Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch selektive Verfestigung eines harzbasierten Baumaterials, das wenigstens einen Zuschlagstoff umfasst.

Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen Objekten sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann ein Harz bzw. ein harzbasiertes Baumaterial, das in einem Grundzustand flüssig ist, durch selektive Verfestigung, insbesondere durch Eintrag von Energiestrahlung, lokal verfestigt werden, um Bestandteile des Objekts auszubilden.

Um bestimmte, insbesondere mechanische, elektrische oder thermische Eigenschaften an dem hergestellten Bauteil bzw. Objekt realisieren zu können, ist es bekannt, das Baumaterial mit verschiedenen Zuschlagstoffen zu versehen. Als Zuschlagstoffe sind beispielsweise Partikel oder Fasern bekannt, die dem flüssigen bzw. harzbasierten Baumaterial beigemischt werden können.

Bislang ist in beschriebenen Verfahren bzw. an dadurch hergestellten dreidimensionalen Objekten lediglich eine vergleichsweise homogene Realisierung der durch den Zuschlagstoffe beigefügten bzw. angestrebten Eigenschaften möglich. Mit anderen Worten weist das Objekt üblicherweise in sämtlichen Bereichen den gleichen Anteil des Zuschlagstoffs in dem verfestigten Baumaterial auf, sodass über die Geometrie des Objekts hinweg keine Veränderungen in den durch die Zuschlagstoffe angestrebten Eigenschaften möglich ist. Soll das Objekt durch die Zuschlagstoffe beispielsweise in einem bestimmten Bereich elektrisch leitfähig ausgebildet werden, ist es nicht möglich, das Objekt bei der Verwendung desselben harzbasierten Baumaterials für die Herstellung des gesamten Objekts, in einem anderen verfestigten Bereich isolierend auszubilden. Hierzu ist es üblicherweise erforderlich, verschiedene Baumaterialien, insbesondere mit verschiedenen Zuschlagstoffen oder verschiedenen Konzentrationen an Zuschlagstoffen in demselben oder getrennten Herstellungsprozessen zu verwenden. Dies erfordert entweder einen Wechsel des Baumaterials oder die Bereitstellung mehrerer Einrichtungen, die zur Bereitstellung von Baumaterial ausgebildet sind.

ERSATZBLATT (REGEL 26) Insbesondere in Anwendungen, in denen die Konzentration des Zuschlagsstoffs über das Objekt hinweg in einer Vielzahl von Stufen oder sogar variabel (stufenlos) verändert werden soll, ist die Veränderung des Anteils bzw. der Konzentration des Zuschlagstoffs äußerst aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts anzugeben, bei der insbesondere eine flexible Veränderung des Zuschlagstoffs in dem harzbasierten Baumaterial möglich ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen.

Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte durch selektive Verfestigung eines harzbasierten Baumaterials. In dem Verfahren wird das harzbasierte Baumaterial verfestigt, um Bestandteile bzw. Abschnitte des Objekts auszubilden. Mit anderen Worten kann grundsätzlich zwischen verfestigtem und unverfestigtem bzw. flüssigem Baumaterial gesprochen werden, wobei diejenigen Bereiche des Baumaterials in einem ersten Verfestigungsschritt unverfestigt bzw. flüssig bleiben, die in dem Verfahren nicht feste Bestandteile des Objekts bzw. einer Grundstruktur des Objekts bilden sollen. Die beschriebenen unverfestigten Bereiche bleiben insbesondere flüssig bzw. kann das Baumaterial in seinem Grundzustand verbleiben. Die verfestigten Bereiche werden allgemein als Wandungselement bzw. Wandelemente bezeichnet. Grundsätzlich können in einem ersten Verfestigungsschritt alle festen Strukturen des Objekts ungeachtet ihrer späteren Funktion als solches „Wandungselement“ hergestellt werden.

Beispielsweise kann das Verfahren ein Verfestigen von Baumaterial zur Ausbildung wenigstens eines Wandelements, das wenigstens einen Innenraum begrenzt, umfassen. Das Baumaterial wird, beispielsweise durch Eintrag von Energiestrahlung, selektiv lokal verfestigt, um das wenigstens eine Wandelement auszubilden. Hierbei kann der Innenraum von einem einzigen Wandelement begrenzt werden öder es kann eine Vielzahl von Wandelementen ausgebildet werden, die den Innenraum begrenzt. Der Innenraum kann insbesondere vollständig von dem einen oder den mehreren

ERSATZBLATT (REGEL 26) Wandelementen begrenzt werden, sodass der Innenraum vollständig umschlossen sein kann.

Wie beschrieben, wird zur Ausbildung des Wandelements das harzbasierte Baumaterial verfestigt, sodass das in dem Innenraum vorhandene unverfestigte Baumaterial in seinem Grundzustand, insbesondere flüssig, verbleibt. Anschließend kann eine Veränderung der Verteilung des Zuschlagsstoffs in dem flüssigen Baumaterial in den wenigstens einen begrenzten Innenraum, insbesondere eine lokale Erhöhung der Konzentration, durchgeführt werden. Nach Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs kann das bis zu diesem Zeitpunkt flüssige Baumaterial in dem Innenraum verfestigt werden, sodass die eingestellte Verteilung des Zuschlagsstoffs fixiert werden kann. Die Fixierung der Verteilung bedeutet insbesondere, dass diese sich über die Zeit nicht mehr ändern kann, da das flüssige Baumaterial verfestigt ist und somit eine örtliche Verlagerung der Zuschlagstoffe, beispielsweise Partikel oder Fasern, in dem flüssigen Baumaterial nicht mehr möglich ist.

Mit anderen Worten schlägt die Erfindung vor, gezielt eine Grundstruktur durch eine erste Verfestigung des Baumaterials auszubilden, indem das wenigstens eine Wandelement ausgebildet wird. Die Grundstruktur legt insbesondere die räumliche Ausbildung der Innenräume fest, in denen das flüssige Baumaterial aufgenommen ist. Dadurch, dass in dem Innenraum flüssiges Baumaterial aufgenommen ist, lässt sich die Verteilung des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial noch beeinflussen. Demgegenüber ist die Verteilung des Zuschlagstoffs in dem verfestigten Wandelement fixiert, da das Wandelement durch die Verfestigung von Baumaterial fest ausgebildet wird. Mit anderen Worten unterscheidet sich das das Wandelement bildende Baumaterial von dem Baumaterial in dem Innenraum (vor dessen Verfestigung) durch seinen Zustand. Im Speziellen ist das Baumaterial des Wandelements verfestigt und das Baumaterial in dem Innenraum (zunächst) flüssig, sodass eine Bewegung der Moleküle bzw. Einzelelemente des Zuschlagstoffs in dem verfestigten Baumaterial des Wandelements nicht mehr möglich ist, wohingegen in dem flüssigen Baumaterial noch eine Bewegung der Moleküle bzw. der einzelnen Faser- oder Partikelbestandteile möglich ist.

Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt daher, dass in unterschiedlichen Bereichen des Objekts unterschiedliche Verteilungen des Zuschlagstoffs realisiert werden

ERSATZBLATT (REGEL 26) können, ohne das verwendete Baumaterial über den Herstellungsprozess austauschen zu müssen. Stattdessen wird in Bereichen des Objekts, in denen eine erste Verteilung des Zuschlagstoffs realisiert werden soll, diese durch Verfestigen des Baumaterials fixiert. In Bereichen des Objekts, in denen eine zweite Verteilung des Zuschlagstoffs realisiert werden soll, kann die gewünschte Verteilung im flüssigen Zustand des Baumaterials nach Verfestigen des Baumaterials zur Ausbildung des Wandelements, wie gewünscht eingestellt werden. Anschließend kann auch das bislang flüssige Baumaterial innerhalb des Innenraums verfestigt werden, um die gewünschte Verteilung auch in dem Innenraum festzulegen.

Die einzelnen Prozessschritte können somit auch als „erster Prozessschritt“, „zweiter Prozessschritt“ und „dritter Prozessschritt“ verstanden werden. Hierbei kann in einem ersten Prozessschritt die Verfestigung des Baumaterials zur Ausbildung der Wandelemente bzw. des wenigstens einen Wandelements ausgeführt werden. In dem zweiten Prozessschritt kann eine Veränderung der Verteilung in dem Innenraum, d.h. in dem flüssigen Baumaterial, durchgeführt werden. In dem dritten Prozessschritt kann durch die Verfestigung des zuvor flüssigen Baumaterials in dem Innenraum die eingestellte Verteilung fixiert werden. Die einzelnen Prozessschritte können in einzelnen Schichten parallelisiert bzw. überschneidend durchgeführt werden. Der zweite und dritte Prozessschritt können innerhalb der Vorrichtung zur additiven Herstellung oder extern dazu ausgeführt werden. Durch die gezielte Veränderung bzw. Einstellung der Verteilung des Zuschlagstoffs können in dem Objekt lokal begrenzt unterschiedliche Materialeigenschaften realisiert werden, insbesondere können in den verschiedenen Bereichen, insbesondere in den Innenräumen und den Wandelementen abweichende mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften realisiert werden, insbesondere ohne Austausch bzw. Wechsel des verwendeten Baumaterials.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial innerhalb des wenigstens einen abgegrenzten Innenraums mittels wenigstens eines Anreicherungsmechanismus durchgeführt wird, insbesondere durch Sedimentation und/oder Zentrifugieren und/oder ein Kraftfeld, insbesondere ein Magnetfeld. Wie beschrieben, kann die lokale Verteilung des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial innerhalb des Innenraums, der durch das wenigstens eine Wandelement abgegrenzt ist, verändert, insbesondere lokal angereichert und demgegenüber lokal entreichert werden.

ERSATZBLATT (REGEL 26) Hierzu bieten sich verschiedene Anreicherungsmechanismen an, die letztlich eine Bewegung des Zuschlagstoffs, zum Beispiel relativ zu einem Wandelement, in dem flüssigen Baumaterial erreichen. Durch die Bewegung des Zuschlagstoffs, beispielsweise der Partikel oder Fasern innerhalb der Matrix des flüssigen Baumaterials, kann die Konzentration des Zuschlagstoffs lokal in dem Innenraum bzw. einem Unterbereich des Innenraums erhöht werden. Da während der Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs das Wandelement bereits verfestigt ist, bleibt die Verteilung des Zuschlagstoffs in dem Wandelement unabhängig von der Veränderung des Zuschlagstoffs in dem Innenraum. Bestimmte Eigenschaften des Baumaterials können somit nur durch die Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs realisiert werden, sodass ein bestimmter Bereich im Innenraum diese aufweist und die Grundstruktur des Objekts, die als Wandelement verfestigt wurde, diese nicht aufweist.

Grundsätzlich ist es beliebig möglich, die Verteilung des Zuschlagstoffs zu verändern. Eine Möglichkeit besteht in der Sedimentation, d.h., dass sich die Partikel oder Fasern des Zuschlagstoffs, insbesondere schwerkraftbedingt, in dem flüssigen Baumaterial in dem Innenraum absetzen. Dadurch verändert sich die Verteilung des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial und führt in wenigstens einem Unterbereich zu einer Entreicherung und in wenigstens einem Unterbereich zu einer Anreicherung. Dadurch verändern sich auch die Eigenschaften, die durch die Zuschlagstoffe realisiert werden sollen, insbesondere mechanische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften oder thermische Eigenschaften.

Eine weitere Möglichkeit der Anreicherung des Zuschlagstoffs bildet grundsätzlich ein Aufbringen einer externen Kraft auf die Einzelelemente des Zuschlagstoffs. Beispielsweise kann ein Zentrifugieren des Objekts zur Beschleunigung der Einzelelemente des Zuschlagsstoffs verwendet werden, wodurch auf den Zuschlagstoff in dem flüssigen Baumaterial eine Kraft bewirkt wird, die den Zuschlagstoff entsprechend der Zentrifugierbewegung innerhalb des flüssigen Baumaterials bewegt. Beispielsweise können so Fasern oder Partikel des Zuschlagstoffs gezielt in eine Richtung innerhalb des Innenraums geführt werden, insbesondere an dem Wandelement anliegen. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Anlegen eines Kraftfelds, insbesondere eines Magnetfelds. Ist eine magnetische Beeinflussung der Partikel oder Fasern des

ERSATZBLATT (REGEL 26) Zuschlagstoffs möglich, kann durch ein Magnetfeld eine Bewegung der Partikel oder Fasern des Zuschlagstoffs in dem Innenraum erreicht werden.

Wie beschrieben, kann nach dem Einstellen der gewünschten Verteilung des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial in dem Innenraum die eingestellte Verteilung fixiert werden. Dadurch wird das zuvor flüssige Baumaterial in dem Innenraum verfestigt. Grundsätzlich ist die Art und Weise wie das Wandelement verfestigt wird und das Baumaterial in dem Innenraum nach Veränderung der Verteilung verfestigt wird beliebig wählbar. Nach einer Ausgestaltung kann das Baumaterial zur Ausbildung des wenigstens einen Wandelements mittels Strahlung, insbesondere UV- Strahlung verfestigt werden. Durch den selektiven Eintrag der Strahlung kann gezielt das Wandelement verfestigt und das Baumaterial in dem abzugrenzen Innenraum unverfestigt gelassen werden. Zur anschließenden Verfestigung des Baumaterials in dem Innenraum kann grundsätzlich dieselbe Art und Weise verwendet werden, wie zuvor eine Verfestigung des Wandelements stattgefunden hat. Ebenso ist es möglich, einen abweichenden Mechanismus für die Verfestigung des Wandelements und die Verfestigung des Baumaterials in dem Innenraum zu wählen.

Zum Beispiel kann das Baumaterial innerhalb des wenigstens einen Innenraums mittels Strahlung, insbesondere in wenigstens einem Strahlungsparameter von der zur Ausbildung des Wandelements abweichenden Strahlung, oder mittels Temperierung, insbesondere Heizens, verfestigt werden. Für die Verfestigung mittels Strahlung bietet sich beispielsweise UV-Strahlung oder IR-Strahlung an. Grundsätzlich kann die einfallende Strahlung als gerichtete, fokussierte Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung ausgeführt werden oder die Verfestigung kann durch flächige Bestrahlung, insbesondere mittels Maskierung oder einen DLP-Prozess durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Baumaterial zur Ausbildung des Wandelements mittels UV-Strah- lung und das Baumaterial in dem Innenraum mittels IR-Strahlung verfestigt werden. Ebenso ist es möglich, das Baumaterial zur Ausbildung des Wandelements durch Bestrahlung und das Baumaterial in dem Innenraum durch Heizen zu verfestigen.

Hierbei können sich die Baumaterialien in dem Wandelement und dem Innenraum grundsätzlich durch mechanische Eigenschaften unterscheiden. Nach einer Ausgestaltung kann das als Wandelement verfestigte Baumaterial und das verfestigte Baumaterial innerhalb des Innenraums in wenigstens einem mechanischen Parameter,

ERSATZBLATT (REGEL 26) insbesondere der Festigkeit, verschieden sein. Beispielsweise kann ein Grad der Verfestigung bzw. ein Verfestigungsgrad in dem Wandelement höher liegen als in dem Innenraum. Letztlich lassen sich die elastischen bzw. mechanischen Eigenschaften bei der Verfestigung des Baumaterials einstellen. Zum Beispiel kann das Wandelement beliebig als Duroplast oder Thermoplast und das Baumaterial in dem Innenraum als Thermoplast oder Elastomer eingestellt sein. Ebenso ist es möglich, die verschiedenen Festigkeiten durch verschiedene Aushärtung des Baumaterials zu beeinflussen.

Die angereicherte Partikelkonzentration, die beispielsweise der Ausbildung von Leiterbahnen dient, liegt bei 1 - 17 Gewichtsprozent der entsprechenden Polymermatrix. Die dadurch erzeugte typische Leitfähigkeit liegt zum Beispiel bei einer Temperatur von 25 °C bei 10 ³ — 10 ⁶ S/m. In den anderen Abschnitten liegt der Gewichtsanteil entsprechend niedriger, insbesondere unterhalb von 1 Gew.-%.

Die Leitfähigkeit der Partikel- bzw. Fasern wird neben der Konzentration maßgeblich durch deren Oberflächenbeschaffenheit, Orientierung und dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D) gekennzeichnet. Somit werden bevorzugt lange dünne Partikelfasern mit einem großen L/D die in einer Zufallsorientierung angeordnet sind bevorzugt. Die dadurch entstehende elektrische Leitung können der Durchkontaktierung von Leiterplatinen, verschiedenen Sensorik-Anwendungen oder auch der Änderung der optischen Eigenschaften durch Energieeintrag insbesondere Bestrahlung („smart window“) dienen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass durch die Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs, insbesondere eine Ansammlung von Einzelelementen des Zuschlagstoffs, ein Formelement, insbesondere ein elektrischer Leiter, innerhalb des Innenraums ausgebildet wird. Als „Einzelelemente“ des Zuschlagstoffs, werden die einzelnen Partikel bzw. Fasern, also die einzelnen Elemente des Zuschlagstoffs, die in dem harzbasierten Baumaterial verteilt sind, verstanden.

Wie beschrieben, kann durch die Anreicherung die Verteilung der Einzelelemente des Zuschlagstoffs innerhalb des Innenraums verändert werden. Insbesondere kann sich in einem Unterbereich des Innenraums eine Anreicherung bzw. Ablagerung oder

ERSATZBLATT (REGEL 26) Ansammlung der Einzelelemente ergeben. Insbesondere kann sich durch die gezielte Anreicherung innerhalb des Innenraums ein Formelement ausbilden, insbesondere ein elektrischer Leiter. Das Formelement kann beispielsweise ein durch die aneinander angeordneten Einzelelemente geschlossenes makroskopisches Formelement ausbilden, das in dem Unterbereich entsprechende mechanische oder elektrische Eigenschaften realisiert. Zudem kann dadurch ein als Formelement ausgebildeter elektrischer Leiter realisiert werden, der durch die Anreicherung des Zuschlagstoffs elektrisch leitfähig ist und durch die Entreicherung des umgebenden Baumaterials entsprechend elektrisch isoliert ist. Die Konzentration des Zuschlagstoffs kann grundsätzlich so gewählt werden, dass die angestrebten Eigenschaften nur bei einer Anreicherung des Zuschlagstoffs realisiert werden, insbesondere eine Ausbildung des Formelements, wohingegen die angestrebten Eigenschaften bei einer Entreicherung oder dem Baumaterial im Grundzustand nicht realisiert werden.

Grundsätzlich kann durch die Veränderung der Verteilung bei Ausbilden des Formelements eine beliebige Verteilung bzw. Ausbildung und geometrische Anordnung erzielt werden. Beispielsweise kann durch geeignete Bewegung des Innenraums, beispielsweise Zentrifugieren, Drehen, Ausrichten und dergleichen eine beliebige dreidimensionale Anordnung der Einzelelemente erzeugt werden. Beispielsweise kann vor und während der Verfestigung des Baumaterials in dem Innenraum ein Drehen, zum Beispiel in einem Ofen, vorgenommen werden, sodass sich auch spulenförmige bzw. zylindrische Formelemente erzeugen lassen.

Wie beschrieben, kann der Zuschlagstoff grundsätzlich in Abhängigkeit davon ausgewählt werden, welche Eigenschaften in dem Objekt realisiert werden sollen. Der Zuschlagstoff kann insbesondere wenigstens ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, zum Beispiel Partikel und/oder Fasern. Als Fasern bieten sich beispielsweise metallische Fasern oder CFK-Fasern an. Grundsätzlich ist die in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit beschriebene Funktionsweise des Zuschlagstoffs bzw. des Formelements auch auf dieselben Eigenschaften hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit übertragbar.

Neben den zuvor beschriebenen thermischen bzw. elektrischen Eigenschaften kann das Formelement auch mechanische Eigenschaften beeinflussen, insbesondere eine lokale Versteifung des Innenraums ausbilden. Als lokale Versteifung kann die

ERSATZBLATT (REGEL 26) Anreicherung des Zuschlagstoffs und Ausbildung des Formelements in dem ansonsten weniger festen Baumaterial in dem Innenraum verstanden werden. Beispielsweise kann durch Anreicherung der Einzelelemente des Zuschlagstoffs und Ausbildung des Formelements, zum Beispiel unter Verwendung von metallischen Fasern oder Partikeln, eine „Seele“ ausgebildet werden, die eine lokale Versteifung des Objekts bewirken. Zum Beispiel kann das Baumaterial in dem Innenraum nach Verfestigung vergleichsweise weich ausgeführt sein, beispielsweise ein Elastomer bilden. Durch die verfestigte metallische Struktur des Formelements kann dieses zwar bewegbar bzw. verformbar sein, jedoch seine Form behalten bzw. zurückstellen, sodass grundsätzlich eine Formgebung durch das Formelement möglich ist, die dem gesamten Objekt eine Steifigkeit verleiht. Das Formelement kann beispielsweise als Skelettstruktur des Objekts verstanden werden.

Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte durch selektive Verfestigung eines harzbasierten Baumaterials, das wenigstens einen Zuschlagstoff umfasst, wobei die Vorrichtung zur Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist insbesondere eine Aufbringeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das Baumaterial entsprechend bereitzustellen, sodass dieses verfestigt werden kann. Weiter weist die Vorrichtung eine Verfestigungseinrichtung auf, die zur selektiven Verfestigung des Baumaterials zur Ausbildung des wenigstens einen Wandelements eingerichtet ist.

Die Vorrichtung kann weiter eine Verteilungseinrichtung aufweisen, die zur Veränderung der Verteilung, insbesondere zur Anreicherung, des Zuschlagstoffs in dem flüssigen Baumaterial in dem Innenraum ausgebildet ist. Die Verteilungseinrichtung kann auch als optional verstanden werden, insbesondere wenn die Veränderung der Verteilung durch schwerkraftbedingte Sedimentation ausgeführt wird. Die Verteilungseinrichtung kann ferner Untereinrichtungen aufweisen, die zur Bewegung des zumindest teilweise hergestellten Objekts ausgebildet sind, beispielsweise ein Drehen, Zentrifugeieren und dergleichen. Weiter kann die Verteilungseinrichtung zur Erzeugung bzw. Anlegung eines Kraftfeld, insbesondere eines Magnetfelds, ausgebildet sein.

Schließlich weist die Vorrichtung noch eine zweite Verfestigungseinrichtung auf oder die zuvor beschriebene Verfestigungseinrichtung ist auch zur Verfestigung des Baumaterials in dem Innenraum ausgebildet. Beispielsweise kann die

ERSATZBLATT (REGEL 26) Verfestigungseinrichtung eine Heizeinrichtung aufweisen, die zur Verfestigung des Baumaterials im Innenraum durch Temperieren ausgebildet ist. Grundsätzlich ist die gesamte in Bezug auf das Verfahren vorgenommene Beschreibung auf die Vorrichtung übertragbar. Hierbei sind sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, vollständig auf die Vorrichtung übertragbar und umgekehrt.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Objekte gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Prozessschritt eines Verfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Objekte;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Prozessschritt eines Verfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Objekte;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Prozessschritt eines Verfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Objekte; und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Prozessschritt eines Verfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Objekte.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 , die zur additiven Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 2 bzw. allgemein dreidimensionaler Objekte 2 ausgebildet ist. Das hergestellte dreidimensionaler Objekt 2 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Grundsätzlich kann das hergestellte dreidimensionale Objekt 2 beliebige Formen, Größen, Querschnitte und Geometrien aufweisen.

ERSATZBLATT (REGEL 26) Die Vorrichtung 1 weist eine nicht näher dargestellte Aufbringeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, harzbasiertes Baumaterial 3 bereitzustellen, beispielsweise in einem Baubehälter bzw. in einem Bauvolumen 4. Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Verfestigungseinrichtung 5 auf, die dazu ausgebildet ist, das Baumaterial 3 selektiv zu verfestigen. Lediglich beispielhaft ist ein Energiestrahl 6, beispielsweise ein Laserstrahl, insbesondere ein UV-Laser, dargestellt, der über die Oberfläche des Baumaterials 3 geführt werden kann, um Energie einzubringen oder das Baumaterial 3, wie beschrieben, selektiv zu verfestigen. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung der Verfestigungseinrichtung 5 beliebig wählbar, wobei diese beispielsweise eine Verfestigung mittels Strahlung erzeugen kann.

Durch die selektive Verfestigung kann ein Wandelement 7 erzeugt werden, das einen Innenraum 8 des Objekts 2 begrenzt. Grundsätzlich kann eine Vielzahl von Wandelementen 7 erzeugt werden, die denselben Innenraum 8 bzw. verschiedene Innenräume 8 begrenzen. Der Einfachheit halber wird die Funktionsweise des hierin beschriebenen Verfahrens anhand eines Wandelements 7, das einen Innenraum 8 vollständig umschließt, beschrieben. Erkennbar gibt das Wandelement 7 dem Innenraum

8 seine Formgebung, sodass flüssiges Baumaterial 3, das in dem Innenraum 8 aufgenommen ist, in dem Innenraum 8 gehalten wird.

Durch die Verfestigung des Baumaterials 3 zur Herstellung des Wandelements 7 wird das Baumaterial 3 somit aus einem flüssigen Grundzustand in einen festen Zustand überführt. Dadurch unterscheidet sich das Baumaterial 3 in dem Wandelement 7 von dem Baumaterial 3 in dem Innenraum 8, das auch nach Verfestigung des Wandelements 7 noch flüssig ist. Beispielhaft ist in Fig. 2 eine schematisch vergrößerte Darstellung des Innenraums 8 und des den Innenraum 8 umgebenden Wandelements 7 dargestellt. Das Baumaterial 3 weist einen Zuschlagstoff auf, dessen Einzelelemente

9 beispielhaft als Partikel dargestellt sind. Die Einzelelemente 9 können grundsätzlich beliebig Partikel, Fasern oder jedwede andere Formen aufweisen. Die Einzelelemente 9, beispielsweise Partikel oder Fasern, sind als Zuschlagstoff in dem flüssigen Baumaterial 3, insbesondere gleichmäßig bzw. statistisch, verteilt.

Durch die Verfestigung des Baumaterials 3 zur Ausbildung des Wandelements 7 wird die gleichmäßige Verteilung des Zuschlagstoffs fixiert, da sich die Einzelelemente 9 innerhalb des Wandelements 7 nicht mehr bewegen können, sondern aufgrund der

ERSATZBLATT (REGEL 26) verfestigten Struktur lokal festgelegt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Einzelelemente 9 in dem Wandelement 7 nicht dargestellt. Demgegenüber sind in dem Innenraum 8 die Einzelelemente 9 aufgrund des flüssigen Zustands des Baumaterials 3 in dem Innenraum 8 frei beweglich.

Dies ermöglicht eine Veränderung der Verteilung der Einzelelemente 9, also allgemein des Zuschlagstoffs in dem Innenraum 8. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, kann eine lokale Anreicherung, das heißt insbesondere eine Konzentrationserhöhung, in einem Unterbereich 10 des Innenraums 8 erzielt werden. Dadurch wir ein umliegender Unterbereich 11 entsprechend entreichert, da die Einzelelemente 9 in den Unterbereich 10 „abwandern“. Hierbei bieten sich verschiedene Anreicherungsmechanismen an, die lediglich beispielhaft in Fig. 3 bzw. Fig. 4, 5 dargestellt sind. Hierzu eignen sich grundsätzlich jedwede Anreicherungsmechanismen, die dazu ausgebildet sind, die Einzelelemente 9 innerhalb des Innenraums 8 zu bewegen. Im Speziellen bieten sich Mechanismen an, die die Einzelelemente 9 durch das flüssige Baumaterial 3 bewegen und eine definierte Anordnung der Einzelelemente 9 erlauben.

In Fig. 3 ist dargestellt, dass sich die Einzelelemente 9, durch Sedimentation, beispielsweise schwerkraftbedingt, in dem Innenraum 8 absetzen. Gegenüber einem Unterbereich 11 findet in dem Unterbereich 10 somit eine Anreicherung statt, wodurch der Unterbereich 11 entreichert wird. Mit anderen Worten liegt im Unterbereich 10 eine Konzentrationserhöhung des Zuschlagstoffs und im Unterbereich 11 eine Erniedrigung der Konzentration des Zuschlagstoffs vor. Hierbei kann je nach Anreicherungsmechanismus eine beliebige Verteilung der Einzelelemente 9 realisiert werden. Die Veränderung der Verteilung des Zuschlagstoffs ist stets auf den Innenraum 8 bzw. die Innenräume 8 begrenzt, da, wie beschrieben, in dem Wandelement 7, das letztlich einen Grundkörper des Objekts 2 definiert, die (gleichmäßig oder statistisch verteilten) Positionen der Einzelelemente 9 des Zuschlagstoffs bereits festgelegt sind.

Die Einzelelemente 9 können zusammen ein Formelement 12 ausbilden, das beispielsweise als elektrischer Leiter oder Versteifungselement innerhalb des Innenraums 8 genutzt werden kann. Nachdem die gewünschte Verteilung des Zuschlagstoffs bzw. die Positionen der Einzelelemente 9 erreicht wurden, kann, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Verfestigen des Baumaterials 3 in dem Innenraum 8 erfolgen.

ERSATZBLATT (REGEL 26) Die Verfestigung des flüssigen Baumaterials 3 in dem Innenraum 8 kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann eine Temperiereinrichtung der Vorrichtung 1 , die nicht näher dargestellt ist und beispielsweise als Ofen ausgebildet ist, dazu verwendet werden, das Baumaterial 3 in dem Innenraum 8 durch Wärmeeinwirkung zu verfestigen. Die Aushärtungsgrade des in dem Innenraum 8 angeordnet Baumaterials 3 und des Baumaterials 3 des Wandelements 7 können unterschiedlich sein. Insbesondere kann das Wandelement 7 fester sein als das Baumaterial 3 in dem Innenraum 8 nach Verfestigung. Im Speziellen kann das Wandelement 7 ein Duroplast oder ein Thermoplast und das verfestigte Baumaterial 3 in dem Innenraum 8 ein Thermoplast oder ein Elastomer sein.

Wie beschrieben, kann das Formelement 12 eine elektrische Leitfähigkeit in dem Innenraum 8 ausbilden. Es ist ebenso möglich, dass der das Formelement 12 mechanische Eigenschaften des Objekts 2 bestimmt, beispielsweise als Versteifungselement bzw. als steife „Seele“ wirkt.

In Fig. 4, 5 ist eine weitere Form der Anreicherung dargestellt, bei der die Verteilung des Zuschlagstoffs in dem Innenraum 8 durch ein Kraftfeld, insbesondere ein Magnetfeld, erreicht wird. Hierzu kann sich in einem Unterbereich 10, im Speziellen im Innenbereich des Innenraums 8, beispielsweise in dessen Mitte, ein entsprechendes Formelement 12 ausbilden, das beispielsweise stabförmig ausgebildet ist. In einem Längsschnitt durch das Formelement 12 ist in Fig. 5 dargestellt, dass sich dieses durch den Innenraum 8 bzw. durch das Objekt 2 erstrecken kann. Die Formgebung des Formelements 12 kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. Die Vorrichtung 1 kann eine Bewegungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Objekt 2 zu bewegen, beispielsweise durch Zentrifugieren eine bestimmte Verteilung der Einzelelemente 9 zu erzeugen. Wie beschrieben, kann anschließend, bei Erreichen der gewünschten Verteilung das Baumaterial 3 im Innenraum 8 verfestigt werden, um so die eingestellte Verteilung fixieren.

Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.

ERSATZBLATT (REGEL 26) Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Objekt 3 Baumaterial

4 Bauvolumen

5 Verfestigungseinrichtung

6 Energiestrahlung

7 Wandelement 8 Innenraum

9 Einzelelement

10, 11 Unterbereich

12 Formelement

ERSATZBLATT (REGEL 26)