagnet oder ein mechanisch schaltbare Magnet sein. Nach Beendigung des Bauvorgangs wird dann die Bauplattform zusammen mit dem gefertigten Objekt der generativen Fertigungsvorrichtung entnommen. Dies kann wiederum durch „Abreißen" von dem Baubehälterboden und ggf. durch zusätzliches Abstellen der Stromzufuhr (bei Verwendung von Elektromagneten) geschehen. Die vorgefertigte Bauplattform 7' kann je nach Form des zu bauenden Objektes entweder Teil des Objek- tes sein oder anschließend von dem Objekt abgetrennt werden. Der Baubehälterboden 7 selbst kann entweder über eine mechanische Kopplung oder über die oben beschriebene magnetische Kopplung an der Trägervorrichtung 12 angebracht sein. Alternativ kann die Bauplattform 71 , welche als Bauunterlage dient, direkt an einer Trägervorrichtung 12, 12' befestigt werden. Die Trägervorrichtung 12, 12' kann wiederum wie oben beschrieben eine Stützkonstruktion 16 aufweisen, welche z.B. als Platte ausgebildet ist. Für den Fall, dass die Bauplattform 71 an die Trägervorrichtung 12, 12' über mindestens einen Magneten 17 angekoppelt wird, sind alle oben aufgeführten Varianten hinsichtlich des Magneten/der Magnete 17 und/oder der magnetisier- baren Aufläge/Auflagen 18 realisierbar. Weitere Abwandlungen der beschriebenen Vorrichtung 1 und des
Verfahrens sind möglich. So ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Lasersintervorrichtung bzw. Laserschmelzvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 beschränkt. Anwendbar ist die vorliegende Erfindung zum Beispiel auch auf eine Elektronenstrahlsintervor- richtung oder Elektronenstrahlschmelzvorrichtung, auf Maskensintervorrichtungen, die eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Belichtungsmaske vorsehen, auf Linienbelichter, bei denen beispielsweise ein Array von Laserdioden vorgesehen ist, sowie auf 3-D Drucker. Die Erfindung ist also anwendbar auf alle Vorrich- tungen, bei denen ein Objekt durch ein generatives Schichtaufbauverfahren aus einem verfestigbaren Material schichtweise auf einer mittelbar oder unmittelbar an einer Trägervorrichtung zu befestigenden Bauunterlage aufgebaut bzw. hergestellt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes schichtweises Verfestigen eines verfestigbaren Materials an dem Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, wobei die Vorrichtung einen Bauraum (3) und einen darin vorgesehenen Baubehälter sowie eine höhenverstellbare Trägervorrichtung (12, 12') mit einer Bauunterlage (7, 7') darüber umfasst und das Objekt über der Bauunterlage (7, 7') hergestellt wird, und wobei zwischen der Trägervorrichtung (12, 12') und der Bauunterlage (7, 7') mindestens ein Magnet (17) vorgesehen ist, über welchen die Bauunterlage (7, 7') an der Trägervorrichtung (12, 12') befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Baubehälter ein Wechselbehälter (10) ist, der in den Bauraum (3) einsetzbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trägervorrichtung (12, 12') eine Stützkonstruktion (16, 16') aufweist, auf welcher der mindestens eine Magnet (17) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Bauunterlage (7, 7') aus einem magnetisierbaren Material besteht .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Bauunterlage (7, 7') auf ihrer Unterseite mindestens eine mag- netisierbare Auflage (18) aufweist, welche gegenstückig zu dem mindestens einen Magneten (17) der Trägervorrichtung (12, 12') angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Magnet (17) auf der Trägervorrichtung (12, 12') zugewandten Seite der Bauunterlage (7, 7') vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Trägervorrichtung (12, 12') mindestens eine magnetisierbare Auflage (18) aufweist, welche gegenstückig zu dem mindestens einen Magneten (17) der Bauunterlage (7, 7') angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, wobei die vertikale Position der mindestens einen magnetisierbaren Auflage (18) relativ zur Bauunterlage (7, 7') einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Magnet (17) ein Permanentmagnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Magnet (17) ein Elektromagnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die vertikale Position des mindestens einen Magneten (17) relativ zur Bauunterlage (7, 7') einstellbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bauunterlage (7) der Boden des Wechselbehälters (10) ist und höhenverfahrbar in den Wechselbehälter (10) integriert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bauunterlage (7') eine vorgefertigte Platte ist und aus einem Material gebildet ist, an welchem das verfestigbare Material bei der Verfestigung anhaftet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei zwischen der Bauunterlage (7') und der Trägervorrichtung (12, 12') der Boden (7) des Wechselbehälters (10) angeordnet ist.
14. Verfahren zum An- und Abkoppeln einer Bauunterlage (7, 7') an einer höhenverstellbaren Trägervorrichtung (12, 12') in einer Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes schichtweises Verfestigen ei- nes verfestigbaren Materials an dem Querschnitt des Objektes entsprechenden Stellen, wobei die Vorrichtung einen Bauraum (3) und einen darin vorgesehenen Baubehälter sowie eine höhenverstellbare Trägervorrichtung (12, 12') mit einer Bauunterlage (7, 7') darüber umfasst und das Objekt über der Bauunterlage (7, 7') hergestellt wird, und wobei zwischen der Trägervorrichtung (12, 12') und der Bauunterlage (7, 7') mindestens ein Magnet (17) vorgesehen ist, über welchen die Bauunterlage (7, 7') an der Trägervorrichtung (12, 12') befestigbar ist und wobei der Baubehälter ein Wechselbehälter (10) ist, der in den Bau- räum (3) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ankoppeln der Trägervorrichtung (12, 12') von unten an die Bauunterlage (7, 7') über mindestens einen Magneten
(17)
Abkoppeln der Trägervorrichtung (12, 12') von dem mindestens einen Magneten (17) nach Fertigstellung des dreidimensionalen Objektes.
15. Verfahren nach Anspruch 14 aufweisend den Schritt:
Justieren der vertikalen Position des mindestens einen
Magneten (17) relativ zur Bauunterlage (7, 7').
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Bauunterlage
(7) der Baubehälterboden ist.
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