Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen

Rotationsbeschichter für eine Vorrichtung zum generativen

Herstellen eines Objekts, sowie auf eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Objekts, die den

Rotationsbeschichter aufweist.

Aus der EP 1 925 432 AI ist eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Objekts bekannt, die einen Rotationsbeschichter aufweist. Der Rotationsbeschichter hat einen Träger, der an einer Drehachse mit der Vorrichtung drehbar verbindbar ist, sowie ein Beschichtungselement , das an den Träger gekoppelt und geeignet ist, bei der Drehbewegung des Trägers eine

Pulverschicht in einem Baufeld bzw. in einer Ebene aufzutragen oder zu glätten, die senkrecht zur Drehachse verläuft. Der mechanische Aufbau dieses Rotationsbeschichters ist relativ einfach verglichen mit einem Beschichter, welcher mittels

Linearführungen oder Schienen translatorisch bewegt wird.

Andererseits kann ein translatorisch angetriebener Beschichter eine ausgezeichnete Bauteilgüte erzielen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beschichter für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Objekts sowie eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Objekts mit dem Rotationsbeschichter vorzusehen, die die Vorteile eines Rotationsbeschichters und eines translatorisch angetriebenen Beschichters vereinen. Diese Aufgabe wird durch einen Rotationsbeschichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zum

Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind

Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Bauteilgüte durch eine homogene Pulverschicht

verbessert werden kann. Eine homogene Pulverschicht wird

wiederum erreicht, wenn die Geschwindigkeit des

Beschichtungselements über alle Punkte im Baufeld konstant ist. Bisher waren aufgrund der Orbitalbewegung des

Beschichtungselements dessen Geschwindigkeiten in allen Punkte des Baufelds nicht konstant. Folglich kann die Bauteilgüte verbessert werden, wenn das Beschichtungselement eines

Rotationsbeschichters seine Orientierung bei der Drehbewegung des Trägers im Wesentlichen beibehält, und wenn gleichzeitig das Beschichtungselement in seiner Längsrichtung im Wesentlichen keine Bewegung bei der Drehbewegung des Trägers durchführt.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum

Herstellen eines dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig 2 eine perspektivische Ansicht des Rotationsbeschichters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig 3 eine Einzelheit A aus der Fig. 2; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Rotationsbeschichters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Einzelheit B aus der Fig. 2 ;

Fig. 6 eine Draufsicht des Rotationsbeschichters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Rotationsbeschichter und eine

Arbeitsplatte in der Vorrichtung nach Fig. 1; und

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Rotationsbeschichter und die

Arbeitsplatte in der Vorrichtung nach Fig. 1. Die Fig. 1 zeigt eine Lasersintervorrichtung als

Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, in der der erfindungsgemäße

Rotationsbeschichter verwendet wird. Die Lasersintervorrichtung weist einen nach oben offenen Behälter 21 auf. In dem Behälter 21 ist eine Plattform 22 zum Tragen des zu bildenden

dreidimensionalen Objekts 23 vorgesehen. Die Plattform 22 ist mittels eines Antriebs 24 in dem Behälter 21 in vertikaler

Richtung auf und ab bewegbar. Der obere Rand des Behälters 21 definiert ein Baufeld 25. In der gleichen Ebene aber radial außerhalb des Baufelds 25 ist eine Arbeitsplatte 20 angeordnet. Oberhalb des Baufelds 25 ist eine Bestrahlungseinrichtung 26 in Form eines Lasers angeordnet, die einen gerichteten Laserstrahl 28 abgibt, der über eine Ablenkvorrichtung 27 auf das Baufeld 25 abgelenkt wird. Anstelle des Lasers kann auch ein

Elektronenstrahl verwendet werden, der über eine entsprechende Ablenkvorrichtung auf das Baufeld 25 abgelenkt wird. Es ist ein Beschichtungselement 2 vorgesehen, das eine Schicht eines zu verfestigenden pulverförmigen Materials auf die

Oberfläche der Plattform 22 oder eine zuletzt verfestigte

Schicht aufbringt und glättet . Das Beschichtungselement 2 kann als eine Klinge aus einem Metall, einem hitzebeständigen

Kunststoff oder einer Keramik ausgebildet sein. Das

Beschichtungselement 2 ist über dem Baufeld 25 in einer Richtung B hin und her bewegbar. Durch zwei Dosiervorrichtungen 29 links und rechts vom Baufeld 25 wird Pulver aus zwei Pulvervorratsbehältern 30 auf die

Arbeitsplatte 20 aufgebracht. Ferner sind links und rechts vom Baufeld 25 zwei Überlaufbehälter 31 vorgesehen, die das beim Beschichten anfallende überschüssige Pulver aufnehmen können. Alternativ können nur eine Dosiervorrichtung 29, nur ein

Pulvervorratsbehälter 30 und nur ein Überlaufbehälter 31 verwendet werden.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine über dem Baufeld 25 angeordnete Heizeinrichtung 32 zum Heizen des Pulverbetts und insbesondere zum Vorwärmen einer aufgetragenen aber noch nicht gesinterten (verfestigten) Pulverschicht auf eine für das

Sintern geeignete Arbeitstemperatur auf. Die Heizeinrichtung 32 ist beispielsweise in Form von einem oder mehreren Heizstrahlern wie zum Beispiel Infrarotstrahler ausgebildet, die oberhalb des Baufelds 25 so angeordnet sind, dass die aufgetragene

Pulverschicht gleichmäßig erwärmt werden kann. In einem Abstand oberhalb des Baufelds 25 ist eine zum Beispiel als Pyrometer oder IR-Kamera ausgebildete Temperaturmesseinrichtung 33 vorgesehen, die zum Messen der Temperatur der zuletzt

aufgetragenen bzw. obersten Pulverschicht dient. Durch eine Prozesskammer 36 ist das Baufeld 25 von der Umgebung

abgeschlossen. Dadurch kann der Prozess unter Abschluss von Luft durchgeführt, und eine Oxidation des Pulvers kann verhindert werden .

Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 37 dient zum Antreiben des Beschichtungselements 2. Hierzu ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 37 mit einer nicht dargestellten

Antriebsvorrichtung des Beschichtungselements 2 verbunden. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 37 kann vorzugsweise auch die Plattform 22, die Heizeinrichtung 32, die

Bestrahlungseinrichtung 26 und die Ablenkeinrichtung 27 steuern bzw. regeln.

Im Folgenden wird der Betrieb der Lasersintervorrichtung beschrieben .

Zunächst befindet sich der das Beschichtungselement 2 an seiner äußersten Position in der Prozesskammer 36, zum Beispiel über einer Öffnung des Überlaufbehälters 31, und die

Dosiervorrichtung 29 dosiert eine aus dem Pulvervorratsbehälter 30 bereitgestellte Pulvermenge auf die Arbeitsplatte 20.

Danach wird das Beschichtungselement 2 parallel zur Oberfläche des Baufelds 25 verfahren, so dass eine Pulverschicht mit einer definierten Dicke auf die Plattform 22 oder auf eine zuvor verfestigte Schicht aufgebracht und geglättet wird.

Nach dem Aufbringen der Pulverschicht erfolgt die selektive Verfestigung an dem Querschnitt des Objekts 23 in dieser Schicht entsprechenden Stellen durch Belichtung mit dem Laserstrahl 28 oder Elektronenstrahl in an sich bekannter Art und Weise.

Nach dem Verfestigen einer Schicht wird die Plattform 22 um eine der Schichtdicke entsprechende Strecke abgesenkt, und die zuvor beschriebenen Schritte werden wiederholt, bis die Herstellung des dreidimensionalen Objekts 23 abgeschlossen ist.

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des

Rotationsbeschichters gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Rotationsbeschichter weist einen Träger 1 auf, der an einer Drehachse z mit der Vorrichtung drehbar verbunden ist. Des Weiteren weist der Rotationsbeschichter das Beschichtungselement 2 auf, das an den Träger 1 gekoppelt ist und bei der

Drehbewegung des Trägers 1 die Pulverschicht in dem Baufeld 25 aufträgt und glättet, wobei das Baufeld 25 senkrecht zur

Drehachse z verläuft . Das Beschichtungselement 2 behält seine Orientierung bei der Drehbewegung des Trägers 1 innerhalb des Baufelds 25 im Wesentlichen bei, und das Beschichtungselement 2 führt in seiner Längsrichtung im Wesentlichen keine Bewegung bei der Drehbewegung des Trägers 1 innerhalb des Baufelds 25 durch.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine Einzelheit A aus der Fig. 2, eine perspektivische Ansicht des Rotationsbeschichters und eine Einzelheit B aus der Fig. 2. In diesen Figuren wird eine

Ausgleichsmechanik gezeigt, die die vorstehend beschriebene Bewegung des Beschichtungselements 2 bewirkt . Die

Ausgleichsmechanik des Rotationsbeschichters hat eine erste und eine zweite Kulissenscheibe 3, 4, die jeweils an die Vorrichtung angebracht sind und ein Kulissenprofil aufweisen. Die

Ausgleichsmechanik des Rotationsbeschichters hat des Weiteren ein erstes und ein zweites Kraftübertragungselement 5, 6, die jeweils ein Gleitelement 7, 8 aufweisen und an dem Träger 1 so geführt sind, dass bei der Drehbewegung des Trägers 1 das

Gleitelement 7 des ersten Kraftübertragungselements 5 an dem ersten Kulissenprofil gleitet und das Gleitelement 8 des zweiten Kraftübertragungselements 6 an dem zweiten Kulissenprofil gleitet und sich die Kraftübertragungselemente 5, 6 dadurch relativ zum Träger 1 verschieben. Die Gleitelemente 7, 8 sind vorzugsweise jeweils als Walze ausgeführt.

Vorzugsweise weisen die Kraftübertragungselemente 5, 6 gemäß den Figuren 3 und 4 jeweils einen Stößel 15 und 16 und einen Stab 25, 26 auf. Die Stößel 15, 16 sind durch geeignete

Linearführungen am Träger 1 geführt. Im dargestellten

Ausführungsbeispiel sind die Linearführungen als

Durchgangslöcher ausgeführt, die in einem vertikalen Fortsatz 14 am Träger 1 ausgebildet sind. Die Stößel 15, 16 der

Kraftübertragungselemente 5, 6 treten übereinander durch die Durchgangslöcher hindurch. Die Gleitelemente 7, 8 sind an einem Ende der Stößel 15, 16 angeordnet, und am anderen Ende der Stößel 15, 16 sind die dazugehörigen Stäbe 25, 26 über Gelenke 36, 35 angelenkt.

Der Träger 1 hat in einem Abstand zur Drehachse z ein im

Wesentlichen zur Drehachse z hin ausgerichtetes Langloch 9, und das Beschichtungselement 2 hat einen im Wesentlichen parallel zur Drehachse z angeordneten Zapfen 10, wobei der Zapfen des 10 Beschichtungselements 2 in dem Langloch 9 des Trägers 1

aufgenommen und bewegbar ist. Alternativ kann der Zapfen auch am Träger 1 vorgesehen sein, und das Langloch kann entsprechend im Beschichtungselement 2 angeordnet sein.

Die Gleitelemente 7, 8 der Kraftübertragungselemente 5, 6 werden jeweils durch in der Fig. 6 dargestellte Federn 13 gegen die entsprechenden Kulissenprofile gedrückt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 sind die Federn 13 Zugfedern; sie können alternativ auch als Druckfedern ausgeführt sein. Im dargestellten

Ausführungsbeispiel sind die Federn 13 zwischen einem

entsprechenden Kraftübertragungselement 5, 6 und dem Träger 1 angeordnet, um das entsprechende Kraftübertragungselement 5, 6 zur Drehachse z zu drücken oder ziehen. Alternativ kann eine Feder (nicht dargestellt) zwischen dem Zapfen 10 des

Beschichtungselements 2 und dem Träger 1 angeordnet sein, um den Zapfen 10 zur Drehachse z zu drücken oder zu ziehen.

Das erste Kraftübertragungselement 5 bzw. dessen Stab 25 ist über ein erstes Gelenk 11 an dem Beschichtungselement 2

angelenkt, und das zweite Kraftübertragungselement 6 bzw. dessen Stab 26 ist über ein zweites Gelenk 12 an dem

Beschichtungselement 2 angelenkt, wobei das erste und das zweite Gelenk 11, 12 von dem Zapfen 10 des Trägers 1 oder des

Beschichtungselements 2 beabstandet sind.

Auch wenn dies nicht im Detail dargestellt ist, kann das

Beschichtungselement 2 über den Zapfen 10 des

Beschichtungselements 2 am Träger 1 aufgehängt sein. Der Zapfen 10 kann zum Beispiel ein T-Profil mit einem oben angeordneten Flansch aufweisen, der am Träger 1 drehbar aufliegt. Alternativ kann das Beschichtungselement 2 über die Gelenke 11, 12 an den Kraftübertragungselementen 5, 6 aufgehängt sein.

Vorzugsweise haben die Kulissenscheiben 3, 4 jeweils die Gestalt einer Nockenscheibe. Das Kulissenprofil ist vorzugsweise durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion beschrieben, die von einer Länge des Trägers 1 und einem Drehwinkelbereich abhängt, in dem das Beschichtungselement 2 den gewünschten Bewegungsablauf innerhalb des Baufelds 25 erfüllt.

Durch diese beispielhafte Konfiguration ist es möglich, dass das Beschichtungselement 2 seine Orientierung bei der Drehbewegung des Trägers 1 innerhalb des Baufelds 25 im Wesentlichen

beibehält. Durch das Langloch 9 und den Zapfen 10 wird ferner der Hub kompensiert, den das Beschichtungselement 2 aufgrund der Orbitalbewegung durchführen würde. Im Ergebnis führt das

Beschichtungselement 2 in seiner Längsrichtung bei der

Drehbewegung des Trägers 1 innerhalb des Baufelds 25 im

Wesentlichen keine Bewegung durch. Zusammenfassend bewirkt die Ausgleichsmechanik des Rotationsbeschichters , dass das

Beschichtungselement 2 keine Orbital- bzw. Kreisbewegung

durchführt, sondern innerhalb eines vorbestimmten Drehbereichs des Trägers 1 translatorisch über einen geraden Bewegungspfad verfahren wird.

Der Bewegungsablauf des Beschichtungselements 2 ist in den

Figuren 7 und 8 dargestellt.

Die Startposition des Beschichtungselements 2 für einen

Verfahrweg von links nach rechts befindet sich zum Beispiel über dem linken Überlaufbehälter 31, um das aus der Dosiervorrichtung 29 dosierte Pulver zum Baufeld 25 transportieren zu können. Das Beschichtungselement 2 steht am Anfang achsparallel zum

Überlaufbehälter 31.

Während der Drehbewegung des Trägers 1 zum rechten Rand des Baufelds 25 richtet sich das Beschichtungselement 2 parallel zum linken Rand des Baufelds 25 aus, um dann in einer linearen

Bewegung über das Baufeld 25 zu fahren.

Im weiteren Verlauf richtet sich das Beschichtungselement 2 achsparallel zu dem rechten Überlaufbehälter 31 aus. Der

Verfahrweg des Beschichtungselements 2 ist abgeschlossen, wenn das Beschichtungselement 2 zum Beispiel mittig über dem rechten Überlaufbehälter 31 an einer Startposition für die Fahrt von rechts nach links steht. Die Erfindung wurde für eine Lasersintervorrichtung beschrieben, bei der als Strahlungsquelle ein Laser 26 verwendet wurde. Jede andere Strahlungsquelle ist aber auch denkbar, mit der eine elektromagnetische oder Teilchenstrahlung in das pulverförmige Aufbaumaterial eingebracht werden kann. So kann zum Beispiel eine Strahlungsquelle für inkohärente Lichtstrahlung, für IR- Strahlung, für Röntgenstrahlung oder für Elektronenstrahlung als Strahlungsquelle verwendet werden. Dementsprechend ist ein pulverförmiges Aufbaumaterial zu verwenden, das mit der

jeweiligen Strahlung verfestigt werden kann. Der

erfindungsgemäße Rotationsbeschichter ist demnach nicht nur auf Lasersintern anwendbar, sondern auf alle pulverbasierten, generativen Verfahren, bei denen ein Werkstoff bzw. ein

Pulvermaterial verwendet wird, welches durch den Energiestrahl verfestigt wird. Der erfindungsgemäße Rotationsbeschichter kann auch bei Laserschmelzvorrichtungen verwendet werden. Die

Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts kann auch eine Laserschmelzvorrichtung oder eine Vorrichtung mit Maskenbelichtung sein.

Es ist möglich, mehrere Beschichtungselemente 2 für ein oder mehrere Baufelder 25 zu realisieren. Dabei können die

verschiedenen Baufelder 25 getrennt mit unterschiedlichen pulverförmigen Materialien beschickt werden.

Die Zufuhr des Pulvers zu dem Beschichtungselement 2 wurde so beschrieben, dass es von oben durch Dosiervorrichtungen 29 aus Vorratsbehältern 30 zugeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, das Pulver von unten aus einem Vorratsbehälter zuzuführen.

Insbesondere ist es möglich einen nach oben offenen

Vorratsbehälter mit einem verfahrbaren Boden vorzusehen, wobei der Boden zum Zuführen von pulverförmigen Material angehoben wird . Der Schutzumfang beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern er umfasst weitere Änderungen und Abwandlungen, sofern diese innerhalb des durch die beigefügten Ansprüche definierten Umfangs liegen.