BEGO Medical GmbH Wilhelm-Herbst-Straße 1 , 28359 Bremen

Verfahren zum schichtweisen Herstellen stark geneigter Flächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Produkts, umfassend die Schritte: (a) Auftragen einer Schicht eines aushärtbaren Materials, (b) selektives Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht anhand geometrischer Daten des Produkts, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) bis die Geometrie des Produkts als ausgehärtetes Material erstellt wurde, (d) Entfernen des nicht ausgehärteten Materials.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Produkts durch schichtweisen Aufbau, umfassend Mittel zum Auftragen einer Schicht eines aushärtbaren Materials und Mittel zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht anhand geometrischer Daten des Produkts.

Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines Produkts durch schichtweisen Aufbau sind beispielsweise durch DE 299 24 924 U1 , EP 1 021 997 B1 , DE 102 19 983 B4, DE 103 20 085 A1 , EP 1 464 298 B1 , WO 2005/080029 A1 , EP 1 568 472 B1 und DE 10 2005 050 665 A1 bekannt. Verfahren dieser Art ermöglichen eine effiziente Herstellung geometrisch komplexer Produkte. Bekannt sind Verfahren der eingangs genannten Art beispielsweise aus dem „Rapid Prototyping",

bei dem aus Produktgeometriedaten, welche die dreidimensionale Form des Produkts beschreiben, direkt ein Produktmodell hergestellt wird, welches der Anschauung und Erprobung dienen kann.

Solche Verfahren können beispielsweise mit einem pulverförmigen oder in ande- rer Weise schüttfähigen Material durchgeführt werden, welches vorzugsweise durch einen physikalischen Verbindungsvorgang, beispielsweise eine Verschmelzung oder Sinterung, ausgehärtet werden kann und auf diese Weise eine belastbare, dreidimensionale Struktur erzeugen kann. Bevorzugte Verfahren sind beispielsweise das selektive Lasersintern (selective laser sintering, SLS) oder das selektive Laserschmelzen (selective laser melting, SLM).

Das eingangs genannte Verfahren wird beispielsweise auch für hochbelastete Produkte mit komplexen Geometrien, wie sie beispielsweise als Zahnersatz, Implantate oder dentale Hilfsteile in der Dentaltechnik eingesetzt werden, angewandt. Für in der Dentaltechnik einzusetzende Produkte wird bevorzugt das Verfahren des selektiven Laserschmelzens (selective laser melting, SLM) zum schichtweisen Aufbau eingesetzt.

Beim Lasersintern oder Laserschmelzen ist es wichtig, dass jeder von dem Laserstrahl erfasste Bereich den Schmelzpunkt des auszuhärtenden Materials erreicht, ohne dabei jedoch den Verdampfungspunkt zu überschreiten, da sonst das Material in diesem Bereich verdampfen würde. Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung insbesondere von Produkten kleiner Abmessungen, wie sie beispielsweise in der Dentaltechnik in Form von Zahnersatz oder dentalen Hilfs- teilen benötigt werden, ergeben sich aus dem Umstand, dass die Produkte erheblich unterschiedliche Flächenkonfigurationen in aufeinander folgenden Schichten aufweisen können. Beispielsweise kann sich die Flächengröße über die Höhe des Produkts stark ändern. Dadurch kann es zu überhitzung oder zu unzureichendem Anschmelzen des pulverförmigen Werkstoffs kommen. Nachteilig ist also insbesondere, dass es beim schichtweisen Aufbau des Produkts zu Temperaturüber- und -unterschreitungen kommen kann und dass auf diese

Weise Fehlstellen im herzustellenden Produkt und damit qualitativ minderwertige Produkte entstehen können.

Insbesondere in den Produktabschnitten, die während des Herstellens zur Vertikalen geneigte Konturen besitzen, kommt es vor, dass eine neu aufzutragende Schicht sich in einen Bereich erstreckt, unterhalb dem sich kein Abschnitt des herzustellenden Produkts befindet. D.h. die neu auszuhärtende Schicht steht mit einem Abschnitt seitlich gegenüber der zuvor ausgehärteten Schicht hervor. Je stärker die Kontur eines Produktabschnitts geneigt ist, d.h. je größer der Winkel zwischen einer zu den Schichten senkrechten Achse und einem Flächenab- schnitt einer Kontur des Produkts ist, desto größer sind auch die Abschnitte der aufzutragenden Schichten, die sich seitlich über die zuvor hergestellten Schichten hinaus erstrecken.

In Randbereichen von Produkten, die mittels SLM hergestellt werden, treten häufig Oberflächenunregelmäßigkeiten und Fehlstellen auf. Diese verstärken sich, je stärker der Randbereich zur Vertikalen geneigt ist.

Es ist bekannt, eine sehr genaue Temperatursteuerung insgesamt und insbesondere in den Randbereichen durchzuführen, um einerseits eine ausreichend hohe, den Schmelzpunkt des auszuhärtenden Materials überschreitende Temperatur sicherzustellen und andererseits sicherzustellen, dass die Temperatur nicht so hoch wird, dass das auszuhärtende Material verdampft.

Existierende Verfahren sehen daher vor, die Steuerung des Energieeintrags zu verbessern und damit auch die Temperatursteuerung zu erleichtern. Dazu sieht die DE 103 20 085 A1 ein Verfahren vor, bei dem in Abhängigkeit vom Ablauf des Sinter- bzw. Schmelzvorgangs dessen Randbedingungen, nämlich die Ener- giedichte des Laserstrahls und/oder dessen Ablenkgeschwindigkeit und/oder der Spurabstand und/oder die Streifenbreite (senkrecht zur Spurrichtung) automatisch geändert werden. Dadurch passt sich der Energieeintrag jederzeit selbsttätig dem Bedarf an Schmelzwärme an, welche zur Erzielung der gewünschten Dichte des fertigen Produkts vorbestimmt werden kann.

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Im Verfahren gemäß der EP 1568472 B1 wird der Laserstrahl derart gesteuert, dass die Energie in mehreren Schritten in den Werkstoff bzw. das auszuhärtende Material eingekoppelt wird. Im ersten Schritt erfolgt eine Energieeinkopplung an einer bestimmten Position der Werkstoffschicht, bis der entsprechende Bereich der Werkstoffschicht an dieser Position auf eine Temperatur kurz unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt worden ist. Im letzten Schritt der Energieeinkopplung erhitzt dann der Laserstrahl diesen Bereich über die Schmelztemperatur und verschmilzt dabei den Werkstoff mit der darunter liegenden Schicht. Die Lösung gemäß der EP 1568472 B1 sieht also vor, dass jede Position mehrmals bestrahlt wird, um das Produkt herzustellen. Durch eine derartige alternierende Bestrahlung können Temperaturausgleichsvorgänge vollzogen werden, nachdem ein Bestrahlungsvorgang vorübergehend beendet und ein anderer Bestrahlungsvorgang begonnen bzw. fortgeführt wird. Die Gefahr explosionsartiger Verdampfungen kleiner Werkstoffpartikel wird dadurch, dass nach kurzer Zeit der Strahl auf eine andere Position gerichtet wird, erheblich reduziert.

Auch die WO 2005/080029 A1 verfolgt das Ziel, die Produktqualität und Maßhaltigkeit der Oberfläche, insbesondere von dünnwandigen Produkten zu verbessern, indem die Wandstärken derart angepasst werden, dass die gewünschten Außenkonturen des Produkts im schichtweisen Aufbau möglichst präzise herges- teilt werden können. Dazu offenbart die WO 2005/080029 A1 ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem ein Kompensationsdatensatz und/oder eine Kompensationsfunktion ermittelt und mit dem Datensatz der Produktsollgeometrie verknüpft wird, um einen Steuerungsdatensatz zu erzeugen, mittels dessen ein hochenergetischer Strahl während des Sinterns und/oder Schmelzens geführt wird. Mittels des Kompensationsdatensatzes bzw. der Kompensationsfunktion wird die Dicke des herzustellenden Produkts in einer senkrecht zu einer tangential an der äußeren Oberfläche des Produkts anliegenden Ebene reduziert. Dadurch soll der Effekt von kugelförmigen Unregelmäßigkeiten verringert werden, die beobachtet werden, wenn eine neu aufzubringende Schicht sich in einen Bereich erstreckt, unterhalb dem sich kein Abschnitt des herzustellenden Produkts befindet.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die genannten Verfahren hinsichtlich der Qualität der Produkte, insbesondere im Hinblick auf Fehlstellen im ausgehärteten Material, unzureichend sind und weiter verbessert werden können. Weiterhin lässt sich auch die Oberflächengüte der erzeugten Produkte, insbesondere in den Bereichen mit komplexen Geometrien und unterschiedlichen Flächenkonfigurationen in aufeinander folgenden Schichten, weiter verbessern. Die komplexe Steuerung der existierenden Verfahren kann ebenfalls weiter vereinfacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem/der die Fertigungsqualität von schichtweise aufgebauten Produkten in vielfältigen Geometrien verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in einem, zwei oder mehreren Produktabschnitten, in denen ein Winkel zwischen einer zu den Schichten senkrechten Achse und zumindest einem Flächenabschnitt einer Kontur des Produkts einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein, beispielsweise im Querschnitt keilförmiger, übermaßaufschlag in den Schritten (a) und (b) auf diesen Flächenabschnitt solcherart aufgebracht wird, dass der Winkel zwischen der zu den Schichten senkrechten Achse und der Außenfläche in diesem Produktabschnitt den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass beim Aushärten, beispielsweise beim Laserschmelzen der auszuhärtende Bereich über den Schmelzpunkt des Materials erhitzt wird und über die darunter liegende, zuvor ausgehärtete Schicht dabei ein Temperaturausgleich stattfindet, so dass z.B. das Auftreten von lokalen Temperaturspitzen, die zum Verdampfen des Materials und damit zu Fehlstellen im Produkt führen könnten, vermieden oder verringert wird. In den Bereichen, in denen die auszuhärtenden Bereichen seitlich weit über die zuvor ausgehärteten Bereiche hinausragen, ist ein solcher Temperaturausgleich nicht bzw. nur erschwert möglich. Besonders in diesen Bereichen bestehen daher Schwierigkeiten, eine optimale Temperatursteuerung zu erreichen, so dass die Gefahr von Fehlbildungen im herzustellenden Produkt besteht.

Entgegen den vorbekannten Lösungen weicht die erfindungsgemäße Lösung bei der schichtweisen Herstellung in gezielter und vorbestimmter Weise von der gewünschten Produktkontur ab, indem in Bereichen, in denen Qualitätsprobleme, gerade in Bezug auf die korrekte Aushärtung des Materials, oder Maßungenauig- keiten auftreten können, eine SLM-Herstellungskontur hergestellt wird. Die SLM- Herstellungskontur ergibt sich als Summe der Produktkontur und eines vorbestimmten übermaßaufschlags. Unter einem übermaßaufschlag ist im Sinne dieser Beschreibung und der Ansprüche ein Materialvolumen zu verstehen, das als Fertigungshilfe auf das Materialvolumen des eigentlichen Produkts aufgebracht wird und zur Fertigstellung des Produkts in einem nachfolgenden Schritt wieder entfernt werden musst.

Dies geschieht, indem gemäß der Erfindung die auszuhärtenden Bereiche in den entsprechenden Schichten derart vergrößert werden, dass sich eine neu auszuhärtende Schicht jeweils nur um ein bestimmtes Ausmaß über die darunter Ne- gende, zuvor hergestellte Schicht hinaus erstreckt. Der vorbestimmte übermaßaufschlag verhindert, dass der Winkel zwischen der zu den Schichten senkrechten Achse und den einzelnen Flächenabschnitten der SLM-Herstellungskonturen einen vorbestimmten Wert überschreitet, so dass Fehlbildungen, wie beispielsweise nur teilweise ausgehärtete Produktbereiche, Schmelzkugeln, Hohlräume etc., durch das Auftreten von lokalen Fehltemperaturen, insbesondere überhitzungen, vermieden werden. Der vorbestimmte Wert, den der Winkel zwischen der zu den Schichten senkrechten Achse und den einzelnen Flächenabschnitten der Produktkonturen nicht überschreiten soll, ist abhängig von Pulverkorngröße, Schmelztemperatur, Wärmekapazität und -leitfähigkeit, und liegt bei einem zur Herstellung von Dentalteilen verwendeten CoCr-Pulver der Korngröße 25μm beispielsweise bei etwa 45°.

Der übermaßaufschlag kann beispielsweise im Querschnitt keilförmig ausgestaltet sein, da so ein Produktabschnitt mit einer stark geneigten Fläche hin zu einer weniger stark geneigten SLM-Herstellungskontur (oder umgekehrt) hergestellt werden kann. Der Winkel des keilförmigen übermaßaufschlags zwischen der Produktkontur und der SLM-Herstellungskontur wird umso größer ausfallen, je

stärker die Produktkontur geneigt ist. Dadurch ergibt sich eine im Querschnitt üblicherweise verbreiternde Form des übermaßaufschlags, die zu einer Keilform führt. Typischerweise sind die Produktkonturen jedoch überwiegend nicht geradlinig, sondern beispielsweise unregelmäßig oder bogenförmig, so dass die vorzu- bestimmende Keilform des Querschnitts des übermaßaufschlags ebenfalls entsprechend unregelmäßige oder bogenförmige Konturen aufweist.

Ein Produktabschnitt, der erfindungsgemäß mit einem übermaßaufschlag zu versehen ist, ist vorzugsweise ein dreidimensionaler Teil des Produkts, der einen Teil der Außenfläche des Produkts umfasst. Beispielsweise kann ein Produktab- schnitt ein beliebig geformter, zusammenhängender Teil der Außenfläche des Produkts, ein bezogen auf die Herstellungssituation etwa horizontal verlaufender Streifen bzw. Keil des Produkts oder ein im Herstellungszustand in einer bestimmten Höhe des Produkts verlaufender ringförmiger Bereich des Produkts sein.

Um die erfindungsgemäße Winkelkorrektur der Außenfläche in einem Produktabschnitt zur Vertikalen zu realisieren, kann es erforderlich sein, dass der übermaßaufschlag über den Produktabschnitt, in dem der Winkel zwischen der senkrechten Achse der Produktkontur, hinausreicht und gegebenenfalls auch Produktabschnitte umfasst, bei denen der Winkel zwischen der senkrechten Achse der Produktkontur den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

Vorzugsweise wird das übermaß als überhangwinkel oder Mindestwandstärke im Konturauslauf hergestellt. Produktabschnitte, die vorteilhafterweise mit einem übermaß zu versehen sind, sind beispielsweise Funktionsflächen, Passungsflächen oder überhänge.

Ein Produkt kann mehrere Produktabschnitte aufweisen, die erfindungsgemäß jeweils mit einem übermaßaufschlag versehen werden, d.h. ein Produkt kann mehrere übermaßaufschläge aufweisen. Wenn im Folgenden auf einen übermaßaufschlag Bezug genommen wird, gelten die Ausführungen sinngemäß auch für zwei oder mehrere übermaßaufschläge.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Qualität des hergestellten Produktes insbesondere in den Bereichen, in denen sich die Flächengröße über die Höhe des Produkts stark ändert, bzw. die Kontur von Produktabschnitten stark geneigt ist, erheblich verbessert wird. Durch das Vorsehen eines über- maßaufschlags in diesen Bereichen kann der Temperaturausgleich verbessert werden, womit Fehlbildungen aufgrund eines unzureichenden Temperaturausgleichs, insbesondere überhitzungen, verringert oder vermieden werden können. Dadurch wird die Herstellung von Produkten mit stärker geneigten Abschnitten ermöglicht und die Gefahr von stellenweise unzureichend ausgehärtetem Materi- al und damit qualitativ nicht ausreichenden Produkten vermieden bzw. verringert wird. Damit kann weiterhin auch die schichtweise Herstellung des Produkts vereinfacht werden, da die Anforderungen an die Steuerung der Temperatur und damit die Steuerung beispielsweise des Energieeintrags eines Laserstrahls erleichtert werden können.

Die Erfindung wird bevorzugt fortgebildet durch den Schritt Anpassen der geometrischen Daten des Produkts zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht entsprechend des herzustellenden übermaßaufschlags in einem der Durchführung der Schritte (a) bis (d) vorausgehenden Schritt.

Beim Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines Produkts sind die geometrischen Daten des herzustellenden Produkts, insbesondere die gewünschte Pro- duktkontur/-geometrie/-oberfläche, im Voraus bekannt. Vorzugsweise werden diese Daten noch vor dem Beginn der schichtweisen Herstellung, d.h. vor dem Auftragen der ersten Schicht eines aushärtbaren Materials, daraufhin analysiert, ob das Produkt Produktabschnitte aufweist, in denen der Winkel zwischen einer zu den aufzutragenden Schichten senkrechten Achse und zumindest einem Flächenabschnitt einer Kontur des Produkts einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Werden solche Produktabschnitte identifiziert, ist es bevorzugt, die geometri- sehen Daten der SLM-Herstellungskontur so anzupassen, dass der Winkel zwi-

schen der zu den Schichten senkrechten Achsen und der Außenfläche in diesem Abschnitt den vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, die auszuhärtenden Bereiche der einzelnen Schichten derart anzupassen, insbesondere zu vergrößern, dass benachbarte Schichten, d.h. Schich- ten, die aufeinander folgend ausgehärtet werden, seitlich nur begrenzt über die jeweils zuvor ausgehärtete Schicht hinausragen. Dies geschieht, indem die SLM- Herstellungskontur gemäß der Erfindung in den entsprechenden Bereichen derart gegenüber der Produktgeometrie angepasst wird, dass sich eine neu auszuhärtende Schicht jeweils nur um einen bestimmten Bereich über eine darunter liegende, zuvor hergestellte Schicht hinaus erstreckt. Das in den einzelnen Schichten durch den übermaßaufschlag zusätzlich auszuhärtende Volumen wird umso größer ausfallen, je stärker die Produktkontur geneigt ist. Der Bereich, um den sich eine neu auszuhärtende Schicht über eine direkt darunter liegende, zuvor hergestellte Schicht hinaus maximal erstrecken soll ist dabei so gewählt, dass ein ausreichender Temperaturausgleich zwischen der neu auszuhärtende Schicht und der darunter liegenden, zuvor hergestellten Schicht möglich ist. In Abhängigkeit von Verhältnis der Pulverkorngröße zur Schichtdicke können unterschiedliche Neigungen realisiert werden. Bei einem zur Herstellung von Dentalteilen verwendeten CoCr-Pulver der Korngröße 25μm beispielsweise beträgt die Schichtdicke etwa 25 - 50μm. In Produktabschnitten, welche den zulässigen Neigungswinkel der Außenfläche überschreiten, sind in der Regel eine Vielzahl von Schichten mit einem übermaßaufschlag zu versehen.

Vorzugsweise werden die geometrischen Daten des Produktes derart angepasst, dass sie hinsichtlich der schichtweisen Herstellung optimiert werden, beispiels- weise bezüglich Mindestwandstärken, Konturausläufen oder überhangwinkeln.

Die erfindungsgemäße Fortbildung hat den Vorteil, dass Fehlbildungen, wie beispielsweise nur teilweise ausgehärtete Produktbereiche der Prozess des schichtweisen Auftragens, selektiven Aushärtens und Entfernens des nicht ausgehärteten Materials wie gewohnt durchgeführt werden kann, da die Geometrie- änderung bereits im Vorfeld erfolgt ist.

Die Erfindung wird weiter bevorzugt fortgebildet durch den Schritt Entfernen des übermaßaufschlags, vorzugsweise durch spanende Bearbeitung, in einem nachfolgenden Schritt (e).

Um die gewünschte Produktgeometrie, d.h. die SLM-Herstellungskontur abzüg- lieh des übermaßaufschlags, zu erhalten, wird das mit übermaßaufschlag schichtweise hergestellte Produkt nach dem schichtweisen Aufbau vom übermaßaufschlag befreit. In einigen Anwendungsfällen kann es auch bevorzugt sein, nur einen oder mehrere Teile des übermaßaufschlags zu entfernen.

Das Entfernen des übermaßaufschlags erfolgt vorzugsweise durch spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen, da hierbei eine den Produktanforderungen entsprechende hohe Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität sichergestellt werden kann. In der Dentaltechnik wird hierfür bevorzugt die Hochgeschwindigkeitszerspanung (High Speed Cutting, HSC) eingesetzt, die sich durch hohe Zerspanleistung und Oberflächenqualität auszeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet in bevorzugter Weise die Vorteile des schichtweises Aufbaus mit denen der spanenden Bearbeitung und stellt einerseits sicher, dass auch in den kritischen Produktabschnitten beim schichtweisen Aufbau eine hohe Qualität des hergestellten Produkts erreicht werden kann und andererseits durch die spanende Nachbearbeitung eine hohe Oberflä- chenqualität und Maßgenauigkeit erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Fortbildung hat somit den Vorteil, dass die durch die spanende Bearbeitung ermöglichte hohe Oberflächenqualität, Konturtreue und Maßhaltigkeit gerade auch in den Produktabschnitten erreicht werden kann, die aufgrund ihrer komplexen Produktgeometrie und/oder unterschiedlichen Flächenkonfigurationen in aufeinander folgenden Schichten der Produktgeometrie im schichtweisen Aufbau mit einer derart hohen Qualität nicht oder nur sehr schwer hergestellt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise fortgebildet durch die Schritte:

Erzeugen bzw. Bereitstellen von geometrischen Daten des Produkts zum Entfernen des übermaßaufschlags, insbesondere von geometrischen Daten zumindest eines Flächenabschnitts einer gewünschten Produktkontur, in einem der Durchführung der Schritte (a) bis (d) vorausgehenden Schritt, und

übermitteln der Daten an eine Fertigungseinrichtung zum Entfernen des übermaßaufschlags.

Durch das Bereitstellen geometrischer Daten, die der Identifikation des abzutragenden übermaßaufschlags dienen, kann die Entfernung des übermaßauf- schlags effizient und hochpräzise durchgeführt werden. Solche Daten ermöglichen es, das mit übermaßaufschlag schichtweise hergestellte Produkt so zu bearbeiten, dass das Produkt abschnittsweise oder vollständig die gewünschte gewünschten Produktkontur, -geometrie bzw. -Oberfläche aufweist.

Vorteilhafterweise werden diese Daten noch vor dem Beginn des schichtweisen Herstellens des Produkts, d.h. vor dem Auftragen der ersten auszuhärtenden Schicht, generiert bzw. bereitgestellt. Vorteilhafterweise erfolgt dies mit oder nach dem Anpassen der geometrischen Daten des Produkts zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht entsprechend des herzustellenden übermaßaufschlags gemäß Anspruch 2. Dies hat den Vorteil, dass die Datenverarbeitung, d.h. beispielsweise die Datenerzeugung, -bearbeitung, -anpassung, gebündelt und effizient erfolgen kann. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die geometrischen Daten des Produkts zum Entfernen des übermaßaufschlags an eine Fertigungseinrichtung übertragen werden, die der Entfernung des übermaßaufschlags, insbesondere durch spanende Bearbei- tung, wie beispielsweise Fräsen, dient. Eine solche Fertigungseinrichtung kann beispielsweise eine Hochgeschwindigkeitsfräse sein. Diese übertragung hat den Vorteil, dass die Daten zentral erzeugt, bereitgestellt bzw. angepasst werden können und an die Fertigungseinrichtung, die den übermaßaufschlag vom Produkt entfernt, lediglich übertragen werden müssen, ohne dass auch diese Ferti-

gungseinrichtung noch Schritte zur Generierung oder Bearbeitung von Daten durchführen muss.

Vorteilhafterweise wird das mit einem übermaßaufschlag schichtweise hergestellte Produkt ebenfalls an diese Fertigungseinrichtung transferiert, so dass zum Entfernen des übermaßaufschlags bei der Fertigungseinrichtung sowohl die erforderlichen geometrischen Daten als auch das mit dem übermaßaufschlag schichtweise hergestellte Produkt vorliegen. Vorzugsweise erfolgt der Transfer des mit einem übermaßaufschlag schichtweise hergestellten Produkts mit dem Transfer der geometrischen Daten. Es kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsfällen auch vorteilhaft sein, das Produkt vor oder nach dem Transfer der geometrischen Daten zu transferieren.

Vorteilhafterweise sind die geometrischen Daten und/oder das schichtweise mit einem übermaßaufschlag hergestellte Produkt mit einer Referenzierhilfe versehen, so dass erstens die Daten dem Produkt und umgekehrt eindeutig zugeord- net werden können, insbesondere auch nach der übertragung sowohl des Produkts als auch der Daten an die Fertigungseinrichtung zum Entfernen des übermaßaufschlags, und andererseits die Lage des Produkts in Bezug auf die Fertigungseinrichtung eindeutig bestimmbar ist und damit die korrekte Anwendung der Daten zum Entfernen des übermaßes auf das Produkt sichergestellt werden kann. Die Referenzierhilfe kann beispielsweise als den geometrischen Daten zugeordnete Metadaten ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit ist es beispielsweise, eine Produktfläche als Referenzfläche zu definieren oder Einkerbungen bzw. Vorsprünge am Produkt vorzusehen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art oder nach Anspruch 1 , das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem, zwei oder mehreren Produktabschnitten in den Schritten (a) und (b) ein übermaßaufschlag aufgebracht wird, der als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildet ist.

Ein derart ausgebildeter übermaßaufschlag kann in vorteilhafter Weise als Referenz dienen, um Lage bzw. Ausrichtung des Produkts eindeutig zu bestimmen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Produkt nach der schichtweisen Herstellung einem oder mehreren weiteren Bearbeitungsschritten, beispiels- weise zur Entfernung von übermaßaufschlägen in anderen Bereichen, unterzogen wird. Da es sich bei den in der Dentaltechnik herzustellenden Produkten meist um individuelle, unregelmäßig geformte Einzelteile handelt, ist die Bestimmung der Ausrichtung und Lage des Produkts für Bearbeitungsschritte, die auf die schichtweise Herstellung folgen, wie beispielsweise eine spanende Nach- bearbeitung, von hoher Bedeutung.

Ein erfindungsgemäßer übermaßaufschlag, der als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildet ist, kann vorteilhafterweise weiterhin dazu dienen, den Transport des Produkts zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen zu erleichtern, indem die Ausricht- und/oder Handhabungshilfe einen Greifabschnitt aufweist, an dem das Produkt einfach und sicher gegriffen bzw. aufgenommen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass beim Transport nicht das Produkt mit seinen gegebenenfalls empfindlichen Oberflächen selbst berührt werden muss, sondern nur der später wieder zu entfernende übermaßaufschlag, so dass Beschädigungen des Produkts durch Handhabungseinrichtungen ver- mieden werden können.

Weiterhin hat die Ausbildung eines übermaßaufschlags als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe im schichtweisen Aufbau des Produkts den Vorteil, dass auf diese Weise ein gleichförmiger und/oder standardisierter Abschnitt geschaffen werden kann, der von gleichförmigen und/oder standardisierten Ausricht- und/oder Handhabungseinrichtungen leichter verwendet werden kann als die individuell unterschiedlichen Produkte selbst.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildete übermaßaufschlag eine Individualisierungshilfe aufweist. Diese

Individualisierungshilfe kann dazu dienen, das Produkt eindeutig zu identifizieren, insbesondere beim Transport oder in weiteren Bearbeitungsschritten, wenn

einem bestimmten Produkt beispielsweise bestimmte Daten zuzuordnen sind. Die Individualisierungshilfe kann beispielsweise als Einkerbung oder Einkerbungsfolge ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren dieses Aspekts kann fortgebildet werden nach Anspruch 6. Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails dieser Fortbildungen wird auf die zuvor beschriebenen Fortbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Produkts durch schichtweisen Aufbau, umfassend Mittel zum Auftragen einer Schicht eines aushärtbaren Materials und Mittel zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht anhand geometrischer Daten des Produkts, gekennzeichnet durch

Datenaufbereitungsmittel, die ausgebildet sind, die geometrischen Daten des Produkts zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schichten vor dem Auftragen und Aushärten der Schichten derart anzupassen, dass ein auf Basis dieser Daten hergestelltes Produkt

o in einem, zwei oder mehreren Produktabschnitten, in denen ein Winkel zwischen einer zu den Schichten senkrechten Achse und zumindest einem Flächenabschnitt einer Kontur des Produkts ei- nen vorbestimmten Wert überschreitet, beim Auftragen und Aushärten der Schichten derart mit einem keilförmigen übermaßaufschlag versehen wird, dass der Winkel zwischen der zu den Schichten senkrechten Achse und der Außenfläche in diesem Produktabschnitt den vorbestimmten Wert nicht überschreitet, und/oder

o in einem, zwei oder mehreren Produktabschnitten beim Auftragen und Aushärten der Schichten mit einem übermaßaufschlag verse-

hen wird, der als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildet ist,

und ggf. Mittel zum Erzeugen bzw. Bereitstellen von geometrischen Daten des Produkts zum Entfernen des übermaßaufschlags, insbesondere von geometrischen Daten zumindest eines Flächenabschnitts einer gewünschten Produktkontur sowie ggf. Mittel zum übertragen der geometrischen Daten des Produkts zum Entfernen des übermaßaufschlags.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtungsanordnung zum Herstellen eines Produkts durch teilweise schichtweisen Aufbau, umfassend eine Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines ersten Teilvolumens des Produkts, umfassend Mittel zum Auftragen einer Schicht eines aushärtbaren Materials und Mittel zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht anhand geometrischer Daten des Produkts, gekennzeichnet durch eine Fertigungseinrichtung zum Entfernen eines übermaßaufschlags des Produkts.

Die erfindungsgemäße Vorrichtungsanordnung kann weiter gebildet werden nach Anspruch 9.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau eines Produkts zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 oder in einer Vorrichtungsanord- nung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.

Fig. 1 : zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein schichtweise herzustellendes Produkt,

Fig. 2: zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Längsschnitts eines schichtweise herzustellenden Produkts, wobei die Darstellung der Schichten zur Verdeutlichung vergrößert und übertrieben ausgebildet ist,

Fig. 3: zeigt den Figur 2 gezeigten Abschnitt mit einem übermaßaufschlag, und

Fig. 4: zeigt ein durch schichtweisen Aufbau herzustellendes Produkts mit einem als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildeten übermaßaufschlag.

In Fig. 1 ist ein Produkt 100 mit einer Produktkontur 100a dargestellt, das durch schichtweisen Aufbau herzustellen ist. Das Produkt 100 weist einen Produktabschnitt 110 auf, der gegenüber einer zu den Schichten, durch die das Produkt aufgebaut wird, senkrechten Achse 150 stark geneigt ist. Ein Maß für die Neigung des Produktabschnitts 110 ist der Winkel α zwischen der senkrechten Achse 150 und einer Tangente 1 11 der Kontur 100a im Produktabschnitt 110. Bei nicht erfindungsgemäßen Verfahren ist die schichtweise Herstellung des Produktabschnitt 1 10 mit den eingangs genannten Nachteilen verbunden.

Ein anderer Produktabschnitt 120 beispielsweise weist eine wesentlich geringere Neigung auf, wie der Winkel ß zwischen der senkrechten Achse 150 und einer Tangente 121 des Produktabschnitts 120 erkennen lässt. Ein solcher Produktab- schnitt 120 weist bei der schichtweisen Herstellung nicht oder nur in einem geringen Maß die eingangs genannten Probleme bei nicht erfindungsgemäßen Verfahren auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein übermaßaufschlag 130 hergestellt, der dazu führt, dass in der mittels schichtweisen Aufbaus herzustellenden Kontur sich ein Winkel γ zwischen der Außenfläche 140 und der senkrechten Achse 150 in dem Abschnitt 110 einstellt, der kleiner ist als der Winkel α und einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Dieser vorbestimmte Wert ist dabei so zu wählen, dass ein ausreichender Temperaturausgleich zwischen der

aufzutragenden Schicht und der darunter liegenden, bereits ausgehärteten Schicht ermöglicht wird, so dass keine Fehlbildungen im auszuhärtenden Bereich auftreten. Der übermaßaufschlag reicht bei dem in Figur 1 dargestellten Produkt 100 dabei über den Produktabschnitt 1 10 hinaus.

Fig. 2 zeigt ein durch schichtweisen Aufbau herzustellendes Produkt 200, in dem ebenfalls ein Abschnitt 210 derart zu einer zu den Schichten vertikalen Achse 250 geneigt ist, dass der seitliche überstand D der Schichten über die jeweils vorhergehende Schicht so groß ist, dass ein Temperaturausgleich in diesen Bereichen D nicht mehr ausreichend gewährleistet ist. In Fig. 2 wird ebenfalls deutlich, dass die Produktkontur eines durch schichtweisen Aufbau hergestellten Produkts in Stufen verläuft, wobei jede Stufe einer Schicht ausgehärteten Materials entspricht. Die Darstellung in Fig. 2 ist jedoch nicht maßstäblich und die Stufen sind stark vergröbert. Die Kontur bzw. Außenfläche des Produkts wird daher als geglättete Linie bzw. Fläche über die Stufen hinweg angesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Bereiche D, in denen die jeweils neu auszuhärtende Schicht über die zuvor ausgehärtete Schicht seitlich hinausragt, zu verringern. Dazu wird ein übermaßaufschlag 230, wie in Fig. 3 gezeigt, hergestellt. Dazu wird zunächst berechnet, in welchen Bereichen ein übermaßaufschlag erforderlich ist und wie die geometrischen Daten des Produkts anzu- passen sind, um diesen übermaßaufschlag 230 herzustellen. Das Ergebnis dieser Datenanpassung sieht vor, dass die einzelnen Schichten in ihrer Fläche verändert werden, insbesondere vergrößert werden. Diese Vergrößerungen der Schichten sind in Fig. 3 in unterbrochenen Linien dargestellt. Beispielhaft für drei Schichten sind die entsprechend der Produktgeometrie auszuhärtenden Bereiche der Schichten mit 260, die nach der Anpassung der geometrischen Daten mit übermaßaufschlag zusätzlichen auszuhärtenden Bereiche der Schichten der schichtweise aufzubauenden Kontur mit 270 bezeichnet.

Die ersten sieben Schichten wurden in ihren geometrischen Daten nicht ange- passt. Beginnend mit Schicht 8 wurden die auszuhärtenden Bereiche der Schich- ten aushärtbaren Materials sukzessive vergrößert, so dass die nach dem erfin-

dungsgemäßen Verfahren entstehenden seitlichen überstände der Schichten (für drei Schichten beispielhaft mit D ₁ bezeichnet) wesentlich kleiner sind als die in Fig. 2 gezeigten Abstände D. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein ausreichender Temperaturausgleich zwischen der gerade auszuhärtenden Schicht und der darunter liegenden Schicht gewährleistet ist.

Nach dem schichtweisen Aufbau mit übermaßaufschlag wird das so hergestellte Zwischenprodukt an eine Fertigungseinrichtung zum Entfernen des übermaßaufschlags, vorzugsweise durch spanende Bearbeitung in einer Hochgeschwindigkeitsfräse, übergeben. Ebenfalls an die Fertigungseinrichtung werden Daten übergeben, die zusammen mit der Anpassung der geometrischen Daten vor der schichtweisen Herstellung des Zwischenprodukts erstellt worden sind, die das zu entfernende übermaß definieren, so dass durch das Entfernen des übermaßes ein Produkt mit den gewünschten Produktkonturen hergestellt werden kann.

Fig. 4 zeigt ein durch schichtweisen Aufbau herzustellendes Zwischenprodukt 300 mit einem übermaßaufschlag 390, der als Ausricht- und/oder Handhabungshilfe ausgebildet ist. Wie auch mit Bezug zu den Figuren 1 bis 3 beschrieben, wird der übermaßaufschlag 390 durch Anpassen der geometrischen Daten zum selektiven Aushärten von vorbestimmten Bereichen der aufgetragenen Schicht noch vor der Durchführung des schichtweisen Aufbaus erzeugt. Die Ausricht- und/oder Handhabungshilfe kann dazu dienen, das Zwischenprodukt zu transportieren, ohne die relevanten Außenkonturen zu beschädigen, und weiterhin in Nachbearbeitungsschritten die Lage bzw. Ausrichtung des Zwischenprodukts eindeutig zu bestimmen.

Ebenso wie die mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen übermaßauf- schlage 130, 230 wird auch das übermaß 390 des Zwischenprodukts 300 vorzugsweise wieder durch spanende Bearbeitung entfernt, wozu entsprechende Daten zum Entfernen des übermaßes 390 vorzugsweise bereits vor Beginn des Auftragens der ersten Schicht eines aushärtbaren Materials erstellt worden sind und vor, mit oder nach übergabe des Zwischenprodukts 300 an eine Fertigungs- einrichtung zur spanenden Bearbeitung ebenfalls an diese übertragen werden.