WO2019091839A1 - Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt Download PDF

Info

Publication number
WO2019091839A1
WO2019091839A1 PCT/EP2018/079780 EP2018079780W WO2019091839A1 WO 2019091839 A1 WO2019091839 A1 WO 2019091839A1 EP 2018079780 W EP2018079780 W EP 2018079780W WO 2019091839 A1 WO2019091839 A1 WO 2019091839A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
application
substrate
application surface
curing
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/079780
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ruben Wahl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US16/651,995 priority Critical patent/US11858203B2/en
Priority to EP18796022.4A priority patent/EP3706980A1/de
Publication of WO2019091839A1 publication Critical patent/WO2019091839A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/214—Doctor blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/291—Arrangements for irradiation for operating globally, e.g. together with selectively applied activators or inhibitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 and a method according to the preamble of the independent claims.
  • a 3-D printer is known, which is adapted to produce a three-dimensional object from a sinterable powder.
  • composing object a method of generatively manufacturing an object composed of a plurality of cross sections, and a three-dimensional object produced by the method.
  • the apparatus for generatively manufacturing an object composed of a plurality of cross sections comprises an application unit with a
  • Additive manufacturing can also be understood to mean additive manufacturing or the very commonly used additive manufacturing or rapid prototyping, wherein three-dimensional components, for example one after the other, are produced from individual layers or cross-sections of the component.
  • a three-dimensional object or component to be generated is modeled computer-aided and subdivided into individual parallel slices or cross sections of a specific thickness. The data, in particular to the geometric
  • An application unit may be understood to mean a device with which the sinterable material can be applied to the material in accordance with the dimensions of one of the cross sections of the component to be manufactured
  • Application surface can be applied.
  • arbitrary two-dimensional shapes can be generated on the application surface.
  • Two-dimensional shapes can be set within a certain range.
  • the application surface can in this case be designed as a flat surface. In an alternative embodiment, the application surface may be configured as an outer surface of a cylindrical drum.
  • the resulting image of one of the cross sections of the object to be generated is subsequently transferred to the substrate.
  • a substrate can be understood as a recording unit for recording the image.
  • the substrate can receive a first image of a cross section of the object to be produced. All further images of the cross sections of the object to be produced are transferred to the previously recorded image, so that the substrate ultimately carries all the images of the cross sections of the object to be produced.
  • Under a curing unit can hereby means for solidifying the
  • sinterable material can be understood. This can be understood as thermal devices, such as ovens, heating coils and / or infrared radiators. It may also be understood as optical devices which cure the sinterable material, for example by means of ultraviolet light, or ultraviolet laser radiation and / or visible and / or infrared laser radiation.
  • the curing unit is not arranged directly on the application unit, but spatially separated from the application unit.
  • Such a device in which the curing unit and the application unit are arranged separately from one another, has the advantage that the sinterable material is not impaired by the curing unit when it is applied to the application surface. As a result, a particularly robust production process can be ensured. Furthermore, through this Device significantly faster a defined layer thickness can be generated than by other devices for additive manufacturing. In addition, thermoplastics and duromers can be processed.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
  • Application unit having at least one further application surface for applying the sinterable material as an image of one of the cross-sections of the object on the further application surface, wherein the at least one further application unit is spatially separated from the application unit and from the curing unit.
  • the at least one further application unit can be a
  • Production speed can be increased advantageously.
  • application of the sinterable material to the application surface can take place undisturbed by thermal and / or optical influences of the curing unit.
  • a further application unit has the advantage that individual mechanical components of the application units are spared, since the mechanical load is distributed to both application units with constant production speed.
  • this allows an order of several different materials in one print (multi-material).
  • materials such as polycaprolactam (PA6), polyoxymethylene (POM) and / or polyethylene (PE) can be used.
  • PA6 polycaprolactam
  • POM polyoxymethylene
  • PE polyethylene
  • the materials can be designed both conductive and non-conductive.
  • the substrate and the curing unit are movable relative to each other. Furthermore, it is advantageous if the substrate and the application unit are movable relative to each other. Furthermore, it is advantageous if the substrate and the further application unit are movable relative to each other. As a result, for example, an image applied by the application unit can be picked up by the substrate and cured by the curing unit, and
  • Application surface is electrostatically chargeable. Because this an application of the sinterable material can be supported and improved on the application area.
  • the device prefferably has an exposure unit for at least partial deletion of an electrostatic charge on the application surface and / or the further application surface.
  • the exposure unit can in this case be arranged directly on the application unit.
  • a further exposure unit can be arranged directly on the further application unit.
  • the sinterable material adheres only to the locations on the application surface and / or the further application surface to which the electrostatic charge has been extinguished.
  • the image to be applied to the application area and / or the further application area can be structured very precisely.
  • the images of the individual cross-sections of the component to be generated can be precisely transferred.
  • the substrate is electrostatically chargeable. Because this supports the transfer of the image from the application area and / or the further application area to the substrate. This allows
  • Application unit is adapted to deliver an electrostatically chargeable, sinterable powder and / or an electrostatically chargeable, sinterable liquid on the application surface and / or the other application area. Because this facilitates the application of the sinterable material and it is achieved an increased variability in terms of material selection. Possible materials are polyamides, polyolefins, acrylates, epoxides and / or methacrylates.
  • the device has a leveling unit for flattening the sinterable material on the substrate and / or for removing excess sinterable material from the substrate. Because this can be very homogeneous and even surfaces of the individual to be produced images of the cross sections of generating component can be achieved. Furthermore, a compression and thus optimized density can be generated in the component and a porosity in the component to be produced can be reduced.
  • a leveling unit can be arranged, for example, spatially separated from the application unit and the curing unit between the application unit and the curing unit.
  • a further leveling unit can likewise be arranged spatially separated from the curing unit and the further application unit between the curing unit and the further application unit.
  • the method has a step of applying a sinterable material as an image of one of the cross sections of the object on an application surface by an application unit or a further application unit.
  • the invention relates to a step of picking up the image from the application surface onto a substrate, and to a step of curing the image of the sinterable material on the substrate by a curing unit arranged spatially separate from the application unit and from the further application unit.
  • the method is characterized in that between the recording step and the
  • Curing unit is made such that the substrate and the curing unit are opposite after completion of the relative movement. Thereby, the step of applying and the step of curing can be performed on different units and at different positions in the apparatus. This allows a high production speed can be achieved because the application unit undisturbed by the curing unit can apply the sinterable material on the application surface while the previously transmitted to the substrate image on the
  • Hardening unit is cured.
  • Applizierens the application surface or the other application area is charged electrostatically and the electrostatic charge is at least partially deleted by an exposure unit. Because this can be done on the application surface and / or the other application area indirect structuring, which a two-dimensional geometric shape of the image to be applied from the sinterable material corresponds. Thus, therefore, the sinterable material can be applied structured on the application surface, which can be very accurate images of the cross sections of the generating component create.
  • the approach described here also creates a three-dimensional object which consists of a multiplicity of cross-sections and / or different materials
  • Such a three-dimensional object has the advantage that it can be produced on the one hand in a simple manner and on the other hand can have an almost arbitrary geometry. Furthermore, the three-dimensional object can be made of different sinterable materials with different mechanical, thermal, optical and / or electronic properties. This allows the three-dimensional object in its, in particular optical and / or haptic
  • control unit which is set up to control the device according to one of the previously described embodiments in order to carry out a method according to one of the previously described embodiments.
  • control unit can at least one arithmetic unit for processing
  • Signals or data at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or sensor element or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting of data embedded in a communication protocol.
  • the arithmetic unit may, for example, a signal processor, a
  • the storage unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit.
  • Communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface, read in or output the line-bound data, this data, for example, electrically or optically read from a corresponding data transmission line or can output to a corresponding data transmission line.
  • a communication interface read in or output the line-bound data, this data, for example, electrically or optically read from a corresponding data transmission line or can output to a corresponding data transmission line.
  • Program code which may be stored on a machine-readable, in particular non-volatile, carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • Program product or program is executed on a computer or a device according to one of the embodiments described above.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an apparatus for generative manufacturing of an object composed of a plurality of cross sections according to an embodiment
  • FIG. 2 is a flowchart of a method of generatively manufacturing an object composed of a plurality of cross sections according to an embodiment
  • FIG. and Fig. 3 is a schematic representation of a control unit according to a
  • FIG. 1 shows an apparatus 1 for generatively producing an object composed of a multiplicity of cross sections according to an exemplary embodiment.
  • the device comprises an application unit 2a, a curing unit 30 arranged next to it, spatially separated, and a substrate 20.
  • the device 1 may optionally have a further application unit 2b of identical design to the application unit 2a.
  • the application unit 2 b is spatially separated from the application unit 2 a as well as from the curing unit 30, preferably next to the curing unit 30.
  • the application unit 2a has an application surface 3a designed as a cylindrical drum. About an electric charging unit 4a the application surface 3a electrostatically charged.
  • An exposure unit 5a can be deflected by means of a laser beam 6a, which can be deflected in two dimensions
  • Application area 3a in places or at least partially expose, and thus at the exposed locations of an electrostatic charge on the
  • Charge distribution can be imaged on the application surface 3a.
  • sinterable material 9a is applied to the application surface 3a by a material feed 7a.
  • the sinterable material 9a may be electrostatically chargeable.
  • the sinterable material 9a adheres only to the exposed areas on the application surface 3a.
  • An excess of sinterable material 9a can be removed from the application surface 3a by a leveling unit designed as a doctor blade 8a.
  • the leveling unit can, as an additional doctor blade 10a, 10b, alternatively or additionally also be spatially separated between the application unit 2a and the
  • Curing unit 30 and / or between the application unit 2b and the curing unit 30 may be arranged.
  • the application surface 3a which is designed as a cylindrical drum, advantageously rotates clockwise below the respective units.
  • the image of a cross section of the object to be generated is then transferred from the application surface 3a to the substrate 20.
  • the substrate 20 is supported by a substrate holder 21, wherein the substrate holder 21 is movable by a drive 22 in all three spatial directions.
  • the substrate 20 in turn or the substrate holder 21 by another electrical
  • Charging unit 4c electrostatically charged. After the image of the sinterable material 9a is transferred to the substrate 20, the substrate 20 is moved by the drive 22 from a position below the application unit 2a to a position below the curing unit 30.
  • the curing unit 30 has a heating wire 31 which heats up in such a way that the image of the sinterable material 9a on the substrate 20 hardens and solidifies.
  • the curing unit is designed as an optical curing unit.
  • an infrared light source can be understood, which heats the sinterable material 91 by irradiation with infrared light and thus hardens.
  • the infrared light source may be formed here as an infrared laser.
  • an optical curing unit can also be such that ultraviolet or visible laser light crosslinks the sinterable material 9a such that it hardens and solidifies.
  • the next image from the sinterable material 9a can be transferred to the substrate 20.
  • This can be done, for example, again in the application unit 2a, in which in the meantime the application surface 3a has been charged, exposed and provided with the sinterable material 9a.
  • this next step can also take place in the further application unit 2b.
  • the further application surface 3b was temporarily charged via the further charging unit 4b, exposed by the further exposure unit 5b and the further laser beam 6b and provided with the further sinterable material 9b by the further material supply 7b.
  • the substrate 20 with the substrate holder 21 is moved by the drive 22 correspondingly below the application unit 2a or below the further application unit 2b, for example along an axis indicated by the double arrow 23 relative to the application unit 2a, to the further application unit 2b and to the curing unit 30 ,
  • the substrate 20 is moved by the drive unit 22 back to the position below the curing unit 30, where the further image is cured and this with the underlying image combines.
  • the substrate holder 21 together with the substrate 20 is moved by the drive 22 perpendicular to the axis 23.
  • This movement serves to set a distance between the substrate 20 or the images already transferred to the substrate and the application unit 2b, 2b. These steps of applying and curing can be repeated as often as desired until the object or component to be produced has been completed.
  • the production speed of the device 1 can be significantly increased.
  • Speed of the drive 22 for example, designed as a highly agile axis system, very high job speeds can be achieved and thus the production rate of the process can be further increased.
  • a flow chart of a method 100 for generatively manufacturing an object composed of a plurality of cross-sections In an application step 103, a sinterable material 9a, 9b as an image of one of the cross sections of the object on an application surface 3a, 3b by a
  • the sinterable material 9a, 9b may in this case be present as a sinterable powder and / or as a sinterable liquid.
  • the sinterable material 9a may also be electrostatically chargeable.
  • the image is transferred from the application surface 2a, 2b to a substrate 20.
  • the substrate 20 may be electrostatically charged in this case.
  • a subsequent movement step 105 a relative movement takes place between the substrate 20 and the application unit 2a, 2b or a curing unit 30a, which is arranged next to the application unit 2a and the further application unit 2b.
  • the relative movement takes place in such a way that the substrate 20 with the image of the sinterable material 9a, 9b is positioned at a position below the curing unit 30.
  • the image of the sinterable material 9a, 9b on the substrate 20 is cured by the
  • Application surface 3b by an electric charging unit 4a, 4b takes place.
  • Application step 103 an exposure step 102 takes place, in which a
  • Application surface 3b is at least partially deleted by an exposure unit 5a, 5b, in order to structure the application surface 3a and / or the further application surface 3b electrostatically.
  • the sinterable material 9a, 9b is applied only at the locations on the application surface 3a and / or the further application surface 3b on which the electric charge was previously erased by exposure.
  • a further movement step 107 can optionally take place, in which the substrate 20 together with the substrate holder 21 are moved by the drive 22 from the position below the curing unit 30 to a position below the
  • Application unit 2a or the further application unit 2b is moved so that the process can be repeated until the image of the last cross section of the object or component to be generated is applied and cured.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a control unit 200 which is set up to carry out the method 100 according to the exemplary embodiment from FIG. 2.
  • the control unit 200 has a computing unit 201 and a
  • control unit 200 has a
  • Input interface 203 via which it is technically connected to an example designed as a computer, external input device 205.
  • the arithmetic unit 201 can be communicated, for example, the geometric dimensions or data of the individual cross sections of an object to be generated. This data may be cached in the memory unit 202.
  • the arithmetic unit 201 calculates therefrom, taking into account definable frame parameters, a rule such as the
  • Device 1 or the application unit 2a, the further application unit 2b, the drive 22 and / or the curing unit 30 are to be controlled. These data are provided or transmitted by the arithmetic unit 201 via task interfaces 204 to the respective units.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

Vorrichtung (1) zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts, umfassend eine Applikationseinheit (2a) mit einer Applikationsfläche (3a) zum Applizieren eines sinterbaren Materials (9a) als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf die Applikationsfläche (3a), ein Substrat (20) zum Aufnehmen des Abbilds von der ersten Applikationsfläche (3a) und eine Aushärteeinheit (30) zum Aushärten des Abbilds aus dem sinterbaren Material (9a) auf dem Substrat (20), wobei die Aushärteeinheit (30) räumlich getrennt von der Applikationseinheit (2a) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts sowie dreidimensionales Objekt
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus der WO 2005/089463 A2 ist ein 3- D- Drucker bekannt, der dazu eingerichtet ist, ein dreidimensionales Objekt aus einem sinterbaren Pulver zu fertigen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum generativen Fertigen einer sich aus einer Vielzahl von Querschnitten
zusammensetzenden Objekts, ein Verfahren zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts, sowie ein durch das Verfahren hergestelltes dreidimensionales Objekt vorgestellt.
Die Vorrichtung zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts umfasst eine Applikationseinheit mit einer
Applikationsfläche zum Applizieren eines sinterbaren Materials als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf die Applikationsfläche. Des Weiteren weist die Vorrichtung ein Substrat zum Aufnehmen des Abbilds von der ersten Applikationsfläche auf. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Aushärteeinheit zum Aushärten des Abbilds aus dem sinterbaren Material auf dem Substrat, wobei die Aushärteeinheit räumlich getrennt von der Applikationseinheit angeordnet ist. Unter generativem Fertigen kann auch additives Fertigen oder das im Englischen sehr gebräuchliche additive manufacturing oder rapid prototyping verstanden werden, wobei dreidimensionale Bauteile, beispielsweise nacheinander, aus einzelnen Schichten beziehungsweise Querschnitten des Bauteils erzeugt werden. Üblicherweise wird hierzu ein zu erzeugendes dreidimensionales Objekt beziehungsweise Bauteil rechnergestützt modelliert und in einzelne parallele Scheiben beziehungsweise Querschnitte einer bestimmten Dicke unterteilt. Die Daten, insbesondere zu den geometrischen
Abmessungen der Querschnitte, werden an die Vorrichtung weitergegeben, welche die Abbilder dieser Querschnitte sequentiell erzeugt. Unter einer Applikationseinheit kann eine Einrichtung verstanden werden, mit welcher das sinterbare Material entsprechend den Abmessungen eines der Querschnitte des zu fertigenden Bauteils auf die
Applikationsfläche aufgebracht werden kann. Hierbei können arbiträre zweidimensionale Formen auf der Applikationsfläche erzeugt werden. Eine Höhe der arbiträren
zweidimensionalen Formen kann innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden. Die Applikationsfläche kann hierbei als ebene Fläche ausgestaltet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Applikationsfläche als eine Außenfläche einer zylinderförmigen Trommel ausgestaltet sein. Das so entstandene Abbild eines der Querschnitte des zu erzeugenden Objekts wird nachfolgend auf das Substrat übertragen. Unter einem Substrat kann hierbei eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen des Abbilds verstanden werden. Das Substrat kann hierbei ein erstes Abbild eines Querschnitts des zu erzeugenden Objekts aufnehmen. Alle weiteren Abbilder der Querschnitte des zu erzeugenden Objekts werden auf das zuvor aufgenommene Abbild übertragen, so dass das Substrat letztendlich alle Abbilder der Querschnitte des zu erzeugenden Objekts trägt. Unter einer Aushärteeinheit kann hierbei eine Einrichtung zum Verfestigen des
sinterbaren Materials verstanden werden. Hierunter können thermische Einrichtungen, wie beispielsweise Öfen, Heizwendeln und/oder Infrarotstrahler, verstanden werden. Es können ferner darunter optische Einrichtungen verstanden werden, die das sinterbare Material, beispielsweise mittels ultraviolettem Licht, beziehungsweise ultravioletter Laserstrahlung und/oder sichtbarer und/oder Infrarot-Laserstrahlung aushärten. Die Aushärteeinheit ist hierbei nicht direkt an der Applikationseinheit, sondern räumlich getrennt von der Applikationseinheit angeordnet. Eine solche Vorrichtung, bei welcher die Aushärteeinheit und die Applikationseinheit getrennt voneinander angeordnet sind, hat den Vorteil, dass das sinterbare Material beim Applizieren auf die Applikationsfläche durch die Aushärteeinheit nicht beeinträchtigt wird. Hierdurch kann ein besonders robuster Fertigungsprozess gewährleistet werden. Weiterhin kann durch diese Vorrichtung deutlich schneller eine definierte Schichtdicke erzeugt werden als durch andere Vorrichtungen zur additiven Fertigung. Zudem können so Thermoplaste und Duromere verarbeitet werden. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Vorrichtung wenigstens eine weitere
Applikationseinheit mit wenigstens einer weiteren Applikationsfläche zum Applizieren des sinterbaren Materials als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf die weitere Applikationsfläche aufweist, wobei die wenigstens eine weitere Applikationseinheit räumlich getrennt von der Applikationseinheit und von der Aushärteeinheit angeordnet ist. Durch die wenigstens eine weitere Applikationseinheit kann eine
Fertigungsgeschwindigkeit vorteilhafterweise erhöht werden. Indem die wenigstens eine weitere Applikationseinheit räumlich getrennt von der Aushärteeinheit angeordnet ist, kann eine Applikation des sinterbaren Materials auf die Applikationsfläche ungestört von thermischen und/oder optischen Einflüssen der Aushärteeinheit stattfinden. Weiterhin hat eine weitere Applikationseinheit den Vorteil, dass einzelne mechanische Komponenten der Applikationseinheiten geschont werden, da die mechanische Belastung bei gleichbleibender Fertigungsgeschwindigkeit sich auf beide Applikationseinheiten verteilt. Ferner ist hierdurch ein Auftrag von mehreren unterschiedlichen Materialien in einem Druck möglich (Multi-Material). Beispielsweise können Materialien wie Polycaprolactam (PA6), Polyoxymethylen (POM) und/oder Polyethylen (PE) verwendet werden. Hierbei können die Materialien sowohl leitfähig als auch nicht leitfähig ausgestaltet sein.
Es ist zweckmäßig, wenn das Substrat und die Aushärteeinheit relativ zueinander bewegbar sind. Ferner ist es von Vorteil, wenn das Substrat und die Applikationseinheit relativ zueinander bewegbar sind. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Substrat und die weitere Applikationseinheit relativ zueinander bewegbar sind. Denn hierdurch kann beispielsweise ein von der Applikationseinheit appliziertes Abbild von dem Substrat aufgenommen werden und von der Aushärteeinheit ausgehärtet werden und
darauffolgend kann von der weiteren Applikationseinheit ein weiteres Abbild auf das bereits ausgehärtete Abbild übertragen werden. In der Zwischenzeit kann die
Applikationseinheit das nächste zu applizierende Abbild auf die Applikationsfläche applizieren. Hierdurch kann die Fertigungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Applikationsfläche und/oder die weitere
Applikationsfläche elektrostatisch aufladbar ist. Denn hierdurch kann eine Applikation des sinterbaren Materials auf die Applikationsfläche unterstützt und verbessert werden.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung eine Belichtungseinheit zum wenigstens bereichsweisen Löschen einer elektrostatischen Ladung auf der Applikationsfläche und/oder der weiteren Applikationsfläche aufweist. Die Belichtungseinheit kann hierbei direkt an der Applikationseinheit angeordnet sein. Eine weitere Belichtungseinheit kann hierbei direkt an der weiteren Applikationseinheit angeordnet sein. Durch das
bereichsweise Löschen der elektrostatischen Ladung auf der Applikationsfläche und/oder der weiteren Applikationsfläche kann erreicht werden, dass das sinterbare Material nur auf den Stellen auf der Applikationsfläche und/oder der weiteren Applikationsfläche haften bleibt, auf weichen die elektrostatische Ladung gelöscht ist. Hierdurch kann das auf die Applikationsfläche und/oder die weitere Applikationsfläche zu applizierende Abbild sehr genau strukturiert werden. Somit lassen sich die Abbilder der einzelnen Querschnitte des zu erzeugenden Bauteils präzise übertragen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Substrat elektrostatisch aufladbar ist. Denn hierdurch wird die Übertragung des Abbilds von der Applikationsfläche und/oder der weiteren Applikationsfläche auf das Substrat unterstützt. Hierdurch können
Übertragungsdefekte vermieden werden, wodurch die Qualität des zu fertigenden Bauteils insgesamt steigt. Es ist ferner von Vorteil, wenn die Applikationseinheit und/oder die weitere
Applikationseinheit eingerichtet ist, ein elektrostatisch aufladbares, sinterbares Pulver und/oder eine elektrostatisch aufladbare, sinterbare Flüssigkeit auf die Applikationsfläche und/oder die weitere Applikationsfläche abzugeben. Denn hierdurch wird die Applikation des sinterbaren Materials erleichtert und es wird eine vergrößerte Variabilität hinsichtlich einer Materialauswahl erreicht. Mögliche Materialien sind Polyamide, Polyolefine, Acrylate, Epoxyde und/oder Methacrylate.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Nivelliereinheit zum Ebnen des sinterbaren Materials auf dem Substrat und/oder zum Abtragen von überschüssigem sinterbaren Material von dem Substrat aufweist. Denn hierdurch können sehr homogene und ebene Oberflächen der einzelnen zu fertigenden Abbilder der Querschnitte des zu erzeugenden Bauteils erreicht werden. Ferner kann eine Verdichtung und damit optimierte Dichte im Bauteil erzeugt werden und eine Porosität in dem zu erzeugenden Bauteil reduziert werden. Eine Nivelliereinheit kann hierbei beispielsweise räumlich getrennt von der Applikationseinheit und der Aushärteeinheit zwischen der Applikationseinheit und der Aushärteeinheit angeordnet sein. Eine weitere Nivelliereinheit kann ebenfalls räumlich getrennt von der Aushärteeinheit und der weiteren Applikationseinheit zwischen der Aushärteeinheit und der weiteren Applikationseinheit angeordnet sein.
Die zuvor genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für ein Verfahren zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten
zusammensetzenden Objekts, insbesondere auf einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
Das Verfahren weist hierbei einen Schritt des Applizierens eines sinterbaren Materials als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf einer Applikationsfläche durch eine Applikationseinheit oder eine weitere Applikationseinheit auf. Weiterhin weist das
Verfahren einen Schritt des Aufnehmens des Abbilds von der Applikationsfläche auf ein Substrat auf, sowie einen Schritt des Aushärtens des Abbilds aus dem sinterbaren Material auf dem Substrat durch eine räumlich getrennt von der Applikationseinheit und von der weiteren Applikationseinheit angeordneten Aushärteeinheit auf. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Schritt des Aufnehmens und des
Aushärtens ein Schritt einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und der
Aushärteeinheit derart erfolgt, dass sich das Substrat und die Aushärteeinheit nach Beenden der Relativbewegung gegenüber stehen. Hierdurch kann der Schritt des Applizierens und der Schritt des Aushärtens auf unterschiedlichen Einheiten und an unterschiedlichen Positionen in bzw. an der Vorrichtung ausgeführt werden. Hierdurch kann eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit erzielt werden, da die Applikationseinheit ungestört von der Aushärteeinheit das sinterbare Material auf die Applikationsfläche applizieren kann während das zuvor auf das Substrat übertragene Abbild an der
Aushärteeinheit ausgehärtet wird.
Weiter ist es von Vorteil, wenn vor dem Schritt oder während des Schritts des
Applizierens die Applikationsfläche oder die weitere Applikationsfläche elektrostatisch aufgeladen wird und die elektrostatische Ladung wenigstens bereichsweise durch eine Belichtungseinheit gelöscht wird. Denn hierdurch kann auf der Applikationsfläche und/oder der weiteren Applikationsfläche eine indirekte Strukturierung erfolgen, welche einer zweidimensionalen geometrischen Gestalt des zu applizierenden Abbilds aus dem sinterbaren Material entspricht. Somit kann also das sinterbare Material strukturiert auf die Applikationsfläche appliziert werden, wodurch sich sehr präzise Abbilder der Querschnitte des erzeugenden Bauteils erstellen lassen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn vor dem Schritt oder während des Schritts des
Aufnehmens das Substrat elektrisch aufgeladen wird. Denn hierdurch wird das präzise Übertragen des Abbilds aus dem sinterbaren Material von der Applikationsfläche oder der weiteren Applikationsfläche auf das Substrat erleichtert. Hierdurch kann die Qualität des zu erzeugenden Bauteils weiter gesteigert werden.
Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein dreidimensionales Objekt, welches sich aus einer Vielzahl von Querschnitten und/oder unterschiedlichen Materialien
zusammensetzt, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß den zuvor erläuterten Ausführungen. Ein solches dreidimensionales Objekt hat den Vorteil, dass es einerseits in einfacher Weise herstellbar ist und andererseits über eine nahezu willkürliche Geometrie verfügen kann. Des Weiteren kann das dreidimensionale Objekt aus verschiedenen sinterbaren Materialien mit unterschiedlichen mechanischen, thermischen, optischen und/oder elektronischen Eigenschaften gefertigt sein. Hierdurch lässt sich das dreidimensionale Objekt in seiner, insbesondere optischen und/oder haptischen
Erscheinungsform nahezu willkürlich gestalten.
Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, die Vorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungen anzusteuern, um ein Verfahren gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von
Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor beziehungsweise Sensorelement oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein
Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die
Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit
Programmcode, das auf einem maschinenlesbaren, insbesondere nicht flüchtigen, Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das
Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum generativen Fertigen einer sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel; sowie Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Applikationseinheit 2a, eine daneben, räumlich getrennt angeordnete Aushärteeinheit 30 sowie ein Substrat 20. Die Vorrichtung 1 kann fakultativ eine weitere, mit der Applikationseinheit 2a baugleiche Applikationseinheit 2b aufweisen. Die Applikationseinheit 2b ist sowohl von der Applikationseinheit 2a, als auch von der Aushärteeinheit 30 räumlich getrennt, vorzugsweise neben der Aushärteeinheit 30 angeordnet. Die Applikationseinheit 2a weist eine als zylinderförmige Trommel ausgebildete Applikationsfläche 3a auf. Über eine elektrische Aufladungseinheit 4a wird die Applikationsfläche 3a elektrostatisch aufgeladen. Eine Belichtungseinheit 5a kann mittels einem Laserstrahl 6a, welcher in zwei Dimensionen ablenkbar ist, die
Applikationsfläche 3a stellenweise beziehungsweise wenigstens bereichsweise belichten, und somit an den belichteten Stellen eine elektrostatische Ladung auf der
Applikationsfläche 3a löschen. Hierdurch kann eine zweidimensionale Struktur, nämlich ein Abbild eines der Querschnitte des zu erzeugenden Objekts, auf eine
Ladungsverteilung auf der Applikationsfläche 3a abgebildet werden. Nach dem Belichten durch die Belichtungseinheit 5a wird durch eine Materialzuführung 7a sinterbares Material 9a auf die Applikationsfläche 3a appliziert. Das sinterbare Material 9a kann hierbei elektrostatisch aufladbar sein. Das sinterbare Material 9a haftet nur an den belichteten Stellen auf der Applikationsfläche 3a. Ein Überschuss an sinterbarem Material 9a kann durch eine als Rakel 8a ausgebildete Nivelliereinheit von der Applikationsfläche 3a entfernt werden. Die Nivelliereinheit kann als weitere Rakel 10a, 10b alternativ oder zusätzlich auch räumlich getrennt zwischen der Applikationseinheit 2a und der
Aushärteeinheit 30 und/oder zwischen der Applikationseinheit 2b und der Aushärteeinheit 30 angeordnet sein. Die Applikationsfläche 3a, welche als zylinderförmige Trommel ausgestaltet ist, dreht sich hierbei vorteilhafterweise im Uhrzeigersinn unter den jeweiligen Einheiten hinweg. Das Abbild eines Querschnitts des zu erzeugenden Objekts wird nun von der Applikationsfläche 3a auf das Substrat 20 übertragen. Das Substrat 20 wird durch einen Substrathalter 21 gehaltert, wobei der Substrathalter 21 durch einen Antrieb 22 in allen drei Raumrichtungen bewegbar ist. Um die Übertragung des Abbilds von der Applikationsfläche 3a auf das Substrat 20 zu unterstützen, kann das Substrat 20 seinerseits beziehungsweise der Substrathalter 21 durch eine weitere elektrische
Aufladungseinheit 4c elektrostatisch aufgeladen werden. Nachdem das Abbild aus dem sinterbaren Material 9a auf das Substrat 20 übertragen ist, wird das Substrat 20 durch den Antrieb 22 von einer Position unterhalb der Applikationseinheit 2a zu einer Position unterhalb der Aushärteeinheit 30 bewegt. Die Aushärteeinheit 30 weist einen Heizdraht 31 auf, der sich derart aufheizt, dass das Abbild aus dem sinterbaren Material 9a auf dem Substrat 20 aushärtet und verfestigt.
In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Aushärteeinheit als optische Aushärteeinheit ausgestaltet ist. Hierunter kann beispielsweise auch eine Infrarotlichtquelle verstanden werden, die das sinterbare Material 91 durch Bestrahlen mit infrarotem Licht erwärmt und somit aushärtet. Die Infrarotlichtquelle kann hierbei als Infrarotlaser ausgebildet sein. Des Weiteren kann eine optische Aushärteeinheit auch dergestalt sein, dass ultraviolettes oder sichtbares Laserlicht das sinterbare Material 9a derart vernetzt, dass es aushärtet und verfestigt.
Nach dem Aushärten des Abbilds aus dem sinterbaren Material 9a auf dem Substrat 20 kann das nächste Abbild aus dem sinterbaren Material 9a auf das Substrat 20 übertragen werden. Dies kann beispielsweise wieder in der Applikationseinheit 2a erfolgen, in welcher zwischenzeitlich die Applikationsfläche 3a aufgeladen, belichtet und mit dem sinterbaren Material 9a versehen wurde. Alternativ kann dieser nächste Schritt auch in der weiteren Applikationseinheit 2b erfolgen. Hierbei wurde die weitere Applikationsfläche 3b zwischenzeitlich über die weitere Aufladungseinheit 4b aufgeladen, durch die weitere Belichtungseinheit 5b und dem weiteren Laserstrahl 6b belichtet und mit dem weiteren sinterbaren Material 9b durch die weitere Materialzuführung 7b versehen. Fakultativ kann ein Überschuss an dem weiteren sinterbaren Material 9b durch die weitere Rakel 8b von der weiteren
Applikationsfläche 3b entfernt werden.
Hierzu wird das Substrat 20 mit dem Substrathalter 21 durch den Antrieb 22 entsprechend unterhalb der Applikationseinheit 2a oder unterhalb der weiteren Applikationseinheit 2b beispielsweise entlang einer durch den Doppelpfeil 23 angedeuteten Achse relativ zu der Applikationseinheit 2a, zu der weiteren Applikationseinheit 2b und zu der Aushärteeinheit 30 bewegt. Nach Übertragen des weiteren Abbilds auf das Substrat 20 beziehungsweise auf das auf dem Substrat 20 schon vorhandene Abbild wird das Substrat 20 durch die Antriebseinheit 22 wieder an die Position unterhalb der Aushärteeinheit 30 bewegt, wo das weitere Abbild ausgehärtet wird und sich dieses mit dem darunterliegenden Abbild verbindet. Abhängig von einer Anzahl an bereits auf das Substrat übertragenen Abbilder wird der Substrathalter 21 samt dem Substrat 20 durch den Antrieb 22 senkrecht zu der Achse 23 bewegt. Diese Bewegung, angedeutet durch den Doppelpfeil 24, dient dazu, einen Abstand zwischen dem Substrat 20 beziehungsweise den auf das Substrat bereits übertragenen Abbildern und der Applikationseinheit 2b, 2b einzustellen. Diese Schritte des Applizierens und des Aushärtens können beliebig oft wiederholt werden, bis das zu erzeugende Objekt beziehungsweise Bauteil fertiggestellt ist.
Durch das Vorhandensein von zwei Applikationseinheiten 2a, 2b und einer räumlich getrennt davon angeordneten Aushärteeinheit 30 kann die Fertigungsgeschwindigkeit der Vorrichtung 1 deutlich erhöht werden. Abhängig von einer Drehgeschwindigkeit der als zylinderförmige Trommel ausgestaltete Applikationsfläche 3a, 3b und einer
Geschwindigkeit des Antriebs 22, beispielsweise als hochagiles Achsensystem ausgeführt, können sehr hohe Auftragsgeschwindigkeiten erreicht werden und damit die Fertigungsgeschwindigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts gezeigt. In einem Applikationsschritt 103 wird ein sinterbares Material 9a, 9b als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf einer Applikationsfläche 3a, 3b durch eine
Applikationseinheit 2a oder eine weitere Applikationseinheit 2b appliziert. Das sinterbare Material 9a, 9b kann hierbei als sinterbares Pulver und/oder als sinterbare Flüssigkeit vorliegen. Das sinterbare Material 9a, kann ferner elektrostatisch aufladbar sein. In einem nachfolgenden Aufnahmeschritt wird das Abbild von der Applikationsfläche 2a, 2b auf ein Substrat 20 übertragen. Das Substrat 20 kann hierbei elektrostatisch aufgeladen sein. In einem nachfolgenden Bewegungsschritt 105 erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Substrat 20 und der Applikationseinheit 2a, 2b beziehungsweise einer Aushärteeinheit 30a, welche neben der Applikationseinheit 2a und der weiteren Applikationseinheit 2b angeordnet ist. Die Relativbewegung erfolgt derart, dass das Substrat 20 mit dem Abbild aus dem sinterbaren Material 9a, 9b an einer Position unterhalb der Aushärteeinheit 30 positioniert wird. In einem nachfolgenden Aushärteschritt 106 erfolgt ein Aushärten des Abbilds aus dem sinterbaren Material 9a, 9b auf dem Substrat 20 durch die
Aushärteeinheit 30.
Optional kann vorgesehen sein, dass vor dem Schritt des Applizierens 103 ein Schritt des elektrostatischen Aufladens 101 der Applikationsfläche 3a und/oder der weiteren
Applikationsfläche 3b durch eine elektrische Aufladungseinheit 4a, 4b erfolgt. Fakultativ kann vorgesehen sein, dass nach dem Aufladungsschritt 101 und vor dem
Applikationsschritt 103 ein Belichtungsschritt 102 erfolgt, bei welchem eine
elektrostatische Ladung auf der Applikationsfläche 3a und/oder auf der weiteren
Applikationsfläche 3b durch eine Belichtungseinheit 5a, 5b wenigstens bereichsweise gelöscht wird, um die Applikationsfläche 3a und/oder die weitere Applikationsfläche 3b elektrostatisch zu strukturieren. Durch diese elektrostatische Strukturierung wird in dem nächsten Schritt, nämlich dem Applikationsschritt 103 das sinterbare Material 9a, 9b nur an den Stellen auf der Applikationsfläche 3a und/oder der weiteren Applikationsfläche 3b aufgetragen, auf denen zuvor die elektrische Ladung durch Belichten gelöscht wurde. Nach dem Schritt des Aushärtens 106 kann fakultativ ein weiterer Bewegungsschritt 107 erfolgen, bei welchem das Substrat 20 samt Substrathalter 21 durch den Antrieb 22 von der Position unterhalb der Aushärteeinheit 30 an eine Position unterhalb der
Applikationseinheit 2a oder der weiteren Applikationseinheit 2b bewegt wird, so dass das Verfahren so lange wiederholt werden kann, bis das Abbild des letzten Querschnitts des zu erzeugenden Objekts beziehungsweise Bauteils appliziert und ausgehärtet ist.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Steuereinheit 200 gezeigt, die eingerichtet ist, das Verfahren 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 durchzuführen. Die Steuereinheit 200 weist eine Recheneinheit 201 sowie eine
Speichereinheit 202 auf. Des Weiteren weist die Steuereinheit 200 eine
Eingangsschnittstelle 203 auf, über welche sie signaltechnisch mit einer beispielsweise als Computer ausgestalteten, externen Eingabeeinrichtung 205 verbunden ist. Über die externe Eingabeeinrichtung 205 können der Recheneinheit 201 beispielsweise die geometrischen Abmessungen beziehungsweise Daten der einzelnen Querschnitte eines zu erzeugenden Objekts übermittelt werden. Diese Daten können in der Speichereinheit 202 zwischengespeichert werden. Die Recheneinheit 201 errechnet hieraus unter Berücksichtigung von vorgebbaren Rahmenparametern eine Vorschrift, wie die
Vorrichtung 1 beziehungsweise die Applikationseinheit 2a, die weitere Applikationseinheit 2b, der Antrieb 22 und/oder die Aushärteeinheit 30 anzusteuern sind. Diese Daten werden von der Recheneinheit 201 über Aufgabeschnittstellen 204 den jeweiligen Einheiten zur Verfügung gestellt beziehungsweise übermittelt.

Claims

Ansprüche
Vorrichtung (1) zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten und/oder Materialien zusammensetzenden Objekts umfassend
• eine Applikationseinheit (2a) mit einer Applikationsfläche (3a) zum
Applizieren eines sinterbaren Materials (9a) als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf die Applikationsfläche (3a),
• ein Substrat (20) zum Aufnehmen des Abbilds von der ersten
Applikationsfläche (3a), und
• eine Aushärteeinheit (30) zum Aushärten des Abbilds aus dem
sinterbaren Material (9a) auf dem Substrat (20),
dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärteeinheit (30) räumlich getrennt von der Applikationseinheit (2a) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung (1) eine weitere Applikationseinheit (2b) mit einer weiteren Applikationsfläche (3b) zum Applizieren des sinterbaren Materials (9a) und/oder eines weiteren sinterbaren Materials (9b) als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf die weitere Applikationsfläche (3b) aufweist, wobei die weitere Applikationseinheit (2b) räumlich getrennt von der Applikationseinheit (2a) und von der Aushärteeinheit (30) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) und die Aushärteeinheit (30), das Substrat (20) und die Applikationseinheit (2a) und/oder das Substrat (20) und die weitere Applikationseinheit (2b) relativ zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsfläche (3a) und/oder die weitere Applikationsfläche (3b) elektrostatisch aufladbar ist. 5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung (1) eine Belichtungseinheit (5a, 5b) zum wenigstens bereichsweisen Löschen einer elektrostatischen Ladung auf der Applikationsfläche (3a) und/oder der weiteren Applikationsfläche (3b) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) elektrostatisch aufladbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationseinheit (2a) und/oder die weitere Applikationseinheit (2b) eingerichtet ist, ein elektrostatisch aufladbares, sinterbares Pulver und/oder eine elektrostatisch aufladbare, sinterbare Flüssigkeit auf die Applikationsfläche (3a) und/oder die weitere
Applikationsfläche (3b) abzugeben.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Nivelliereinheit (8a, 8b, 10a, 10b) zum Ebnen des sinterbaren Materials (9a, 9b) auf dem Substrat (20) und/oder zum Abtragen von überschüssigem sinterbaren Material (9a, 9b) von dem Substrat (20) aufweist.
Verfahren (100) zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten und/oder Materialien zusammensetzenden Objekts, insbesondere auf einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten:
• Applizieren (103) eines sinterbaren Materials (9a, 9b) als ein Abbild eines der Querschnitte des Objekts auf einer Applikationsfläche (3a, 3b) durch eine Applikationseinheit (2a) oder durch eine weitere Applikationseinheit (2b),
• Aufnehmen (104) des Abbilds von der Applikationsfläche (3a, 3b) auf ein Substrat (20), und
• Aushärten (106) des Abbilds aus dem sinterbaren Material (9a, 9b) auf dem Substrat (20) durch eine räumlich getrennt von der
Applikationseinheit (2a) und von der weiteren Applikationseinheit (3a) angeordnete Aushärteeinheit (30),
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt des Aufnehmens
(104) und des Aushärtens (106) ein Schritt einer Relativbewegung
(105) zwischen dem Substrat (20) und der Aushärteeinheit (30) derart erfolgt, dass sich das Substrat (20) und die Aushärteeinheit (30) nach Beenden der Relativbewegung (105) gegenüberstehen.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem
Schritt oder während des Schritts des Applizierens (103) die
Applikationsfläche (3a) oder die weitere Applikationsfläche (3b)
elektrostatisch aufgeladen wird und die elektrostatische Ladung wenigstens bereichsweise durch eine Belichtungseinheit (5a, 5b) gelöscht wird.
11. Verfahren (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt oder während des Schritts des Aufnehmens (104) das Substrat (20) elektrisch aufgeladen wird.
12. Dreidimensionales Objekt, welches sich aus einer Vielzahl von
Querschnitten zusammensetzt, hergestellt nach einem Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11.
13. Steuereinheit (200), welche eingerichtet ist, die Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 anzusteuern, um das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 durchzuführen.
14. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die die
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausführt.
15. Maschinenlesbares, insbesondere nichtflüchtiges, Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
PCT/EP2018/079780 2017-11-08 2018-10-31 Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt WO2019091839A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/651,995 US11858203B2 (en) 2017-11-08 2018-10-31 Device and method for generative manufacturing of an object made up of a plurality of cross sections and three-dimensional object
EP18796022.4A EP3706980A1 (de) 2017-11-08 2018-10-31 Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017219795.1A DE102017219795A1 (de) 2017-11-08 2017-11-08 Vorrichtung und Verfahren zum generativen Fertigen eines sich aus einer Vielzahl von Querschnitten zusammensetzenden Objekts sowie dreidimensionales Objekt
DE102017219795.1 2017-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019091839A1 true WO2019091839A1 (de) 2019-05-16

Family

ID=64051582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/079780 WO2019091839A1 (de) 2017-11-08 2018-10-31 Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11858203B2 (de)
EP (1) EP3706980A1 (de)
DE (1) DE102017219795A1 (de)
WO (1) WO2019091839A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6751595B2 (ja) * 2016-06-02 2020-09-09 株式会社ミマキエンジニアリング 造形装置及び造形方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005089463A2 (en) 2004-03-18 2005-09-29 Desktop Factory, Inc. Apparatus for three dimensional printing using imaged layers
US20160200084A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 Xactiv, Inc. Fabrication of 3d objects via multiple build platforms
US20160339542A1 (en) * 2013-12-20 2016-11-24 Dominique Paetz Additive manufacturing apparatus and method for operating the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7227618B1 (en) * 2004-03-24 2007-06-05 Baokang Bi Pattern generating systems
KR101774462B1 (ko) * 2013-07-17 2017-09-04 스트래터시스,인코포레이티드 전자사진 기반 적층제조 시스템용 반-결정 소모성 재료
WO2016084367A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 Canon Kabushiki Kaisha Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaped article manufacturing method
WO2016084348A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 Canon Kabushiki Kaisha Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional modeling method, and article manufacturing method
US10384265B2 (en) * 2015-06-19 2019-08-20 Applied Materials, Inc. Selective depositing of powder in additive manufacturing
US10150255B2 (en) * 2015-12-02 2018-12-11 General Electric Company Direct metal electrophotography additive manufacturing methods
JP6732466B2 (ja) * 2016-02-15 2020-07-29 キヤノン株式会社 造形装置及び造形方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005089463A2 (en) 2004-03-18 2005-09-29 Desktop Factory, Inc. Apparatus for three dimensional printing using imaged layers
US20160339542A1 (en) * 2013-12-20 2016-11-24 Dominique Paetz Additive manufacturing apparatus and method for operating the same
US20160200084A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-14 Xactiv, Inc. Fabrication of 3d objects via multiple build platforms

Also Published As

Publication number Publication date
US20200247049A1 (en) 2020-08-06
DE102017219795A1 (de) 2019-05-09
EP3706980A1 (de) 2020-09-16
US11858203B2 (en) 2024-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2598313B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen bauteils
CN110114172B (zh) 与增材制造系统一起使用的成像装置和对构建层成像的方法
DE102016211949A1 (de) Beschichtungseinheit, Beschichtungsverfahren, Vorrichtung und Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102008012063B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hybridformteils
DE102013208651A1 (de) Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102014212176A1 (de) Pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens
DE102015014964A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für 3D-Druck mit engem Wellenlängenspektrum
DE102011111498A1 (de) Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau von Modellen
DE102016211952A1 (de) Beschichtungseinheit, Beschichtungsverfahren, Vorrichtung und Verfahren zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102014204528A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen
WO2018172080A1 (de) Belichtungsstrategie in mehrstrahl-am-systemen
DE102016120998A1 (de) Verfahren zur simulationsbasierten Erkennung thermisch kritischer Bauteilbereiche und Verfahren zur bauteilspezifischen Anpassung einer lokalen Wärmegenerierung bei der additiven Herstellung
EP3342583B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum generativen herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3375607A1 (de) Verfahren zum bestimmen von druckprozessparameterwerten, verfahren zum steuern eines 3d-druckers, computer-lesbares speichermedium und 3d-drucker
DE102018203444A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum selbstoptimierenden, additiven Herstellen von Bauteilkomponenten
DE102015223719A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Aufbaumaterialbedarfsermittlung
DE112018002088T5 (de) Energieversorgungssystem mit einer Anordnung von Energiequellen für eine additive Fertigungsvorrichtung
EP3706980A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum generativen fertigen eines sich aus einer vielzahl von querschnitten zusammensetzenden objekts sowie dreidimensionales objekt
DE102012014577A1 (de) VORRlCHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG ElNES DRElDlMENSlONALEN OBJEKTS
DE102015221623A1 (de) Belichteroptik und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102014010412A1 (de) Verfahren und Anordnung zur generativen Fertigung von Bauteilen
DE60302254T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines körpers mit einer dreidimensionalen struktur
WO2019121241A1 (de) Verfahren zur bestimmung mindestens eines druckprozessparameterwerts, computerlesbares speichermedium und additive fertigungsanlage
DE102016013319A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen von fließfähigem Material auf eine um eine Drehachse drehbare Unterlage
DE102017207740B4 (de) Drucker und Verfahren zum Betreiben eines Druckers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18796022

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018796022

Country of ref document: EP

Effective date: 20200608