WO2016206781A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts Download PDF

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WO2016206781A1 PCT/EP2016/000961 EP2016000961W WO2016206781A1 WO 2016206781 A1 WO2016206781 A1 WO 2016206781A1 EP 2016000961 W EP2016000961 W EP 2016000961W WO 2016206781 A1 WO2016206781 A1 WO 2016206781A1
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material by energy input.
  • a method of this kind is used, for example, for rapid prototyping, rapid tooling or rapid manufacturing.
  • An example of such a process is known as "selective laser sintering or laser melting".
  • powder is selectively solidified by selective irradiation with a laser beam.
  • European Patent EP 0 734 842 A1 discloses a device with a laser and an associated scanning device, by means of which solidification of powder takes place at points corresponding to the cross section of the object. Especially with large components, the scanning of the laser beam Be time-consuming over the surface to be consolidated in one layer.
  • a large-area exposure method that addresses this problem is the mask sintering method known, for example, from EP 1 015 214 B1.
  • a mask pattern corresponding to the cross-sectional area of a layer is placed on a mask apparatus, and the powder layer in the subregions not covered by the pattern is solidified by a radiation generator.
  • the entire part surface to be solidified of a layer can be solidified simultaneously, whereby the construction time is shortened.
  • a large part of the radiation energy is covered by the mask and can not be used to solidify the building material.
  • a linear exposure apparatus which contains a multiplicity of exposure sources, which are arranged in the form of a matrix in rows and columns.
  • the imagesetter extends over the entire width of the construction field, and by exposing the imagesetter in the longitudinal direction, all areas of the construction field are exposed.
  • the exposure sources are switched on or off according to the cross section of a layer to be exposed by a DMD (Digital Micromirror Device).
  • DMD Digital Micromirror Device
  • the object of the present invention is an alternative, preferably an improved, device and a corresponding method for producing a three-dimensional To provide object.
  • the exposure speed can be increased without this being at the expense of energy efficiency or component accuracy.
  • the inventive device for producing a three-dimensional object by sehichtweises solidification of structural material at the cross section of the object to be produced in the j e election layer corresponding points by the action of electromagnetic radiation has a construction platform on which the ob ect is buildable, and an exposure unit for emitting the electromagnetic radiation for selectively solidifying a layer of the Aufaumaterials.
  • the exposure unit comprises a support, which is rotatable about an axis of rotation, and at least one exposure element, which is mounted on the support.
  • the hardening of the building material preferably takes place in at least one defined work plane. This allows the electromagnetic radiation to be focused to solidify a layer in a constant plane, which among other things the Construction of the device and the implementation of the manufacturing process simplified.
  • the axis of rotation of the carrier is oriented substantially perpendicular to the working plane. It can thereby be achieved that the distance of the exposure element or of the exposure elements to the working plane in which the building material is solidified remains constant during the rotational movement of the support, which causes a constant surface energy input.
  • the exposure unit comprises a plurality of exposure elements and the device is designed such that the radiation of each exposure element is imaged onto a pixel in the working plane at a point of illumination.
  • the radiation of each exposure element is imaged onto a pixel in the working plane at a point of illumination.
  • the carrier may be designed as a single arm, which is rotatable about the axis of rotation.
  • the support may be further embodied as two or more arms, which enclose an angle, preferably always the same angle, with each other and are rotatable about the axis of rotation. As a result, a circular surface to be exposed can be swept over in a simple manner.
  • the carrier may be formed as a disc which is rotatable about an axis of rotation.
  • a circular area to be exposed can likewise be swept over in a simple manner. It is also possible to use the exposure elements over distribute the entire disc, which can further accelerate the exposure process.
  • the exposure unit comprises a plurality of exposure elements arranged on the support such that, after one full rotation of the support, each pixel of a circular area in the work plane has been exposed at least at one exposure time when all of the exposure elements are on.
  • a homogeneous, areal exposure of the building material within the swept circular area can be achieved.
  • the at least one exposure element is arranged movably on the carrier such that its distance from the axis of rotation can be changed.
  • the carrier is also translationally movable. This makes it possible to expose a wider area even by means of a single exposure element. In the case of a translatory movement of the carrier, the area which can be overrun by rotation of the carrier can also be smaller than the total area to be exposed.
  • a plurality of exposure elements are provided and the exposure elements are arranged on radius vectors from the rotational axis of a disc to a point on the outer periphery of the disc such that the distance between two adjacent exposure elements of such a radius vector is constant.
  • a plurality of exposure elements may be provided and the exposure elements are arranged on concentric circles about the axis of rotation, in particular such that the spacing of adjacent exposure elements on such a circle is constant.
  • a speed D of the carrier is constant when exposing a layer.
  • the speed D is preferably greater than about 1 s -1, more preferably greater than about 5 s "1, even more preferably greater than about 10 s and _1.
  • Preferably less than about 50 s.” 1, more preferably less than about 30 sec _1, still more preferably less than about 25 s, whereby any combinations of the upper and lower limits are possible.
  • the at least one exposure element is preferably in the form of a semiconductor laser, in particular as a semiconductor laser diode, more preferably as a vertical cavity surface emitting laser VCSEL or as a vertical external cavity surface
  • Emitting. Laser VECSEL Emitting. Laser VECSEL.
  • These exposure elements are suitable for fast on and off, and therefore the switching speed of the exposure elements and the speed D of the carrier can be well matched.
  • the listed exposure elements have small spatial dimensions, so that many such exposure elements can be arranged close to each other on the support in order to achieve a good coverage of the surface to be exposed.
  • a method according to the invention for producing a three-dimensional object in a device for producing a three-dimensional object by layer-wise solidifying build-up material on the cross-section of the object to be produced in the respective layer corresponding locations by the action of electromagnetic radiation comprises building the object on a building platform and emitting the electromagnetic radiation to selectively solidify a layer of the building material. by means of an exposure unit.
  • the exposure unit comprises a carrier which is rotated about an axis of rotation and at least one exposure element which is mounted on the carrier.
  • the switching speed of the exposure elements and the rotational speed of the carrier are adapted to one another and the at least one exposure element is switched on and off so that one of the object cross section in the respective
  • Layer corresponding surface is solidified. This is z. B. possible that the exposure elements deliver only as much energy as is required to solidify the cross-section of the object.
  • the. Exposure unit multiple exposure elements and exposure elements which are not used for exposure at an exposure time are used at this exposure time for preheating the building material.
  • the efficiency can be increased and a lower energy input can be used to solidify the material completely.
  • FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for layering a three-dimensional object according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2a and 2b each show a schematic side view of a carrier with two different arrangements of the exposure elements on the carrier. within the scope of embodiments of the present invention.
  • 3a to 3d show schematic views of various embodiments of a carrier from above in the context of embodiments of the present invention.
  • the device shown in FIG. 1 is a laser sintering device of the laser melting device 1 for constructing an object 2.
  • the laser sintering or laser melting device 1 has an upwardly open container 5 with a wall 6.
  • a movable in a vertical direction V carrier device 7 is arranged, to which a base plate 8 is introduced, the. closes the container 5 down and thus forms its bottom.
  • the base plate 8 may be a plate formed separately from the carrier device 7, which is fixed to the carrier device 7, or it may be formed integrally with the carrier device 7.
  • the powder used that is, generally building material
  • process can be arranged on the base plate 8 is still a construction platform 9, on which the object 2 is constructed.
  • the object 2 can also be on the Base plate 8 are built themselves, which then serves as a construction platform.
  • Fig. 1 the finished in the container 5 on the platform 9 finished Ob ekt 2 is shown.
  • the object 2 is surrounded by unfixed building material 11.
  • the laser sintering or laser melting apparatus 1 further comprises a coater 14 movable in a horizontal direction H for applying a build-up material solidifiable by electromagnetic radiation from a reservoir not illustrated in detail in FIG. 1 to the working plane 10. Furthermore, an exposure unit 20 is arranged above the working plane. the electromagnetic radiation 22 emits and which will be described later with reference to Figs. 2a and 2b.
  • the laser sintering device 1 includes a control unit 29, via which the individual components of the device 1 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 computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
  • the support device 7 is lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness.
  • a layer of the building material is then applied.
  • the application takes place at least over the entire cross-section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction field, ie the area of the working plane 10, the is within the upper opening of the container 5.
  • the building material is solidified in the cross section of the herzustel sirloin object 2 corresponding points by the action of the electromagnetic radiation 22.
  • FIG. 2a shows a schematic view of the exposure unit 20.
  • the exposure unit 20 has a carrier 201 which is rotatable at a rotational speed D about an axis of rotation R.
  • the axis of rotation R of the carrier 201 is oriented substantially perpendicular to the working plane 10, and the carrier 201 is preferably aligned parallel to the working plane 10.
  • the rotational speed D is preferably constant during the exposure of a layer.
  • the speed is given in revolutions per second (s "1 ) ' , and preferably greater than 1 s" 1 , more preferably greater than 5 s _1 , even more preferably greater than 10 s _1 and preferably less than 50 s " 1 , more preferably less than 30 s " 1 , even more preferably less than 25 s " 1 , any combinations of the upper and lower limits are possible.
  • the exposure unit 20 comprises a plurality of exposure elements 202, wherein the radiation of each exposure element 202 at an exposure time is preferably imaged onto a limited area in the working plane, referred to as a pixel.
  • the exposure unit 20 may also have a focusing device not shown in detail in FIG. 2a, which is arranged below the carrier 201 and focuses the electromagnetic radiation emitted by the exposure elements 202 onto the working plane 10. This focus allows the size of the pixels in the working plane to be adjusted.
  • the exposure element 202 all electromagnetic radiation sources suitable for laser sintering or laser melting can be used.
  • at least one exposure element 202 is designed as a semiconductor laser, in particular as a semiconductor laser diode.
  • the at least one exposure element can be designed, for example, as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or as a VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser).
  • rows of exposure elements can also be mounted on the support 201, wherein the performance of one row of exposure elements depends on the number and power of the individual exposure elements.
  • the radiation of a line of exposure elements at an exposure time point can be imaged onto a pixel in the working plane 10. This has the advantage, among other things, that the pixel can still be sufficiently exposed even if one exposure element of the line fails.
  • Line of exposure elements at an exposure time to several pixels in the working plane 10 are mapped. This has the advantage that several pixels can be exposed through a row of exposure elements.
  • the exposure elements 202 are preferably arranged on the carrier 201 such that after a full rotation of the carrier 201 each pixel within a circular area in the working plane 10 has been exposed at least once when all the exposure elements 202 are turned on.
  • the switching speed of the exposure elements 202 and the rotational speed D of the carrier 201 are preferably adapted to one another such that the exposure elements
  • the cross-sectional area of the building material corresponding to the object does not have to be solidifiable by the energy input achieved by a full rotation of the support 201, but it is also possible to consolidate the building material by means of a multiple sweeping by the exposure elements 202 arranged on the support 201 to achieve.
  • Exposure elements 201 which do not contribute to the solidification of the building material at an exposure time may be switched off at this exposure time.
  • exposure elements 201 that do not contribute to solidification of the build material at an exposure time may be operated at reduced power at this exposure time so that they preheat the deposited layer of build material in the work plane 10.
  • the exposure elements 202 on the underside of the carrier 201 are arranged symmetrically to the rotation axis R on a left and a right side of the carrier 201.
  • the radiation of an imaging element 202 is imaged onto a pixel of the width in the working plane 10, and the exposure elements 202 of each arm are arranged so that the pixels exposed by them are a continuously exposed surface show that the pixels illuminated by adjacent exposure elements 202 are adjacent to one another.
  • the exposure elements 202 arranged on the left side of the carrier 201 are switched on and off in such a way that a surface corresponding to the object cross section in the respective layer is solidified.
  • the left and right side exposure elements 202 of the support 201 may each be operated at a reduced power such that the build material in a pixel in the work plane 10 is not energy input by each of the left and right side exposure elements 202 of the support 201 is fully solidified.
  • the exposure elements 202 arranged on the left and right sides of the carrier 201 in FIG. 2a can also be switched such that they expose different partial areas of the circular area.
  • the left side exposure elements 202 may expose an inner circular area
  • the right side exposure elements 202 may expose an outer circular ring adjacent the inner circular area.
  • Exposure elements 202 which are not used for exposing a partial flat, can be used to preheat this partial surface.
  • the exposure elements 202 on the carrier 201 are arranged asymmetrically with respect to the axis of rotation R on a left and a right side of the carrier 201.
  • r m * p.
  • the exposure elements 202 are switched on and off in such a way that a surface corresponding to the object cross-section in the respective layer is solidified.
  • modification of the exposure elements 202 are arranged on the substrate "201, that lying adjacent pixels have an overlap. As a result, an undesired offset of the exposure elements 202 are balanced, and thus possible exposure gaps can be avoided.
  • the carrier may be implemented as a single arm 211 which is rotatable about an axis of rotation R.
  • the carrier may be embodied as two arms 211 which are rotatable about a common axis of rotation R, the arms forming an angle with each other. of preferably 180 °.
  • the support may further be embodied, as illustrated in FIG. 3c, as three arms 211 which are rotatable about a common axis of rotation R, the arms enclosing an angle ⁇ of preferably 120 °.
  • the carrier may be designed as a disk 212 which is rotatable about an axis of rotation R, wherein the axis of rotation is preferably arranged in the center of the disk 212.
  • the exposure elements 202 are arranged on the carrier 201 such that, after one complete revolution of the carrier 201, each pixel of a circular area in the working plane 10 has been exposed at least once when all the exposure elements 202 of the carrier 201 are switched on.
  • the exposure elements 202 become so On and Ausschal et that a the object cross section in the respective layer corresponding surface is solidified.
  • Exposure elements 202 which are not used to solidify the build material at a time, may be used to preheat the build material.
  • the switching speed of the exposure elements 202 and the rotational speed D of the carrier 201 are adapted to one another such that the exposure element 202 can be switched on and off during the rotation of the carrier 201 in such a way that in the working plane 10 the object cross section in the respective one Layer corresponding surface is solidified.
  • the cross-sectional area of the material corresponding to the object does not have to be solidifiable already by the energy input achieved by a full revolution of the carrier 201, but rather it is also possible to achieve solidification of the building material by repeatedly passing through the exposure elements 202 arranged on the carrier 201.
  • Exposure elements 202 disposed close to the axis of rotation R on the carrier 201 become due to the rotational movement with a smaller line speed over the working plane .
  • the exposure elements 202 are operated with different power depending on their radial distance from the axis of rotation R, so that the radial energy input per full revolution of the carrier 201, 211, 212 is constant when all the exposure elements 202 "are switched on.
  • the at least one adjustment element 202 is movable, preferably movable in the radial direction, arranged on the carrier 201.
  • the traversing speed of the at least one exposure element 202 and the rotational speed (D) of the carrier are adapted to one another in such a way that all pixels of a circular area in the working plane 10 are exposed in the case of a number of revolutions of the carrier 201 when the exposure element 202 is switched on continuously.
  • the switching speed and the travel speed of the at least one exposure element 202 and the rotational speed D of the carrier 201 are adapted to one another such that the at least one exposure element 202 is switched on and off during the rotation of the carrier 201 and moved on the carrier can ' that in the working plane 10 a the Obj ktquerrough in the respective layer corresponding surface is solidified.
  • the shape of the carrier 201 is not limited to the forms shown by way of example in FIGS. 3a-3d;
  • the cross-sectional area of the object 2 to be consolidated does not have to lie within the area of the support 201, 211, 212 over the surface.
  • the surface swept over by the carrier 201, 211, 212 can also form only a part of the cross-sectional area of the object 2 to be consolidated and the entire cross-sectional area can be solidified by moving the carrier over the building field.
  • construction material can be different materials. be used, in particular powdery materials such as metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels Einwirkung elektromagnetischer Strahlung (22) weist eine Bauplattform (9) auf, auf der das Objekt (2) aufbaubar ist, sowie eine Belichtungseinheit (20) zum Aussenden der elektromagnetischen Strahlung (22) zum selektiven Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials. Dabei umfasst die Belichtungseinheit (20) einen Träger (201, 21, 212), der um eine Rotationsachse (R) drehbar ist, und wenigstens ein Belichtungselement (202), welches auf dem Träger (201, 21, 212) angebracht ist. Ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts wird auch offenbart.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial durch Energieeinbringung.
Ein Verfahren dieser Art wird beispielsweise zum Rapid Prototy- ping, Rapid Tooling oder Rapid Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen "Selekti- ves Lasersintern oder Laserschmelzen" bekannt. Dabei wird Pulver durch selektives Bestrahlen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 734 842 AI ist eine Vorrichtung mit einem Laser und einer zugehörigen Scanvorrichtung bekannt, mittels der eine Verfestigung von Pulver an dem Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen erfolgt. Insbesondere bei großen Bauteilen kann das Scannen des Laserstrahles über die- zu verfestigende Fläche in einer Schicht zeitintensiv sein .
Ein großflächiges Belichtungsverfahren, das diesem Problem begegnet ist das beispielsweise aus der EP 1 015 214 Bl bekannte Maskensinterverfahren. Hier wird ein Maskenmuster entsprechend der Querschnittsfläche einer Schicht auf einem Maskenapparat angeordnet und die Pulverschicht in den nicht durch das Muster abgedeckten Teilbereichen durch einen Strahlungsgenerator verfestigt. Durch dieses Verfahren kann die gesamte zu verfestigende Teilfläche einer Schicht gleichzeitig verfestigt werden, wodurch sich die Bauzeit verkürzt. Ein Großteil der Strahlungsenergie wird hierbei jedoch von der Maske abgedeckt und kann nicht zum Verfestigen des Aufbaumaterials genutzt werden.
Aus der US 2003/0214571 AI ist ein Linearbelichter bekannt, der eine Vielzahl von Belichtungsquellen enthält, die in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Der Belichter erstreckt sich über die gesamte Breite des Baufelds, und durch Verfahren des Belichters in Längsrichtung werden alle Bereiche des Baufelds belichtet. Die Belichtungsquellen werden entsprechend dem zu belichtenden Querschnitts einer Schicht durch ein DMD (Digital Micromirror Device) ein- oder ausgeschaltet. Um . die gesamte Breite des Baubereichs abzudecken, wird jedoch abhängig von der Größe des Bauteils eine große Anzahl an Belichtungsquellen benötigt. Zudem geht ein Großteil der Strahlungsenergie verloren, da das Licht nicht genutzter Belichtungsqüel - len durch die Mikrospiegel abgelenkt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative, bevorzugt eine verbesserte, Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts bereitzustellen. Insbesondere soll hierbei erzielt werden, dass die Belichtungsgeschwindigkeit erhöht werden kann ohne dass dies auf Kosten der Energieeffizienz oder Bauteilgenauigkeit geht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei können die in den Unteransprüchen und der unten stehenden Beschreibung zur Vorrichtung genannten Weiterbildungen bzw. Ausführungen auch als Weiterbildungen bzw. Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen werden oder umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch sehichtweises Verfestigen von Aufbau- material an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der j eweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels Einwirkung elektromagnetischer Strahlung weist eine Bauplattform auf, auf der das Ob ekt aufbaubar ist, sowie eine Belichtungseinhei zum Aussenden der elektromagnetischen Strahlung zum selektiven Verfestigen einer Schicht des Auf aumaterials . Dabei umfasst die Belichtungseinheit einen Träger, der um eine Rotationsachse drehbar ist, und wenigstens ein Belichtungselement, welches auf dem Träger angebracht ist . Durch die Rotation des Trägers kann der Energieeintrag mittels der Belichtungseinheit auf einer Kreisbahn erfolgen, was schneller durchgeführt werden kann als mittels einer translatorischen Bewegung.
Vorzugsweise erfolgt die Verfestigung des Aufbaumaterials in mindestens einer definierten Arbeitsebene. Dadurch kann die elektromagnetische Strahlung zum Verfestigen einer Schicht in einer konstanten Ebene fokussiert werden, was unter Anderem den Aufbau der Vorrichtung und die Durchführung des Herstellungsvorgangs vereinfacht .
Vorzugsweise ist die Rotationsachse des Trägers im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsebene ausgerichtet. Dadurch kann erreicht werden, dass der Abstand des Belichtungselements oder der Belichtungselemente zur Arbeitsebene, in welcher das Aufbaumaterial verfestigt wird, während der Rotationsbewegung des Trägers konstant bleibt, was einen gleich bleibenden Flächenenergieein- trag bewirkt.
Vorzugsweise umfasst die Belichtungseinheit eine Mehrzahl von Belichtungselementen und die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass die Strahlung eines jeden Belichtungselements zu einem Be- lichtungszeitpunkt auf ein Pixel in der Arbeitsebene abgebildet wird. Dadurch- kann durch jedes Belichtungselement ein räumlich genau vorbestimmter und eingegrenzter Bereich der Arbeitsebene, nämlich- das zugeordnete Pixel, belichtet werden.
Der Träger kann als ein einziger Arm ausgeführt sein, welcher um die Rotationsachse drehbar ist. Der Träger kann weiter als zwei oder mehr Arme, welche einen Winkel, bevorzugt immer den gleichen Winkel, miteinander einschließen und um die Rotationsachse drehbar sind, ausgeführt sein. Dadurch kann eine zu belichtende kreisförmige Fläche auf einfache Weise überstrichen werden .
Alternativ kann der Träger als Scheibe ausgebildet sein, welche um eine Rotationsachse drehbar ist. Dadurch kann ebenfalls eine zu belichtende kreisförmige Fläche auf einfache Weise überstrichen werden. Zudem ist es möglich, die Belichtungselemente über die gesamte Scheibe zu verteilen, was den Belichtungsvorgang weiter beschleunigen kann.
Vorzugsweise umfasst die Belichtungseinheit eine Mehrzahl von Belichtungselementen, die auf dem Träger so angeordnet sind., dass nach einer vollen Umdrehung des Trägers jedes Pixel einer Kreisfläche in der Arbeitsebene wenigstens zu einem Belichtungszeitpunkt belichtet wurde, wenn alle Belichtungselemente eingeschaltet sind. Dadurch kann mittels Rotation des Trägers eine homogene, flächige Belichtung des Aufbaumaterials innerhalb der überstrichenen Kreisfläche erzielt werden.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Belichtungselement auf dem Träger dergestalt bewegbar angeordnet, dass sein Abstand von der Rotationsachse verändert werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist auch der der Träger auch translatorisch bewegbar. Dadurch ist es möglich, auch mittels eines einzigen Belichtungselements eine ausgedehntere Fläche zu belichten. Bei einer translatorischen Bewegung des Trägers kann die durch Rotation des Trägers überfahrbare Fläche auch kleiner sein als die insgesamt zu belichtende Fläche.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Belichtungselementen vorgesehen ist und die Belichtungselemente auf Radiusvektoren von der Rotationsachse einer Scheibe zu einem Punkt auf dem äußeren Umfang der Scheibe so angeordnet sind, dass der Abstand zweier benachbarter Belichtungselemente eines derartigen Radiusvektors konstant ist. Auch kann eine Mehrzahl von Belichtungselementen vorgesehen sein und die Belichtungselemente sind auf konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse angeordnet, insbesondere so, dass der Abstand benachbarter Belichtungselemente auf einem derartigen Kreis konstant ist. Vorzugsweise ist eine Drehzahl D des Trägers beim Belichten einer Schicht konstant. Die Drehzahl D ist vorzugsweise größer als etwa 1 s-1, weiter bevorzugt größer als etwa 5 s"1, noch wei- ter bevorzugt größer als etwa 10 s_1 und . vorzugsweise kleiner als etwa, 50 s."1, weiter bevorzugt kleiner als etwa 30 s_1, noch weiter bevorzugt kleiner als etwa 25 s , wobei beliebig Kombinationen der oberen und unteren Grenzwerte möglich sind.
Dadurch ist es möglich, eine gleichförmige Belichtung zu ver- wirklichen.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Belichtungselement als Halbleiterlaser, insbesondere als Halbleiterlaserdiode ausgebildet, weiter vorzugsweise als Vertical Cavity Surface Emit- ting Laser VCSEL öder als Vertical External Cavity Surface
Emitting . Laser VECSEL. Diese Belichtungselemente sind zum schnellen Ein- und Ausschalten geeignet und daher können die Schaltgeschwindigkeit der Belichtungselemente und die Drehzahl D des Trägers gut aneinander angepasst werden. Zudem haben die aufgeführten Belichtungselemente kleine räumliche Abmessungen, so dass viele derartige Belichtungselemente nah aneinander auf dem Träger angeordnet werden können, um eine gute Abdeckung der zu belichtenden Fläche zu erzielen. Des Weiteren ist es einfach möglich, die aufgeführten Belichtungselemente mit variabler Leistung zu betreiben, so dass beispielsweise nicht zum Belichten genutzte Belichtungselemente zum Vorheizen der Oberfläche des Aufbaumaterials genutzt werden können.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimen- sionalen Objekts in einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der j eweiligen, Schicht entsprechenden Stellen mittels Einwirkung elektromagnetischer Strahlung umfasst die Schritte Aufbauen des Objekts auf einer Bauplattform und Aussenden der elektromagnetischen Strahlung zum selektiven Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials . mittels einer Belichtungseinheit. Dabei umfasst die Belichtungseinheit einen Träger, der um eine Rotationsachse gedreht wird, und wenigstens ein Belichtungselement, welches auf dem Träger angebracht ist. So kann ein dreidimensionales Objekts mittels einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung hergestellt werden.
Vorzugsweise sind die Schaltgeschwindigkeit der Belichtungselemente und die Drehzahl des Trägers so aneinander angepasst und das wenigstens eine Belichtungselement wird so ein- und ausge- schaltet, dass eine dem Objektquerschnit in der jeweiligen
Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird. Dadurch ist es z. B . möglich, dass die Belichtungselemente nur soviel Energie abgeben, wie zum Verfestigen des Objektquerschnitts erforderlich is .
Vorzugsweise umfasst die . Belichtungseinheit mehrere Belichtungselemente und Belichtungselemente,, welche zu einem Belichtungszeitpunkt nicht zum Belichten verwendet werden, werden zu diesem Belichtungszeitpunkt zum Vorheizen des Aufbaumaterials verwendet. Dadurch kann die Effizienz gesteigert werden und zum vollständigen Verfestigen des Materials ein geringerer Energieeintrag verwendet werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2a und 2b zeigen je eine schematische seitliche Ansicht eines Trägers mit zwei verschiedenen Anordnungen der Belichtungselemente auf dem Träger . im Rahmen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3a bis 3d zeigen schematische Ansichten verschiedener Aus führungsbeispiele eines Trägers von oben im Rahmen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- o der Laserschmelzvorrichtung 1 zum Aufbauen eines Objekts 2.
Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 weist einen nach oben offener Behälter 5 mit einer Wandung 6 auf. In dem Behälter 5 ist eine in einer vertikalen Richtung V bewegbare Trägervorrichtung 7 angeordnet, an der eine Grundplatte 8 ange bracht ist, die. den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 8 kann eine getrennt von der Trägervorrichtung 7 gebildete Platte sein, die an der Trägervorrichtung 7 befestigt ist, oder sie kann integral mit der Trägervorrichtung 7 gebildet sein. Je nach verwendetem Pulver (also allgemein Aufbaumaterial) und Prozess kann auf der Grund platte 8 noch eine Bauplattform 9 angeordnet sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 8 selber aufgebaut werden, die dann als Bauplattform dient. In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 9 fertig hergestellte Ob ekt 2 dargestellt. Das Objekt 2 ist von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 11 umgeben .
Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 enthält weiter einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 14 zum Aufbringen eines durch elektromagnetische Strahlung verfestigbaren Aufbaumaterials aus einem in Fig. 1 nicht näher dargestellten Vorratsbehälter auf die Arbeitsebene 10. Ferner ist eine Belichtungseinheit 20 über der Arbeitsebene angeordnet, die elektromagnetische Strahlung 22 aussendet und welche später mit Bezug auf Fig. 2a und 2b näher beschrieben wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein,, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann.
Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumateri - als zunächst die Trägervorrichtung 7 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Unter Verwendung des Beschichters 14 wird nun eine Schicht des Aufbaumaterials aufgetragen. Das Auftragen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld, also den Bereich der Arbeitsebene 10, der innerhalb der oberen Öffnung des Behälters 5 liegt. Anschließend wird das Aufbaumaterial in dem Querschnitt des herzustel lenden Objekts 2 entsprechenden Stellen durch Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung 22 verfestigt. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Obj ekt 2 fertigges ellt is und dem Bauraum entnommen werden kann.
Fig. 2a zeigt eine schematische Ansicht der Belichtungseinheit 20. Die Belichtungseinheit 20 weist einen Träger 201 auf, der mit einer Drehzahl D um eine Rotationsachse R drehbar ist. Vorzugsweise ist die Rotationsachse R des Trägers 201 im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsebene 10 ausgerichtet, und der Träger 201 ist bevorzugt parallel zur Arbeitsebene 10 ausgerichtet.
Die Drehzahl D ist während des Belichtens einer Schicht bevor- zugt konstant. Die Drehzahl ist in Umdrehungen pro Sekunde (s"1)' angegeben und vorzugsweise größer als 1 s"1, weiter bevorzugt größer als 5 s_1, noch weiter bevorzugt größer als 10 s_1 und vorzugsweise kleiner als 50 s"1, weiter bevorzugt kleiner als 30 s"1, noch weiter bevorzugt kleiner als 25 s"1, wobei beliebige Kombinationen der oberen und unteren Grenzwerte möglich sind.
Des Weiteren ist auf der Unterseite des Trägers 201, d.h. auf seiner der Arbeitsebene 10 zugewandten Seite, wenigstens ein Belichtungselement 202 vorgesehen. Bevorzugt umfasst die Belichtungseinheit 20 eine Mehrzahl von Belichtungselementen 202, wobei die Strahlung eines jeden Belichtungselements 202 zu einem Belichtungszeitpunkt bevorzugt auf einen begrenzten Bereich in der Arbeitsebene abgebildet wird, der als Pixel bezeichnet wird . Ferner kann die Belichtungseinheit 20 noch eine in Fig. 2a nicht näher gezeigte Fokuss iervorrichtung aufweisen, welche unterhalb des Trägers 201 angeordnet ist und die von den Belichtungselementen 202 ausgesandte elektromagnetische Strahlung auf die Arbeitsebene 10 fokussiert. Über diese Fokussierung kann die Größe der Pixel in der Arbeitsebene .eingestellt werden.
Als Belichtungselement 202 können alle für Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren geeigneten elektromagnetischen Strahlungsquellen verwendet werden. Bevorzugt ist wenigstens ein Belichtungselement 202 als Halbleiterlaser, insbesondere als Halbleiterlaserdiode ausgebildet. Das wenigstens eine Belichtungselement kann beispielsweise als VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder als VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) ausgebildet sein.
Des Weitern können auch Zeilen von Belichtungselementen auf dem Träger 201 angebracht sein, wobei die Leistung einer Zeile von Belichtungselementen von der Anzahl sowie der Leistung der ein- zelnen Belichtungselemente abhängt. Dabei kann die Strahlung einer Zeile von Belichtungselementen zu einem Belichtungszeitpunkt, auf ein Pixel in der Arbeltsebene 10 abgebildet werden. Dies hat unter Anderem den Vorteil, dass das Pixel auch bei Ausfall eines Belichtungselements der Zeile noch ausreichend belichtet werden kann. Alternativ kann die Strahlung einer
Zeile von Belichtungselementen zu einem Belichtungszeitpunkt auf mehrere Pixel in der Arbeitsebene 10 abgebildet werden. Dies hat den Vorteil dass durch eine Zeile von Belichtungselementen mehrere Pixel belichtet werden können.
Die Belichtungselemente 202 sind bevorzugt so auf dem Träger 201 angeordnet, dass nach einer vollen Umdrehung des Trägers 201 jedes Pixel innerhalb einer Kreisfläche in der Arbeitsebene 10 wenigstens einmal belichtet wurde, wenn alle Belichtungselemente 202 eingeschaltet sind. Die Schaltgeschwindigkeit der Belichtungselemente 202 und die Drehzahl D des Trägers 201 sind bevorzugt so aneinander angepasst , dass die Belichtungselemente
202 während der Rotation des Trägers 201 derart ein- und ausgeschaltet werden können, dass in der Arbeitsebene 10 eine dem Objektquerschnitt in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird. Dabei muss die dem -.Objekt entsprechende Querschnittsfläche des Aufbaumaterials nicht bereits durch den durch eine volle Umdrehung des Trägers 201 erzielten Energieeintrag verfestigbar sein, vielmehr ist es auch möglich, eine Verfestigung des Aufbaumaterials mittels eines mehrfachen Überstreichen durch die auf dem Träger 201 angeordneten Belichtungselemente 202 zu erzielen.
Belichtungselemente 201, die zu einem Belichtungszeitpunkt nicht zum Verfestigen des Aufbaumaterials beitragen, können zu diesem Belichtungszeitpunkt ausgeschalten sein. Alternativ können Belichtungselemente 201, die zu einem Belichtungszeitpunkt nicht zum Verfestigen des Aufbaumaterials beitragen, zu diesem Belichtungszeitpunkt mit reduzierter Leistung betrieben werden, so dass sie die aufgebrachte Schicht des Aufbaumaterials in der Arbeitsebene 10 vorheizen.
In Fig. 2a sind die Belichtungselemente 202 auf der Unterseite des Trägers 201 symmetrisch zur Rotationsachse R auf einer linken und einer rechten Seite des Trägers 201 angeordnet. Die Strahlung eines Bel.ichtungselements 202 wird auf ein Pixel der Breite in der Arbeitsebene 10, abgebildet und die Belichtungselemente 202 jedes Arms sind so angeordnet, dass die von ihnen belichteten Pixel eine kontinuierlich belichtete Fläche ergeben, dass also die durch benachbarte Belichtungselemente 202 belichtete Pixel aneinandergrenzen .
Sind in dem Beispiel in Fig. 2a je n Belichtungselemente auf der linken und der rechten Seite des Trägers 201 angeordnet, so ist nach einer vollen Umdrehung des Trägers 201 eine Kreisfläche mit einem Radius r belichtet worden, wobei gilt: r = n * p. Dabei wurde jedes Pixel innerhalb dieser Fläche zu zwei verschiedenen Belichtungszeitpunkten je einmal belichtet.
Da sowohl die auf der linken Seite des Trägers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 als auch die auf der rechten Seite des Trägers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 bei einer vollen Umdrehung des ' Trägers 201 die Kreisfläche mit dem Radius r vollständig belichten, können beispielsweise die auf der rechten Seite des Trägers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 mit reduzierter Leistung betrieben werden und können so zum Vorheizen der aufgebrachten Schicht des Aufbaumaterials verwendet werden, welche dann durch die auf der linken Seite des Trä- gers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 verfestigt wird. Die auf der linken Seite des Trägers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 werden so ein- und ausgeschaltet, dass eine dem Objektquerschnitt in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird.
Alternativ können die Belichtungselemente 202 der linken und der rechten Seite des Trägers 201 auch jeweils so mit reduzierter Leistung betrieben werden, dass das Aufbaumaterial in einem Pixel in der Arbeitsebene 10 erst durch einen Energieeintrag durch je eines Belichtungselements 202 der linken und der rechten Seite des Trägers 201 voll verfestigt wird. Die in Fig. 2a auf der linken und rechten Seite des Trägers 201 angeordneten Belichtungselemente 202 können auch so geschaltet werden, dass sie verschiedene Teilflächen der Kreisfläche belichten. So können beispielsweise die Belichtungselemente 202 der linken Seite eine innere Kreisfläche belichten und die Belichtungselemente 202 der rechten Seite einen äußeren Kreisring belichten, welcher an die innere Kreisfläche anschließt. Belichtungselemente 202, welche nicht zum Belichten einer Teil- flache verwendet werden, können zum Vorheizen dieser Teilfläche verwendet werden.
In einer in Fig. 2b gezeigten Abwandlung sind die Belichtungselemente 202 auf dem Träger 201 bezüglich der Rotationsachse R unsymmetrisch auf einer linken und einer rechten Seite des Trä- g-ers 201 angeordnet. Die Strahlung eines Belichtungselements
202 wird auf ein Pixel der Breite p in der Arbeitsebene 10 abgebildet, und die Belichtungselemente 202 sind so auf dem Träger 201 angeordnet, dass die von ihnen belichteten Pixel eine kontinuierlich belichtete Fläche ergeben. Sind in dem Beispiel in Fig. 2b je m Belichtungselemente auf der linken und der rechten Seite des Trägers 201 angeordnet, so ist nach einer vollen Umdrehung des Trägers 201 eine Kreisfläche mit einem Radius r belichtet worden, wobei gilt: r = m * p. Jedes Pixel innerhalb dieser Fläche wurde genau einmal belichtet, so dass kein Pixel innerhalb dieser Fläche zu zwei verschiedenen Belichtungszeitpunkten belichtet wurde. Die Belichtungselemente 202 werden so ein- und ausgeschal et, dass eine dem Objektquerschnitt in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird. In einer weiteren, ' nicht figürlich dargestellten Abwandlung sind die Belichtungselemente 202 so an dem Träger "201 angeordnet, dass benachbart liegende Pixel einen Überlapp aufweisen. Dadurch kann ein ungewollter Versatz der Belichtungselemente 202 ausgeglichen werden, und so können mögliche Belichtungslücken vermieden werden.
In Fig. 3a-3d sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Trägers 201 schematisch dargestellt. Der Träger kann wie in Fig. 3a gezeigt als ein einzelner Arm 211 ausgeführt sein, der um eine Rotationsachse R drehbar ist. Des Weiteren kann der Träger wie in Fig. 3b dargestellt .als zwei Arme 211 ausgeführt sein, die um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar sind, wobei die Arme miteinander einen Winkel . von bevorzugt 180° einschließen. Der Träger kann weiter wie in Fig. 3c dargestellt als drei Arme 211 ausgeführt sein, die um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar sind, wobei die Arme einen Winkel α von bevorzugt 120° einschließen. Allgemein kann der Träger als eine Anzahl von a Armen ausgeführt sein, die um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar sind, wobei die Arme bevorzugt einen Winkel von oc = 360 °/a einschließen.
Ferner kann der Träger wie in Fig. 3d gezeigt als eine Scheibe 212 ausgeführt sein, welche um eine Rotationsachse R drehbar ist, wobei die Rotationsachse bevorzugt im Mittelpunkt der Scheibe 212 angeordnet ist.
Die Belichtungselemente 202 sind auf dem Träger 201 so angeordnet, dass nach einer vollen Umdrehung des Trägers 201 jedes Pi- xel einer Kreisfläche in der Arbeitsebene 10 wenigstens einmal belichtet wurde, wenn alle Belichtungselemente 202 des Trägers 201 eingeschaltet sind. Die Belichtungselemente 202 werden so ein- und ausgeschal et, dass eine dem Objektquerschnit in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird. Belichtungselemente 202, welche zu einem Zeitpunkt nicht zum Verfestigen des Aufbaumaterials verwendet werden, können zum Vor- heizen des Aufbaumaterials, verwendet werden.
Die Schaltgeschwindigkeit der Belichtungselemente 202 und die Drehzahl D des. Trägers 201 sind dabei so aneinander angepasst, dass die Belichtungselemehte 202 während der Rotation des Trä- gers 201 derart ein- und ausgeschaltet werden können, dass in der Arbeitsebene 10 eine dem Objektquerschnitt in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird. Dabei muss die dem Objekt entsprechende Querschnittsfläche des Auf aumaterials nicht bereits durch den durch eine volle Umdrehung des Trägers 201 erzielten Energieeintrag verfestigbar sein, vielmehr ist es auch möglich eine Verfestigung des Aufbaumaterials durch mehrfaches Überstreichen durch die auf dem Träger 201 angeordneten Belichtungselemente 202 zu erzielen. Belichtungselemente 202, die nahe an der Rotationsachse R auf dem Träger 201 angeordnet sind, werden aufgrund der Rotationsbewegung mit einer kleineren Bahngeschwindigkeit über die Arbeitsebene .10 hinweg bewegt als Belichtungselemente 202, die ■weiter von der' Rotationsachse entfernt auf dem Träger 201 ange- ordnet sind. Um eine ungleichmäßige Belichtung des Aufbaumaterials in der Arbeitsebene 10 durch unterschiedlich lange Belichtungszeiten von radial unterschiedlichen Kreisringen zu vermeiden ist es daher vorteilhaft, auf einem inneren Kreis einer Scheibe 212 weniger Belichtungselemente anzuordnen als auf einem äußeren Umfangskreis. Insbesondere ist es bei einer Anordnung von Belichtungselementen 202 auf der Scheibe 212 in m konzentrischen Kreisen vorteilhaft, die Anzahl ni des in dem i- ten Kreis angeordneten Belichtungselemente 202 in Abhängigkeit von dem Radius ri des i-ten Kreises so zu wählen, dass annähernd die Bedingung η^Γχ = n2/r2 ... = ni/ri = ... nm/rm erfüllt ist. In einer weiteren Abwandlung werden die Belichtungselemente 202 abhängig von ihrem radialen Abstand zur Rotationsachse R mit unterschiedlicher Leistung betrieben, so dass der radiale Ener- gieeintrag pro voller Umdrehung des Trägers 201, 211, 212 konstant ist, wenn alle Belichtungselemente 202" eingeschaltet sind.
In einer weiteren Abwandlung ist das wenigstens eine Be.lich- tungselement 202 verfahrbar, bevorzugt in radialer Richtung verfahrbar, auf dem Träger 201 angeordnet. Die Verfahrgeschwin- digkeit des wenigstens einen Belichtungselements 202 und die Drehzahl (D) des Trägers sind dabei so aneinander angepasst, dass bei durchgehend eingeschalteten Belichtungselement 202 bei einer Anzahl von Umdrehungen des Trägers 201 alle Pixel einer Kreisfläche in der Arbeitsebene 10 belichtet werden. Des Weite- ren sind die Schaltgeschwindigkeit und die Verfahrgeschwindig- keit des wenigstens einen Belichtungselements 202 und die Drehzahl D des Trägers 201 so aneinander angepasst, dass das wenigstens eine Belichtungselement 202 während der Rotation des Trägers 201 derart ein- und ausgeschaltet und auf dem Träger verfahren werden kann', dass in der Arbeitsebene 10 eine dem Obj ktquerschnitt in der jeweiligen Schicht entsprechende Fläche verfestigt wird.
Die Form des- Trägers 201 ist nicht auf die in Fig. 3a-3d bei- spielhaft gezeigten Formen beschränkt, vielmehr kann der Träger
201 jede geeignete Form annehmen. Die zu verfestigende Querschnittsfläche des Objekts 2 muss nicht innerhalb der von dem Träger 201, 211, 212 übers richenen Fläche liegen. Die vom Träger 201, 211, 212 überstrichene Fläche kann auch nur einen Teil der zu verfestigenden Quer- schnittsfläche des Objektes 2 bilden und die gesamte Querschnittsfläche durch Verfahren des Trägers über das Baufeld verfestigt werden.
Als Aufbaumaterial können verschiedene Materialien . verwendet werden, insbesondere pulverförmige Materialien wie beispielsweise Metallpulver, KunstStoffpulver , Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels Einwirkung elektro- magnetischer Strahlung (22) mit
einer Bauplattform (8, 9) , auf welcher das Objekt (2) aufbaubar ist,
und
einer Belichtungseinheit (20) zum Aussenden der elektro- magnetischen Strahlung (22) zum selektiven Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials , dadurch gekennzeichnet, dass
die Belichtungseinheit (2) einen Träger (201, 211, 212) umfasst, welcher um eine Rotationsachse (R) drehbar ist, und die Belichtungseinheit (20) wenigstens ein Belichtungsele- ment (202) umfasst, welches auf dem Träger (201, 211, 212) angebracht ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (l) so ausgebildet ist, dass die Verfestigung in mindestens einer definierten Arbeitsebene (10) stattfindet.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Rotationsachse (R) des Trägers (201, 211, 212) im Wesentlichen senkrecht zur Arbeitsebene (10) ausgerichtet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Belichtungseinheit (20) eine Mehrzahl von Belichtungselementen (202) umfasst und wobei die Vorrichtung (1) so ausgebildet ist, dass das Licht eines jeden Belichtungselements (202) zu einem ^Belichtungszeitpunkt auf ein Pixel in der Arbeitsebene (10) abgebildet wird.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger als ein einziger Arm (211) oder als zwei oder mehr einen Winkel ( a ) miteinander einschließende Arme. (211) ausgebildet ist, welche um die Rotationsachse (R) drehbar sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger -als Scheibe (212) ausgebildet ist, welche um die Ro- tationsachse (R) drehbar ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis- 6·, wobei eine Mehrzahl von Belichtungselementen (202) vorgesehen ist und
die Belichtungselemente (202) auf dem Träger (201, 211,
212) so angeordnet sind, dass nach einer vollen Umdrehung des Trägers (201, 211, 212) jedes Pixel einer Kreisfläche in der Arbeitsebene (10) wenigstens zu einem Belichtungszeitpunkt belichtet wurde, wenn alle Belichtungselemente (202) eingeschal- tet sind.
8. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
das wenigstens eine Belichtungselement (202) auf dem Träger (201, 211, 212) dergestalt bewegbar angeordnet ist, dass sein Abstand von der Rotationsachse (R) verändert werden kann, und/oder der Träger (201, 211, 212) auch translatorisch bewegbar ist .
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Drehzahl (D) des Trägers (201, 211, 212) beim Belichten einer Schicht konstant ist, vorzugsweise größer als etwa 1 s-1, weiter bevorzugt größer als etwa 5 s-1, noch weiter bevorzugt größer als etwa 10 s_1 und vorzugsweise kleiner als etwa 50 s-1, weiter bevorzugt kleiner als etwa 30 s-1, noch weiter bevorzugt kleiner als etwa 25 s-1, wobei beliebige Kombinationen der oberen und unteren Grenzwerte möglich sind.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wenigstens eine Belichtungselement (202) als Halbleiterlaser, insbesondere als Halbleiterlaserdiode ausgebildet ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine Belichtungselement (202) als Vertical . Cavity Surface Emit- ing Laser VCSEL oder als Vertical External Cavity Surface Ernitting Laser VECSEL ausgebildet ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Belichtungseinheit (20) wenigstens eine Zeile von Belichtungselementen (202) umfasst.
13. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts (2) in einer Vorrichtung (1) zum Herstellen eines dreidimensionalen Obj ekts (2) durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts (2) in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen mittels Einwirkung elektromagnetischer Strahlung (22) mit den. Schritten :
Aufbauen des Objekts (2) auf einer Bauplattform (8, 9), und Aussenden der elektromagnetischen Strahlung (22) zum selektiven Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials mittels■· einer . Belichtungseinheit (20), dadurch gekennzeichnet, dass
die Belichtungseinheit (20) einen Träger (201, 211, 212) umfasst, welcher um eine Rotationsachse (R) gedreht wird und die Belichtungseinheit (20) wenigstens ein Belichtungselement "(202) umfasst, welches auf dem Träger (201, 211, 212) angebracht is .
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Schaltgeschwindigkeit des wenigstens einen Belichtungselements (202) und eine Drehzahl (D) des Trägers (201, 211, 212) so aneinander ange- passt werden und das wenigstens eine Belichtungselement (202) so ein- und ausgeschaltet wird, dass eine dem Objektquerschnitt entsprechende Fläche des Aufbaumaterials verfestigt wird .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei
die Belichtungseinheit (20) mehrere Belichtungselemente
(202.) umfasst und
Belichtungselemente (202), welche zu einem Belichtungs- Zeitpunkt nicht zum Belichten verwendet werden, zu diesem Belichtungszeitpunkt zum Vorheizen des Auf aumaterials verwendet werden.
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