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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING THREE-DIMENSIONAL COMPONENTS BY SELECTIVE SOLIDIFICATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/173839
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for producing three-dimensional components (12) by selective solidification from build-up material which is applied layer by layer, in which method a construction cylinder (22), in which one or more substrate plates (17, 41) are stacked one above the other, is provided in a process chamber (16); the build-up material is applied in the process chamber (16) to the uppermost substrate plate (17) by an application device (30); at least one beam (25) is generated by a beam source (15) and is directed by at least one beam guiding element (18) onto the applied layer of the build-up material for solidification of the build-up material; the application device (30) is moved along a working plane (20) within the process chamber (16) at least along the construction cylinder (22) and at least one collecting chamber (19), arranged adjacently thereto, for non-consolidated build-up material; after completion of the at least one component (12), the substrate plate (17) is extended relative to the construction cylinder (22) so that a lower face of the substrate plate (17) lies in the working plane (20), wherein the substrate plate (17) which is extended out of the construction cylinder (22) is transferred, together with the at least one component (12) located thereon, by the application device (30) from the construction cylinder into the adjacent collecting chamber (19) or into a magazine.

Inventors:
MARGOLF ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/054687
Publication Date:
September 03, 2020
Filing Date:
February 21, 2020
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER & SYSTEMTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
B22F3/105; B29C64/153; B33Y10/00; B33Y30/00
Foreign References:
DE102011075748A12012-11-15
US20160311027A12016-10-27
US20180222117A12018-08-09
EP2289652A12011-03-02
EP2507037A22012-10-10
DE102011075748A12012-11-15
Attorney, Agent or Firm:
TRUMPF PATENTABTEILUNG (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen (12) durch selektives Verfestigen aus schichtweise aufgebrachtem Auf baumaterial, bei dem in einer Prozesskammer (16) ein Bauzylinder (22) vorgesehen ist, in welchem ein oder mehrere Substratplatten (17, 41) übereinanderliegend gestapelt sind, bei dem in der Prozesskammer (16) auf die oberste Substrat platte (17) das Aufbaumaterial mit einer Auftragsvorrichtung (30) aufgebracht wird, bei dem mit einer Strahlquelle (15) zumindest ein Strahl (25) erzeugt und mit zumindest einem Strahlführungselement (18) auf die aufgebrachte Schicht des Aufbaumaterials zum Verfes tigen des Aufbaumaterials gerichtet wird, bei dem die Auftragsvorrichtung (30) entlang einer Arbeits ebene (20) innerhalb der Prozesskammer (16) zumindest ent lang des Bauzylinders (22) und zumindest einer benachbart dazu angeordneten Auffangkammer (19) für nicht verfestigtes Aufbaumaterial verfahren wird, bei dem nach dem Fertigstellen des zumindest einen Bauteils (12) die Substratplatte (17) gegenüber dem Bauzylinder (22) ausgefahren wird, sodass eine Unterseite der Substratplatte (17) in der Arbeitsebene (20) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Bauzylinder (22) ausgefahrene Substrat platte (17) mit dem zumindest einen sich darauf befindenden Bauteil (12) durch die Auftragsvorrichtung (30) von dem Bauzylinder (22) in die benachbarte Auffangkammer (19) oder in ein Magazin übergeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver fahrbewegung der Auftragsvorrichtung (30) mit einer Kraft ange trieben wird, welche größer als eine Haltekraft einer lösbaren Hal teeinrichtung (42) zwischen zwei übereinander gestapelten Sub stratplatten (17, 41) im Bauzylinder (22) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auftragsvorrichtung (30) zumindest ein Führungselement (51) vorgesehen ist, welches an der Substratplatte (17, 41) an greift und die Substratplatte (17, 41) durch das zumindest eine Führungselement (51) entlang der Verfahrrichtung der Auftragsvor richtung (30) geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass auf die Substratplatte (17, 41) benachbart zum zumindest einen darauf aufgebauten Bauteil (12) zumindest ein Stützelement (48) aufgebaut wird, welches oder welche die Höhe des höchsten Bauteils (12) aufweist oder höher aufgebaut werden, so dass die in die Auffangkammer (19) übergeführten Substratplat ten (17, 41) durch das oder die Stützelemente (48) übereinander liegend gestapelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass vor dem Überführen der Substratplatte (17, 41) mit dem zumindest einen fertiggestellten dreidimensionalen Bauteil (12) in ein Magazin Überfahrelemente in der Auffangkammer (19) positioniert werden.

6. Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen (12) durch selektives Verfestigen aus schichtweise aufgebrachtem Auf baumaterial, - mit einer Prozesskammer (16), - mit einem einer Arbeitsebene (20) in der Prozesskammer (16) zugeordneten Bauzylinder (22), in welchem eine oder mehrere Substratplatten (17, 41) zur Arbeitsebene (20) verfahrbar sind,

- mit einer Auftragsvorrichtung (30), welche entlang der

Arbeitsebene (20) verfahrbar ist und Aufbaumaterial auf die Substratplatte (17, 41) im Bauzylinder (22) aufbringt und nicht verfestigtes Aufbaumaterial in zumindest eine benachbart dazu angeordnete Auffangkammer (19) über führt,

- mit einer Strahlquelle (15), welche einen Strahl (25) erzeugt, der mit zumindest einem Strahlführungselement (18) auf die aufgebrachte Schicht gerichtet ist, wobei nach dem Fertigstellen des zumindest einen Bauteils (12) auf der Substratplatte (17, 41) diese gegenüber dem Bauzylinder (22) verfahrbar ist, so dass eine Unterseite der obersten Substratplatte (17, 41) in der Arbeitsebene (20) liegt, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Auftragsvorrichtung (30) zu einem Substratplatten transport ansteuerbar ist, durch welche die oberste aus dem Bauzylinder (22) herausgeführte Substratplatte (17, 41) in die Auffangkammer (19) oder in ein Magazin verschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (30) zumindest ein Führungselement (51) auf weist, durch welches die Substratplatte (17, 41) während der Ver schiebebewegung entlang der Arbeitsebene (20) geführt ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Führungselement (51) durch zwei zueinander beab- standete Vorsprünge oder einen Anschlag mit einer konkaven Ver tiefung ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Führungselement (51) aus einem elastischen Material hergestellt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen zwei Substratplatten (17, 41) eine lösbare Haltevorrichtung (42) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Haltevorrichtung (42) durch ein Nullpunkt-Spannsystem oder durch mehrere Vorsprünge (45) an der einen Stirnseite der Substratplatte (17) und korrespondierende Vertiefungen (46) an der gegenüberliegenden Substratplatte (41) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Über fahrelemente, insbesondere stabförmige Überfahrelemente, in die Auffangkammer (19) einsetzbar sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass einer in der Arbeitsebene (20) liegenden Öffnung (27) der Auffangkammer (19) eine Einführvorrichtung (55) zuge ordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführvorrichtung (55) Führungsarme (56) aufweist, welche sich teilweise entlang der Öffnung (27) der Auffangkammer (19) erstre cken, wobei die Führungsarme (56) im Einführbereich zur Öffnung (27) der Auffangkammer (19) Auflageflächen (61) aufweist, welche die Substratplatte (17, 41) über der Öffnung (27) aufnehmen. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrrichtung der Auftragsvorrichtung (30) den Auflageflä chen (57) nachfolgend an den Führungsarmen (56) Spreizab schnitte (59) vorgesehen sind, welche durch eine Verschiebebewe gung der Substratplatte (17, 41) aufspreizbar sind, so dass die Substratplatte (17, 41) von den Auflageflächen (57) freikommt und in die Auffangkammer (19) fällt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Aufpralldämpfungsvorrichtung (61) in die Auf fangkammer (19) einsetzbar oder an der Mantelfläche der Auffang kammer (19) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufpralldämpfungsvorrichtung (61) entlang der Höhe der Auffang kammer (19) mehrere Dämpfungselemente (64) aufweist, durch welche eine Fallbewegung der Substratplatte (17, 41) in die Auf fangkammer (19) gebremst ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen aus schicht weise aufgebrachtem Aufbaumaterial.

Aus der DE 10 2011 075 748 Al ist eine solche Vorrichtung zur Herstel lung von dreidimensionalen Bauteilen bekannt. Diese Vorrichtung um fasst eine Prozesskammer innerhalb der einer Arbeitsebene der Prozess kammer zugeordnet ein Bauzylinder vorgesehen ist. In dem Bauzylinder können mehrere Substratplatten verfahrbar aufgenommen werden.

Diese Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Auftragsvorrichtung, wel che entlang der Arbeitsebene verfahrbar ist und Aufbaumaterial zum se lektiven Verfestigen mittels eines Strahls auf die Substratplatte im Bauzylinder aufbringt. Zusätzlich zur Auftragsvorrichtung ist eine Pulver- absaugeinrichtung mit einer Absaughaube vorgesehen, um nicht verfes tigtes Aufbaumaterial nach der Fertigstellung des dreidimensionalen Bauteiles abzusaugen. Darauffolgend wird die oberste Substratplatte zur Arbeitsebene derart verfahren, dass eine Unterseite der obersten Sub stratplatte bündig zur Arbeitsebene liegt. Die oberste Substratplatte mit dem fertig gestellten Bauteil wird mit dieser Pulverabsaugeinrichtung in eine Zwischenlagerungsfläche oder alternativ in eine Schleuse hineinge schoben, die dem Prozessraum benachbart ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren sowie eine kostengünstige Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensio nalen Bauteilen mit einer hohen Auslastung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensi onalen Bauteilen durch selektives Verfestigen aus schichtweise aufge brachten Aufbaumaterialien gelöst, bei dem die oberste, der im Bauzy linder befindlichen Substratplatte mit dem zumindest einen sich darauf befindenden, fertig gestellten Bauteil, durch die Auftragsvorrichtung von dem Bauzylinder in eine benachbarte Auffangkammer oder in ein Maga zin übergeführt wird. Durch die Auftragsvorrichtung wird nicht verfestig tes Aufbaumaterial in den Bauzylinder eingetragen, um darauffolgend die aufgebrachte Schicht des Aufbaumaterials durch zumindest einen Strahl einer Strahlquelle zu verfestigen. Diese Auftragsvorrichtung wird gleichzeitig auch dafür verwendet, um die oberste Substratplatte von mehrerer im Bauzylinder angeordneter Substratplatten in die benach barte Auffangkammer oder in das Magazin überzuführen. Darauffolgend können ohne Stillstandszeit der Vorrichtung auf der weiteren sich im Bauzylinder befindlichen Substratplatte weitere dreidimensionale Bau teile hergestellt werden. Durch dieses Verfahren ist ermöglicht, dass mehrere Substratplatten aufeinanderfolgend zum Herstellen von dreidi mensionalen Bauteilen genutzt werden können, wobei durch den Einsatz der Auftragsvorrichtung zum Abtransport von Substratplatten mit fertig gestellten Bauteilen kurze Zykluszeiten möglich werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verfahrbewegung der Auftragsvor richtung mit einer Kraft angetrieben wird, welche größer als eine Halte kraft einer lösbaren Halteeinrichtung zwischen zwei benachbarten Sub stratplatten ist. Die zueinander benachbarten, bzw. übereinander gesta pelten Substratplatten sind mittels der lösbaren Halteeinrichtung zuei nander vorfixiert, so dass eine relative Verdrehung und eine Verschiebe bewegung mit einer geringen Kraft zueinander verhindert wird. Die Ver fahrbewegung der Auftragsvorrichtung wird jedoch mit einer solchen Kraft angesteuert, dass die Halteeinrichtung zum Verschieben der obers ten Substratplatte in die Auffangkammer oder in das Magazin nach dem Angreifen der Auftragsvorrichtung an der obersten Substratplatte von der darunterliegenden Substratplatte gelöst wird.

Bevorzugt ist an der Auftragsvorrichtung zumindest ein Führungsele ment vorgesehen, durch welches die Substratplatte während einer Ver fahrbewegung von dem Bauzylinder in die Auffangkammer oder in das Magazin geführt wird.

Durch dieses zumindest eine Führungselement kann die Prozesssicher heit erhöht werden. Ein definiertes Überführen der Substratplatte in die Auffangkammer oder ein Magazin kann sichergestellt werden.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass vor dem Überführen der Substratplatte mit dem zumindest einen fertig gestellten dreidimensio nalen Bauteil in ein Magazin Überfahrelemente in die Aufbaukammer po sitioniert werden. Dies ermöglicht, dass ein bisheriger konstruktiver Auf bau der Prozesskammer beibehalten werden kann und ein sicheres Über fahren der Auffangkammer zum Überführen der Substratplatte in das außerhalb der Auffangkammer liegende Magazin ermöglicht wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen aus schichtweise aufgebrachtem Aufbaumaterial gelöst, bei welcher die Auftragsvorrichtung zu einem Substratplatten transport ansteuerbar ist, durch welche die oberste aus dem Bauzylinder herausgeführte Substratplatte in der Auffangkammer oder einem Maga zin verschiebbar ist.

Während dem Substratplattentransport von dem Bauzylinder in die Auf fangkammer oder das Magazin ist die Ausgabe von Aufbaumaterial ge stoppt. Die Verfahrbewegung der Auftragsvorrichtung entlang der Ar beitsebene dient dem Abführen der obersten Substratplatte mit darauf hergestellten Bauteilen, so dass die darauffolgende Substratplatte in dem Bauzylinder zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch selektives Verfestigen aus schichtweise aufgebrachtem Aufbaumaterial im Bauzylinder bereitgestellt ist. Dadurch kann eine Reduktion der Teile kosten zum Aufbau der Vorrichtung erzielt werden, zudem kann die Vor richtung ohne Maschinenbediener und ohne Zwischenstopp vor dem nächsten Herstellungsschritt betrieben werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass auf der Substratplatte, auf welcher das oder die Bauteile aufgebaut werden, zu sätzlich zumindest ein Stützelement aufgebaut wird, welches oder wel che die Höhe des höchsten Bauteils aufweist oder höher aufgebaut wer den, so dass die in die Auffangkammer übergeführten und gestapelten Substratplatten durch die Stützelemente übereinandergestapelt werden können. Dies ermöglicht einen Schutz der Bauteile vor Beschädigungen durch die in die Auffangkammer übergeführte Substratplatte beim Her unterfallen auf die zuletzt in die Auffangkammer eingebrachte Substrat platte mit Bauteilen.

Vorteilhafterweise ist an der Auftragsvorrichtung zumindest ein Füh rungselement vorgesehen, durch welches die Substratplatte während ei ner Verschiebebewegung entlang einer Arbeitsebene geführt ist. Dieses Führungselement ist vorzugsweise an einer Seitenwand der Auftragsvor richtung vorgesehen, welches bei einer Verfahrbewegung der Auftrags vorrichtung vorauseilt und an der Substratplatte angreift. Das zusätzli che Anbringen des zumindest einen Führungselementes ist eine kosten günstige Maßnahme im Vergleich zur Anordnung einer separaten Sub stratplattentransporteinrichtung. Das an der Auftragsvorrichtung angeordnete Führungselement besteht bevorzugt aus zwei zueinander beabstandeten Vorsprüngen oder aus ei nem Anschlag mit einer konkaven Vertiefung. Das Führungselement ist derart ausgebildet, dass die Substratplatte während der Verfahrbewe gung der Auftragsvorrichtung entlang deren Verfahrachse verfahren wird.

Bevorzugt ist das zumindest eine Führungselement aus einem elasti schen Material, insbesondere aus Kunststoff hergestellt. Dadurch kann gleichzeitig eine Dämpfung beim Angreifen des Führungselementes an der Substratplatte erfolgen.

Bevorzugt ist zwischen zwei benachbarten Substratplatten, die in dem Bauzylinder bevorratet sind, zumindest eine lösbare Haltevorrichtung vorgesehen. Diese lösbare Haltevorrichtung ermöglicht eine Sicherung gegen Verdrehen und / oder Verschieben der obersten Substratplatte zur darunterliegenden Substratplatte. Dadurch kann eine hohe Maßhaltigkeit beim Aufbau der dreidimensionalen Bauteile erzielt werden. Die Halte vorrichtung ist bevorzugt mit einer Lösekraft eingestellt, dass beim An greifen der Auftragsvorrichtung an der obersten und aus dem Bauzylin der herausgeführten Substratplatte eine Verschiebebewegung gegenüber der darunterliegenden Substratplatte entlang der Arbeitsebene ermög licht ist.

Die restlichen Substratplatten, die sich in dem Bauzylinder befinden, können zusätzlich zur lösbaren Haltevorrichtung durch Aufbaumaterial gegen Verschieben gesichert sein, welches sich im Bauzylinder zwischen den Substratplatten und der Mantelfläche des Bauzylinders befindet.

Vorteilhafterweise ist die lösbare Haltevorrichtung durch ein Nullpunkt- Bandsystem ausgebildet. Alternativ können auch mehrere Vorsprünge an der einen Substratplatte vorgesehen sein, die in korrespondierende Ver tiefungen der gegenüberliegenden Substratplatte eingreifen. In diesem Fall können beispielsweise Kugeln, Stifte, oder ausgeprägte Geometrien in korrespondierende Vertiefungen eingreifen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass einer in der Arbeitsebene der Prozess kammer liegenden Öffnung der Auffangkammer eine Einführvorrichtung zugeordnet ist. Diese Einführvorrichtung weist den Vorteil auf, dass beim Überführen der Substratplatte mit dem zumindest einen fertiggestellten Bauteil durch die Auftragsvorrichtung eine horizontale Verschiebebewe gung entlang der Arbeitsebene vollständig über die Öffnung der Auffang kammer erfolgen kann, so dass darauffolgend die Substratplatte in einer horizontalen Ausrichtung nach unten in die Auffangkammer fallen kann. Durch diese Einführvorrichtung wird ein vorzeitiges Abkippen der Sub stratplatte in die Auffangkammer und eine ggfs darauffolgende Beschä digung der Bauteile verhindert.

Die Einführvorrichtung weist bevorzugt Führungsarme auf, welche sich teilweise entlang der Öffnung der Auffangkammer erstrecken, wobei je weils ein freies Ende der Führungsarme entgegen der Verfahrrichtung ausgerichtet ist und die Substratplatte zwischen die Führungsarme ver fahrbar ist, um diese zeitweise oberhalb der Auffangkammer aufzuneh men. Diese Führungsarme weisen einen Einführbereich vor der Öffnung der Auffangkammer auf, an den sich Auflageflächen an den Führungsar men anschließen. Dadurch kann eine Stützwirkung für die Substratplatte beim Überführen der Substratplatte in eine Position oberhalb der Öff nung der Auffangkammer ermöglichen.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungsarme der Ein führvorrichtung entgegengesetzt zur Einführöffnung Spreizabschnitte aufweisen. Dadurch wird ermöglicht, dass beim Positionieren der Sub stratplatte oberhalb der Öffnung der Auffangkammer die Auflageflächen der Führungsarme nach außen gespreizt werden, so dass die Substrat platte unmittelbar nach unten in die Auffangkammer fallen kann.

Zur Reduzierung der Fallgeschwindigkeit der Substratplatte in die Auf fangkammer ist bevorzugt eine Aufpralldämpfungsvorrichtung vorgese hen. Diese Aufpralldämpfungsvorrichtung kann in die Auffangkammer einsetzbar oder an der Mantelfläche der Auffangkammer vorgesehen sein. Diese Aufpralldämpfungsvorrichtung kann entlang der Höhe der Auffang kammer mehrere Dämpfungselemente aufweisen, durch welche die Fall bewegung in die Auffangkammer gebremst ist. Beispielsweise können entlang einer in vertikaler Richtung sich erstreckende Leisten jeweils mehrere Dämpfungslaschen ausgebildet sein, welche in Richtung auf den Innenraum der Auffangkammer ausgerichtet sein. Vorzugsweise sind mehrere solche Leisten mit Dämpfungslaschen über den Umfang verteilt in der Auffangkammer für eine Dämpfung der Fallgeschwindigkeit der Substratplatte vorgesehen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter bildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnun gen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Be schreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungs gemäß angewandt werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen,

Figur 2 eine schematische Ansicht eines ersten Schritts zum

Abtransport einer Substratplatte mit fertiggestellten Bauteilen,

Figur 3 eine schematische Ansicht eines weiteren Arbeits schrittes zum Abtransport der Substratplatte mit fertig gestellten Bauteilen,

Figur 4 eine schematische Schnittansicht von zwei

übereinander gestapelten Substratplatten mit einer lösbaren Haltevorrichtung. Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Bauzylinders mit mehreren Substratplatten während der Herstel lung von zumindest einem Bauteil,

Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Substratplatte mit zumindest einem Bauteil und aufgebauten Stützele menten,

Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Auftragsvorrichtung mit einem Führungselement,

Figur 8 eine perspektivische Ansicht der Auftragsvorrich tung mit einem alternativen Führungselement zu Figur 7,

Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer Einführvorrichtung zum Überführen der Substratplatte von einer Ar beitsebene in eine Auffangkammer, und

Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines Aufpralldämpfers für Substratplatten.

In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 11 in den Bauteilen 12 durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufge brachten Aufbaumaterials dargestellt. Diese Vorrichtungen 11 werden auch als 3D-Drucksysteme, selektive Lasersintermaschinen, selektive Laserschmelzmaschinen, oder dergleichen bezeichnet. Diese Vorrichtung 11 umfasst ein Gehäuse 14, indem eine Prozesskammer 16 vorgesehen ist. Diese Prozesskammer 16 ist nach außen hin geschlossen und kann beispielweise über eine nicht näher dargestellte Tür oder über einen Si cherheitsverschluss zugänglich sein. In der Prozesskammer 16 ist ein Bauzylinder 22 einer Arbeitsebene 20 zugeordnet. In diesem Bauzylinder 22 sind mehrere übereinander gestapelte Substratplatten 17, 41 vorge sehen. Diese Substratplatten 17, 41 können in Z-Richtung relativ zur Ar beitsebene 20 verfahren werden. Benachbart zum Bauzylinder 22 sind beispielsweise ein oder zwei Auf fangkammern 19 vorgesehen, in welchen nicht benötigtes oder nicht verfestigtes Aufbaumaterial gesammelt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass auf einer Seite des Bauzylinders 22 ein Vorratsbehälter 21 zur Aufnahme und Ausgabe eines Aufbaumaterials 23 vorgesehen ist. Das Aufbaumaterial wird durch eine Auftragsvorrichtung 30 von dem Vorrats behälter 21 dem Bauzylinder 22 zugeführt. Die Auftragsvorrichtung 30 weist des Weiteren eine Bürstenleiste, einen Abstreifer oder dergleichen auf, um nicht benötigtes oder nicht verfestigtes Aufbaumaterial in die Auffangkammer 19 überzuführen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass beidseitig zum Bauzylinder 22 Aufbaukammern 19 vorgesehen sind und das Aufbaumaterial 23 unmittelbar durch die Auftragsvorrichtung 30 von oben auf die Substratplatte 17 ausgegeben wird.

Das Aufbaumaterial besteht bevorzugt aus einem Metall- oder einem Ke ramikpulver. Auch andere für das Laserschmelzen oder das Lasersintern geeignete Werkstoffe können eingesetzt werden.

Oberhalb dem Bauzylinder 22 ist an dem Gehäuse 14 eine Strahlquelle 15 vorgesehen, wie beispielsweise eine Laserquelle. Diese Strahlquelle 15 gibt einen Strahl 25 aus, der über zumindest ein Strahlführungsele ment 18 auf die Arbeitsebene 20, insbesondere auf die Substratplatte 17 umgelenkt wird.

Das Strahlführungselement 18 kann zumindest einen ansteuerbaren Spiegel, insbesondere in Form eines Scanners umfassen. Zusätzlich kön nen auch weitere optische Elemente zur Fokussierung des Strahles vor gesehen sein.

Die Prozesskammer 16 ist hermetisch abgeriegelt. Diese wird für die Herstellung des dreidimensionalen Bauteils 12 mit Schutzgas oder einem Inertgas gefüllt, um beim Aufschmelzen des Aufbaumaterials eine Oxida tion zu vermeiden. Zum Zu- und Abführen des Schutzgases ist ein Schutzgassystem 31 vor gesehen. Dieses weist zumindest eine Einströmdüse 33 und eine Aus- strömdüse 34 im Gehäuse 14 auf.

Nach dem Herstellen des dreidimensionalen Bauteils 12 wird die Auf tragsvorrichtung 30 in eine Position benachbart zum Bauzylinder 22 po sitioniert. Darauffolgend wird die oberste Substratplatte 17 in dem Bauzylinder 22 in Z-Richtung verfahren, so dass eine Unterseite der obersten Substratplatte 17 in der Arbeitsebene 20 liegt.

In Figur 2 ist eine solche Position der obersten Substratplatte 17 zur Ar beitsebene 20 vor dem Beginn eines Abtransports dargestellt. Ausge hend hiervon wird eine Verfahrbewegung der Auftragsvorrichtung 30 an gesteuert, welche in X-Richtung verfahren wird. Eine Stirnseite der Auf tragsvorrichtung 30 greift an der Substratplatte 17 an. Durch die weitere Ansteuerung der Verfahrbewegung der Auftragsvorrichtung 30 in X-Rich- tung wird die Haltevorrichtung 42 zwischen der obersten Substratplatte 17 und der darunterliegenden Substratplatte 41 gelöst. Eine Verfahrbe wegung der Substratplatte 17 in X-Richtung wird eingeleitet. Die Sub stratplatte 17 wird durch die Auftragsvorrichtung 30 in die Auffangkam mern 19 verfahren.

Die Figur 3 zeigt einen weiteren Arbeitsschritt für den Abtransport der obersten Substratplatte 17 mit zunächst einem darauf sich befindenden, fertiggestellten Bauteil 12. Dabei ist die Auftragsvorrichtung 30 derart verfahren, dass die Substratplatte 17 mit dem zumindest einen fertigge stellten Bauteil 12 in die Auffangkammern 19 übergeführt ist. Darauffol gend wird die Auftragsvorrichtung 30 in entgegengesetzter Richtung ver fahren. Die zur Arbeitsebene 20 weisende Substratplatte 41 ist für den nächsten Herstellungsprozess von zumindest einem dreidimensionalen Bauteil 12 bereitgestellt. Darauffolgend wird die Auftragsvorrichtung 30 in X-Richtung zum Aufbringen von Aufbaumaterial auf die Substratplatte 41 verfahren. Anschließend kann die Auftragsvorrichtung 30 das über schüssige Aufbaumaterial, das auf der Substratplatte 41 zurückbleibt, in die Auffangkammern 19 schieben. Somit kann ohne Stillstandszeit der Vorrichtung 11 ein aufeinanderfolgendes Herstellen von dreidimensiona len Bauteilen 12 auf den Substratplatten 17, 41 erfolgen.

Alternativ zu dem Überführen der Substratplatte 17 mit den darauf fertig gestellten Bauteilen 12 in die Auffang kammern 19 kann vorgesehen sein, dass diese Substratplatte 17 in ein nicht näher dargestelltes Maga zin übergeführt wird. Ein solches Magazin kann als ein Schiebemagazin, Drehmagazin oder ein Paternoster ausgebildet sein. Ein solches Magazin ist bevorzugt in der Verfahrrichtung, also X-Richtung der Auftragsein richtung 30 positioniert. Dieses Magazin kann in X-Richtung gesehen, benachbart zur Auffangkammer 19, insbesondere rechts von der Auf fangkammer 19 vorgesehen sein. Zum Überfahren der Auffangkammern 19 können bevorzugt Überfahrelemente in die Auffangkammern 19 ein gesetzt werden, so dass die Substratplatte 17, 41 in das benachbarte Magazin überführbar ist. Solche Überfahrelemente können als Rundstäbe ausgebildet sein.

In Figur 4 ist eine schematische Schnittansicht von zwei übereinanderlie genden Substratplatten 17, 41 dargestellt. Diese sind durch eine lösbare Haltevorrichtung 42 miteinander verbunden. Diese lösbare Haltevorrich tung 42 dient dazu, die beiden Substratplatten 17, 41 gegen Verdrehen und / oder eine Verschiebebewegung mit geringen Kräften zu sichern.

Die unterste der gestapelten Substratplatten 17, 41 im Bauzylinder ist analog zu einer lösbaren Haltevorrichtung 42 an einer Aufbauplattform fixiert, an welcher bevorzugt ein Hubzylinder zur Auf- und Abbewegung der Aufbau Plattform in den Bauzylinder 22, angesteuert ist.

Die lösbare Haltevorrichtung 42 kann gemäß einer ersten Ausführungs form als Vorsprung 45, insbesondere aus Kugeln oder Stiften ausgebildet sein, die gegenüber einer Unterseite der Substratplatte 17 hervorstehen und in eine korrespondierende Vertiefung 46 an der gegenüberliegenden Substratplatte 41 eingreifen. Auch eine Vertauschung der Anordnung ist möglich. Durch diese Anordnung kann eine relative Verdrehung der Sub stratplatten 17, 41 zueinander verhindert sein. Zudem kann ein einfa ches Verschieben der Substratplatten 17, 41 gegeneinander verhindert sein. In Abhängigkeit des Ineinandergreifens der Elemente der lösbaren Haltevorrichtung 42 kann eine Lösekraft eingestellt werden. Auch kann dies in Abhängigkeit der jeweiligen Geometrie des Vorsprungs 45 und / oder der Vertiefung 46 sein.

Alternativ können auch Federkugelstifte, bzw. federgelagerte Kugeln vorgesehen sein. Auch kann die lösbare Haltevorrichtung 42 als ein Null punkt-Bandsystem ausgebildet sein.

In Figur 5 ist eine schematische Schnittansicht des Bauzylinders 22 mit mehreren auf einer Aufbau Plattform 24 gestapelten Substratplatten 17, 41 vorgesehen. Die Aufbau Plattform 24 ist über einen nicht näher darge stellten Arbeitszylinder innerhalb des Bauzylinders 22 auf und ab beweg bar.

Die Substratplatten 17, 41 sind im Durchmesser geringer als eine Man telfläche des Bauzylinders 22 ausgebildet. Das Aufbaumaterial 23 kann in einen Zwischenraum zwischen den Substratplatten 17, 41 und der Mantelfläche des Bauzylinders 22 gelangen. Dadurch kann eine zusätzli che Sicherung gegen Verschieben der Substratplatten 17, 41 gegenei nander innerhalb des Bauzylinders 22 erfolgen.

In Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Substratplatte 17, 41 mit zumindest einem darauf aufgebauten Bauteil 12 dargestellt, bei wel chem zusätzlich zumindest ein Stützelement 48 vorgesehen ist. Dieses Stützelement 48 ist in der Höhe gleich oder vorzugsweise höher als das höchste auf der Substratplatte 17, 41 aufgebaute Bauteil 12. Bevorzugt können mehrere Stützelemente 48 vorgesehen sein. Diese können säu lenförmig oder, wie in Figur 6 dargestellt, auch als Wandelemente aus gebildet sein. Diese Stützelemente 48 haben eine Schutzfunktion. Beim Überführen der Substratplatte 17, 41 aus dem Bauzylinder 22 in die Auf fangkammer 19 werden die Substratplatten 17, 41 übereinandergesta- pelt. Das zumindest eine Stützelement 48 hält die darüber liegende Sub stratplatte 17, 41 auf Abstand zur darunterliegenden Substratplatte 17, 41, auf der das zumindest eine Stützelement 48 aufgebaut ist, so dass die darauf aufgebauten Bauteile 12 nicht beschädigt werden.

Bevorzugt können die Stützelemente 48 als äußere Schutzwände seg mentförmig ausgebildet sein.

In Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht der Auftragsvorrichtung 30 dargestellt. An einer Stirnseite der Auftragsvorrichtung 30 ist zumindest ein Führungselement 51 vorgesehen. Dieses Führungselement 51 greift außerhalb einer Mittelachse an der Substratplatte 17, 41 an und ermög licht eine geradlinige Verschiebebewegung entlang der X-Achse. Dadurch kann die Substratplatte 17, 41 gesichert in die Auffangkammern 19 oder das Magazin übergeführt werden. Beispielsweise sind gemäß Figur 2 Vorsprünge als Führungselemente 51 vorgesehen. Diese können aus einem elastischen Material ausgebildet sein, so dass diese zusätzlich als eine Art Pufferelement dienen.

In Figur 8 ist eine alternative Ausführungsform des zumindest einen Führungselementes 51 zu Figur 5 dargestellt. Dieses Führungselement 51 kann beispielsweise eine konkave Vertiefung aufweisen, um an einen Außenumfang der Substratplatte 17, 41 anzugreifen.

In Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht auf eine in der Arbeitsebene 20 liegende Öffnung 27 der Auffangkammer 19 dargestellt. Dieser Öff nung 27 der Auffangkammer 19 ist eine Einführvorrichtung 55 zugeord net. Diese Einführvorrichtung 55 umfasst bvorzugt zwei Führungsarme 56, welche sich entgegen der Verfahrrichtung erstrecken, durch welche die Substratplatte 17, 41 von dem Bauzylinder 22 in die Auffangkammer 19 verfahren wird. Die Führungsarme 33 weisen im Einführbereich der Einführvorrichtung 55 Auflageflächen 57 auf, die aufeinander zugerichtet sind. Im Einführbereich der Einführvorrichtung 55 sind die Führungsarme 56 derart zueinander beabstandet, dass eine Substratplatte 17, 41 zwi schen die Führungsarme 56 verfahrbar ist oder die Führungsarme 56 durch die Substratplatte 17, 41 aufgeweitet werden. Beim Überführen der Substratplatte 17, 41 in die Einführvorrichtung untergreifen die Auf lagefläche 57 die Substratplatte 17, 41, so dass diese oberhalb der Öff nung 27 horizontal ausgerichtet positionierbar ist. Die Führungsarme 56 liegen vorzugsweise mit geringer Spannung an einem Außenumfang der Substratplatte 17 an. Kurz bevor die Substratplatte 17, 41 vollständig über der Öffnung 27 der Auffangkammer 19 positioniert ist, werden Spreizabschnitte 79 an den Führungsarmen 56 durch einen Außenum fang der Substratplatte 17, 41 betätigt. Die Führungsarme 56 werden aufgeweitet. Die Auflageflächen 57 der Führungsarme 56 geben die Sub stratplatte 17, 41 frei. Die Substratplatte 17, 41 mit dem zumindest ei nen Bauteil 12 fällt in die Auffangkammer 19.

Zur Dämpfung der Fallbewegung der Substratplatte 17, 41 ist eine Auf pralldämpfungsvorrichtung 61 vorgesehen. Eine Ausführungsform dieser Aufpralldämpfungsvorrichtung 61 ist perspektivisch in Figur 10 darge stellt.

Diese Aufpralldämpfungsvorrichtung 61 kann in die Auffangkammer 19 einsetzbar sein. Bevorzugt weist diese einen Boden auf, von welchem aus sich in vertikaler Richtung Streben oder Leisten 63 erstrecken. Ent lang diesen Leisten 63 sind mehrere Dämpfungselemente 64 beispiels weise in Form von Laschen ausgebildet, welche zur in den Innenraum der Auffangkammer 19 hervorstehen. Die Dämpfungselemente 64 und mehreren Leisten 63 sind bevorzugt in gleicher Höhe zueinander ausge richtet. Dadurch kann die Substratplatte 17, 41 horizontal ausgerichtet innerhalb der Aufbaukammer 19 nach unten fallen.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Aufpralldämpfungseinrichtung 61 in eine Umfangswand der Auffangkammer 19 integriert ist oder daran befestigt ist.