WO2017080659A1 - Device and method for producing a three-dimensional object - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus and a method for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material.
- Methods and devices of this type are used, for example, in rapid prototyping, rapid tooling or additive manufacturing.
- An example of such a method is known as "selective laser sintering or laser melting".
- selective laser sintering or laser melting In this case, a thin layer of a building material is repeatedly applied and the building material in each layer selectively solidified by selective irradiation with a laser beam.
- Such a device is known for example from DE 10 2004 057 866 AI.
- the machine housing of the device is separated into two housing sections.
- a container In the first section, a container is provided with a construction space in which the three-dimensional object is produced, and a powder supply and a powder applicator.
- the container To remove the finished object, the container is movable in the second housing section.
- vapors and gases which are formed during laser sintering can precipitate on the lid of the container and thus impair the functionality of the scanner device arranged on the lid.
- the object of the present invention is to provide an alternative, preferably improved device for producing a three-dimensional object, and such a method.
- it is aimed at a simpler loading and unloading of the device and their cleaning.
- the invention preferably contributes to making the manufacturing process of three-dimensional objects more economical by saving time.
- the exchangeable chamber according to the invention is suitable for a device for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material, in particular pulverulent building material, on the cross section of the object to be produced in the respective layer corresponding points under the action of electromagnetic radiation.
- the changeable chamber comprises a construction space with a construction platform in which the three-dimensional object can be produced, a storage container for storing build-up material, a coater for applying a layer of the build material on the build platform or on an already selectively solidified layer of the build material and a window for coupling in electromagnetic radiation.
- the change chamber is intended to be removed after a construction process from a device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method or to be installed prior to a construction process in such a device. It is preferably formed in one piece and thus a separate, closed space which can be introduced into and removed from the device.
- integral is understood to mean that the changing chamber forms an integral component at least in a state installed in the device, preferably also during an operation of introduction and / or removal. This ensures, for example, that the powder essentially remains in this space during the entire construction process and that gases and dirt particles formed during the construction process can not escape, thus protecting the device from contamination , which considerably reduces the cleaning effort, since only the cleaning of the exchangeable chamber is required and this can be completely removed from the device for a simple cleaning, it also makes it possible, for example, to replace the exchangeable chamber immediately after loading To remove the completion of a construction process out of the device, so that the device without Time delay for a further construction process is ready, which can be started, for example, after the introduction of a second exchange chamber provided as exchange unit in the device. This time saving increases the efficiency and thus the economy of such a device.
- the changeable chamber has a removable lid which more preferably has the coupling window.
- the removable lid provides good access to the elements located inside the interchangeable chamber, thus allowing easy intervening in the interchangeable chamber, for example, to replenish the powder supply prior to the manufacturing process and to remove the object or to clean the elements after the manufacturing process.
- the change chamber is closed with a lid substantially gas-tight.
- substantially gas-tight is understood to mean a state in which at most negligible gas can enter or leave the exchange chamber if the gas pressure lies within a value range which is usual for the operation of the device
- the interchangeable chamber can have connections for the supply and / or discharge of a protective gas Construction process to perform under a defined process atmosphere. Furthermore, during the construction process, resulting gases and dirt particles can be sucked through a protective gas flow and thus removed from the installation space.
- the coater device is attached to the installation space facing side of the lid.
- a discharge of the building material out of the change chamber, and thus contamination of the device avoided.
- a coating device arranged on the cover can be moved well over the installation space and the storage container.
- the change chamber may comprise an overflow container for receiving excess build-up material.
- the unused building material can thus be collected and used for another construction process.
- the installation space is designed as a construction shaft and / or the storage container is designed as a supply shaft and / or the overflow container is designed as an overflow shaft.
- the design of said container as wells in the interchangeable chamber is easy to implement.
- a coating device arranged on the cover can apply the building material in a simple manner from the supply shaft in the building shaft.
- a vertically displaceable platform is arranged in the reservoir.
- the displaceable platform can be moved upwards in such a way that the surface of the stored build-up material lies substantially in the plane of the container rim, or the building material is discharged by moving the platform up out of the container.
- a user can easily remove the build-up material from the coater device.
- the platform and / or the construction platform provided in the storage container preferably have seals in order to seal the storage container or the installation space to the bottom thereof. This prevents unsolidified build-up material from escaping from the storage container or the installation space.
- the platform provided in the reservoir and / or the building platform on its underside a fastening device for mechanically coupling the platform to a provided in the device support device, wherein the fastening device is preferably designed as a mechanical quick-release system.
- the fastening device is preferably designed as a mechanical quick-release system.
- the interchangeable chamber may have on its outer side a coupling device, in particular for coupling to a transport device.
- a coupling device in particular for coupling to a transport device.
- a method according to the invention for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material at points corresponding to the cross-section of the object to be produced in the respective layer under the action of electromagnetic radiation is carried out using a changing chamber.
- the changeable chamber comprises a construction space with a construction platform on which the three-dimensional object is produced, a storage container in which building material is stored, a coating apparatus which applies a layer of the construction material to the construction platform or on an already selectively solidified layer of the building material and a window for coupling in electromagnetic radiation.
- the entire powder handling takes place in the exchange chamber, so that no powder in the
- the changing chamber is preferably introduced into a device for producing a three-dimensional object and / or removed from the device in the closed state. This prevents powder from entering the device and / or contaminants in the change chamber.
- the change chamber is substantially directly after
- Completion of the selective stratified solidification of the structural removed material in all layers of a device for producing a three-dimensional object and cooled substantially outside the device As a result, the device can be used immediately after completion of the construction process for a further construction process. This time saving increases the efficiency and thus the economy of such a device.
- Fig. 1 is a schematic, partially in section
- Fig. 2 is a schematic perspective view of a change chamber included in the apparatus shown in Fig. 1;
- Fig. 3 is a schematic, sectional view of the changing chamber from above without cover.
- Fig. 4a is a schematic view of the changing chamber of FIG.
- FIG. 4b shows a sectional view along the line A A shown in FIG. 4a.
- FIGS. 5a-5c are schematic external views of the apparatus shown in FIG. 1 for layering a three-dimensional object.
- An apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
- the device shown in FIG. 1 is a laser sintering or laser melting device 1.
- it contains a changing chamber 3 with a wall 4.
- a storage shaft 6 for a festungsig by electromagnetic radiation building material 13, an overflow shaft 7 for receiving excess creativityma- material 16, and a building shaft 5 are arranged.
- a building platform 9 is arranged, which closes the building shaft 5 down and thus forms its bottom.
- the construction platform 9 preferably comprises seals which are not shown in FIG.
- the three-dimensional object 2 can be built on the construction platform 9 in the construction shaft 5.
- the building platform 9 is fastened on or to a support device 8 provided in the device 1 and movable in a vertical direction V outside the changeable chamber 3. In FIG.
- the object 2 to be formed in the building shaft 5 on the construction platform 9 is shown in an intermediate state with several solidified layers surrounded by unconsolidated construction material 11.
- a further platform 36 is arranged, following the supply shaft 6 closes down and thus forms its bottom.
- the platform 36 preferably comprises seals, which are not shown in detail in FIG.
- the platform 36 is on or at another outside of the change chamber 3 in the
- the carrier device 37 and the building platform 9 may also be integrally formed.
- the recesses 39, 40 are at least as large as the maximum horizontal extent of the support devices 8, 37 or of the (construction) platform (s) 9, 36.
- a working level 10 is defined.
- the storage shaft 6 and / or the overflow shaft 7 are arranged in the exchange chamber 3 such that the upper edge of the storage shaft 6 and / or the upper edge of the overflow shaft 7 lie in the working plane.
- the changing chamber 3 further includes a movable in a horizontal direction H coater device 14 for applying the building material 13 to the working plane 10.
- a movable in a horizontal direction H coater device 14 for applying the building material 13 to the working plane 10.
- the coater device 14 is connected to the drive by means of a drive shaft 31 (not shown in FIG. 1).
- the laser sintering device 1 further includes an exposure device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device 24 via a coupling window 15 which is arranged in the top of the wall 4 of the change chamber 3 is focused on the working level 10. Furthermore, the laser sintering device 1 includes a control unit 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process.
- the control unit may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
- the computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
- the exchangeable chamber comprises a removable cover 12 which has the coupling-in window 15 for coupling in the laser radiation 22.
- the exchangeable chamber 3 is preferably closed in a gas-tight manner with the lid 12 attached, so that essentially no gas exchange takes place with the ambient air.
- a gas supply 41 and a gas outlet 42 are provided for supplying or discharging a protective gas. This makes it possible to maintain a defined gas atmosphere in the change chamber 3 during the construction process.
- the coupling device 30 and the drive axle 31 will be described later with reference to FIGS. 5a-5c and 4a-4b, respectively.
- Fig. 3 shows a view of the change chamber 3 from above without patch cover 12.
- the change chamber 3 comprises a
- Building shaft 5 which is arranged centrally in the interchangeable chamber 3, as well as a supply shaft 6 and an overflow shaft 7.
- the supply shaft 6 and the overflow shaft 7 adjoin on opposite sides of the building shaft 5 at this.
- a gas supply 41 and a gas outlet 42 are provided for supplying or discharging a protective gas.
- the coater device 14 is arranged on the side of the cover 12 facing the construction shaft 5, ie on the underside thereof. In order to ensure the mobility of the coater device 14 in a horizontal direction H, which in FIG. 4a extends in the plane of the drawing and in FIG.
- the coater device 14 is connected by means of a drive shaft 31 to a drive (not shown).
- the drive axle 31 runs in FIG. 4 a perpendicular to the drawing plane and in FIG. 4 b parallel to the drawing plane.
- the drive shaft 31 is movable so that the coater apparatus 14 is reciprocally movable in a horizontal direction H between the hopper 6 and the weir shaft 7.
- the construction shaft 5 shown in Fig. 4b is completed or sealed down through the platform 9.
- a fastening device for fixing to a provided in the device 1 support device 8 is arranged on the underside of the building platform 9, ie on the side facing away from the building shaft 5, a fastening device for fixing to a provided in the device 1 support device 8 is arranged.
- the fastening device shown in Fig. 4b is a pin 32 or a plurality of pins 32, which is or are suitable to engage in sockets of the support device 8 and thus to mechanically connect the building platform 9 to the support device 8.
- FIGS. 5a-5c show further schematic views of the device 1 shown in FIG. 1.
- the laser sintering or laser melting device 1 comprises a housing 38 on which the exposure unit 20 is arranged.
- the housing 38 has an opening 34, which is preferably closable by a door, not shown, or other closure device.
- the change Selsch 3 is introduced through the opening 34 in the device 1 and removable.
- the change chamber 3 has a coupling device 30, on which a transport device can act.
- the device 1 has a carrier device 37, which on its upper side, ie the side facing the change chamber 3, jacks 35 for mechanically coupling the platform 36 of the storage shaft 6 to the support device 37, and a support device 8, which on its upper side , ie the side facing the changeable chamber 3, bushings 35 has for mechanically coupling the
- the carrier devices 8, 37 are arranged side by side and below the interchangeable chamber 3 and by means not shown drives in a vertical direction V movable.
- a connection 33 is provided for supplying and discharging a protective gas into or out of the interchangeable chamber 3.
- the connection 33 does not have to be arranged on the side of the housing 38 opposite the opening 34; it can instead be arranged on any desired side of the housing 38.
- the port 33 may also be configured as two separate ports for supplying and discharging the gas.
- a changing chamber 3 is prepared outside the device 1 for the construction process.
- the platform 36 of the storage shaft 6 is brought into the lowermost position and the supply shaft 6 filled with building material 13.
- the change chamber 3 is closed with the lid 12, preferably sealed gas-tight, and by means of a transport device through the opening 34 of the device
- the transport device can be configured for example as a lift truck and engages the Coupling device 30, which is provided on the outside of the exchange chamber, to.
- the change chamber 3 without using a transport device in the device 1.
- the changing chamber 3 can also be introduced into the device 1 by hand.
- the carrier devices 8, 37 are moved so that the pins 32 on the undersides of the building platform 9 and the platform 36 in the sockets 35 of the support devices 8, 37 engage and the build platform 9 and the platform 36 thus attached to the support devices 8, 37 are and can thus be moved in a vertical direction V.
- the building platform 9 is first lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness, and the platform 36 is moved upwards in order to supply the coating device 14 with a sufficient amount of building material 13.
- the platform 36 can either be moved so far upwards that the surface of the stored building material 13 lies substantially in the working plane 10, or that the building material 13 is discharged from the supply shaft 6 by moving the platform 36 upwards and thus the coating device 14 is supplied.
- a layer of the building material 13 is then applied to the building platform 9 or to an already selectively consolidated layer of the building material 13.
- the application takes place at least over the entire cross-section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction field, ie the region of the working plane 10 which lies within the upper opening of the building shaft 5. Excess build-up material 16 can thereby the overflow shaft 7 are supplied.
- the cross section of the object 2 to be produced is scanned by the laser beam 22, so that the powdery building material 13 is solidified at the points corresponding to the cross section of the object 2 to be produced. These steps are repeated until the object 2 is completed.
- the carrier devices 8, 37 are moved to a lower position and the build platform 9 and the platform 36 are decoupled from the carrier devices 8, 37. Subsequently, the change chamber 3 is removed by means of the transport device through the opening 34 of the device 1 out. Immediately after removal of the change chamber 3, a further change chamber 3 can be introduced into the device 1 to perform a further construction process.
- the changeable chamber 3 or the finished object 2 can now undergo further process steps as needed. These may include the following steps or a selection thereof in substantially any order:
- a building shaft, a storage shaft and (optionally) an overflow shaft are provided.
- an overflow shaft is provided.
- one supply chute can each be arranged on each side of the construction can, so that the application device for applying a first layer moves from the supply chute arranged on the first side of the construction shaft over the construction shaft to the second supply shaft located on the opposite side of the construction shaft becomes.
- the coater device is then moved from the second supply shaft via the building shaft back to the first supply shaft.
- the cover of the interchangeable container can be designed as a non-removable lid and be provided for engagement in the interchangeable chamber, a door or other closure element in the wall of the interchangeable chamber.
- At least one of the recesses 39, 40 may not be provided on the underside of the interchangeable chamber, but for example in the side wall of the interchangeable chamber.
- at least one of the carrier devices 8, 37 does not engage below, but eg laterally in the exchange chamber.
- the fastening device of the construction platform or the platform of the storage shaft can be adapted thereto and provided, for example, laterally of the construction platform or the platform.
- the fastening device for attaching the construction platform and / or the platform to the corresponding support device need not be designed as a pin which engages in a socket. Rather, any mechanical fastening system, in particular quick coupling system, is conceivable.
- the construction platform or platform can be fastened to the support device by means of a rocker arm.
- non-mechanical, such as magnetic, fastening mechanisms are conceivable.
- the coupling device of the interchangeable chamber, on which the transport device acts, need not be arranged laterally of the interchangeable chamber.
- the changing chamber may e.g. also be arranged on the visible through the opening in the housing of the device front of the removable chamber.
- feet and / or rollers can be provided on the exchangeable chamber, preferably on its underside, in order to ensure stable stability or movability of the exchangeable chamber, for example outside the device.
- means for introducing and / or removing and / or anchoring the changing chamber may be provided in the device, such as rails and / or a link, and an alignment and / or adjusting element for precise positioning and / or alignment of the change chamber in the device ,
- the change chamber may have further seals to prevent leakage of build material from the change chamber and / or ingress of contaminants into the change chamber.
- the change chamber can be thermally insulated.
- the outer surface can be maintained at a lower temperature than the inner surface of the chamber wall, which facilitates the removal of the changer chamber immediately after the construction and prevents burns of an operator.
- the present invention based on a Lasersinter point. Laser melting device has been described, it is not limited to the laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of manufacturing a three-dimensional object by coating and selectively solidifying a building material by the action of electromagnetic radiation.
- the laser may include, for example, a gas or solid state laser or any other type of laser.
- any means may be used to selectively apply electromagnetic radiation to a layer of building material.
- the invention can also be applied to selective mask sintering using an extended light source and a mask, or to absorption sintering.
- building material in particular powdery building material such as metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder.
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Abstract
Description
Vorrichtung und Verfahren zum Apparatus and method for
Herstellen eines dreidimensionalen Objekts Create a three-dimensional object
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial . The present invention relates to an apparatus and a method for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufac- turing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist un- ter dem Namen "Selektives Lasersintern oder Laserschmelzen" bekannt . Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt. Methods and devices of this type are used, for example, in rapid prototyping, rapid tooling or additive manufacturing. An example of such a method is known as "selective laser sintering or laser melting". In this case, a thin layer of a building material is repeatedly applied and the building material in each layer selectively solidified by selective irradiation with a laser beam.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2004 057 866 AI bekannt. Das Maschinengehäuse der Vorrichtung ist in zwei Gehäuseabschnitte getrennt. Im ersten Abschnitt ist ein Behälter vorgesehen mit einem Bauraum, in welchem das drei- dimensionale Objekt hergestellt wird, sowie einem Pulvervorrat und einer Pulver-Aufbringvorrichtung . Zur Entnahme des fertigen Objekts ist der Behälter in den zweiten Gehäuseabschnitt verfahrbar. In der beschriebenen Vorrichtung können sich edoch Dämpfe und Gase, welche beim Lasersintern entstehen, an dem De- ekel des Behälters niederschlagen und somit die Funktionstüchtigkeit der am Deckel angeordneten Scannervorrichtung beeinträchtigen . Such a device is known for example from DE 10 2004 057 866 AI. The machine housing of the device is separated into two housing sections. In the first section, a container is provided with a construction space in which the three-dimensional object is produced, and a powder supply and a powder applicator. To remove the finished object, the container is movable in the second housing section. In the described device, however, vapors and gases which are formed during laser sintering can precipitate on the lid of the container and thus impair the functionality of the scanner device arranged on the lid.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine al- ternative, bevorzugt verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts, sowie ein derartiges Verfahren bereitzustellen. Insbesondere wird dabei auf ein einfacheres Be- und Entladen der Vorrichtung sowie deren Reinigung abgezielt. Ferner trägt die Erfindung bevorzugt dazu bei, den Her- Stellungsvorgang dreidimensionaler Objekte durch Zeitersparnis wirtschaftlicher zu gestalten. The object of the present invention is to provide an alternative, preferably improved device for producing a three-dimensional object, and such a method. In particular, it is aimed at a simpler loading and unloading of the device and their cleaning. Furthermore, the invention preferably contributes to making the manufacturing process of three-dimensional objects more economical by saving time.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselkammer gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils, in den Unteransprüchen angegeben. Dabei können die Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt . The object is achieved by a changing chamber according to claim 1, a device according to claim 12 and a method according to claim 13. Further developments of the invention are specified in the subclaims. In this case, the methods can also be developed by the features of the devices set out below or in the subclaims, or vice versa.
Die erfindungsgemäße Wechselkammer ist geeignet für eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial , insbesondere pulverförmigem Aufbaumaterial , an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung. Die Wechselkammer umfasst einen Bauraum mit einer Bauplattform, auf welcher das dreidimensionale Objekt herstellbar ist, einen Vorratsbehälter zum Bevorraten von Aufbaumaterial , eine Beschichtervorrichtung zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials auf der Bauplattform oder auf einer bereits selektiv verfestig- ten Schicht des Aufbaumaterials und ein Fenster zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung. The exchangeable chamber according to the invention is suitable for a device for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material, in particular pulverulent building material, on the cross section of the object to be produced in the respective layer corresponding points under the action of electromagnetic radiation. The changeable chamber comprises a construction space with a construction platform in which the three-dimensional object can be produced, a storage container for storing build-up material, a coater for applying a layer of the build material on the build platform or on an already selectively solidified layer of the build material and a window for coupling in electromagnetic radiation.
Die Wechselkammer ist bestimmungsgemäß dazu ausgebildet, nach einem Bauvorgang aus einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mittels eines generativen Schichtbauverfahrens entnommen bzw. vor einem Bauvorgang in eine derartige Vorrichtung eingebaut zu werden. Sie ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und somit ein eigener, geschlossener Raum, welcher in die Vorrichtung einbringbar und wieder aus dieser heraus entnehmbar ist. Unter „einstückig" wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Wechselkammer zumindest in einem in der Vorrichtung eingebauten Zustand, vorzugsweise auch während eines Vorgangs des Einbringens und/oder Entnehmens , ein integrales Bauteil bildet. Die Wechselkammer kann dabei aus mehreren Bestandteilen gefertigt sein, die zumindest in einem in der Vorrichtung eingebauten Zustand fest miteinander verbunden sind. Dadurch ist beispielsweise gewährleistet, dass das Pulver während des gesamten Bauvorganges im Wesentlichen in diesem Raum verbleibt und während des Bauvorganges entstehende Gase und Schmutzpartikel nicht austreten können. Somit ist die Vorrichtung vor Verunreinigungen geschützt, was den Reinigungs- aufwand erheblich reduziert, da lediglich die Reinigung der Wechselkammer erforderlich ist und diese der Vorrichtung für eine einfache Reinigung vollständig entnommen werden kann. Des Weiteren ist es dadurch beispielsweise möglich, die Wechselkammer unmittelbar nach Beendigung eines Bauvorganges aus der Vorrichtung heraus zu entnehmen, so dass die Vorrichtung ohne Zeitverzögerung für einen weiteren Bauvorgang bereitsteht, der beispielsweise nach dem Einbringen einer als Austauscheinheit vorgesehenen zweiten Wechselkammer in die Vorrichtung begonnen werden kann. Diese Zeitersparnis erhöht die Effizienz und somit die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Vorrichtung. The change chamber is intended to be removed after a construction process from a device for producing a three-dimensional object by means of a generative layer construction method or to be installed prior to a construction process in such a device. It is preferably formed in one piece and thus a separate, closed space which can be introduced into and removed from the device. In this context, "integral" is understood to mean that the changing chamber forms an integral component at least in a state installed in the device, preferably also during an operation of introduction and / or removal This ensures, for example, that the powder essentially remains in this space during the entire construction process and that gases and dirt particles formed during the construction process can not escape, thus protecting the device from contamination , which considerably reduces the cleaning effort, since only the cleaning of the exchangeable chamber is required and this can be completely removed from the device for a simple cleaning, it also makes it possible, for example, to replace the exchangeable chamber immediately after loading To remove the completion of a construction process out of the device, so that the device without Time delay for a further construction process is ready, which can be started, for example, after the introduction of a second exchange chamber provided as exchange unit in the device. This time saving increases the efficiency and thus the economy of such a device.
Vorzugsweise weist die Wechselkammer einen abnehmbaren Deckel auf, der weiter bevorzugt das Einkoppelfenster aufweist. Der abnehmbare Deckel ermöglicht einen guten Zugang zu den im Inne- ren der Wechselkammer angeordneten Elementen und somit ein einfaches Eingreifen in die Wechselkammer, beispielsweise zum Auffüllen des Pulvervorrats vor dem Herstellungsvorgang und die Entnahme des Objektes oder das Reinigen der Elemente nach dem Herstellungsvorgang. Zudem ist es möglich die Belichtungsvor- richtung in der Vorrichtung außerhalb der Wechselkammer anzuordnen, da der Energiestrahl durch das Einkoppelfenster in die Wechselkammer gelangen kann. Dies verhindert, dass sich während des Bauvorganges entstehende Gase an der Belichtungsvorrichtung niederschlagen und so deren Funktion beeinträchtigen. Preferably, the changeable chamber has a removable lid which more preferably has the coupling window. The removable lid provides good access to the elements located inside the interchangeable chamber, thus allowing easy intervening in the interchangeable chamber, for example, to replenish the powder supply prior to the manufacturing process and to remove the object or to clean the elements after the manufacturing process. In addition, it is possible to arrange the exposure device in the device outside the exchangeable chamber, since the energy beam can pass through the coupling window into the replaceable chamber. This prevents the formation of gases during the construction process on the exposure device and thus impair their function.
Vorzugsweise ist die Wechselkammer mit aufgesetztem Deckel im Wesentlichen gasdicht verschließbar. Als „im Wesentlichen gasdicht" wird dabei ein Zustand verstanden, bei dem höchstens vernachlässigbar Gas in die Wechselkammer eindringen bzw. aus ihr austreten kann, wenn der Gasdruck in einer für den Betrieb der Vorrichtung gebräuchlichen Wertebereich liegt. Dadurch wird ein Entweichen von in die Wechselkämmer eingeleiteten und während des Bauvorganges entstehenden Gasen verhindert. Ferner kann die Wechselkammer Anschlüsse zum Zu- und/oder Ableiten eines Schutzgases aufweisen. Somit ist es möglich, den Bauvorgang unter einer definierten Prozessatmosphäre durchzuführen. Des Weiteren können während des Bauvorganges entstehende Gase und Schmutzpartikel durch einen Schutzgasstrom abgesaugt und somit aus dem Bauraum entfernt werden. Preferably, the change chamber is closed with a lid substantially gas-tight. In this context, the term "substantially gas-tight" is understood to mean a state in which at most negligible gas can enter or leave the exchange chamber if the gas pressure lies within a value range which is usual for the operation of the device In addition, the interchangeable chamber can have connections for the supply and / or discharge of a protective gas Construction process to perform under a defined process atmosphere. Furthermore, during the construction process, resulting gases and dirt particles can be sucked through a protective gas flow and thus removed from the installation space.
Vorzugsweise ist die Beschichtervorrichtung an der zum Bauraum weisenden Seite des Deckels angebracht. Dadurch wird ein Austragen des Aufbaumaterials aus der Wechselkammer heraus, und somit eine Verunreinigung der Vorrichtung, vermieden. Zudem ist eine an dem Deckel angeordnete Beschichtervorrichtung gut über den Bauraum und den Vorratsbehälter verfahrbar. Preferably, the coater device is attached to the installation space facing side of the lid. Thereby, a discharge of the building material out of the change chamber, and thus contamination of the device, avoided. In addition, a coating device arranged on the cover can be moved well over the installation space and the storage container.
Zusätzlich kann die Wechselkammer einen Überlaufbehälter zur Aufnahme von überschüssigem Aufbaumaterial umfassen. Das nicht verwendete Aufbaumaterial kann so gesammelt und für einen weiteren Bauvorgang verwendet werden. In addition, the change chamber may comprise an overflow container for receiving excess build-up material. The unused building material can thus be collected and used for another construction process.
Vorzugsweise ist der Bauraum als Bauschacht ausgeführt und/oder der Vorratsbehälter als Vorratsschacht ausgeführt und/oder der Überlaufbehälter als ÜberlaufSchacht ausgeführt. Die Ausgestaltung der genannten Behälter als Schächte in der Wechselkammer ist einfach zu realisieren. Zudem kann eine an dem Deckel angeordnete Beschichtervorrichtung das Aufbaumaterial auf einfache Art und Weise aus dem Vorratsschacht in dem Bauschacht auftra- gen. Preferably, the installation space is designed as a construction shaft and / or the storage container is designed as a supply shaft and / or the overflow container is designed as an overflow shaft. The design of said container as wells in the interchangeable chamber is easy to implement. In addition, a coating device arranged on the cover can apply the building material in a simple manner from the supply shaft in the building shaft.
Vorzugsweise ist in dem Vorratsbehälter eine in vertikale Richtung verschiebbare Plattform angeordnet. Abhängig von der bereits aus dem Vorratsbehälter entfernten Menge an Aufbaumate- rial kann die verschiebbare Plattform derart nach oben verschoben werden, dass die Oberfläche des bevorrateten Aufbaumateri - als im Wesentlichen in der Ebene des Behälterrandes liegt, oder das Aufbaumaterial durch nach oben Bewegen der Plattform aus dem Behälter ausgetragen wird. So kann ein Benutzer die Beschichtervorrichtung das Aufbaumaterial auf einfache Art und Weise entnehmen. Preferably, a vertically displaceable platform is arranged in the reservoir. Depending on the amount of build material already removed from the storage container, the displaceable platform can be moved upwards in such a way that the surface of the stored build-up material lies substantially in the plane of the container rim, or the building material is discharged by moving the platform up out of the container. Thus, a user can easily remove the build-up material from the coater device.
Vorzugsweise weisen die in dem Vorratsbehälter vorgesehene Plattform und/oder die Bauplattform Dichtungen auf, um den Vorratsbehälter bzw. den Bauraum zu dessen Boden hin abzudichten. Dadurch wird verhindert, dass unverfestigtes Aufbaumaterial aus dem Vorratsbehälter bzw. dem Bauraum austritt. The platform and / or the construction platform provided in the storage container preferably have seals in order to seal the storage container or the installation space to the bottom thereof. This prevents unsolidified build-up material from escaping from the storage container or the installation space.
Vorzugsweise weisen die in dem Vorratsbehälter vorgesehene Plattform und/oder die Bauplattform an ihrer Unterseite eine Befestigungsvorrichtung auf zum mechanischen Koppeln der Platt- form an eine in der Vorrichtung vorgesehene Trägervorrichtung, wobei die Befestigungsvorrichtung bevorzugt als mechanisches Schnellspannsystem ausgebildet ist. Damit ist es möglich, die Plattform an einer in der Vorrichtung vorgesehenen Trägervorrichtung auf einfache Art und Weise zu befestigen. Preferably, the platform provided in the reservoir and / or the building platform on its underside a fastening device for mechanically coupling the platform to a provided in the device support device, wherein the fastening device is preferably designed as a mechanical quick-release system. This makes it possible to attach the platform to a provided in the device carrier device in a simple manner.
Zusätzlich kann die Wechselkammer an ihrer Außenseite eine Kopplungsvorrichtung aufweisen, insbesondere zum Koppeln an eine Transportvorrichtung. Damit wird ein einfaches Einbringen und Herausnehmen der Wechselkammer in die Vorrichtung bzw. aus dieser heraus ermöglicht. In addition, the interchangeable chamber may have on its outer side a coupling device, in particular for coupling to a transport device. Thus, a simple introduction and removal of the change chamber in the device or from this out is made possible.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Ob- jekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen umfasst eine Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, und eine Wechselkammer, welche aus der Vorrichtung heraus entnehmbar ist. Somit können die Schritte des Befüllens des Vorratsbehälters mit Aufbaumaterial vor dem Bauvorgang, sowie das Abkühlen, die Entnahme des fertigen Objekts und das Reinigen der Wechselkammer nach Beendigung des Bauvorganges bei entnommener Wechselkammer außerhalb der Vorrichtung erfolgen. A device according to the invention for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material at the cross-section of the object to be produced in the respective layer corresponding locations comprises a radiation source for emitting electromagnetic radiation, and a change chamber, which from the device is removable. Thus, the steps of filling the reservoir with building material before the construction process, as well as the cooling, the removal of the finished object and the cleaning of the exchangeable chamber after completion of the construction process with removed removable chamber outside of the device.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch selektives schichtweises Verfestigen von Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der jeweiligen Schicht entsprechenden Stellen unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung wird unter Verwendung einer Wechselkammer durchgeführt. Die Wechselkammer umfasst einen Bauraum mit einer Bauplattform, auf der das dreidimensionale Objekt hergestellt wird, einen Vorratsbehälter, in welchem Auf- baumaterial bevorratet wird, eine Beschichtervorrichtung, die eine Schicht des Aufbaumaterials auf der Bauplattform oder auf einer bereits selektiv verfestigten Schicht des Aufbaumaterials aufbringt und ein Fenster zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung. Bei diesem Verfahren erfolgt das gesamte Pul- verhandling in der Wechselkammer, so dass kein Pulver in denA method according to the invention for producing a three-dimensional object by selective layer-by-layer solidification of building material at points corresponding to the cross-section of the object to be produced in the respective layer under the action of electromagnetic radiation is carried out using a changing chamber. The changeable chamber comprises a construction space with a construction platform on which the three-dimensional object is produced, a storage container in which building material is stored, a coating apparatus which applies a layer of the construction material to the construction platform or on an already selectively solidified layer of the building material and a window for coupling in electromagnetic radiation. In this process, the entire powder handling takes place in the exchange chamber, so that no powder in the
Außenbereich bzw. in die Vorrichtung gelangt. Outside or in the device passes.
Vorzugsweise wird die Wechselkammer in verschlossenem Zustand in eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Ob- jekts eingebracht und/oder in verschlossenem Zustand aus der Vorrichtung entfernt. Dadurch wird verhindert, dass Pulver in die Vorrichtung und/oder Verunreinigungen in die Wechselkammer gelangen . Vorzugsweise wird die Wechselkammer im Wesentlichen direkt nachIn the closed state, the changing chamber is preferably introduced into a device for producing a three-dimensional object and / or removed from the device in the closed state. This prevents powder from entering the device and / or contaminants in the change chamber. Preferably, the change chamber is substantially directly after
Abschluss des selektiven schichtweisen Verfestigens des Aufbau- materials in allen Schichten aus einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts entfernt und im Wesentlichen außerhalb der Vorrichtung abgekühlt. Dadurch kann die Vorrichtung unmittelbar nach Beendigung des Bauvorganges für einen weiteren Bauvorgang genutzt werden. Diese Zeitersparnis erhöht die Effizienz und somit die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Vorrichtung. Completion of the selective stratified solidification of the structural removed material in all layers of a device for producing a three-dimensional object and cooled substantially outside the device. As a result, the device can be used immediately after completion of the construction process for a further construction process. This time saving increases the efficiency and thus the economy of such a device.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Fig. 1 is a schematic, partially in section
Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts. View of a device according to an embodiment of the invention for producing a three-dimensional object in layers.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung enthaltenen Wechselkammer. Fig. 2 is a schematic perspective view of a change chamber included in the apparatus shown in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Ansicht der Wechselkammer von oben ohne Deckel . Fig. 3 is a schematic, sectional view of the changing chamber from above without cover.
Fig . 4a ist eine schematische Ansicht der Wechselkammer von der Fig. 4a is a schematic view of the changing chamber of FIG
Seite und Fig. 4b eine Schnittansicht entlang der in Fig. 4a gezeigten Linie A A. 4b shows a sectional view along the line A A shown in FIG. 4a.
Fig. 5a- 5c sind schematische Außenansichten der in Fig. 1 ge- zeigten Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts. Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Lasersinter- o- der Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Aufbauen eines Objekts 2 enthält sie eine Wechselkammer 3 mit einer Wandung 4. FIGS. 5a-5c are schematic external views of the apparatus shown in FIG. 1 for layering a three-dimensional object. An apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The device shown in FIG. 1 is a laser sintering or laser melting device 1. For constructing an object 2, it contains a changing chamber 3 with a wall 4.
In der Wechselkammer 3 sind ein Vorratsschacht 6 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Aufbaumaterial 13, ein ÜberlaufSchacht 7 zur Aufnahme von überschüssigem Aufbauma- terial 16, sowie ein Bauschacht 5 angeordnet. In dem Bauschacht 5, welcher den Bauraum definiert, ist eine Bauplattform 9 angeordnet, die den Bauschacht 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Zum Abdichten des Bauschachtes 5 nach unten hin umfasst die Bauplattform 9 vorzugsweise Dichtungen, welche in Fig. 1 nicht gezeigt sind. Das dreidimensionale Objekt 2 ist in dem Bauschacht 5 auf der Bauplattform 9 aufbaubar. Die Bauplattform 9 ist auf oder an einer außerhalb der Wechselkammer 3 in der Vorrichtung 1 vorgesehenen in einer vertikalen Richtung V bewegbaren Trägervorrichtung 8 befestigt. In Fig. 1 ist das in dem Bauschacht 5 auf der Bauplattform 9 zu bildende Objekt 2 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 11. In dem Vorratsschacht 6 ist eine weitere Plattform 36 angeordnet, die den Vorratsschacht 6 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Zum Abdichten des Vorratsschachtes 6 nach unten hin umfasst die Plattform 36 vorzugsweise Dichtungen, welche in Fig. 1 nicht näher gezeigt sind. Die Plattform 36 ist auf oder an einer weiteren außerhalb der Wechselkammer 3 in derIn the exchange chamber 3, a storage shaft 6 for a festungsig by electromagnetic radiation building material 13, an overflow shaft 7 for receiving excess Aufbauma- material 16, and a building shaft 5 are arranged. In the building shaft 5, which defines the space, a building platform 9 is arranged, which closes the building shaft 5 down and thus forms its bottom. For sealing the building shaft 5 downwards, the construction platform 9 preferably comprises seals which are not shown in FIG. The three-dimensional object 2 can be built on the construction platform 9 in the construction shaft 5. The building platform 9 is fastened on or to a support device 8 provided in the device 1 and movable in a vertical direction V outside the changeable chamber 3. In FIG. 1, the object 2 to be formed in the building shaft 5 on the construction platform 9 is shown in an intermediate state with several solidified layers surrounded by unconsolidated construction material 11. In the supply shaft 6, a further platform 36 is arranged, following the supply shaft 6 closes down and thus forms its bottom. For sealing the supply shaft 6 downwards, the platform 36 preferably comprises seals, which are not shown in detail in FIG. The platform 36 is on or at another outside of the change chamber 3 in the
Vorrichtung 1 vorgesehenen in einer vertikalen Richtung V bewegbaren Trägervorrichtung 37 befestigt. Die Trägervorrichtung 37 und die Bauplattform 9 können auch einstückig ausgebildet sein. Device 1 provided in a vertical direction V movable support device 37 attached. The carrier device 37 and the building platform 9 may also be integrally formed.
Des Weiteren weist die Wandung 4 der Wechselkammer 3 an ihrer Unterseite zwei Ausnehmungen 39, 40 auf, durch welche in der Vorrichtung 1 vorgesehene Trägervorrichtungen 8, 37 in die Wechselkammer eingreifen können. Die Ausnehmungen 39, 40 sind dabei mindestens so groß wie die maximale horizontale Erstre- ckung der Trägervorrichtungen 8, 37 bzw. der (Bau) plattform ( en) 9, 36. Furthermore, the wall 4 of the change chamber 3 on its underside two recesses 39, 40, through which provided in the device 1 carrier devices 8, 37 can engage in the change chamber. The recesses 39, 40 are at least as large as the maximum horizontal extent of the support devices 8, 37 or of the (construction) platform (s) 9, 36.
Durch den oberen Rand des Bauschachts 5 ist eine Arbeitsebene 10 definiert. Vorzugsweise sind der Vorratsschacht 6 und/oder der Überlaufschacht 7 derart in der Wechselkammer 3 angeordnet, dass der obere Rand des Vorratsschachtes 6 und/oder der obere Rand des ÜberlaufSchachtes 7 in der Arbeitsebene liegen. Through the upper edge of the building shaft 5, a working level 10 is defined. Preferably, the storage shaft 6 and / or the overflow shaft 7 are arranged in the exchange chamber 3 such that the upper edge of the storage shaft 6 and / or the upper edge of the overflow shaft 7 lie in the working plane.
Die Wechselkammer 3 enthält weiter eine in einer horizontalen Richtung H bewegbare Beschichtervorrichtung 14 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 13 auf die Arbeitsebene 10. Zum Bewegen der Beschichtervorrichtung 14 ist ein nicht näher gezeigter Antrieb außerhalb der Wandung 4 der Wechselkammer 3 vorgesehen. Die Beschichtervorrichtung 14 ist mittels einer in Fig. 1 nicht gezeigten Antriebsachse 31 mit dem Antrieb verbunden.. The changing chamber 3 further includes a movable in a horizontal direction H coater device 14 for applying the building material 13 to the working plane 10. For moving the coater 14, a not shown in detail drive outside the wall 4 of the interchangeable chamber 3 is provided. The coater device 14 is connected to the drive by means of a drive shaft 31 (not shown in FIG. 1).
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungs- vorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über ein Einkoppelfenster 15, das in der Oberseite der Wandung 4 der Wechselkammer 3 angeordnet ist, auf die Arbeitsebene 10 fokussiert wird. Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit geladen werden kann. The laser sintering device 1 further includes an exposure device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected by a deflection device 23 and by a focusing device 24 via a coupling window 15 which is arranged in the top of the wall 4 of the change chamber 3 is focused on the working level 10. Furthermore, the laser sintering device 1 includes a control unit 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the building process. The control unit may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software). The computer program can be stored separately from the device on a storage medium, from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
Wie in Fig. 2 gezeigt umfasst die Wechselkammer einen abnehmbaren Deckel 12, welcher das Einkoppelfenster 15 zum Einkoppeln der Laserstrahlung 22 aufweist. Die Wechselkammer 3 ist vorzugsweise mit aufgesetzten Deckel 12 im Wesentlichen gasdicht verschließbar, so dass im Wesentlichen kein Gasaustausch mit der Umgebungsluft erfolgt. Zudem sind in der Wandung 4 der Wechselkammer 3 eine Gaszufuhr 41 sowie ein Gasauslass 42 vorgesehen zum Zu- bzw. Ableiten eines Schutzgases. Damit ist es möglich, in der Wechselkammer 3 während des Bauvorganges eine definierte Gasatmosphäre aufrecht zu erhalten. Die Kopplungsvorrichtung 30 sowie die Antriebsachse 31 werden später in Bezug auf Fig. 5a-5c bzw. 4a-4b näher beschrieben. As shown in FIG. 2, the exchangeable chamber comprises a removable cover 12 which has the coupling-in window 15 for coupling in the laser radiation 22. The exchangeable chamber 3 is preferably closed in a gas-tight manner with the lid 12 attached, so that essentially no gas exchange takes place with the ambient air. In addition, in the wall 4 of the change chamber 3, a gas supply 41 and a gas outlet 42 are provided for supplying or discharging a protective gas. This makes it possible to maintain a defined gas atmosphere in the change chamber 3 during the construction process. The coupling device 30 and the drive axle 31 will be described later with reference to FIGS. 5a-5c and 4a-4b, respectively.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Wechselkammer 3 von oben ohne aufgesetzten Deckel 12. Die Wechselkammer 3 umfasst einen Fig. 3 shows a view of the change chamber 3 from above without patch cover 12. The change chamber 3 comprises a
Bauschacht 5, welcher mittig in der Wechselkammer 3 angeordnet ist, sowie einen Vorratsschacht 6 und einen Uberlaufschacht 7. Der Vorratsschacht 6 und der Überlaufschacht 7 grenzen an gegenüberliegenden Seiten des Bauschachts 5 an diesen an. An zwei gegenüberliegenden Außenseiten der Wandung 4 sind eine Gaszufuhr 41 sowie ein Gasauslass 42 vorgesehen zum Zu- bzw. Ableiten eines Schutzgases. Die Beschichtervorrichtung 14 ist wie in den Fig. 4a-4b gezeigt an der zum Bauschacht 5 weisenden Seite des Deckels 12, d.h. an dessen Unterseite, angeordnet. Um die Verfahrbarkeit der Beschichtervorrichtung 14 in eine horizontale Richtung H, welche in Fig. 4a in der Zeichenebene und in Fig. 4b senkrecht zu dieser verläuft, zu gewährleisten, ist die Beschichtervorrichtung 14 mittels einer Antriebsachse 31 mit einem nicht näher gezeigten Antrieb verbunden. Die Antriebsachse 31 verläuft in Fig. 4a senkrecht zur Zeichenebene und in Fig. 4b parallel zur Zeichen- ebene. Die Antriebsachse 31 ist so bewegbar, dass die Beschichtervorrichtung 14 in einer horizontalen Richtung H zwischen dem Vorratsschacht 6 und dem ÜberlaufSchacht 7 hin und her bewegbar ist . Der in Fig. 4b gezeigte Bauschacht 5 ist nach unten hin durch die Bauplattform 9 abgeschlossen oder abgedichtet. An der Unterseite der Bauplattform 9, d.h. an der dem Bauschacht 5 abgewandten Seite, ist eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen an einer in der Vorrichtung 1 vorgesehenen Trägervorrichtung 8 angeordnet. Die in Fig. 4b gezeigte Befestigungsvorrichtung ist ein Zapfen 32 oder mehrere Zapfen 32, welche dazu geeignet ist bzw. sind, in Buchsen der Trägervorrichtung 8 einzugreifen und somit die Bauplattform 9 mechanisch an die Trägervorrichtung 8 zu koppeln. Building shaft 5, which is arranged centrally in the interchangeable chamber 3, as well as a supply shaft 6 and an overflow shaft 7. The supply shaft 6 and the overflow shaft 7 adjoin on opposite sides of the building shaft 5 at this. On two opposite outer sides of the wall 4, a gas supply 41 and a gas outlet 42 are provided for supplying or discharging a protective gas. As shown in FIGS. 4a-4b, the coater device 14 is arranged on the side of the cover 12 facing the construction shaft 5, ie on the underside thereof. In order to ensure the mobility of the coater device 14 in a horizontal direction H, which in FIG. 4a extends in the plane of the drawing and in FIG. 4b perpendicular thereto, the coater device 14 is connected by means of a drive shaft 31 to a drive (not shown). The drive axle 31 runs in FIG. 4 a perpendicular to the drawing plane and in FIG. 4 b parallel to the drawing plane. The drive shaft 31 is movable so that the coater apparatus 14 is reciprocally movable in a horizontal direction H between the hopper 6 and the weir shaft 7. The construction shaft 5 shown in Fig. 4b is completed or sealed down through the platform 9. On the underside of the building platform 9, ie on the side facing away from the building shaft 5, a fastening device for fixing to a provided in the device 1 support device 8 is arranged. The fastening device shown in Fig. 4b is a pin 32 or a plurality of pins 32, which is or are suitable to engage in sockets of the support device 8 and thus to mechanically connect the building platform 9 to the support device 8.
Fig. 5a-5c zeigt weitere schematische Ansichten der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1. Die Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 38 auf dem die Belichtungseinheit 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 38 weist eine Öffnung 34 auf, welche vorzugsweise durch eine nicht gezeigte Tür oder eine andere Verschlussvorrichtung verschließbar ist. Die Wech- selkammer 3 ist durch die Öffnung 34 in die Vorrichtung 1 einbringbar und entnehmbar. Dazu weist die Wechselkammer 3 eine Kopplungsvorrichtung 30 auf, an welcher eine Transportvorrichtung angreifen kann. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 eine Trägervorrichtung 37 auf, welche an ihrer Oberseite, d.h. der der Wechselkammer 3 zugewandten Seite, Buchsen 35 aufweist zum mechanischen Koppeln der Plattform 36 des Vorratsschachtes 6 an die Trägervorrichtung 37, sowie eine Trägervorrichtung 8, welche an ihrer Oberseite, d.h. der der Wechselkammer 3 zugewand- ten Seite, Buchsen 35 aufweist zum mechanischen Koppeln derFIGS. 5a-5c show further schematic views of the device 1 shown in FIG. 1. The laser sintering or laser melting device 1 comprises a housing 38 on which the exposure unit 20 is arranged. The housing 38 has an opening 34, which is preferably closable by a door, not shown, or other closure device. The change Selkammer 3 is introduced through the opening 34 in the device 1 and removable. For this purpose, the change chamber 3 has a coupling device 30, on which a transport device can act. Furthermore, the device 1 has a carrier device 37, which on its upper side, ie the side facing the change chamber 3, jacks 35 for mechanically coupling the platform 36 of the storage shaft 6 to the support device 37, and a support device 8, which on its upper side , ie the side facing the changeable chamber 3, bushings 35 has for mechanically coupling the
Bauplattform 9 an die Trägervorrichtung 8. Die Trägervorrichtungen 8, 37 sind nebeneinander und unterhalb der Wechselkammer 3 angeordnet und mittels nicht gezeigter Antriebe in eine vertikale Richtung V verfahrbar. An der der Öffnung 34 gegenüber- liegenden Seite des Gehäuses 38 ist ein Anschluss 33 zum Zu- und Abführen eines Schutzgases in die Wechselkammer 3 bzw. aus dieser heraus vorgesehen. Der Anschluss 33 muss jedoch nicht an der der Öffnung 34 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 38 angeordnet sein, er kann vielmehr an jeder beliebigen Seite des Gehäuses 38 angeordnet sein. Der Anschluss 33 kann auch als zwei getrennte Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des Gases ausgestaltet sein. Building platform 9 to the support device 8. The carrier devices 8, 37 are arranged side by side and below the interchangeable chamber 3 and by means not shown drives in a vertical direction V movable. On the side of the housing 38 lying opposite the opening 34, a connection 33 is provided for supplying and discharging a protective gas into or out of the interchangeable chamber 3. However, the connection 33 does not have to be arranged on the side of the housing 38 opposite the opening 34; it can instead be arranged on any desired side of the housing 38. The port 33 may also be configured as two separate ports for supplying and discharging the gas.
Im Betrieb wird eine Wechselkammer 3 außerhalb der Vorrichtung 1 für den Bauvorgang vorbereitet. Dazu wird beispielsweise die Plattform 36 des Vorratsschachtes 6 in die unterste Position gebracht und der Vorratsschachte 6 mit Aufbaumaterial 13 be- füllt. Anschließend wird die Wechselkammer 3 mit dem Deckel 12 verschlossen, vorzugsweise gasdicht verschlossen, und mittels einer Transportvorrichtung durch die Öffnung 34 der VorrichtungIn operation, a changing chamber 3 is prepared outside the device 1 for the construction process. For this purpose, for example, the platform 36 of the storage shaft 6 is brought into the lowermost position and the supply shaft 6 filled with building material 13. Subsequently, the change chamber 3 is closed with the lid 12, preferably sealed gas-tight, and by means of a transport device through the opening 34 of the device
1 in diese eingebracht. Die Transportvorrichtung kann beispielsweise als Hubwagen ausgestaltet sein und greift an der Kopplungsvorrichtung 30, welche an der Außenseite der Wechsel - kammer vorgesehen ist, an. Es ist jedoch auch möglich, die Wechselkammer 3 ohne Verwendung einer Transportvorrichtung in die Vorrichtung 1 einzubringen. So kann die Wechselkammer 3 beispielsweise auch per Hand in die Vorrichtung 1 eingebracht werden. 1 introduced into this. The transport device can be configured for example as a lift truck and engages the Coupling device 30, which is provided on the outside of the exchange chamber, to. However, it is also possible to introduce the change chamber 3 without using a transport device in the device 1. For example, the changing chamber 3 can also be introduced into the device 1 by hand.
Nun werden die Trägervorrichtungen 8, 37 so verfahren, dass die Zapfen 32 an den Unterseiten der Bauplattform 9 und der Plattform 36 in den Buchsen 35 der Trägervorrichtungen 8, 37 einrasten und die Bauplattform 9 und der Plattform 36 somit an den Trägervorrichtungen 8, 37 befestigt sind und damit in eine vertikale Richtung V verfahren werden können. Zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials 13 wird zunächst die Bauplattform 9 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht, und die Plattform 36 wird nach oben verfahren um der Beschichtervorrichtung 14 eine ausreichende Menge an Aufbaumaterial 13 zuzuführen. Dabei kann die Plattform 36 entweder so weit nach oben verschoben werden, dass die Oberfläche des bevorrateten Aufbaumaterials 13 im Wesentlichen in der Arbeitsebene 10 liegt, oder dass das Aufbaumaterial 13 durch nach oben Bewegen der Plattform 36 aus dem Vorratsschacht 6 ausgetragen und somit der Beschichtervorrichtung 14 zugeführt wird. Now, the carrier devices 8, 37 are moved so that the pins 32 on the undersides of the building platform 9 and the platform 36 in the sockets 35 of the support devices 8, 37 engage and the build platform 9 and the platform 36 thus attached to the support devices 8, 37 are and can thus be moved in a vertical direction V. For applying a layer of the building material 13, the building platform 9 is first lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness, and the platform 36 is moved upwards in order to supply the coating device 14 with a sufficient amount of building material 13. In this case, the platform 36 can either be moved so far upwards that the surface of the stored building material 13 lies substantially in the working plane 10, or that the building material 13 is discharged from the supply shaft 6 by moving the platform 36 upwards and thus the coating device 14 is supplied.
Durch Verfahren der Beschichtervorrichtung 14 über die Arbeits - ebene 10 wird dann eine Schicht des Aufbaumaterials 13 auf der Bauplattform 9 bzw. auf einer bereits selektiv verfestigten Schicht des Aufbaumaterials 13 aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld, also den Bereich der Arbeitsebene 10, der innerhalb der oberen Öffnung des Bauschachtes 5 liegt. Überschüssiges Aufbaumaterial 16 kann dabei dem ÜberlaufSchacht 7 zugeführt werden. Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 13 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist. By moving the coating apparatus 14 over the working plane 10, a layer of the building material 13 is then applied to the building platform 9 or to an already selectively consolidated layer of the building material 13. The application takes place at least over the entire cross-section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction field, ie the region of the working plane 10 which lies within the upper opening of the building shaft 5. Excess build-up material 16 can thereby the overflow shaft 7 are supplied. Subsequently, the cross section of the object 2 to be produced is scanned by the laser beam 22, so that the powdery building material 13 is solidified at the points corresponding to the cross section of the object 2 to be produced. These steps are repeated until the object 2 is completed.
Unmittelbar nach Beendigung des Bauvorganges werden die Trägervorrichtungen 8, 37 in eine untere Position verfahren und die Bauplattform 9 und die Plattform 36 von den Trägervorrichtungen 8, 37 abgekoppelt. Anschließend wird die Wechselkammer 3 mittels der Transportvorrichtung durch die Öffnung 34 aus der Vorrichtung 1 heraus entnommen. Unmittelbar nach Entnahme der Wechselkammer 3 kann eine weitere Wechselkammer 3 in die Vorrichtung 1 eingebracht werden um einen weiteren Bauvorgang durchzuführen . Immediately after completion of the construction process, the carrier devices 8, 37 are moved to a lower position and the build platform 9 and the platform 36 are decoupled from the carrier devices 8, 37. Subsequently, the change chamber 3 is removed by means of the transport device through the opening 34 of the device 1 out. Immediately after removal of the change chamber 3, a further change chamber 3 can be introduced into the device 1 to perform a further construction process.
Die Wechselkammer 3 bzw. das fertige Objekt 2 können nun nach Bedarf weitere Prozessschritte durchlaufen. Diese können folgende Schritte oder eine Auswahl davon in im Wesentlichen beliebiger Reihenfolge enthalten: The changeable chamber 3 or the finished object 2 can now undergo further process steps as needed. These may include the following steps or a selection thereof in substantially any order:
- Entfernen des Deckels 12 von der Wechselkammer 3, Removing the cover 12 from the exchangeable chamber 3,
- Abkühlen des hergestellten Objekts 2, Cooling the manufactured object 2,
- Entfernen des das Objekt 2 umgebenden unverfestigten Aufbau- materials 11, Removing the uncontaminated superstructure material 11 surrounding the object 2,
- Entnehmen des Objekts 2 aus der Wechselkammer 3, Removing the object 2 from the exchangeable chamber 3,
- Entfernen des Aufbaumaterials 13 aus dem Überlaufschacht und/oder aus dem Vorratsschacht, und Removing the building material 13 from the overflow shaft and / or from the supply shaft, and
- Reinigen der Wechselkammer 3 und der darin angeordneten Elemente . In den oben beschriebenen Ausführungsformen einer Wechselkammer sind ein Bauschacht, ein Vorratsschacht und (optional) ein Überlaufschacht vorgesehen. Es können aber auch mehrere Bauschächte und/oder mehrere Vorratsschächte und/oder mehrere Überlaufschachte in der Wechselkammer vorgesehen sein. So kann beispielsweise je ein Vorratsschacht auf je einer Seite des Bauschachts angeordnet sein, so dass die Beschichtervorrichtung zum Auftragen einer ersten Schicht von dem auf der ersten Seite des Bauschachts angeordneten Vorratsschacht über den Bauschacht hin zu dem auf der gegenüberliegenden Seite des Bauschachts liegenden zweiten Vorratsschacht verfahren wird. Zum Auftragen der nachfolgenden Schicht wird die Beschichtervorrichtung dann von dem zweiten Vorratsschacht über den Bauschacht zurück zu dem ersten Vorratsschacht verfahren. Dadurch ist es nicht not- wendig, die Beschichtervorrichtung nach dem Auftragen einer- Cleaning the changing chamber 3 and the elements arranged therein. In the embodiments of a changing chamber described above, a building shaft, a storage shaft and (optionally) an overflow shaft are provided. However, it is also possible to provide a plurality of construction shafts and / or a plurality of storage shafts and / or a plurality of overflow shafts in the exchangeable chamber. Thus, for example, one supply chute can each be arranged on each side of the construction can, so that the application device for applying a first layer moves from the supply chute arranged on the first side of the construction shaft over the construction shaft to the second supply shaft located on the opposite side of the construction shaft becomes. For applying the subsequent layer, the coater device is then moved from the second supply shaft via the building shaft back to the first supply shaft. Thus, it is not necessary, the coater after applying a
Schicht wieder über das Baufeld zurück zu dem Vorratsschacht zu fahren, was den Bauvorgang zeiteffizienter gestaltet. Ferner können beispielsweise auch mehrere Bauschächte vorgesehen sein, so dass in einer Wechselkammer mehrere dreidimensionale Objekte gleichzeitig auf verschiedenen Bauplattformen hergestellt werden können. Shift back over the construction field back to the storage shaft, which makes the construction process more time efficient. Furthermore, for example, it is also possible to provide a plurality of construction shafts so that a plurality of three-dimensional objects can be produced simultaneously on different construction platforms in a changeable chamber.
Des Weiteren kann der Deckel des Wechselbehälters als nicht abnehmbarer Deckel ausgestaltet sein und zum Eingriff in die Wechselkammer eine Tür oder ein anderes Verschlusselement in der Wandung der Wechselkammer vorgesehen sein. Furthermore, the cover of the interchangeable container can be designed as a non-removable lid and be provided for engagement in the interchangeable chamber, a door or other closure element in the wall of the interchangeable chamber.
Auch kann zumindest eine der Ausnehmungen 39, 40 nicht an der Unterseite der Wechselkammer vorgesehen sein, sondern bei- spielsweise in der Seitenwandung der Wechselkammer. Somit greift zumindest eine der Trägervorrichtungen 8, 37 nicht von unten, sondern z.B. seitlich in die Wechselkammer ein. Die Befestigungsvorrichtung der Bauplattform bzw. der Plattform des Vorratsschachtes kann daran angepasst sein und z.B. seitlich der Bauplattform bzw. der Plattform vorgesehen sein. Also, at least one of the recesses 39, 40 may not be provided on the underside of the interchangeable chamber, but for example in the side wall of the interchangeable chamber. Thus, at least one of the carrier devices 8, 37 does not engage below, but eg laterally in the exchange chamber. The fastening device of the construction platform or the platform of the storage shaft can be adapted thereto and provided, for example, laterally of the construction platform or the platform.
Die Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Bauplattform und/oder der Plattform an der entsprechenden Trägervorrichtung muss nicht als Zapfen ausgeführt sein, welcher in eine Buchse eingreift. Es ist vielmehr jedes mechanische Befestigungssystem, insbesondere Schnellkoppelsystem, denkbar. So kann die Bauplattform bzw. Plattform beispielsweise mittels eines Kipphebels an der Trägervorrichtung befestigt werden. Ferner sind auch nicht mechanische, wie beispielsweise magnetische, Befestigungsmechanismen denkbar. The fastening device for attaching the construction platform and / or the platform to the corresponding support device need not be designed as a pin which engages in a socket. Rather, any mechanical fastening system, in particular quick coupling system, is conceivable. For example, the construction platform or platform can be fastened to the support device by means of a rocker arm. Furthermore, non-mechanical, such as magnetic, fastening mechanisms are conceivable.
Die Kopplungsvorrichtung der Wechselkammer, an welcher die Transportvorrichtung angreift, muss nicht seitlich der Wechselkammer angeordnet sein. So kann die Wechselkammer z.B. auch an der durch die Öffnung in dem Gehäuse der Vorrichtung sichtbaren Vorderseite der Wechselkammer angeordnet sein. The coupling device of the interchangeable chamber, on which the transport device acts, need not be arranged laterally of the interchangeable chamber. Thus, the changing chamber may e.g. also be arranged on the visible through the opening in the housing of the device front of the removable chamber.
Ferner können an der Wechselkammer, vorzugsweise an ihrer Unterseite, Standfüße und/oder Rollen vorgesehen sein, um einen stabilen Stand bzw. eine Verfahrbarkeit der Wechselkammer beispielsweise außerhalb der Vorrichtung zu gewährleisten. Furthermore, feet and / or rollers can be provided on the exchangeable chamber, preferably on its underside, in order to ensure stable stability or movability of the exchangeable chamber, for example outside the device.
Des Weiteren können Einrichtungen zum Einbringen und/oder Entnehmen und/oder Verankern der Wechselkammer in der Vorrichtung vorgesehen sein, wie beispielsweise Schienen und/oder eine Kulisse, sowie ein Ausrichtelement und/oder Justierelement zum präzisen Positionieren und/oder Ausrichten der Wechselkammer in der Vorrichtung. Die Wechselkammer kann weitere Dichtungen aufweisen, um ein Austreten von Aufbaumaterial aus der Wechselkammer und/oder ein Eindringen von Verunreinigungen in die Wechselkammer zu vermeiden. Auch kann die Wechselkammer thermisch isoliert sein. Furthermore, means for introducing and / or removing and / or anchoring the changing chamber may be provided in the device, such as rails and / or a link, and an alignment and / or adjusting element for precise positioning and / or alignment of the change chamber in the device , The change chamber may have further seals to prevent leakage of build material from the change chamber and / or ingress of contaminants into the change chamber. Also, the change chamber can be thermally insulated.
Dadurch kann die Außenoberfläche auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden als die Innenoberfläche der Kammerwandung, was die Entnahme der Wechselkammer unmittelbar nach dem Bauvorgang vereinfacht und Verbrennungen eines Bedieners vorbeug . Thereby, the outer surface can be maintained at a lower temperature than the inner surface of the chamber wall, which facilitates the removal of the changer chamber immediately after the construction and prevents burns of an operator.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer Lasersinterbzw. 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 Aufbaumaterials durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung angewendet werden. Although the present invention based on a Lasersinterbzw. Laser melting device has been described, it is not limited to the laser sintering or laser melting. It can be applied to any methods of manufacturing a three-dimensional object by coating and selectively solidifying a building material by the action of electromagnetic radiation.
Der Laser kann beispielsweise einen Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser umfassen. Allgemein kann jede Einrichtung verwendet werden, mit der elektromagnetische Strahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das Absorptions- bzw. Inhibitionssintern kann die Erfindung angewendet werden. The laser may include, for example, a gas or solid state laser or any other type of laser. In general, any means may be used to selectively apply electromagnetic radiation to a layer of building material. The invention can also be applied to selective mask sintering using an extended light source and a mask, or to absorption sintering.
Es können verschiedene Arten von Aufbaumaterial verwendet werden, insbesondere pulverförmiges Aufbaumaterial wie Metallpulver, Kunststoffpulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver. Various types of building material can be used, in particular powdery building material such as metal powder, plastic powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder.
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