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DE102008008621A1 - Device for producing a three-dimensional object by sintering comprises a heating unit for heating air to a prescribed temperature and a process chamber having an air inlet opening and an air outlet opening - Google Patents

Device for producing a three-dimensional object by sintering comprises a heating unit for heating air to a prescribed temperature and a process chamber having an air inlet opening and an air outlet opening Download PDF

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DE102008008621A1
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Jialin Dr.-Ing. Shen
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Mercedes Benz Group AG
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Daimler AG
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Abstract

Device for producing a three-dimensional object by sintering comprises a heating unit (1) for heating air to a prescribed temperature and a process chamber (2) having an air inlet opening (4) through which the heated air is passed and an air outlet opening (5) through which air is removed from the process chamber. An independent claim is also included for a method for the production of the three-dimensional object by sintering.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes.The The invention relates to a device and a method for layers Production of a three-dimensional object.

Eine derartige Vorrichtung ist unter anderem aus der DE 698 06 949 T2 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Körper aus einer großen Anzahl miteinander verbindbarer Schichten eines teilchenförmigen Baumaterials, beispielsweise eines Pulvers, vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Maskenapparat, auf dem für jede Objektschicht ein Maskenmuster erzeugt oder aufgebracht wird, und einen darüber angeordneten Strahlungsgenerator, um diejenigen Teilchen des Baumaterials einer Schicht zu erwärmen, die nicht durch das Maskenmuster abgedeckt sind und zur Bestrahlung frei liegen. Durch die Erwärmung infolge der Bestrahlung werden bestrahlte Teilchen des Baumaterials durch Schmelzen oder Sintern aneinander gebunden.Such a device is inter alia from the DE 698 06 949 T2 known. There is proposed an apparatus for producing three-dimensional bodies from a large number of interconnectable layers of a particulate building material, for example a powder. The apparatus comprises a mask apparatus on which a mask pattern is formed or applied for each object layer, and a radiation generator disposed thereabove to heat those particles of the building material of a layer which are not covered by the mask pattern and exposed for irradiation. As a result of the heating due to the irradiation, irradiated particles of the building material are bound together by melting or sintering.

Die Qualität eines mit einer derartigen Vorrichtung hergestellten Produktes wird häufig durch Temperaturschwankungen während des Herstellungsprozesses beeinträchtigt. Insbesondere erhöht sich im Laufe des Herstellungsprozesses oft eine Temperatur im Bereich des Produktes durch die zugeführte Strahlungsenergie und/oder ein Teil des teilchenförmigen Baumaterials wird durch ein Herausfahren einer Maskenplatte stark abgekühlt.The Quality of a manufactured with such a device Product is often due to temperature changes during affected by the manufacturing process. Especially In the course of the manufacturing process, a temperature often increases in the area of the product due to the supplied radiant energy and / or becomes a part of the particulate building material greatly cooled by retraction of a mask plate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes anzugeben.Of the Invention is based on the object, an improved device and an improved process for the layered production of a indicate three-dimensional object.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.The Object is achieved by an arrangement having the features specified in claim 1 and a method with solved the features specified in claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch Sintern oder Verschmelzen von Teilchen eines Baumaterials mittels einer elektromagnetischen Strahlung wenigstens einer Strahlungsquelle. Dabei ist jede Objektschicht mittels einer Maskenplatte herstellbar, die mit einem Maskenmuster für die jeweilige Objektschicht versehen und zwischen die wenigstens eine Strahlungsquelle und eine Teilchenschicht einbringbar ist.The The invention relates to a device and a method for layers Production of a three-dimensional object by sintering or Melting of particles of a building material by means of an electromagnetic Radiation of at least one radiation source. Each object layer is by means of a mask plate produced with a mask pattern for provided the respective object layer and between the at least a radiation source and a particle layer can be introduced.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine Heizeinrichtung, mittels derer Luft auf eine vorgebbare Temperatur erwärmbar ist, und eine Prozesskammer mit einer Lufteingangsöffnung, durch die der Prozesskammer von der Heizeinrichtung erwärmte Luft zuführbar ist, und einer Luftausgangsöffnung, durch die Luft aus der Prozesskammer abführbar ist.The inventive device is characterized by a heating device, by means of which air to a predefinable Temperature is heated, and a process chamber with a Air inlet opening through which the process chamber of the Heating device heated air can be supplied, and an air outlet opening, through the air from the process chamber is deductible.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes in einer Prozesskammer vor, wobei der Prozesskammer auf eine vorgebbare Temperatur erwärmte Luft zugeführt wird.The The invention further provides a process for layered production a three-dimensional object in a process chamber, wherein the process chamber heated to a predetermined temperature Air is supplied.

Die Zuführung erwärmter Luft mit einer vorgebbaren Temperatur in die Prozesskammer ist vorteilhaft, da dadurch die Temperatur in der Prozesskammer stabilisiert werden kann. Dies verbessert die Schichtbildung und damit die mechanischen Eigenschaften und die Qualität der hergestellten Produkte, sowie die Reproduzierbarkeit der Herstellungsergebnisse.The Supply of heated air with a predefinable Temperature in the process chamber is advantageous because thereby the Temperature in the process chamber can be stabilized. This improves the layer formation and thus the mechanical properties and the quality of the manufactured products, as well as the reproducibility the manufacturing results.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben.Further Advantages, features and details of the invention are described below based on embodiments with reference to a drawing described.

Dabei zeigt:there shows:

1 eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mit einer Heizeinrichtung, einer Prozesskammer und einer Vorkammer. 1 a device for producing a three-dimensional object in layers with a heating device, a process chamber and an antechamber.

1 zeigt eine Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mit einer Heizeinrichtung 1, einer Prozesskammer 2 und einer Vorkammer 3. 1 shows an apparatus for layer-wise production of a three-dimensional object with a heater 1 , a process chamber 2 and an antechamber 3 ,

Die Prozesskammer 2 weist eine Lufteingangsöffnung 4 auf, durch die der Prozesskammer von der Heizeinrichtung 1 erwärmte Luft, beispielsweise mittels einer ersten Rohrleitung 11, zuführbar ist. Dabei ist die Fläche der Lufteingangsöffnung 4 bevorzugt derart bemessen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der durch sie in die Prozesskammer 2 strömenden Luft einen Wert von 0,1 m/s nicht überschreitet. Dies hat den Vorteil, dass sich eine derartige Strömungsgeschwindigkeit in der Regel nicht störend auf den Objektherstellungsprozess in der Prozesskammer auswirkt.The process chamber 2 has an air inlet opening 4 on, through which the process chamber from the heater 1 heated air, for example by means of a first pipeline 11 , can be fed. The area of the air inlet opening is 4 preferably dimensioned such that a flow velocity through them into the process chamber 2 flowing air does not exceed a value of 0.1 m / s. This has the advantage that such a flow velocity usually does not interfere with the object manufacturing process in the process chamber.

Zum Druckausgleich weist die Prozesskammer 2 eine Luftausgangsöffnung 5 auf, durch die Luft aus der Prozesskammer 2 abführbar ist. Die Fläche der Luftausgangsöffnung 5 ist dabei bevorzugt so bemessen, dass die Ausströmgeschwindigkeit von Luft durch die Luftausgangsöffnung 5 deutlich höher ist als die Einströmgeschwindigkeit von Luft durch die Lufteingangsöffnung, beispielsweise etwa 0,5 m/s.For pressure equalization, the process chamber 2 an air outlet opening 5 on, through the air from the process chamber 2 is deductible. The area of the air outlet opening 5 is preferably dimensioned such that the outflow velocity of air through the air outlet opening 5 is significantly higher than the inflow velocity of air through the air inlet opening, for example, about 0.5 m / s.

Der durch die Lufteingangsöffnung 4 eintretende und durch die Luftausgangsöffnung 5 austretende Warmluftstrom innerhalb der Prozesskammer 2 ist vorteilhaft, da durch ihn überschüssige Wärme in der Prozesskammer 2, die beispielsweise durch Wärmestrahlung entsteht, aus der Prozesskammer 2 ableitbar ist. Dadurch wird die Temperatur in der Prozesskammer 2 stabilisierbar und die Qualität des Objektherstellungsprozesses verbessert.The through the air inlet opening 4 entering and through the air outlet opening 5 emerging hot air flow within the process chamber 2 is advantageous because through him excess heat in the process chamber 2 , which arises for example by thermal radiation, from the process chamber 2 is derivable. This will cause the temperature in the process chamber 2 stabilized and improves the quality of the object manufacturing process.

Bevorzugt wird aus der Luftausgangsöffnung 5 austretende Luft der Heizeinrichtung 1 zugeführt, beispielsweise mittels einer zweiten Rohrleitung 12.Preference is given to the air outlet opening 5 escaping air of the heater 1 supplied, for example by means of a second pipeline 12 ,

Die Vorkammer 3 weist zwei Vorkammeröffnungen 6 und 7 auf, durch die eine Maskenplatte 8 führbar ist. Dabei führt eine erste Vorkammeröffnung 6 zu der Prozesskammer und die zweite Vorkammeröffnung 7 führt aus der Vorrichtung heraus. Die Vorkammeröffnungen 6 und 7 sind jeweils durch eine Verschlusseinrichtung 9 und 10 luftdicht verschließbar. Bevorzugt ist in der Vorkammer 3 eine Maskenplatte 8 auf eine vorgebbare Temperatur heizbar.The antechamber 3 has two pre-chamber openings 6 and 7 on, through which a mask plate 8th is feasible. This results in a first pre-chamber opening 6 to the process chamber and the second prechamber opening 7 leads out of the device. The prechamber openings 6 and 7 are each by a closure device 9 and 10 hermetically sealed. Preferred is in the antechamber 3 a mask plate 8th heated to a predeterminable temperature.

Zur Herstellung einer Objektschicht wird eine Maskenplatte 8 außerhalb der Prozesskammer 2 mittels einer Laserdruckeinheit 13 mit einem Maskenmuster bedruckt. Die bedruckte Maskenplatte 8 wird danach in die Prozesskammer 2 geführt und nach Fertigstellung der Objektschicht wieder aus der Prozesskammer 2 herausgeführt.To make an object layer is a mask plate 8th outside the process chamber 2 by means of a laser printing unit 13 printed with a mask pattern. The printed mask plate 8th is then in the process chamber 2 guided and after completion of the object layer back out of the process chamber 2 led out.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass der Prozesskammer 2 zur Herstellung einer Objektschicht von der Heizeinrichtung 1 erwärmte Luft zugeführt wird.The inventive method provides that the process chamber 2 for producing an object layer from the heater 1 heated air is supplied.

Ferner sieht das Verfahren bevorzugt vor, dass eine bedruckte Maskenplatte 8 in die Prozesskammer 2 eingeführt wird, indem sie bei geschlossener erster Vorkammeröffnung 6 zunächst durch die zweite Vorkammeröffnung 7 in die Vorkammer 3 geführt wird, dort auf eine vorgebbare Temperatur, vorzugsweise eine in der Prozesskammer 2 herrschende Temperatur, erwärmt wird, und anschließend bei geschlossener zweiter Vorkammeröffnung 7 durch die erste Vorkammeröffnung 6 in die Prozesskammer 2 geführt wird.Furthermore, the method preferably provides that a printed mask plate 8th in the process chamber 2 is introduced by being closed with the first pre-chamber opening 6 first through the second prechamber opening 7 in the antechamber 3 is guided, there to a predetermined temperature, preferably one in the process chamber 2 prevailing temperature, is heated, and then with closed second prechamber opening 7 through the first prechamber opening 6 in the process chamber 2 to be led.

Entsprechend wird eine Maskenplatte 8 aus der Prozesskammer 2 herausgeführt, indem sie zunächst bei geschlossener zweiter Vorkammeröffnung 7 durch die erste Vorkammeröffnung 6 aus der Prozesskammer 2 in die Vorkammer 3 geführt wird und danach bei geschlossener erster Vorkammeröffnung 6 durch die zweite Vorkammeröffnung 7 aus der Vorkammer 3 herausgeführt wird.Accordingly, a mask plate 8th from the process chamber 2 led out by first with closed second pre-chamber opening 7 through the first prechamber opening 6 from the process chamber 2 in the antechamber 3 is performed and then closed with the first pre-chamber opening 6 through the second prechamber opening 7 from the antechamber 3 is led out.

Durch diese Verfahrensweise wird die Temperatur in der Prozesskammer 2 stabilisiert. Insbesondere wird eine Abkühlung der Prozesskammer 2 durch ein Ein- und/oder Ausführen einer Maskenplatte 8 weitgehend vermieden.By this procedure, the temperature in the process chamber 2 stabilized. In particular, a cooling of the process chamber 2 by inserting and / or executing a mask plate 8th largely avoided.

11
Heizeinrichtungheater
22
Prozesskammerprocess chamber
33
Vorkammerantechamber
44
LufteingangsöffnungAir inlet opening
55
LuftausgangsöffnungAir outlet opening
66
erste Vorkammeröffnungfirst chamber port
77
zweite Vorkammeröffnungsecond chamber port
88th
Maskenplattemask plate
99
erste Verschlusseinrichtungfirst closure device
1010
zweite Verschlusseinrichtungsecond closure device
1111
erste Rohrleitungfirst pipeline
1212
zweite Rohrleitungsecond pipeline
1313
LaserdruckeinheitLaser printing unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 69806949 T2 [0002] - DE 69806949 T2 [0002]

Claims (9)

Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch Sintern oder Verschmelzen von Teilchen eines Baumaterials mittels einer elektromagnetischen Strahlung wenigstens einer Strahlungsquelle, wobei jede Objektschicht mittels einer Maskenplatte (8) herstellbar ist, die mit einem Maskenmuster für die jeweilige Objektschicht versehen und zwischen die wenigstens eine Strahlungsquelle und eine Teilchenschicht einbringbar ist, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (1), mittels derer Luft auf eine vorgebbare Temperatur erwärmbar ist, und eine Prozesskammer (2) mit einer Lufteingangsöffnung (5), durch die der Prozesskammer (2) von der Heizeinrichtung (1) erwärmte Luft zuführbar ist, und einer Luftausgangsöffnung (5), durch die Luft aus der Prozesskammer (2) abführbar ist.Apparatus for producing a three-dimensional object in layers by sintering or fusing particles of a building material by means of electromagnetic radiation of at least one radiation source, each object layer being provided by means of a mask plate ( 8th ) can be produced, which is provided with a mask pattern for the respective object layer and between the at least one radiation source and a particle layer can be introduced, characterized by a heating device ( 1 ), by means of which air can be heated to a predeterminable temperature, and a process chamber ( 2 ) with an air inlet opening ( 5 ) through which the process chamber ( 2 ) from the heater ( 1 ) heated air is supplied, and an air outlet opening ( 5 ), through the air from the process chamber ( 2 ) is dissipatable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Luftausgangsöffnung (5) relativ zur Fläche der Lufteingangsöffnung (4) derart bemessen ist, dass eine Ausströmungsgeschwindigkeit von Luft durch die Luftausgangsöffnung (5) größer als eine Einströmgeschwindigkeit von Luft durch die Lufteingangsöffnung (4) ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface of the air outlet opening ( 5 ) relative to the surface of the air inlet opening ( 4 ) is dimensioned such that an outflow velocity of air through the air outlet opening ( 5 ) greater than an inflow velocity of air through the air inlet port ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorkammer (3) mit zwei luftdicht verschließbaren Vorkammeröffnungen (6, 7), wobei durch jede der beiden Vorkammeröffnungen (6, 7) eine Maskenplatte (8) führbar ist und eine erste Vorkammeröffnung (6) zu der Prozesskammer führt und die zweite Vorkammeröffnung (7) aus der Vorrichtung heraus führt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by an antechamber ( 3 ) with two hermetically sealed antechamber openings ( 6 . 7 ), whereby through each of the two prechamber openings ( 6 . 7 ) a mask plate ( 8th ) is feasible and a first pre-chamber opening ( 6 ) leads to the process chamber and the second pre-chamber opening ( 7 ) out of the device. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskenplatte (8) in der Vorkammer (3) auf eine vorgebbare Temperatur heizbar ist.Device according to claim 3, characterized in that a mask plate ( 8th ) in the antechamber ( 3 ) is heated to a predetermined temperature. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Luftausgangsöffnung (5) austretende Luft der Heizeinrichtung (1) zuführbar ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that from the air outlet opening ( 5 ) exiting air of the heater ( 1 ) can be fed. Verfahren zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesskammer (2) auf eine vorgebbare Temperatur erwärmte Luft zugeführt wird.Process for the layered production of a three-dimensional object by means of a device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the process chamber ( 2 ) is supplied to a predetermined temperature heated air. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskenplatte (8) in der Vorkammer (3) auf eine vorgebbare Temperatur erwärmt wird.Method according to claim 6, characterized in that a mask plate ( 8th ) in the antechamber ( 3 ) is heated to a predetermined temperature. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskenplatte (8) bei geschlossener erster Vorkammeröffnung (6) durch die zweite Vorkammeröffnung (7) in die Vorkammer (3) geführt wird und danach bei geschlossener zweiter Vorkammeröffnung (7) durch die erste Vorkammeröffnung (6) in die Prozesskammer (2) geführt wird.Method according to claim 6 or 7, characterized in that a mask plate ( 8th ) with closed first antechamber opening ( 6 ) through the second prechamber opening ( 7 ) in the antechamber ( 3 ) and then with closed second pre-chamber opening ( 7 ) through the first prechamber opening ( 6 ) into the process chamber ( 2 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskenplatte (8) bei geschlossener zweiter Vorkammeröffnung (7) durch die erste Vorkammeröffnung (6) aus der Prozesskammer (2) in die Vorkammer (3) geführt wird und danach bei geschlossener erster Vorkammeröffnung (6) durch die zweite Vorkammeröffnung (7) aus der Vorkammer (3) herausgeführt wird.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that a mask plate ( 8th ) with closed second pre-chamber opening ( 7 ) through the first prechamber opening ( 6 ) from the process chamber ( 2 ) in the antechamber ( 3 ) and then with closed first antechamber opening ( 6 ) through the second prechamber opening ( 7 ) from the antechamber ( 3 ) is led out.
DE102008008621A 2008-02-12 2008-02-12 Device for producing a three-dimensional object by sintering comprises a heating unit for heating air to a prescribed temperature and a process chamber having an air inlet opening and an air outlet opening Withdrawn DE102008008621A1 (en)

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