Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensio- nalen Objekts durch schichtweises Verfestigen von Aufbaumate- rial an den dem Querschnitt des herzustellenden Objektes in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen durch Energieeinbringung und zum Auspacken des fertiggestellten Objekts aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver.

Ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, das unter dem Namen "Selektives Lasersintern" bekannt ist, sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise in der DE 10 2005 024 790 AI beschrieben.

WO 01/10631 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auspacken eines fertiggestellten Objekts aus dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver. Nach der Fertigstellung des Objekts wird der Behälter, in dem das Objekt fertiggestellt wurde, aus der Prozesskammer entnommen und in eine Auspackstation verbracht. In einer Ausführungsform enthält die Auspackstation eine Druckluftquelle, aus der ein Luftstrom tangential über die Oberseite des Behälters streicht. Durch Bewegen des Trägers, auf dem das Objekt aufgebaut ist, in dem Behälter in Richtung zu der Oberseite des Behälters hin wird das unverfes- tigt gebliebene Pulver allmählich über den Behälterrand hinausgedrückt und durch den Luftstrom von dem fertiggestellten Ob- jekt abgeblasen. Dabei wird gleichzeitig das Objekt gekühlt. In einer anderen Ausführungform wird der Behälter um einen vorbestimmten Winkel gekippt. Durch Bewegen des Trägers in Richtung zur Oberseite des Behälters hin wird das unverfestigt gebliebene Pulver allmählich über den Behälterrand hinausgedrückt und rieselt seitlich in einen Auffangbehälter .

Bei dieser Auspackvorrichtung muss ein eigener Antrieb zum Bewegen des Trägers bereitgestellt werden, wodurch die Vorrichtung komplex und groß wird. Außerdem können Objekte mit Hohl- räumen mit den dort beschriebenen Verfahren nicht vollständig von unverfestigt gebliebenem Pulver befreit werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Auspa- cken eines Objekts, das durch schichtweises Verfestigen von pulverförmigem Ausgangsmaterial hergestellt wurde, aus dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 8 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 23. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben . Durch das Drehen des in dem Drehrahmen aufgenommenen Wechselbehälters um mindestens 90°aus seiner aufrechten Position heraus wird erreicht, dass das unverfestigt gebliebene Pulver voll- ständig aus dem Wechselbehälter bzw. aus Hohlräumen des hergestellten Objekts herausrieseln kann. Vorzugsweise wird dieses Herausrieseln durch Aufbringen einer Vibration bzw. eines Klopfens unterstützt. Der gesamte Vorgang kann unter einer Schutz - gasatmosphäre durchgeführt werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer

Auspackstation der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 2 mit eingesetztem Wechselbehälter .

Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Aus- packstation von Fig. 3 in einem um 90° gedrehten Zustand . Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 3 in einem um 180° gedrehten Zustand . Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Auspackstation von Fig. 3 in einem um 180° gedrehten Zustand, wobei ein Behälterdeckel an einen Auffangbehäl- ter angedockt ist. Fig. 7 zeigt schematisch Geometrien hergestellter Objekte mit

Innenkanälen .

Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung beschrieben, die zur Durchführung der vorlie- genden Erfindung geeignet ist. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen des Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4. In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 angeordnet, der als Wechselbehälter ausgebildet ist, was bedeutet, dass er der Prozesskammer 3 entnommen und wieder in sie eingesetzt werden kann. In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 6 angeordnet, an dem eine Grundplatte 6a angebracht ist, die den Wechselbehälter nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 6a kann eine getrennt von dem Träger 6 gebildete Platte sein, die an dem Träger 6 befestigt ist oder sie kann integral mit dem Träger 6 gebildet sein. Je nach verwendetem Prozess kann auf der Grundplatte 6a noch eine Bauplattform 7 angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 6a aufgebaut werden, die dann selber als Bauplattform dient.

In Fig. 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 7 zu bildende Objekt 2 unterhalb einer Arbeitsebene 8 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 9. Weiter sind in der Prozesskammer 3 ein Vorratsbehälter 10 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmi- ges Aufbaumaterial 11 und ein in einer horizontalen Richtung H bewegbarer Beschichter 12 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 11 auf die Arbeitsebene 8 angeordnet.

Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungs- Vorrichtung 13 mit einem Laser 14, der einen Laserstrahl 15 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 16 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 17 über ein Einkoppelfenster 18 in der Wandung der Prozesskammer 3 auf die Arbeitsebene 8 fokus- siert wird.

Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 19, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Be- trieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird.

Schließlich enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Auspackstation 20 zum Auspacken des Objekts 2 aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver 9. Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Inneren der Auspackstation 20. Ein eventuell vorhandenes Gehäuse ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Auspackstation 20 enthält ein feststehendes Gestell 21 mit einem Drehrahmen 22. Der Drehrahmen 22 ist so an dem Gestell 21 angebracht, dass er um eine horizontal verlaufende Achse drehbar ist . In dem in der Figur dargestellten Beispiel verläuft die Drehachse durch die Mittelpunkte der beiden kreisförmigen Ringe, die den Drehrahmen 22 bilden. Der Drehrahmen 22 ist so ausgebildet, dass er in der Lage ist, einen Wechselbehälter 5 aufzunehmen. An dem Drehrahmen 22 ist ein Deckel 25 angebracht, der dazu in der Lage ist, den in den Drehrahmen 22 eingesetzten Wechselbehälter 5 zu verschließen.

Unter dem Drehrahmen 22 ist in dem Gestell 21 ein Auffangbehäl- ter 23 angeordnet, der an seiner Oberseite eine Auffangöffnung 24 aufweist. Vorzugsweise ist die Auffangöffnung 24 verschließbar, beispielsweise durch einen (nicht gezeigten) Schieber. Der Auffangbehälter 23 kann ferner eine (ebenfalls nicht gezeigte) Ablass- oder Absaugöffnung aufweisen zum Entfernen des aufgefangenen Pulvers .

Im Betrieb wird der Wechselbehälter 5 zunächst zum Herstellen des Objekts 2 in der Prozesskammer 3 angeordnet. Der Träger 6 wird um die gewünschte Schichtdicke abgesenkt, und dann wird unter Verwendung des Beschichters 13 eine Schicht des pulver- förmigen Aufbaumaterials 12 aufgetragen. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts von dem Laserstrahl 15 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 12 an diesen Stellen verfestigt wird. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt fertiggestellt ist. Zum Auspacken des Objekts 2 aus dem es umgebenden unverfestigt gebliebenen Pulver 9 wird der Wechselbehälter 5 in die Auspackstation 20 verbracht und in den Drehrahmen 22 eingesetzt. Fig. 3 zeigt die Auspackstation 20 in dem Zustand, in dem der Wechselbehälter 5 eingesetzt ist. Dabei schließt der Deckel 25 den Wechselbehälter 5 nach oben ab. Der Deckel 25 hat an seiner Oberseite eine Auslassöffnung 26 für das unverfestigt gebliebene Pulver 9. Diese Auslassöffnung 26 ist zunächst mit einem (in den Figuren nicht dargestellten) Schieber verschlossen.

Wie in Fig. 4 dargestellt wird anschließend der Drehrahmen 22 mit dem darin aufgenommenen Wechselbehälter 5 um eine horizontale Drehachse gedreht. Bei der in Fig. 5 gezeigten Endstellung (Drehwinkel 180°) zeigt die Auslassöffnung 26 des Deckels 25 nach unten und liegt der Auffangöffnung 24 des Auffangbehälters 23 gegenüber. In dieser Position gibt der Schieber des Deckels 25 die Auslassöffnung 26 frei, und das unverfestigt gebliebene Pulver 9 kann in den darunter stehenden Auffangbehälter 23 rie- sein. Das Objekt 2 ist auf der Bauplattform 7 gebildet und entweder direkt mit ihr verbunden, z.B. indem es direkt darauf gesintert wurde, oder es ist auf einer an der Bauplattform 7 befestigten Grundplatte gebildet. Es fällt daher auch bei einer Drehung um 180° nicht nach unten.

Nach dem Entleeren des Wechselbehälters 5 von unverfestigt gebliebenem Pulver 9 wird er der Auspackstation 20 entnommen, der Deckel 25 wird entfernt und das Objekt 2 wird von der Bauplattform 7 abgelöst. Damit ist das Auspacken des Objekts 2 abge- schlössen. Um das Ablösen des Pulvers 9 von dem Objekt 2 zu unterstützen, kann eine Vibration auf das Objekt 2 übertragen werden. Diese Vibration wird von außen auf den Wechselbehälter 5 aufgebracht, vorzugsweise auf die in dem Wechselbehälter 5 angeordnete

Grundplatte 6a bzw. Bauplattform 7, die das Objekt hält. Dabei wird vorzugsweise durch geeignete Dämpfungsmaßnahmen sichergestellt, dass die Vibration sich nicht zu anderen Teilen der Vorrichtung hin ausbreitet wie z.B. der Beleuchtungseinrichtung oder der Prozesskammer, in der eventuell gleichzeitig bereits ein weiteres Objekt hergestellt wird, um dessen Fertigungs- genauigkeit nicht zu beeinträchtigen.

Anstelle einer Vibration, also einer kontinuierlichen Schwingung, oder zusätzlich zu dieser kann auch ein Klopfen, also einzelne aufeinanderfolgende Stöße, auf das Objekt 2 übertragen werden .

Abhängig von den für die Herstellung des Objekts vorliegenden Geometriedaten und von verschiedenen Prozessparametern wie z.B. der Art und Korngröße des verwendeten Pulvers, der Schichtdicke, einer Dauer der Belichtung durch den Laser oder einer Temperatur des Pulvers während der Verarbeitung können die Parameter der Vibration oder des Klopfens geeignet ausgewählt und die Auspackvorrichtung 20 dementsprechend gesteuert werden. Bei der Vibration sind das beispielsweise Frequenz, Richtung,

Amplitude, Dauer oder Impulsform der Schwingung, beim Klopfen beispielsweise Stärke oder Richtung der einzelnen Stöße oder ihr zeitlicher Abstand. Diese Auswahl und Steuerung kann auch computergesteuert über eine Software durchgeführt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt kann der Deckel 25 des Wechselbehälters an dem Deckel des Auffangbehälters 23 angedockt werden. In diesem Fall entsteht ein geschlossener, gasdichter Innenraum, der aus Wechselbehälter 5 und Auffangbehälter 23 gebildet ist und mit einem Schutzgas gefüllt sein kann, so dass das Entleeren des Wechselbehälters 5 unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Da das Objekt 2 und das Pulver 9 beim Auspacken in der Regel noch heiß sind, können dadurch unerwünschte Reaktionen vermieden werden. Alternativ kann aber auch das gesamte Innere der Auspackstation 20 mit einem Schutzgas gefüllt sein. Wenn die Auslassöffnung 26 des Deckels 25 und/oder die Auffangöff- nung 24 des Auffangbehälters 23 verschließbar ausgebildet sind, kann die Schutzgasatmosphäre auch dann in dem Wechselbehälter 5 und/oder dem Auffangbehälter 23 aufrechterhalten werden, wenn beide voneinander getrennt sind.

Statt fester Bestandteil der Auspackstation 20 zu sein, kann der Deckel 25 auch getrennt bereitgestellt sein. Ist keine Schutzgasatmosphäre erforderlich, braucht auch kein Deckel auf den Wechselbehälters 5 aufgesetzt zu werden. Das Pulver rieselt dann beim Drehen des Wechselbehälters 5 aus dessen offener Oberseite heraus. Die Auffangöffnung 24 und der Auffangbehälter 23 müssen dann entsprechend groß genug sein, das herausrieselnde Pulver auffangen zu können.

Um das Pulver restlos aus dem Wechselbehälter 5 zu entfernen, muss dieser um mindestens 90° aus der aufrechten Stellung heraus gedreht werden, vorzugsweise um mindestens 120°, in weiter bevorzugter Weise um mindestens 150° und in noch weiter bevorzugter Weise um mindestens 180°. Die aufrechte Stellung ist die Stellung des Wechselbehälters, in der die Auslassöffnung 26 nach oben zeigt und in der das Objekt 2 hergestellt wurde. Dabei verläuft die Drehachse, um die diese Drehung erfolgt, vorzugsweise horizontal. Es können auch Anordnungen verwendet werden, bei denen keinerlei Einschränkungen des Winkels gegeben sind und der Wechselbehälter beispielsweise um mehr als 360° gedreht werden kann.

Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, Objekte, die durch schichtweises Verfestigen von pulverförmigem Ausgangsma- terial hergestellt wurden, zuverlässig von dem es umgebenden, unverfestigt gebliebenen Pulver zu befreien. Ein eigener Antrieb zum ^' Bewegen des Trägers, auf dem das Objekt aufgebaut wurde, ist dabei nicht erforderlich. Außerdem kann das Pulver auch aus Hohlräumen, die mit dem beschriebenen Stand der Tech- nik nicht von Pulver befreit werden können, herausrieseln.

Dadurch, dass die Drehachse bei dem beschriebenen Drehrahmen durch den Wechselbehälter hindurchläuft, kann die Auspackstation wesentlich kompakter gebaut sein als bei einer Drehachse unterhalb des Behälters .

Um das Entfernen des Pulvers aus Hohlräumen, insbesondere aus engen Kanälen zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, den Wechselbehälter nicht um 180° zu drehen, sondern so, dass diese Kanäle möglichst senkrecht stehen, damit das Pulver gut aus den Kanälen herausrieseln kann, eventuell unterstützt durch Vibrieren.. Dabei kann auch eine Drehung von mehr als 180° von Vorteil sein, z.B. bis 270°. Der bevorzugte Drehwinkel des Drehrahmens ergibt sich dabei aus dem Winkel der Kanäle in dem Objekt. Er kann beispielsweise aus den Entwurfsdaten des hergestellten Ob- jekts bestimmt werden, . Diese Bestimmung kann auch computergestützt durch eine Software erfolgen, die dann die Drehung entsprechend steuert . Fig. 7 zeigt schematisch Geometrien hergestellter Objekte mit Innenkanälen. In Fig. 7a) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das zwei gerade verlaufende Kanäle 31 enthält. Zu- nächst kann der Wechselbehälter 5 um 180° gedreht werden, um den Großteil des unverfestigten Pulvers zu entfernen. Zum Befreien der Kanäle 31 von unverfestigtem Pulver wird der Wechselbehälter 5 anschließend vorzugsweise so gedreht, dass die Kanäle jeweils senkrecht stehen. Wenn die Kanäle beispielsweise einen Winkel von 60° zu der Senkrechten haben, wird der Wechselbehälter 5 in eine Winkelstellung von 120° und 240° gebracht (=180° + 60°). Wenn die Winkelstellungen ausreichen, das Pulver hinreichend aus dem Wechselbehälter 5 zu entfernen, kann die anfängliche Einstellung auf 180° weggelassen werden.

In Fig. 7b) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das zwei gewinkelt verlaufende Kanäle 32 enthält. Zum Entleeren dieser Kanäle reicht jeweils nicht eine Winkelstellung aus, sondern es müssen abwechselnd der innere und der äußere Schen- kel des Kanals in eine senkrechte Position gebracht werden.

In Fig. 7c) ist ein fertiggestelltes Objekt 2 dargestellt, das einen gekrümmt verlaufenden Kanal 33 enthält. Zum Entleeren dieses Kanals muss eine zeitliche Abfolge von Winkelstellungen eingestellt werden, damit das Pulver auch aus dem hintersten Ende des Kanals entfernt werden kann. Diese zeitliche Abfolge kann beispielsweise aus den für die Herstellung des Objekts vorliegenden Geometriedaten ermittelt werden. Diese Ermittlung kann auch computergestützt durch eine Software erfolgen, die dann den Drehrahmen 22 so steuert, dass die Drehung des Wechselbehälters 5 mit der ermittelten zeitlichen Abfolge von Winkelstellungen durchgeführt wird. Um die Kanäle unabhängig von ihrer Lage in dem Objekt in eine senkrechte Stellung bringen zu können, kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Drehachse vorzusehen. Es können auch Anord- nungen verwendet werden, bei den der Wechselbehälter in beliebige Richtungen gedreht werden kann.

Auch wenn die Auspackstation in der beschriebenen Ausführungs- form als eigene Station außerhalb der Prozesskammer angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Die Auspackstation kann auch innerhalb der Prozesskammer angeordnet sein. Der Drehrahmen kann auch so angeordnet sein, dass der Wechselbehälter bereits während des Herstellens des Objekts in ihn eingesetzt ist und nicht erst nach dem Herstellen des Objekts in ihn übertragen werden muss. Alle Merkmale, die oben für die getrennt angeordnete Auspackstation beschrieben sind, können dann auch in der Prozesskammer selber angeordnet sein.

Auch wenn in der beschriebenen Ausführungsform ein Wechselbe- hälter verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Sie lässt sich auch auf Fälle anwenden, bei denen kein Wechselbehälter vorhanden ist. In diesen Fällen kann das Pulver beispielsweise zunächst durch Absaugen oder Abblasen von dem fertiggestellten Objekt entfernt werden. Dann wird le- diglich die Bauplattform, auf der das Objekt aufgebaut ist, in den Drehrahmen übertragen und gedreht, beispielsweise um Pulver aus in dem Objekt enthaltenen Öffnungen zu entfernen. Alternativ kann die Bauplattform auch hier bereits während des Herstellens des Objekts in dem Drehrahmen eingesetzt sein. Die aufrechte Stellung, aus der heraus die Bauplattform gedreht wird, ist wie bei dem Wechselrahmen die Stellung die Bauplattform, in der das Objekt hergestellt wurde. Auch wenn in der beschriebenen Ausführungsform ein Drehrahmen zum Drehen des Wechselbehälters bzw. der Bauplattform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf einge- schränkt. Es kann beispielsweise auch ein Drehteller, an dem der Wechselrahmen bzw. die Bauplattform befestigt wird, oder eine beliebige andere Drehvorrichtung verwendet werden.

Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinter- bzw. Laserschmelzvorrichtung beschrieben wurde, ist sie nicht auf das Lasersintern oder Laserschmelzen eingeschränkt. Sie kann auf beliebige Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials durch Einwir- kung von Energie angewendet werden. Der Laser kann beispielsweise ein Gas- oder Festkörperlaser, eine Laserdiode oder ein Laserdioden-Array sein. Allgemein kann jede Belichtungseinrichtung verwendet werden, mit der Energie selektiv auf eine Pul- ^■ verschicht aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers kön- nen beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle, die geeignet ist, das pulverförmige Aufbaumaterial zu verfestigen, verwendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem anstelle eines verfahrbaren Laserstrahls eine Maske und eine ausgedehnte Lichtquelle verwendet werden, oder auf das Absorp- tions- bzw. Inhibitionssintern kann die Erfindung angewendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung allgemein auf das Herstellen eines gesamten Objekts allein mittels schichtweisen Auftragens und selektiven Verfestigens eines pulverför- migen Aufbaumaterials , auch wenn das Verfestigen, wie z.B. beim 3D-Drucken oder Tintenstrahlverfahren, nicht durch Einbringen von Energie erfolgt. Als Aufbaumaterial können verschiedene Arten von Pulver verwendet werden, insbesondere Metall- oder Kunststoffpulver oder gefüllte oder gemischte Pulver. Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren für Metallpulver einsetzen.