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DE10235427A1 | 2004-02-12 | |||
DE10235434A1 | 2004-02-12 |
Patentansprüche : 1. Verfahren zur generativen Herstellung eines 3- dimensionalen Objektes, bei dem schichtweise aufeinanderliegende Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material auf eine Trägerbasis (3) sukzessive aufgebracht werden, indem das Material von einer Materialauftragsvorrichtung durch lineare Bewegung entlang der Trägerbasis (3) auf die Trägerbasis (3) oder schon auf dieser abgelegte Schichten (20) aufgetragen wird, und die Schichten jeweils durch das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung oder Partikels'trahlung verfestigt und miteinander verbunden werden, wobei auf die Trägerbasis (3) oder auf schon auf diese aufgebrachte Schichten (20) Material zur Bildung einer ersten oder einer ersten weiteren Schicht fortschreitend in linearer Richtung von einem Startbereich bis zu einem Endbereich aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass -dem Aufbringen der ersten oder ersten weiteren Schicht folgendwährend des Aufbringens der ersten oder ersten weiteren Schicht Material zur Bildung einer auf der ersten Schicht oder ersten weiteren Schicht aufzubauenden zweiten Schicht fortschreitend in linearer Richtung von dem Startbereich bis zu dem Endbereich aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbringens der zweiten Schicht oder mindestens einer weiteren Schicht dem Aufbringen dieser Schicht folgend jeweils eine weitere Schicht aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufbringen jeder Schicht folgend vor dem Aufbringen der nächsten Schicht eine selektive Verfestigung der jeweiligen Zone des aufgebrachten Materials durch elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung vorgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufgebrachte Schichten oder Zonen der aufgebrachten Schichten gleichzeitig durch elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung verfestigt werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung selektiv vom Startbereich des Beschichtungsauftrags beginnend bis zum Endbereich vorgenommen wird, also in Form einer linear wandernden Strahlungsfront . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten in gleichbleibender Schichtdicke aufgebracht werden. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Bildung der Schichten im Startbereich oder neben der Trägerbasis (3) aufgebracht wird und zum Auftrag durch lineare Bewegung eines Auftragmittels gleichmäßig über die Auftragsebene verteilt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus einem Reservoir unmittelbar fortschreitend vom Startbereich bis zum Endbereich zur Bildung der entsprechenden Materialschichten auf die Trägerbasis (3) oder die darauf befindlichen Schichten abgegeben wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus Material beim Aufbringen oder nach dem Aufbringen und vor dem Verfestigen verdichtet werden . 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Material ein Pulver aufgebracht wird. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (3) in Abhängigkeit von der Materialstärke der aufgebrachten Materialschichten aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Arbeitsstellungen abgesenkt wird. 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Material Pulver aufgebracht wird, welches auf eine Temperatur vorerwärmt ist, die niedriger als die bei der Verfestigung durch Strahlung erzeugte Temperatur, insbesondere niedriger als die Sinter- oder Schmelztemperatur ist. 3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet., dass das Pulver-Material mittels Infrarotstrahlung vorerwärmt wird. 4. Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus aufeinanderliegenden, verfestigten und miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis (3) als Auftragsebene für das Objekt, einen Spender (4,4^) für das Material und mindestens eine geradlinig entlang der Trägerbasis (3) verfahrbare Verteileinrichtung (1,2) für das schichtweise Verteilen des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verteileinrichtungen (1,2) vorgesehen sind, mittels derer auf die Auftragsebene teilweise zeitgleich übereinanderliegende Materialschichten auftragbar sind, wobei di Verteileinrichtungen (1,2) derart in Auftragsrichtung geradlinig hintereinander über die Auftragsebene verfahrbar sind, das zuerst die untere Schicht und folgend auf dieser die jeweils obere Schicht auftragbar ist . 5. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch, gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) als Abstreifeinrichtungen oder Walzvorrichtung mit Abstreifklingen oder Abstreifwalzen ausgebildet sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) in einem der von ihnen jeweils zu erzeugenden Schichtdicke entsprechenden Maß gegenüber der Trägerbasis (3) beabstandet sind. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (3) höheneinstellbar ist. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig über die Auftragsebene verfahrbar sind. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Auftragsebene mindestens ein Strahlungserzeuger (8) vorgesehen ist, mittels dessen die auf der Auftragsebene abgelegte Materialschicht oder die Materialschichten verfestigbar ist oder sind. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Auftragsebene ein oder mehrere Strahlungserzeuger (8) vorgesehen sind, mittels derer selektiv die von einer Verteileinrichtung (1 oder 2) aufgebrachte Schicht zonenweise verfestigbar ist, bevor die der Verteileinrichtung (1) in Auftragsrichtung folgende Verteileinrichtung (2) die Zone erreicht hat. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Spender (4) für das Material ein Materialvorratsbehälter ist, der während der Materialausgabe nahe der Trägerbasis (3) oder über der Trägerbasis (3) angeordnet ist und der in seinem Boden eine Auslassöffnung und eine damit gekoppelte Dosiervorrichtung (5) für das Material aufweist. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) jeweils einen Materialvorratsbehälter aufweisen, der mit der Verteileinrichtung über die Fläche der Trägerbasis {3} oder der darauf befindlichen Materialschicht bewegbar ist, und so ausgebildet ist, dass er über wenigstens eine Auslassöffnung Material in Bewegungsrichtung der jeweiligen Verteileinrichtung (1,2) vor dieser dosiert abgibt. 23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurc gekennzeichnet, dass jede Verteileinrichtung (1,2) einen Materialvorratsbehälter aufweist, der als Transportpackung mit der Verteileinrichtung (1,2) gekoppelt ist und dessen Seitenwände einen zur Trägerbasis sich verengenden Raum umgrenzen, wobei an der Abgabeöffnung dieser Transportpackung Führungsplatten angeordnet oder ausgebildet sind, die derart angeordnet sind, dass sie zum Zusammendrücken der Materialschicht bei der Abgabe oder nach der Abgabe mit der Trägerbasis (3) einen spitzen Winkel einschließen oder bilden. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) als AbstreitVorrichtungen in Form von über der abgelegten Materialschicht bewegbaren, drehbaren Walzen ausgebildet sind, deren Drehgeschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bi 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (3) ein vertikal bewegbarer Boden eines Aufbaubehälters (10) ist, der entsprechend der Dicke der Materialschichten absenkbar ist. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils unterste, der Auftragsebene nächstliegende Verteileinrichtung (1) Führungsmittel für die dieser bewegungsmäßig folgende obere Verteileinrichtung (2) aufweist, die wiederum sich auf den Führungsmitteln abstützende Lagermittel aufweist. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel ei seitliche Begrenzung für das aufgetragene Material bilden. 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen {1,2,13} an einem Rahmenteil (14) angeordnet sind, wobei das Rahmenteil (14) mindestens an seinen Endbereichen sich quer zur linearen Auftragsrichtung (17,18) erstreckende leistenartige Verteileinrichtungen (1,2,13) hält, die voneinander in Auftragsrichtung (17,18) beabstandet sind, das Rahmenteil (14) zwischen seinen Endbereichen (15,16) um eine ebenfalls quer zur Auftragsrichtung (17,18) ausgerichtete Schwenkachse (19) begrenzt schwenkbar gehalten ist, und das Rahmenteil (14) mittels eines ersten Antriebsmittels (21, 21*) aus einer Startposition, in der alle Verteileinrichtungen (1,2,13) räumlich neben der Trägerbasis (3) angeordnet sind, in eine Zwischenposition, in der alle Verteileinrichtungen (1,2,13) über die Länge der Trägerbasis (3) linear bewegt sind und jenseits der Trägerbasis (3) positioniert sind, und zurück in die Startposition verfahrbar ist, wobei in der Startposition die in Auftragsrichtung (17) vorderste Verteileinrichtung (1) einen einer ersten Schichtdicke entsprechenden vertikalen Abstand von der Ebene aufweist, die durch die Trägerbasis (3) oder die schon auf der Trägerbasis (3) abgelegten Schichten (20) aufgespannt ist, und die in Auftragsrichtung (17) hinterste Verteileinrichtung (2) einen mindestens einer weiteren Schichtdicke entsprechenden Abstand davon aufweist, und wobei in der Zwischenposition das Rahmenteil (14) so geschwenkt ist, dass die hinterste Verteileinrichtung (2) den abgelegten Schichten (20) am nächsten angenähert ist und die vorderste Verteileinrichtung (1) am weitesten entfernt ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenteil (14) mittels eines zweiten Antriebsmittels (22) um die Schwenkachse (19) begrenzt schwenkbar ist 0. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuerung (23) vorgesehen ist, mittels derer das erste Antriebsmittel (21,21Λ), das zweite Antriebsmittel (22) und der oder die Spender (4,4Λ) für die Abgabe de Materials betätigbar ist. 1. Vorrichtung nach Anspruch 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ede Verteileinrichtung (1,2,13) mit einem Spender (4 ) für das Material ausgestattet ist, wobei jeder Spender (4X) für den Auftrag von Material geöffnet ist, wenn die jeweilige Verteileinrichtung (1,2,13) sich über der Trägerbasis (3) befindet, und jeder Spender (4 gegen Materialabgabe geschlossen ist, wenn sich die jeweilige Verteileinrichtung (1,2,13) in Auftragsrichtung (17,18) vor oder hinter der Trägerbasis (3) befindet, und dass die Abgabeöff ung der Spender ( 4 ) in Auftragsrichtung (17,18) jeweils. or der zugehörigen Verteileinrichtung (1,2,13) positioniert ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verteileinrichtung (1,2,13) mit einer regelbaren Heizeinrichtung (24) zum Aufwärme der aufgebrachten Materialschichten ausgestattet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (24) als elektrische Infrarot- und/oder Widerstandsheizelemente ausgebildet sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (24) mit der elektronischen Steuerung (23) gekoppelt und über diese schaltbar sind. |
aufeinanderliegende Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material auf eine Trägerbasis sukzessive aufgebracht werden, indem das
Material von einer Materialauftragsvorrichtung durch lineare Bewegung entlang der Trägerbasis auf die Trägerbasis oder schon auf dieser abgelegte Schichten aufgetragen wird, und die Schichten jeweils durch das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung oder
Partikelstrahlung verfestigt und miteinander verbunden werden, wobei auf die Trägerbasis oder auf schon auf diese aufgebrachte Schichten Material zur Bildung einer ersten oder einer ersten weiteren Schicht fortschreitend in linearer Richtung von einem Startbereich bis zu einem Endbereich aufgebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus
aufeinanderliegenden, verfestigten und
miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die
Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis als Auftragsebene für das Objekt, mindestens einen Spender für das Material und mindestens eine geradlinig entlang der Trägerbasis verfahrbare Verteileinrichtung für das schichtweise
Verteilen des Materials aufweist.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Prototypen und Bauteile generativ in Form 3-dimensionaler Objekte herzustellen. Hierzu werden
Beschichtungsverfahren beziehungsweise
Vorrichtungen genutzt, die mittels in einem Computer abgelegter Daten Objekte schichtweise herstellbar machen.
Solche Verfahren und Vorrichtungen sind zum Beispiel aus der US 2001/0050448 AI bekannt. Des Weiteren beschreibt die US 4,575,330 die Verwendung eines UV-Laserstrahls zum
Verfestigen der Oberflächenschicht in einem Behälter mit flüssigem, durch
elektromagnetische (UV) -Strahlung härtbarem Kunststoff. Um Einzelheiten in hoher Auflösung und mit hoher Präzision fertigen und
verfestigen zu können, wird das Objekt aus vielen Schichten aufgebaut, wobei jede Schicht einzeln und aufeinander abfolgend in einem sich wiederholenden Zyklus aufgebaut wird. Dieser Zyklus enthält bei allen Verfahren, in denen Objekte innerhalb von Behältern mit
unverfestigtem oder flüssigem Material
aufgebaut werden, eine Abfolge von drei
Schritten, nämlich das Auftragen einer ebenen Schicht aus unverfestigtem Material, gefolgt von dem Bestrahlen aller Oberflächen, die verfestigt werden sollen, mittels
elektromagnetischer Strahlung oder
Partikelstrahlung, gefolgt schließlich von der vertikalen Neupositionierung der Trägerschicht.
Bei Verfahren, bei denen das Material in
Pulverform in den fortschreitenden Schichten aufgebracht wird, ist das Erzeugen von
Trägerkonstruktionen in der Regel nicht
erforderlich, da überhängende Bestandteile durch das bereits deponierte unverfestigte Pulver getragen werden. Solche Vorrichtungen verwenden einen lenkbaren Laserstrahl oder Partikelstrahl, um das Pulver selektiv zu schmelzen. Verfahrensweise und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der WO-A- 95/18715, WO-A-94/15771, WO-Ä-96/29192,
WO-A-92/08592, US 4,863,538 und US 5,647,931 beschrieben. Zum weiteren Stand der Technik wird noch auf die DE 44 16 901 A 1, die
DE 43 02 418 A 1 und die DE 102 35 427 A 1 verwiesen. Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen die Herstellung von 3-dimensionalen Körpern mit hoher Genauigkeit, auch mit dünnen Wänden, sowie die zeitgleiche Herstellung von mehreren Prototypen und Bauteilen. Des Weiteren ist die Herstellung von Gegenständen mit vorspringenden Einzelheiten mit und ohne Hilfe von Trägerkonstruktionen möglich. Problematisch bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass für den Bau von
Objekten im Vergleich zu den als alternativen einsetzbaren Verfahren wie Spritzgießen und computergesteuerte spanabhebende Verfahren, ein erheblich größerer Zeitaufwand nötig ist. Es sind mehrere Stunden nötig, um eine Prototypenoder Bauteileinzelheit normaler Größe
herzustellen. Für die gleichzeitige Produktion mehrerer Bauteile ist mindestens ein Tag notwendig .
Aus der DE 10 235 434 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Objekten bekannt, welches in kürzerer Zeit zu einem Ergebnis führen soll. Dazu wird ein Träger für die Bauplattform relativ zu einer Materialauftragsvorrichtung rotierend bewegt und zugleich die Bauplattform in Richtung der Rotationsachse verstellt. Ein solches System führt dazu, dass die mittels der
Materialauftragsvorrichtung aufgebrachten
Schichten über die jeweilige Auftragsebene unterschiedlich strukturiert sind, weil die relativen Bewegungsgeschwindigkeitsun erschiede von Bereichen, die nahe der Rotationsachse angeordnet sind, gegenüber Bereichen, die radial außen liegen, erheblich sind, so dass im Ergebnis die so erzeugten Schichten
unterschiedliche Beschaffenheit aufweisen. Auch ist der Verschleiß der Materialauftragsvorrichtungen wegen der
Geschwindigkeitsdifferenzen ungleichmäßig, was zu Qualitätseinbußen führen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der eine schnellere
Herstellung 3-dimensionaler Körper erreicht werden kann, wobei ein gleichmäßiger
Schichtaufbau und ein gleichmäßiger Verschleiß von Auftragsvorrichtungen sichergestellt wird.
Zur verfahrensmäßigen Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass -dem Aufbringen der ersten oder ersten weiteren Schicht
folgend- während des Aufbringens der ersten oder ersten weiteren Schicht Material zur
Bildung einer auf der ersten Schicht oder ersten weiteren Schicht aufzubauenden zweiten Schicht fortschreitend in linearer Richtung von dem Startbereich bis zu dem Endbereich
aufgebracht wird.
Durch diese Verf hrensweise wird eine
Vervielfachung der pro Zeiteinheit
fertiggestellten Schichten erreicht. Demzufolge wird nicht wie herkömmlich, zunächst eine komplette erste Schicht auf die Trägerbasis oder auch schon auf bereits auf der Trägerbasis befindliche Schichten aufgebracht und anschließend eine weitere Schicht auf diese schon erzeugte Schicht aufgebracht und so fort, sondern es erfolgt während des Auftrags der ersten Schicht fortschreitend die Aufbringung schon einer zweiten Schicht und gegebenenfalls der zweiten Schicht folgend das Aufbringen weiterer Schichten, bis sämtliche Schichten auf der Trägerbasis oder auf dieser befindlichen Schichten aufgebracht sind. Nach einem Zyklus, bei dem mindestens zwei solcher Schichten teilweise gleichzeitig abgelegt und erzeugt sind, erfolgt wieder im Startbereich beginnend, das Aufbringen weiterer Schichten, indem wiederum in der gleichen Weise eine erste
Schicht und dieser folgend teilweise zeitgleich eine zweite Schicht und so weiter aufgebracht wird, bis sämtliche Schichten auf der
Trägerbasis oder auf bereits auf dieser
befindliche Schichten aufgebracht sind.
Dadurch, dass sämtliche Schichten linear aufgetragen werden, ist sichergestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit beim Aufbringen der Materialschichten über die gesamte
Auftragsbreite jeder Materialschicht konstant ist, so dass jede Schicht eine homogene
Beschaffenheit hat. Auch ist der mögliche
Verschleiß von Auftragseinrichtungen zum
Auftrag der Materialschichten gleichmäßig über die Auftragsbreite. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass während des Aufbringens der zweiten Schicht oder mindestens einer weiteren Schicht dem
Aufbringen dieser Schicht folgend jeweils eine weitere Schicht aufgebracht wird.
Es ist damit möglich, nahezu in dem gleichen Zeitrahmen, in dem bisher das Aufbringen einer einzigen Schicht ermöglicht war, mindestens zwei Schichten aufzubringen. Insbesondere wird durch diese Verfahrensweise die Zeit zur
Erzeugung des entsprechenden 3-dimensionalen Objektes deutlich verkürzt.
Obwohl es möglich ist, die jeweiligen Schichten übereinander fortschreitend teilweise
zeitgleich aufzubringen, ohne dass diese jeweils zwischenzeitlich verfestigt werden, ist bevorzugt vorzusehen, dass dem Aufbringen jeder Schicht folgend vor dem Aufbringen der nächsten Schicht eine selektive Verfestigung der
jeweiligen Zone des aufgebrachten Materials durch elektromagnetische Strahlung oder
Partikelstrahlung vorgenommen wird.
Gemäß diesem Vorschlag wird sukzessive beim Auftragen jeder Schicht der Auftragszone folgend jeweils eine selektive Verfestigung der entsprechenden Zone vorgenommen, so dass die zweite Schicht, die der ersten Schicht folgend aufgetragen wird, nicht mehr auf eine
unverfestigte Schicht aufgetragen wird, sondern auf eine schon verfestigte Materialschicht aufgebracht wird.
Bevorzugt ist es möglich, so vorzugehen, dass in Zonen der aufgebrachten Schichten quasi gleichzeitig Material durch elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung verfestigt wird . Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die Verfestigung selektiv vom Startbereich des Beschichtungsauftrags
beginnend bis zum Endbereich vorgenommen wird, also in Form einer linear wandernden
Strahlungsfront.
Durch die lineare Auftragsweise und die dazu parallele Verfestigung wird eine gleichmäßige Qualität der erzeugten Schichten über die gesamte Auftragsbreite sichergestellt.
Unter Umständen kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Schichten in gleichbleibender
Schichtdicke aufgebracht werden.
Die Art und Weise der Aufbringung kann so gestaltet sein, dass das Material zur Bildung der Schichten im Startbereich oder neben der Trägerbasis aufgebracht wird und zum Auftrag durch lineare Bewegung eines Auftragsmittels gleichmäßig über die Auftragsebene verteilt wird . Hierbei kann das Material zur Bildung der
Schichten im Startbereich oder neben der
Trägerbasis in ausreichender Menge aufgebracht werden, so dass dann mittels der entsprechenden
Verteileinrichtungen dieses Material
gleichmäßig über die Auftragsebene verteilt wird. Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass das Material aus einem Reservoir unmittelbar fortschreitend vom Startbereich bis zum
Endbereich zur Bildung der entsprechenden
Materialschichten auf die Trägerbasis oder die darauf befindlichen Schichten abgegeben wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Schichten aus Material beim Aufbringen oder nach dem Aufbringen und vor dem Verfestigen verdichtet werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass als Material ein Pulver aufgebracht wird. Bei pulverförmigem Material ist das
erfindungsgemäße Verfahren besonders
vorteilhaft einsetzbar.
In an sich bekannter Weise kann vorgesehen sein, dass die Trägerbasis in Abhängigkeit von der Materialstärke der aufgebrachten
Materialschichten aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Arbeitsstellungen abgesenkt wird.
Beispielsweise kann die Trägerbasis so
eingestellt werden, dass die tatsächliche
Auftragsebene sich immer in gleicher Höhe befindet, unabhängig davon, wie viel
Materialschichten schon aufgebracht sind. Eine weitere Beschleunigung der Fertigstellung der Schichten kann dadurch erreicht werden, dass als Material Pulver aufgebracht wird, welches auf eine Temperatur vorerwärmt ist, die niedriger als die bei der Verfestigung durch Strahlung erzeugte Temperatur, insbesondere niedriger als die Sinter- oder
Schmelztemperatur ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Pulver- Material mittels Infrarotstrahlung vorerwärmt wird .
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine
Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus
aufeinanderliegenden, verfestigten und
miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis als Auftragsebene für das Objekt, einen geradlinig, also linear, entlang der Trägerbasis
verfahrbaren Spender für das Material und mindestens eine ebenfalls geradlinig, entlang der Trägerbasis verfahrbare Verteileinrichtung für das schichtweise Verteilen des Materials aufweist .
Die vorrichtungsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verteileinrichtungen vorgesehen sind, mittels derer auf die Auftragsebene teilweise
zeitgleich übereinanderliegende
Materialschichten auftragbar sind, wobei die Verteileinrichtungen derart in Au tragsrichtung geradlinig hintereinander über die
Auftragsebene verfahrbar sind, dass zuerst die untere Schicht und folgend auf dieser die jeweils obere Schicht auftragbar ist.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass mittels der mindestens zwei
Verteileinrichtungen auf der Auftragsebene teilweise zeitgleich übereinanderliegende
Schichten auftragbar sind. Die Zeitspanne zur Erzeugung einer vollständigen mehrlagigen
Schicht auf der Trägerbasis oder auf schon aufgebrachten Schichten ist damit gegenüber der herkömmlichen Gestaltung deutlich verringert, wobei infolge des linearen Auftrags eine vorzügliche Homogenität der aufgetragenen
Schichten sichergestellt ist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen als Abstreiteinrichtungen oder Walzvorrichtung mit Abstreifklingen oder Abstreifwalzen ausgebildet sind.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen in einem der von ihnen jeweils zu erzeugenden Schichtdicke
entsprechenden Maß gegenüber der Trägerbasis beabstandet sind. Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Trägerbasis höheneinstellbar ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig über die Auftragsebene
verfahrbar sind.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass oberhalb der Auftragsebene mindestens ein
Strahlungserzeuger vorgesehen ist, mittels dessen die auf der Auftragsebene abgelegte Materialschicht oder die Materialschichten verfestigbar ist oder sind. Auch ist bevorzugt vorgesehen, dass oberhalb der Auftragsebene ein oder mehrere
Strahlungserzeuger vorgesehen sind, mittels derer selektiv die von einer Verteileinrichtung aufgebrachte Schicht zonenweise verfestigbar ist, bevor die der Verteileinrichtung in
Auftragsrichtung folgende Verteileinrichtung die Zone erreicht hat. Eine vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass der Spender für das Material ein Materialvorratsbehälter ist, der während der Materialausgabe nahe der Trägerbasis oder über der Trägerbasis angeordnet ist und der in seinem Boden eine Auslassöffnung und eine damit gekoppelte Dosiervorrichtung für das Material aufweist .
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen jeweils einen
Materialvorratsbehälter aufweisen, der mit der Verteileinrichtung über die Fläche der
Trägerbasis oder der darauf befindlichen
Materialschicht bewegbar ist, und so
ausgebildet ist, dass er über wenigstens eine Auslassöffnung Material in Bewegungsrichtung der jeweiligen Verteileinrichtung vor dieser dosiert abgibt.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass jede
Verteileinrichtung einen
Materialvorratsbehälter aufweist, der als
Transportpackung mit der Verteileinrichtung gekoppelt ist und dessen Seitenwände einen zur Trägerbasis sich verengenden Raum umgrenzen, wobei an der Abgabeöffnung dieser
Transportpackung Führungsplatten angeordnet oder ausgebildet sind, die derart angeordnet sind, dass sie zum Zusammendrücken der
Materialschicht bei der Abgabe oder nach der Abgabe mit der Trägerbasis einen spitzen Winkel einschließen oder bilden.
Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Verteileinrichtungen als AbstreifVorrichtungen in Form von über die abgelegte Materialschicht bewegbaren, drehbaren Walzen ausgebildet sind, deren Drehgeschwindigkeit und/oder
Bewegungsrichtung einstellbar ist.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass die
Trägerbasis ein vertikal bewegbarer Boden eines Aufbaubehälters ist, der entsprechend der Dicke der Materialschichten absenkbar ist.
Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die jeweils unterste, der Auftragsebene
nächstliegende Verteileinrichtung
Führungsmittel für die dieser bewegungsmäßig folgende obere Verteileinrichtung aufweist, die wiederum sich auf den Führungsmitteln
abstützende Lagermittel aufweist.
Zudem kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Führungsmittel eine seitliche Begrenzung für das aufgetragene Material bilden.
Hierdurch wird vermieden, dass das aufgetragene Material seitlich des Auftragsbereiches abwandern kann, da dieses Material durch die seitliche Begrenzung an einem seitlichen
Abfließen gehindert wird. Um eine weitere Erhöhung der
Aufbaugeschwindigkeit für 3-dimensionale
Objekte zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen an einem Rahmenteil angeordnet sind, wobei das Rahmenteil
mindestens an seinen Endbereichen sich quer zur linearen Auftragsrichtung erstreckende
leistenartige Verteileinrichtungen hält, die voneinander in Auftragsrichtung beabstandet sind, das Rahmenteil zwischen seinen
Endbereichen um eine ebenfalls quer zur
Auftragsrichtung ausgerichtete Schwenkachse begrenzt schwenkbar gehalten ist, und das
Rahmenteil mittels eines ersten Antriebsmittels aus einer Startposition, in der alle
Verteileinrichtungen räumlich neben der
Trägerbasis angeordnet sind, in eine
Zwischenposition, in der alle
Verteileinrichtungen über die Länge der
Trägerbasis linear bewegt sind und jenseits der Trägerbasis positioniert sind, und zurück in die Startposition verfahrbar sind, wobei in der Startposition die in Auftragsrichtung vorderste Verteileinrichtung einen einer ersten
Schichtdicke entsprechenden vertikalen Abstand von der Ebene aufweist, die durch die
Trägerbasis oder die schon auf der Trägerbasis abgelegten Schichten aufgespannt ist, und die in Auftragsrichtung hinterste
Verteileinrichtung einen mindestens einer weiteren Schichtdicke entsprechenden Abstand davon aufweist, und wobei in der
Zwischenposition das Rahmenteil so geschwenkt ist, dass die hinterste Verteileinrichtung den abgelegten Schichten am nächsten angenähert ist und die vorderste Verteileinrichtung am
weitesten entfernt ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist ein vorzugsweise rechteckiges Rahmenteil vorgesehen, dessen Abmessung in der Breite so vorgenommen ist, dass es mindestens so breit ist, wie die
Trägerbasis, also das Material, was
schichtweise aufgebaut werden soll. Die
seitlichen Längsrahmenstreben erstrecken sich parallel zur vorgesehenen Auftragsrichtung. Die
Querrahmenstreben halten leistenartige
Verteileinrichtungen. Die beiden endseitig vorgesehenen Querrahmenstreben tragen die leistenartigen Verteileinrichtungen. Eine mittige Querrahmenstrebe hält eine dritte leistenartige Verteileinrichtung. Es ist auch möglich, noch mehr leistenartige
Verteileinrichtungen an dem Rahmenteil
vorzusehen, die jeweils zueinander parallel angeordnet sind. Die Verteileinrichtungen sind voneinander in Auftragsrichtung beabstandet.
Das Rahmenteil weist vorzugsweise längsmittig zwischen seinen beiden durch die endseitigen Querrahmenstreben gebildeten Endbereichen eine
Schwenkachse auf. Hierdurch ist das Rahmenteil quer zur Auftragsrichtung begrenzt schwenkbar gehalten .
Das gesamte Rahmenteil ist mittels eines ersten Äntriebsmittels aus einer Startposition, in der alle Verteileinrichtungen räumlich auf einer Seite neben der Trägerbasis angeordnet sind, in eine Zwischenposition bewegbar, in der alle Verteileinrichtungen über die gesamte Länge der Trägerbasis hinweg bewegt worden sind und schließlich jenseits der Trägerbasis
positioniert sind. Des Weiteren ist das
Rahmenteil durch das erste Antriebsmittel wieder aus der Zwischenposition in die
Startposition zurück bewegbar. Um die Bewegung zu erreichen, kann beispielsweise das
Rahmenteil an parallel zur Auftragsrichtung angeordneten Schienen verschieblich geführt sein oder auch mittels eines geeigneten Band- oder Riemenantriebes positioniert und bewegt werden. Ausgehend von der Startposition ist die in Auftragsrichtung vorderste
Verteileinrichtung in einem solchen Abstand von der durch die Trägerbasis gebildeten Ebene oder von den auf der Trägerbasis abgelegten
Schichten angeordnet, dass der Abstand einer ersten Schichtdicke entspricht. Die weiteren Verteileinrichtungen sind durch die
entsprechende Winkelstellung des Rahmenteiles weiter von der Auftragsebene entfernt. Die hinterste Verteileinrichtung weist den größten Abstand von der Trägerbasis bzw. den auf der Trägerbasis schon abgelegten Schichten auf. Es ist auf diese Weise möglich, durch Verfahren des Rahmenteiles aus der Startposition in die Zwischenposition nahezu gleichzeitig mehrere Schichten aufeinander abzulegen. Nach Erreichen der Zwischenposition wird das Rahmenteil um seine Schwenkachse geschwenkt, so dass dann die bisher hinterste Verteileinrichtung jetzt die vorderste Verteileinrichtung bildet, die der Trägerbasis bzw. den auf der Trägerbasis abgelegten Schichten am nächsten liegt. Die anderen Verteileinrichtungen sind in größerem Abstand von der Auftragsebene positioniert. Durch Zurückverfahren des Rahmenteils aus der Zwischenposition in die Startposition können wiederum mehrere Schichten nahezu zeitgleich übereinander abgelegt werden. Sofern an dem Rahmenteil beispielsweise drei
Verteileinrichtungen angeordnet sind, können bei jeder Bewegung jeweils drei Schichten aufgebaut werden, so dass nach einem kompletten Bewegungsablauf insgesamt sechs Schichten auf der Trägerbasis bzw. den schon darauf
abgelegten Schichten aufgebaut werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Rahmenteil mittels eines zweiten
Antriebsmittels um die Schwenkachse begrenzt schwenkbar ist.
Das zweite Antriebsmittel kann beispielsweise ein Schwenkantrieb sein, mittels dessen das Rahmenteil um die Schwenkachse begrenzt im
Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn bewegbar ist, um die beiden gewünschten
Positionen zum Aufbau der Schichten
einzustellen. Das Antriebsmittel kann am
Rahmenteil selbst befestigt sein und das
Rahmenteil um eine feststehende Schwenkachse schwenken .
Um den Vorgang vorteilhaft gestalten zu können, ist vorgesehen, dass eine elektronische Steuerung vorgesehen ist, mittels derer das erste
Antriebsmittel, das zweite Antriebsmittel und der oder die Spender für die Abgabe des Materials betätigbar ist.
Die elektronische Steuerung dient dazu, das erste Antriebsmittel und das zweite
Antriebsmittel entsprechend zu steuern und auch die Spender für die Abgabe des Materials zu betätigen, also den Materialabfluss zu öffnen oder zu schließen. Die Steuerung ist
vorzugsweise so gestaltet, dass mittels dieser in der Startposition eine Schwenkung des
Rahmenteils in die Ausgangslage erfolgt und das Rahmenteil dann durch die ersten Antriebsmittel in Bewegung gesetzt wird, wobei sukzessive dann, wenn die jeweilige Verteileinrxchtung über der Trägerbasis lagerichtig positioniert ist, der Spender für die Abgabe des Materials an der ersten Verteileinrichtung geöffnet wird und sukzessive in Abfolge der Bewegung nachfolgend die weiteren Spender für die weiteren Verteileinrichtungen geöffnet werden. Sobald eine Verteileinrichtung über die
Trägerbasis bis zu deren Ende bewegt ist, wird der Spender durch die Steuerung für die dort befindliche Verteileinrichtung geschlossen.
Nach Erreichen der Zwischenposition wird das erste Antriebsmittel still gesetzt und in umgekehrter Richtung betrieben, wobei
gleichzeitig durch die zweiten Antriebsmittel das Rahmenteil in die zweite Sollposition verschwenkt wird. Beim Überfahren der
Trägerbasis wird dann entsprechend wiederum eine Öffnung der Spender für die Ausgabe des Materials im Bereich der Verteileinrichtungen bewirkt. Gegen Ende der Bewegung werden
wiederum die Spender nacheinander verschlossen, bis schließlich das gesamte Rahmenteil wiederum in der Startposition neben der Trägerbasis positioniert ist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass jede Verteileinrichtung mit einem Spender für das Material ausgestattet ist, wobei jeder Spender für den Auftrag von Material geöffnet ist, wenn die jeweilige Verteileinrichtung sich über der Trägerbasis befindet, und jeder Spender gegen Materialabgabe geschlossen ist, wenn sich die jeweilige Verteileinrichtung in
Auftragsrichtung vor oder hinter der
Trägerbasis befindet, und dass die
Abgabeöffnung der Spender in Auftragsrichtung jeweils vor der zugehörigen Verteileinrichtung positioniert ist.
Hierbei ist jede Verteileinrichtung mit einem eigenen Spender ausgestattet, so dass das
Material jeweils in Auftragsrichtung vor der entsprechenden Verteileinrichtung aufgebracht wird und durch die Verteileinrichtung verteilt werden kann.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jede Verteileinrichtung mit einer regelbaren
Heizeinrichtung zum Aufwärmen der aufgebrachten Materialschichten ausgestattet ist.
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtungen als elektrische Infrarot- und/oder Widerstandsheizelemente ausgebildet sind.
Zudem ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung mit der elektronischen Steuerung gekoppelt und über diese schaltbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Verfestigung des durch die
Verteileinrichtungen aufgebrachten
Pulvermaterials durch elektromagnetische
Strahlung oder Partikelstrahlung erreicht werden, wobei durch die offene Konstruktion des
Rahmenteiles eine Bestrahlung der durch die Verteileinrichtung abgelegten Schichten erfolgen kann. Bevor jeweils die
Pulveraufbringung mit vorzugsweise simultanem Verfestigungsprozess durch Erwärmung beginnt, wird das Rahmenteil samt der daran befindlichen Teile über die Schwenkachse so geneigt, dass sich die Verteileinrichtungen in jeweils korrekter Höhe über der von der Bauplattform aufgespannter Ebene befinden. Beispielsweise ist die in der Auftragsrichtung jeweils vorn liegende Verteileinrichtung in Höhe einer
Schichtdicke über der Plattform angeordnet und jede folgende Verteileinrichtung ist um eine weitere Schichtdicke höher gegenüber der ersten Schichtdicke positioniert.
Die Trägerbasis ist über eine in einem
Bauraumboden eingelassene Trägerbasis vertikal bewegbar, auf welcher die 3-dimensionalen
Objekte schichtweise aufgebaut werden.
Es ist auch möglich, oberhalb einer
Ablagefläche, die sich neben der Trägerbasis befindet, Pulverdosiervorrichtungen zu
positionieren, die zu geeigneten Zeitpunkten Materialpulver in den darunter befindlichen
Raum abgeben, wobei dieses Materialpulver dann durch die an dem Rahmen befestigten
Verteileinrichtungen verteilt auf die
Trägerbasis aufgebracht werden.
Während der Bewegung der Verteileinrichtungen über die Trägerbasis in Auftragsrichtung wird vorzugsweise das aufgebrachte Material selektiv zwischen den Verteileinrichtungen verfestigt, so dass die erste Materialschicht verfestigt ist, bevor die zweite Materialschicht
aufgebracht ist und so fort.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass die Verteileinrichtungen jeweils mit Heizelementen gekoppelt sind, um eine geeignete Pulvertemperatur zu
gewährleisten, wenn das pulverförmige Material auf der darunter befindlichen Schicht abgelegt wird. Die Heizelemente können regelbare
Infrarot- und Widerstandsheizelemente sein, die direkt am Rahmenteil fixiert sind. Es ist auf diese Weise eine kontrollierte Erhitzung aller simultan aufgebrachter Pulverschichten
ermöglicht . Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist
besonders für quaderförmige Bauräume geeignet, da die Bauplattform und die
Pulveraufbringungsfläche eine ähnliche Form haben, so dass die Menge des eingesetzten
Pulvermaterials gering gehalten werden kann.
Durch die Tatsache, dass das entsprechende Material durch die Verteileinrichtungen linear aufgebracht wird, wird sichergestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der
Verteileinrichtungen relativ zu den darunter liegenden Schichten nicht über die Breite der Pulverschicht variiert, sondern konstant ist.
Hierdurch wird erreicht, dass die aufgebrachte Pulverschicht über die gesamte Bauplattform homogen ist und die gleiche Beschaffenheit hat, also nicht durch Unterschiede in der
Bewegungsgeschwindigkeit beeinflusst wird.
Zusätzlich ist hierbei vorteilhaft, dass durch die lineare Bewegung der Verteileinrichtungen diese gleichmäßig abgenutzt werden. Auch dies ist für die homogene Schichtausbildung
förderlich . Auch ist die lineare Aufbringung des
Pulvermaterials deswegen von Vorteil, weil dann, wenn zusätzliche Heizelemente an dem Rahmenteil befestigt sind, eine gleichmäßige Erwärmung der aufgebrachten Pulverschicht erreicht wird, anders als bei einer kreis- oder bogenförmigen Aufbringungsbewegung der
Verteileinrichtungen .
Gemäß der Erfindung wird ein entsprechendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung 3-dimensionaler Körper aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Schichten verfestigt aus in einem Behälter vorgehaltenen pulverförmigem oder fließfähigem Material zur Verfügung gestellt, wobei die
Information über die Beschaffenheit jeder
Schicht durch Computerdaten festgelegt wird, die beim Herstellungsverfahren benutzt werden, wobei die Erfindung eine deutliche
Zeitersparnis zur Herstellung von 3- dimensionalen Objekten erreicht, weil das
Material, mittels dessen die Schichten
aufgebaut werden, mit zwei oder mehreren
Aufgabevorrichtungen in unterschiedlicher Höhe zur Trägerbasisoberfläche aufgebracht wird und teilweise zeitgleich über die zu erzeugende Fläche verteilt wird und gegebenenfalls in unterschiedlicher Höhe zur
Trägerbasisoberfläche quasi zeitgleich
verfestigt wird, so dass eine erhebliche
Zeitersparnis gegenüber einer herkömmlichen Verfahrensweise und Vorrichtung erreicht wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung 3-dimensionaler Körper im Querschnitt gesehen;
Figur 2 eine skizzenhafte Schrägansicht von
Einzelheiten der Figur 1;
Figur 3 und 4 weitere Ansichten in
unterschiedlichen
Vorrichtungspositionen; Figur 5 ein erfindungsgemäßes Rahmenteil in isometrischer Ansicht; Figur 6 die Vorrichtung mit dem Rahmenteil in einer Startposition in schematischer Seitenansicht gezeigt; desgleichen in der Zwischenposition die Vorrichtung bei anderer Ausrichtung des Rahmenteiles in der Zwischenposition; die Bewegung des Rahmenteils aus de Zwischenposition zurück in die
Startposition;
Figur 10 die Verschwenkung des Rahmenteils aus der Position gemäß Figur 9 in die neue Startposition analog
Figur 6.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen
Objektes, welches aus aufeinanderliegenden, verfestigten und miteinander verbundenen
Schichten aus schüttfähigem Material besteht, gezeigt. Die Vorrichtung weist einen
Aufbaubehälter 10 auf, der einen Boden,
Seitenwände und eine Deckwandung aufweist. In der Bodenwandung ist eine vertikal in Richtung des Bewegungspfeiles 11 bewegbare Trägerbasis 3 angeordnet, die als Objektträger dient und auf der später noch beschriebene Schichten abgelegt werden. Neben dem Aufbaubehälter 10 ist ein Spender 4 angeordnet, der zur Aufnahme von
Materialpulver dient, welches über eine Schütte mit einer Dosiervorrichtung 5 in Verbindung steht, über die das schüttfähige Material auf den Boden des Aufbaubehälters 10 neben der Trägerbasis 3 aufgegeben werden kann. Des
Weiteren sind zwei Verteileinrichtungen 1, 2 vorgesehen, die in der Ausgangsposition, wie in Figur 1 gezeigt ist, seitlich neben der
Trägerbasis 3 positioniert sind. Diese
Verteileinrichtungen dienen dazu, das von der Dosiervorrichtung 5 abgegebene Material in entsprechender Schichtdicke auf der Trägerbasis zu positionieren. Anstelle von zwei solcher Verteileinrichtungen 1,2 können weitere solcher Verteileinrichtungen vorgesehen sein.
Wie anhand der Darstellung gemäß Figur 2, 3 und 4 veranschaulicht ist, werden mittels der
Verteileinrichtung 1,2 auf die Auftragsebene, insbesondere auf die Trägerbasis 3 oder schon darauf abgelegte Schichten,
übereinanderliegende Materialschichten des von der Dosiervorrichtung 5 abgegebenen Materials aufgetragen. Hierzu ist zunächst durch die Verteileinrichtung 1 eine Materialschicht auf die Auftragsebene aufzubringen. Die erste
Verteileinrichtung 1 wird dabei mittels eines geeigneten Antriebes 25 in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 linear über die gesamte Ebene der Trägerbasis 3 von der in Figur 1 rechts gezeigten Position bis in eine in Figur 1 links befindliche Position verstellt. Nach einer weiteren Abgabe von Material in den
Aufbaubehälter durch die Dosiervorrichtung 5 folgt mit geeignetem Abstand dieser ersten Verteileinrichtung 1 die zweite
Verteileinrichtung 2, mittels derer auf die von der Verteileinrichtung 1 aufgebrachte Schicht eine weitere Schicht des Materials aufgebracht wird. Diese zweite Verteileinrichtung 2 läuft ebenfalls linear in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 von rechts bis zur linken
Randkante der Trägerbasis 3. Die beiden
Verteileinrichtungen laufen teilweise
zeitgleich über die Trägerbasis und verteilen sukzessive die beiden Materialschichten über die Fläche und aufeinander, wobei die zweite
Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird, während die erste Schicht aufgetragen wird. Die beiden Verteileinrichtungen 1,2 können starr miteinander verbunden sein, so dass ein Antrieb 25 für beide ausreicht. Es kann aber auch ein separater Antrieb 26 für die zweite
Verteileinrichtung 2 vorgesehen sein.
Bei Erreichen der linken Endposition wird überschüssiges Material über einen Schlitz 9 im Boden zu einem Auffanggefäß 27 abgegeben. Nach Beendigung der Materialaufgäbe, wenn also beide Schichten übereinander auf der
Trägerbasis positioniert sind, können die
Verteileinrichtungen 1 und 2, gegebenenfalls von der Auf ragsebene abgehoben, von der linken Seite in die rechte Ausgangsposition gemäß Figur 1 zurückverbracht werden, um einen neuen Beschichtungsvorgang durchzuführen .
Vorzugsweise weisen die Verteileinrichtungen 1,2 Abstreifeinrichtungen 28,29 oder
Walzvorrichtungen mit Abstreifklingen oder Abstreif alzen 2B,29 auf, um das Material in geeigneter Weise aufzubringen. Der Höhenabstand der Verteileinrichtungen 1,2 von der zu
beschichtenden Ebene ist auf ein entsprechendes Maß einstellbar, so dass entsprechend dicke Materialschichten aufgebaut werden können.
Oberhalb der Auftragsebene ist ferner ein
Strahlungserzeuger 8 angeordnet, der zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung oder Partikelstrahlung geeignet und bestimmt ist. Mittels dieses Strahlungserzeugers 8 werden die auf der Auftragsebene abgelegten Materialschichten bestrahlt und damit
verfestigt und auch miteinander verbunden. Die Abstrahlrichtung des Strahlungserzeugers 8 kann eingestellt werden. Beispielsweise kann die Ausrichtung der Strahlen des Strahlenerzeugers in der Weise erfolgen, wie das in Figur 3 veranschaulicht ist, indem nämlich selektiv jeweils hinter einer Verteileinrichtung 1,2
Strahlen auf die dort von diesen aufgebrachte Schicht abgestrahlt werden, so dass diese aufgebrachten Schichten zonenweise im Nachlauf der jeweiligen Verteileinrichtung verfestigbar sind und verfestigt werden. Demzufolge wird die von der ersten Verteileinrichtung 1
aufgebrachte Schicht von dem Strahlerzeuger 8 selektiv verfestigt, indem der
Bestrahlungsbereich der Bewegung der
Verteileinrichtung in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 folgt. Hierdurch ist erreicht, dass dann, bevor mit der zweiten Verteileinrichtung 2 Material aufgebracht wird, die darunter befindliche Schicht schon
verfestigt ist. Nachfolgend der zweiten
Verteilungseinrichtung 2 erfolgt wiederum durch Strahlenabgabe des Strahlenerzeugers 8 eine Verfestigung des Materials, welches von der zweiten Verteileinrichtung 2 aufgebracht ist.
Auch diese Strahlenabgabe folgt der Bewegung der Verteileinrichtung 2 in Richtung des
Bewegungspfeiles 12. Entgegen der herkömmlichen Technik erfolgt also nicht ein Aufbringen der Schichten jeweils vollständig nacheinander, sondern es werden mehrere Schichten teilweise gleichzeitig durch die teilweise gleichzeitig über die
Aufgabeebene linear bewegten
Verteileinrichtungen aufgebracht. Die optimale Anzahl von Verteileinrichtungen wird durch die Größe des Objektträgers, die
Materialeigenschaften und die Geschwindigkeit des Strahlerzeugers bestimmt. Die
Herstellungszeit von Objekten wird durch den beschleunigten Schichtaufbau erheblich
verringert .
Die durch Bestrahlung erzeugten
Verfestigungszonen 6,7 sind in Figur 3 gezeigt.
In Figur 4 ist gezeigt, dass dann, wenn die Verteileinrichtungen 1,2, die Trägerbasis 3 in Richtung des Bewegungspfeiles 12 überschritten haben und wenn die Verfestigung der
Teilchenschichten durch selektive
elektromagnetische oder Partikelstrahlung des Strahlungserzeugers 8 abgeschlossen ist, die Trägerbasis 3 durch einen entsprechend
gesteuerten Antrieb 30 nach unten in eine für einen weiteren Materialauftrag geeignete
Position verstellt wird. Die
Verteileinrichtungen können dann ohne weiteres und ohne dass sie angehoben werden müssten, in die Ausgangsposition gemäß Figur 1 und 2 zurückverstellt werden. Der Verfahrensablauf wird solange wiederholt, bis das 3-dimensionale Objekt erzeugt ist.
In den Figuren 5 bis 10 ist eine besonders bevorzugte Vorrichtung gezeigt. Hierbei sind Verteileinrichtungen 1,2,13 an einem Rahmenteil 14 angeordnet. Das Rahmenteil 14 ist in der Draufsicht rechteckig, wobei die Längsrahmenstreben in Richtung parallel zur Auftragsrichtung 17,18 ausgerichtet sind und die Querstreben 15,16 rechtwinklig dazu
ausgerichtet sind. An diesen durch die
Querstreben 15,16 gebildeten Endbereichen weist das Rahmenteil 14 quer zur linearen
Auftragsrichtung 17,18 sich erstreckende leistenartige Verteileinrichtungen 1,2 auf. Im Mittelbereich ist eine weitere Querstrebe vorgesehen, an der eine weitere leistenartige Verteileinrichtung 13 gehalten ist. Die
Verteileinrichtungen 1,2,13 sind voneinander i'n Auftragsrichtung 17,18 ausreichend beabstandet. Das Rahmenteil 14 ist als offenes Rahmenteil ausgebildet. Zwischen seinen Endbereichen 15,16 weist das Rahmenteil eine ebenfalls quer zur Auftragsrichtung 17,18 ausgerichtete
Schwenkachse 19 auf, um die das Rahmenteil begrenzt schwenkbar gehalten ist, so dass es in eine Position schwenkbar ist, wie sie in Figur 6 gezeigt ist und in eine alternative Position, wie sie in Figur 8 gezeigt ist.
Das Rahmenteil 14 ist mittels eines ersten Antriebsmittels 21,21* aus einer Startposition, die in Figur 6 gezeigt ist und in der alle Verteileinrichtungen 1,2,13 räumlich neben der Trägerbasis 3 angeordnet sind, in eine
Zwischenposition verfahrbar, die in Figur 7 gezeigt ist. Hierzu wird das Rahmenteil 14 mittels des Antriebes 21,21 linear in Richtung des Bewegungspfeiles 17 über die Auftragsebene bewegt. In der Zwischenposition gemäß Figur 7 ist das Rahmenteil 14 so ausgerichtet, dass sämtliche Verteileinrichtungen 1,2,13 jenseits der Trägerbasis 3 bzw. der darauf abgelegten Schichten 20 angeordnet ist. Aus dieser Position gemäß Figur 7 ist das
Rahmenteil 14 nach Verschwenkung um die
Schwenkachse 19 im Uhrzeigersinn in die
Position gemäß Figur 8 verstellbar. In der Startposition, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, ist die erste Verteileinrichtung 1 der
Beschichtungsebene am nächsten liegend
angeordnet. Die Verteileinrichtung 13 ist mit schichtdickem Abstand höher als die
Verteileinrichtung 1 angeordnet und die
Verteileinrichtung 2 wiederum ist um
Schichtdickenhöhe gegenüber der
Verteileinrichtung 13 höher positioniert.
In der Zwischenposition wird durch Verschwenken des Rahmenteils 14 in Richtung des Pfeiles 31 eine Ausrichtung erreicht, bei der die
Verteileinrichtung 2 der Beschichtungsebene am nächsten liegt. Die Verteileinrichtung 13 um Schichtdicke höher positioniert ist als die Verteileinrichtung 2 und die Verteileinrichtung 1 wiederum um Schichtdicke höher positioniert ist als die Verteileinrichtung 13. Nach Einstellung der Position gemäß Figur 8 kann wiederum mittels des Antriebes 21,21 λ eine lineare Verschiebung des Rahmenteils 14 entlang des Bewegungspfeiles 18 erfolgen, wobei
wiederum drei Schichten auf der Trägerbasis 3 bzw. auf den darauf befindlichen Schichten 20 aufgebaut und abgelegt werden. Der
Arbeitszyklus ist dann beendet, wenn die
Position gemäß Figur 9 erreicht ist, wenn nämlich sämtliche Verteileinrichtungen 1,2,13 wiederum neben der Trägerbasis positioniert sind. Es erfolgt dann wiederum eine
Verschwenkung des Rahmenteils 14 in Richtung des Bewegungspfeiles 32, so dass sich wiederum die Ausgangsposition gemäß Figur 6 ergibt.
In einem Arbeitszyklus können damit bei der Anordnung von drei Verteileinrichtungen 1,2,13 sechs Schichten auf der Trägerbasis 3 aufgebaut werden .
Durch die lineare Bewegung des Rahmenteiles 14 wird ein homogener Schichtaufbau erreicht und es ergeben sich daraus weitere Vorteile, die in der vorgehenden Beschreibung angegeben sind.
Für die Schwenkbewegung des Rahmenteils 14 ist ein zweites Antriebsmittel 22 vorgesehen, mittels dessen die begrenzte Verschwenkung des Rahmenteils 14 in der dargestellten Art und Weise ermöglicht ist. Des Weiteren ist
vorzugsweise eine elektronische Steuerung 23 vorgesehen, mittels derer das erste
Antriebsmittel 21,21 , das zweite
Antriebsmittel 22 und der oder die Spender 4 bzw. 4 Λ für die Abgabe des Materials betätigbar sind.
Bei den Spendern 4 handelt es sich um zwei Pulverdosiereinrichtungen, die zu geeigneten Zeitpunkten Materialpulver in den Bauraum einbringen, also auf den Boden des Behälters 10 neben der Trägerbasis 3 ablegen. Der in der Zeichnungsfigur 6 rechts dargestellte Spender 4 wird geöffnet, wenn die Stellung gemäß Figur 6 erreicht ist, so dass Pulvermaterial zwischen dem Rahmenteil 14 und der Trägerbasis 3
abgelegt werden kann. Beim Betrieb der
Vorrichtung, insbesondere bei der linearen Bewegung des Rahmenteils 14 aus der Position gemäß Figur 6 in die Position gemäß Figur 7 kann diese Materialmenge durch die
Verteileinrichtungen 1,2,13 verteilt werden und auf der Trägerbasis 3 aufgebaut werden.
In der Position gemäß Figur 8 wird über den linken Spender 4 Material auf die darunter befindliche Bodenfläche des Aufbaubehälters eingebracht, die dann wiederum bei Bewegung des Rahmenteiles 14 entlang des Bewegungspfeiles 18 auf der Trägerbasis zu einem Schichtaufbau benutzt werden. Eine alternative und bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass jeweils Spender 4 im
Bereich einer jeden Verteileinrichtung 1,2,13 angeordnet sind. Diese Spender sind so
ausgestaltet, dass sie bei der Bewegung des
Rahmenteils 14 aus der Startposition gemäß Figur 6 in die Zwischenposition gemäß Figur 7 jeweils in Richtung des Bewegungspfeiles 17 vor den Verteileinrichtungen 1,2,13 Material aufgeben, welches durch die
Verteileinrichtungen auf der Trägerbasis 3 verteilt wird. Bei dem alternativen
Bewegungsablauf gemäß Darstellungen in Figur 8 und Figur 9 wird mittels der Spender 4 Λ
ebenfalls wiederum vor den Verteileinrichtungen
1,2,13 Material auf die Bodenfläche des
Aufnahmebehälters abgegeben, welches dann durch die Verteileinrichtungen 2,13,1 zum Zwecke des Schichtausbaus auf der Trägerbasis 3 bzw. den darauf befindlichen Schichten 20 abgelegt wird.
Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum oberhalb der durch die Trägerbasis 3 und der im Boden des Aufbaubehälters befindlichen
Bauplattform ein Strahlungserzeuger 8
angeordnet, mittels dessen die abgelegten
Schichten sukzessive verfestigt werden können. Durch die offene Bauform des Rahmenteils 14 ist eine Bestrahlung der jeweiligen Schicht
unmittelbar nach deren Aufbringung auf der
Unterschicht ermöglicht, so dass die folgenden Schichten jeweils auf schon verfestigte
Schichten aufgebracht werden.
Das zur Verstellung des Rahmenteils 14 dienende zweite Antriebsmittel 22 ist ein
Schwenkantrieb, der eine begrenzte Bewegung des Rahmenteils 14 um die Schwenkachse 19
ermöglicht . Durch die elektronische Steuerung 23, die mit den Spendern 4 bzw. 4 gekoppelt ist, ist eine entsprechende Öffnung der Spender zum Zwecke der Materialabgabe und ein Schließen der
Spender zum Verhindern einer weiteren
Materialabgabe in einfacher Weise realisierbar.
Beispielsweise können die Spender 4 bzw. 4 1 bodenseitig Schließbleche oder dergleichen aufweisen, die in die Öffnungsstellung oder Schließstellung verstellbar sind, wobei die Verstellung mittels der elektronischen
Steuerung 23 ausgelöst wird.
Vorzugsweise ist jede Verteileinrichtung 1,2,13 mit einer regelbaren Heizeinrichtung 24, vorzugsweise in Form eines elektrischen
Infrarot- oder Widerstandsheizelementes
ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, das von den Spendern 4 1 abgegebene Material jeweils unmittelbar aufzuwärmen, so dass das Material aufgewärmt auf die Trägerbasis bzw. die darauf befindlichen Pulverschichten 20 aufgetragen werden kann. Dies erhöht die Genauigkeit des Aufbauvorgangs vorteilhaft.
Auch die Heizeinrichtungen 24 sind vorzugsweise mit der elektronischen Steuerung 23 gekoppelt.
Die Erfindung ist nicht auf das
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder
Zeichnung offenbarten Einzel- und
Kombinationsmerkmale ' werden als.
erfindungswesentlich angesehen.
Bezugszeichenl
1 Verteileinrichtung
2 Verteileinrichtung
3 Trägerbasis
4 Spender
4 1 Spender
5 Dosiervorrichtung
6 Verfestigungszone
7 Verfestigungszone
8 Strahlungserzeuger
9 Schlitz
10 Aufbaubehälter
11 Bewegungspfeil
12 Bewegungspfeil
13 Verteileinrichtung
14 Rahmenteil
15 Endbereich von 14
16 Endbereich von 14
17 Auftragsrichtung
16 Auftragsriehtung
19 Schwenkachse
20 Schichten
21 erstes Antriebsmittel 21 1
22 zweites Antriebsmittel
23 elektronische Steuerung
24 Heizeinrichtung
25 Antrieb
26 Antrieb
27 Auffanggefäß
28 Abstreifexnrichtung
29 Abstreifeinrichtung Antrieb
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