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EP3628035A1 - Verfahren zum abkühlen eines dreidimensionalen bauteils und abkühlvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum abkühlen eines dreidimensionalen bauteils und abkühlvorrichtung

Info

Publication number
EP3628035A1
EP3628035A1 EP18731412.5A EP18731412A EP3628035A1 EP 3628035 A1 EP3628035 A1 EP 3628035A1 EP 18731412 A EP18731412 A EP 18731412A EP 3628035 A1 EP3628035 A1 EP 3628035A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid medium
cooling
dimensional object
building material
cooling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18731412.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Reichel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EOS GmbH filed Critical EOS GmbH
Publication of EP3628035A1 publication Critical patent/EP3628035A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a three-dimensional object produced by layer-wise selective solidification of a powdery building material and unconsolidated building material, in which the three-dimensional object is embedded, and to a corresponding cooling device.
  • Methods and apparatus for producing a three-dimensional object by layer-wise selective solidification of a powdery building material 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 “selective laser melting”.
  • a thin layer of powdery build material is repeatedly applied and the build material in each layer is selectively solidified by selectively irradiating locations corresponding to a cross section of the object to be manufactured with a laser.
  • the document DE 195 14 740 C1 describes a method for producing a three-dimensional object by means of selective laser sintering or laser melting and a device for carrying out this method.
  • the three-dimensional object and the unconsolidated building material in which the three-dimensional object is embedded are cooled.
  • a cooling fluid e.g. Nitrogen to pass through the powder cake containing the manufactured object to cool it quickly.
  • the method according to the invention serves to cool a three-dimensional object produced by layer-wise selective solidification of a pulverulent construction material and non-reinforced building material, into which the three-dimensional object embedded, by treatment with a fluid medium.
  • the fluid medium is formed from a carrier gas which is specifically enriched with an additional component which comprises a further gas and / or a liquid.
  • the fluid medium can also be formed from a gas mixture, which is deliberately at least partially removed from at least one mixture component.
  • the treatment according to the invention with a fluid medium which is enriched with an additional component or which is obtained by the at least partial removal of one or more mixture components from the gas mixture, the reusability of the unconsolidated building material and / or the quality of a three-dimensional object, for example, improved with at least partial reuse of unconsolidated building material.
  • Another advantageous effect, which can be achieved thereby, may be, for example, that the unconsolidated Aufaumaterial easier to handle, in particular better sieved.
  • the treatment according to the invention in particular the
  • the following effects can be achieved:
  • a chemical effect can be achieved, for example, if the building material contains a polymer.
  • the water may cause hydrolytic cleavage reactions in the polymer chains of the building material on cooling, thereby reducing the average molecular weight or at least partially compensating for an increase in molecular weight which would otherwise occur in the course of producing a three-dimensional object.
  • This can be improved, for example, the reusability of the unresolved building material and / or the quality of a three-dimensional object produced with at least partial reuse of unconsolidated building material.
  • the treatment can be used to create a water sheath which separates the powder particles so as to reduce or even prevent sticking of the powder particles. Furthermore, the electrostatic charge of the powder particles is reduced or prevented. Accordingly, the unconsolidated building material can be handled easier, in particular better sieved.
  • the fluid medium can be enriched, for example, with an acid, preferably with a carboxylic acid, in particular with formic acid and / or acetic acid.
  • the additional component with which the carrier gas is enriched in a targeted manner preferably comprises H 2 O.
  • the H 2 O content of the additional component is more preferably at least 90, more preferably at least 95, particularly preferably at least
  • the reusability and / or the sievability of the unconsolidated building material can be achieved in a particularly effective manner. can be increased because the unconsolidated building material charges less strongly or not at all electrostatically.
  • the additional component comprises a surfactant.
  • a surfactant for example, ionic surfactants such as sodium lauryl sulfate, sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium benzene sulfonate or nonionic surfactants such as the surfactants marketed under the brand name "Triton.”
  • the carrier gas comprises an inert gas, in particular nitrogen
  • the advantageous effects described above can be achieved with simultaneous protection against (thermo) oxidative damage to the unconsolidated building material
  • another inert gas such as argon can also be used.
  • the carrier gas is preferably at least half, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, saturated at the prevailing temperature and pressure with the additional component.
  • concentrations of the additional component for example, the advantageous effects of the method according to the invention described above can be particularly pronounced.
  • Preferably, at least a portion of the liquid in the fluid medium is distributed in the form of droplets.
  • the fluid medium is then an aerosol.
  • a particularly effective cooling effect can be achieved, for example, by evaporating the liquid.
  • the fluid medium is no longer an aerosol, but a gaseous fluid medium.
  • the fluid medium per cubic meter contains at least 10, more preferably at least 50, even more preferably at least 75 grams and / or at most 300, more preferably at most 200, even more preferably at most 150 grams of the additional component.
  • the fluid medium flows through the unconsolidated building material, in which the three-dimensional object is embedded, wherein in a preferred embodiment, the flow takes place substantially from below or in a direction opposite to gravity and / or to the direction of gravity. By flowing through, for example, it can be ensured that the fluid medium comes into close contact with the unconsolidated building material, as a result of which the advantageous effects described above can be achieved in a particularly effective manner.
  • the flow through takes place substantially in the direction of gravity.
  • the unconsolidated building material into which the three-dimensional object is embedded is at least partially fluidized by means of the fluid medium.
  • the powder cake is preferably first broken up, and then it is flowed through. Both steps are carried out with the same fluid medium.
  • the fluid medium is preferably conducted into the interior of a cooling container and brought into contact with the three-dimensional object and the unconsolidated building material inside the cooling container.
  • the fluid medium is preferably passed through a fluidizing into the interior of the cooling vessel.
  • a fluidizing plate for example, the unconsolidated building material can be fluidized in an effective manner.
  • a gas-permeable plate such as, for example, a perforated plate or a metal frit can be used as the fluidizing plate.
  • a cooling container can be used in particular a building container.
  • the produced three-dimensional object and the unconsolidated building material in which the three-dimensional object is embedded are easily taken out of a device for producing a three-dimensional object by layerwise selectively consolidating a powdery building material and inserted into a cooling device.
  • the outer material contains a polymer, more preferably a polyaryletherketone and / or a polyamide, more preferably polyamide 12 and / or polyamide 11 and / or polyamide 6.
  • a polymer more preferably a polyaryletherketone and / or a polyamide, more preferably polyamide 12 and / or polyamide 11 and / or polyamide 6.
  • the advantageous effects of the above-described inventive method be particularly pronounced.
  • water only leads to a change in material properties of a polymer material as long as it is present in it. If the polymer material is subsequently dried, these changes in material properties are generally reversible. As stated above, the presence of water is advantageous for subsequent processes such as sieves.
  • the building material comprises at least one polymer selected from the group consisting of polyetherimides, polycarbonates, polyphenylene sulfones, polyphenylene oxides, polyethersulfones, acrylonitrile-butadiene-
  • Styrene copolymer polyacrylates, polyesters, polyolefins, polypropylene, Polyetherblockamid and their copolymers and their polymer blends is selected.
  • old powder powdery building material
  • new powder powdery building material
  • the carrier gas and / or the additive component and / or the building material are selected and / or matched so that the refresh rate of the building material is lowered.
  • the cooling device according to the invention serves to cool by the method according to the invention by three-dimensional object produced by layer-wise selective solidification of a powdery building material and unconsolidated building material in which the three-dimensional object is embedded, by Behanderes with a fluid medium.
  • the cooling apparatus includes a cooling vessel for the three-dimensional object and the unconsolidated building material in which the three-dimensional object is embedded, with a cooling vessel wall having at least in one area a boundary permeable to the fluid medium, a manufacturing unit for producing the fluid medium, in particular contains a nebulizer for nebulizing a liquid, and a first line tion for directing the fluid medium from the manufacturing unit to the permeable area for the fluid medium.
  • a cooling vessel for example, a device is available with which the method according to the invention can be carried out.
  • the cooling device further includes a second conduit for conducting the fluid medium from the cooling vessel to the manufacturing unit and a compressor for generating a circulation of the fluid medium, the circuit passing through the cooling vessel, the second conduit, the manufacturing unit and the first conduit ,
  • a second conduit for conducting the fluid medium from the cooling vessel to the manufacturing unit
  • a compressor for generating a circulation of the fluid medium, the circuit passing through the cooling vessel, the second conduit, the manufacturing unit and the first conduit
  • the cooling device includes a filter for filtering the fluid medium, wherein the filter is more preferably arranged so that it filters out of the cooling tank exiting fluid medium.
  • the filter is more preferably arranged so that it filters out of the cooling tank exiting fluid medium.
  • the permeable area for the fluid medium forms at least a portion of a bottom of the Abkühlbenzol- ters.
  • the fluid medium in a direction substantially opposite to the force acting on the powder particles of the unconsolidated building material or in a direction which is angled towards it and thus has a direction component directed counter to the force of gravity which makes the unam- solidified on aumaterial loosened and for the fluid medium is made easier to flow through.
  • the area permeable to the fluid medium is configured as a fluidization plate.
  • the cooling device has a vibrating device, which is designed to set the cooling container in a vibrating motion.
  • the vibrator is designed as a vibrator, knocker or shaker plate.
  • a shaking movement it is possible, for example, to prevent cracks and / or cavities from forming in the powder cake, and it can be achieved that cracks which have formed in the powder cake close again as otherwise unconsolidated building material trickles into the cracks or flows.
  • the frequency range of at least 25 Hz and / or at most 40 Hz for the shaking movement in the sense of optimal crack prevention can be advantageous.
  • the optimum frequency depends on the component geometry and must be adapted to the complexity or filigree structures in individual cases. Massive components often tolerate higher vibrating frequencies than filigree components.
  • FIG. 1 is a schematic, partially sectioned view of an apparatus for producing a three-dimensional object by layer-by-layer selectively solidifying a powdery build material.
  • Fig. 2 is a schematic, partially sectional view of a cooling apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a schematic, partially sectional view of a cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a schematic, partially sectional view of a cooling apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic, partially sectional view of a cooling apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the apparatus shown in FIG. 1 is a laser sintering or laser melting apparatus 1 which is basically known in the prior art.
  • a process chamber 3 For producing an object 2, it contains a process chamber 3 with a chamber wall 4.
  • an upwardly open building container 5 with a Bau actuallyerwandung 6 is arranged.
  • a working level 7 is defined, wherein the area lying within the opening of the working plane 7, which can be used to construct the object 2, is referred to as construction field 8.
  • V be wegbarer carrier 10 is arranged, on which a base plate 11 is mounted, which closes the building container 5 down and thus forms its bottom.
  • the base plate 11 may be a plate formed separately from the carrier 10, which is fixed to the carrier 10, or it may be integrally formed with the carrier 10.
  • a construction platform 12 as a construction document on which the object 2 is constructed.
  • the object 2 can also be built on the base plate 11 itself, which then serves as a construction document.
  • FIG. 1 the object 2 to be formed in the construction container 5 on the construction platform 12 is shown below the working plane 7 in an intermediate state with a plurality of solidified layers, surrounded by the unconsolidated construction material 13.
  • the building container 5 can be designed as a swap body, which can be removed from the apparatus 1 for producing a three-dimensional object and can be inserted into a cooling apparatus according to the invention which is described below. The building container 5 can then serve as a cooling container in the cooling device.
  • the laser sintering apparatus 1 further contains a reservoir 14 for a pulverulent material which can be solidified by electromagnetic radiation and a coater 16 movable in a horizontal direction H for applying the building material 15 within the construction field 8 Coater 16 extends transversely to its direction of movement over the entire area to be coated.
  • a radiant heater 17 is arranged, which serves for heating the applied on aumaterials 15.
  • radiant heater 17 for example, an infrared radiator can be provided.
  • the laser sintering apparatus 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 25 which is mounted on the top of the process chamber 3 in the chamber wall 4 , is focused on the working level 7.
  • the laser sintering device 1 contains a control unit 29, via which the individual components of the device 1 are controlled in a coordinated manner for carrying out the method for producing a three-dimensional object 2.
  • the control unit 29 can also be mounted partially or completely outside the device 1.
  • the control unit 29 may include a CPU whose operation is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored separately from the device 1 on a storage medium, from which it can be loaded into the device 1, in particular into the control unit 29.
  • the carrier 10 In operation, for the application of a powder layer, first of all the carrier 10 is lowered by a height which corresponds to the desired layer thickness.
  • the coater 16 first moves to the storage container 14 and receives from it a sufficient amount of the building material 15 to apply a layer. Then he drives over the construction field 8 and brings there a thin layer of the powdery building material 15 on the construction substrate or an already existing powder layer.
  • the application takes place at least over the entire cross section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction field 8, ie the area of the working plane 7 delimited by the building container wall 6.
  • the powdery building material 15 is heated to a working temperature by means of a radiant heater 17.
  • the cross section of the object 2 to be produced is scanned by the laser beam 22, so that the powdery building material 15 is solidified at the points corresponding to the cross section of the object 2 to be produced.
  • powder particles are partially or completely melted at these points by the energy that is introduced by the radiation, so that they are connected to each other after cooling as a solid state.
  • the produced three-dimensional object 2 and the unconsolidated building material 13, in which the three-dimensional object is embedded are cooled.
  • the cooling takes place preferably outside of the process chamber 3.
  • the process chamber can be available during the cooling for the production of a further three-dimensional object.
  • FIG. 2 schematically shows a cooling device 30 according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the cooling apparatus 30 includes, as a cooling vessel 31 in this embodiment, the building container 5 formed as a swap body, which is intended to receive the three-dimensional object 2 and the unconsolidated building material 13 in which the three-dimensional object 2 is embedded in its interior.
  • the cooling tank 31 is made permeable in the region of its bottom, for example by a fluidizing plate 32 for the fluid medium.
  • a fluidizing plate 32 is provided in the region of the bottom of the cooling vessel 31, via which the fluid medium the interior of the Abkühl disposers 30 is passed.
  • the cooling device 30 includes a manufacturing unit 33 for producing the fluid medium.
  • the manufacturing unit 33 is preferably a humidifier designed to enrich a carrier gas with a liquid, more preferably an atomizer.
  • the cooling device 30 includes a first pipe 34 for guiding the fluid medium from the manufacturing unit 33 to the fluid medium permeable portion of the cooling tank 31, so that the fluid medium is supplied from the manufacturing unit 33 to the inside of the cooling tank 31 and inside of the cooling container 31 can contact the unconsolidated build-up material 13 and the manufactured object 2.
  • the flow direction from the manufacturing unit 33 to the Cooling container 31 is indicated in Fig. 2 by the arrow 35.
  • the cooling device 30 contains a second line 37 for conducting the fluid emerging from the cooling tank 31 to the manufacturing unit.
  • the direction of the gas flow in the second conduit 37 is indicated by the arrow 38.
  • the fluid medium is at least partially recirculated in the cooling device, i. Fluid medium is passed through the first line 34 from the manufacturing unit 33 in the cooling tank 31 and, after it has exited the cooling tank 31 again, returned through the second line 37 in the manufacturing unit 33.
  • fluid fluid is not returned to the manufacturing unit 33, but disposed of.
  • Fig. 3 is a cooling device 30 according to a second
  • the cooling device has a filter 36 arranged in the flow direction (arrows 35, 38) in front of the manufacturing unit 33.
  • a filter 36 arranged in the flow direction (arrows 35, 38) in front of the manufacturing unit 33.
  • solids and / or liquid droplets are removed from the fluid medium before the fluid medium enters the production unit 33, so that these solids and / or liquids do not enter the production unit 33 and contaminate or even block them.
  • the fluid medium is preferably in the cooling device in
  • the cooling device 30 has a compressor 39, for example a pump, which is arranged in the flow direction (arrows 35 and 38) in front of the production unit 33 and downstream of the filter 36.
  • a circulation of the fluid medium is generated in the cooling device.
  • a cooling device 30 according to a fourth embodiment of the present invention is shown schematically.
  • the manufacturing unit 33 comprises a container, which can receive a liquid 44 in its interior, and an atomizer 43.
  • a carrier gas which is conveyed through the manufacturing unit 33, for example with a compressor (not shown in FIG. 5), is enriched with a liquid 44.
  • the cooling device 30 When flowing through a powder bed with a fluid medium can lead to the formation of cracks in the powder bed.
  • the cooling device 30 optionally has, in the area of the wall of the cooling tank 31, a vibrator 40, which preferably contains a vibrator and / or knocker. Alternatively or in addition (not shown in the drawings) may be provided as a vibrator 40 also a shaking plate, on which the cooling vessel 31 is mounted.
  • the cooling tank 31 has a swap body 41, which is closed by a cover 42 upwards. On the cover 42, the second conduit 37, through which fluid medium can escape from the cooling tank 31, connected; otherwise, the lid closes the cooling tank 31 upwards substantially gas-tight.
  • the interchangeable container 41 is the structural container 5, in which the three-dimensional object 2 has been produced by layer-wise selective solidification of a pulverulent structural material 13.
  • the construction tank 5 and the cooling tank 31 may be different from each other.
  • the three-dimensional object 2 to be cooled and the unconsolidated build-up material 13 to be cooled are in this case transferred from the construction container 5 into the cooling container 31 before the cooling process according to the invention is carried out.
  • the cooling tank 31 could also be designed so that it can receive the building container 5 in its interior.
  • the building container 5 together with the cooled three-dimensional object 2 contained therein and the unconsolidated building material 13 to be cooled are introduced into the cooling tank 31 before the cooling method of the present invention is performed.
  • the cooling device 30 additionally or alternatively has one arranged upstream of the manufacturing unit 33 and downstream of the filter 36
  • Compressor 39 at least one compressor, which is arranged in front of the filter 36 and / or after the manufacturing unit 33.
  • the building container 5, inside which a manufactured three-dimensional object 2 and the unconsolidated powdery building material 13, in which the three-dimensional object 2 is embedded is taken from the laser sintering or laser melting apparatus 1 and as a cooling container 31 is inserted into the cooling device 30.
  • a fluid medium is supplied to the inside of the cooling tank 31 to thereby treat the unbonded building material 13 and the three-dimensional object 2 inside the cooling tank 31.
  • the cooling tank 31 and thus the powder bed formed by the unconsolidated building material 13 are flowed through from below with the fluid medium and at least partially fluidized.
  • the fluid medium is prepared in the illustrated embodiment by bringing nitrogen, which has room temperature, in contact with liquid water, which also has room temperature, in the manufacturing unit 33, for example by means of the atomizer 43.
  • the nitrogen is almost or completely saturated with water.
  • the fluid medium is passed through the conduit 34 into the cooling vessel and brought into contact with the unconsolidated abhesive material 13 to be cooled and with the three-dimensional object 2 to be cooled in the interior of the cooling vessel 31, whereby the fluid medium is heated.
  • the fluid medium also gives off water inside the cooling tank 31.
  • the fluid medium is recirculated in the cooling device 30, wherein the fluid medium exiting from the cooling tank 31, is passed through the conduit 37 in the manufacturing unit 33, in which the fluid medium again receives water until saturation with Water is almost or completely reached. In the manufacturing unit 33, the temperature of the fluid medium may drop again.
  • the moisture of unconsolidated building material 13, which had been cooled together with a three-dimensional object 2 produced by laser sintering according to the above-described exemplary embodiment of the method according to the invention was measured with a moisture meter having a capacitive humidity sensor.
  • the unconsolidated build-up material was a polyamide 12 powder with a mean particle size d 50 of 50 to 65 ⁇ m, which is, for example, sold by EOS GmbH Electro Optical Systems under the trade name "EOS PA2200”.
  • the cooling took place over a period of about 10 hours during which the unreacted building material was continuously flowed through by the fluid medium.
  • the fluid medium was nitrogen gas saturated with water.
  • the measurement showed a moisture content of 22.1%.
  • the moisture meter used (“moisture lance") has a measuring tip, which is held in the unbonded building material 13 for measuring the moisture.
  • the moisture was unfixed on Auumaterials 13, which after completion of the laser sintering process together with the three-dimensional object 2 in the interior of the laser sintering device 1 over a period of time allowed to cool down for 18 hours (non-inventively cooled building material 13) measured with the same moisture meter.
  • the measurement gave a humidity of 6.2%.
  • the method according to the invention therefore results in the unconsolidated building material having a significantly higher moisture content, ie a significantly higher water content. As a result, a better manageable, in particular a better screenable, unconsolidated building material 13 is obtained.
  • the method according to the invention gives unconsolidated build-up material 13 which is better suited for reuse, as for the concrete example a comparison of the following values for the melt volume flow rate (MVR as an abbreviation for melt volume flow rate).
  • MVR melt volume flow rate
  • cooled unsolidified building material 13 a MVR value of 12.51 cm 3/10 min was obtained, while for the non-inventive cooled build material 13 under the same measuring conditions, a MVR value of 8.08 cm 3/10 min was obtained.
  • a higher MVR value is equivalent to a better reusability of the powdered building material.
  • the MVR values were measured in accordance with the requirements of ISO 1133: 2011. The features of the embodiments described above may be combined and changed as far as possible.
  • the invention it is possible to stop the degradation of the unconsolidated building material 13, whereby the refresh rate can be lowered.
  • the invention further makes it possible to cool unconsolidated build material 13 more rapidly and thereby shorten the duration of cooling of a three-dimensional object 2 produced by layer-wise selective solidification of a powdery build material and unconsolidated build material 13 into which the three-dimensional object is embedded.
  • the cooling is carried out by treatment with a fluid medium.
  • the fluid medium may be formed from a carrier gas, which is enriched specifically with a further gas and / or a liquid. That is, the fluid medium is a gas mixture or a
  • Aerosol having a composition that is set in a predetermined manner by adding another gas and / or a liquid The terms “enrichment with a gas” and “enrichment with a liquid” mean that another gas (gaseous pure substance or gaseous mixture) or a liquid (liquid pure substance or liquid mixture) is added to the carrier gas, whereby it depends on the state of aggregation What the added gas added to the carrier gas has before adding is important and not whether the added one has this aggregate state after being added.
  • the fluid medium can also be formed from a gas mixture which is at least partially removed at least partially a mixture component, ie, the fluid medium may be a gas, the composition by partial or complete withdrawal of one or more mixture components of a gas mixture in a predetermined manner (targeted ) is set.
  • the carrier gas used is preferably inert gas, in particular N 2 (nitrogen), which is enriched with water to produce the fluid medium.
  • N 2 nitrogen
  • a fluid medium can be produced from readily available, inexpensive and environmentally friendly starting materials, in the use of which the above-described advantages of the present invention are particularly pronounced.
  • argon can be used as a carrier gas.
  • the process according to the invention has proved to be particularly advantageous when the powdery building material contains a polymer or consists of a polymer, since polymers at higher temperatures are susceptible to thermal and / or thermo-oxidative damage, which is the reusability of the unconsolidated Minimize building materials or make reuse impossible.
  • polymers present in powder form tend to electrostatic charge.
  • the exposure device may comprise, for example, one or more gas or solid-state lasers or any other type of laser such as laser diodes, in particular Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) or Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL), or a line of these lasers.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • VECSEL Vertical External Cavity Surface Emitting Laser
  • any device can be used with which energy can be selectively applied as wave or particle radiation to a layer of the building material.
  • a laser for example, another light source, an electron beam or any other energy or radiation source can be used which is suitable for solidifying the Aufaumaterial.
  • an electron beam or any other energy or radiation source can be used which is suitable for solidifying the Aufaumaterial.
  • deflecting a beam it is also possible to use exposure with a movable line imagesetter.
  • selective mask sintering using an extended light source and a mask, or high-speed sintering (HSS), which selectively applies to the build material a material that increases the radiation absorption at the respective sites (absorption sintering) ) or reduced (inhibition sintering) and then exposed unselectively over a large area or with a movable line imagesetter the invention can be applied.
  • HSS high-speed sintering
  • various materials can be used, preferably plastic powder, metal powder, ceramic powder, sand, filled or mixed powder.

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Abstract

Verfahren zum Abkühlen eines durch schichtweise selektives Verfestigen eine pulverförmigen Aufbaumaterials (15) hergestellten dreidimensionalen Objekts (2) und unverfestigten Aufbaumaterials (13), in das das dreidimensionale Objekt (2) eingebettet ist, durch Behandeln mit einem fluiden Medium. Das fluide Medium ist aus einem Trägergas, das gezielt mit einer ein weiteres Gas und/oder eine Flüssigkeit umfassenden Zusatzkomponente angereichert ist, und/oder aus einer Gasmischung, der gezielt mindestens eine Mischungskomponente zumindest teilweise entzogen ist, gebildet.

Description

VERFAHREN ZUM ABKÜHLEN EINES DREIDIMENSIONALEN BAUTEILS UND ABKÜHLVORRICHTUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abkühlen eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts und un- verfestigten Aufbaumaterials , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, sowie auf eine entsprechende Abkühlvor- richtung.
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen "selektives Lasersintern" oder "selektives Laserschmelzen" bekannt. Dabei wird wiederholt eine dünne Schicht eines pulver- förmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen von Stellen, die einem Querschnitt des herzustellenden Objekts entsprechen, mit einem Laser selektiv verfestigt. Die Druckschrift DE 195 14 740 Cl beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts mittels selektiven Lasersinterns oder Laserschmelzens sowie eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.
Nach dem Herstellen des dreidimensionalen Objekts werden das dreidimensionale Objekt und das unverfestigte Aufbaumaterial , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, abgekühlt. In der US 2010/0155985 AI ist vorgeschlagen, ein Kühlfluid, z.B. Stickstoff, durch den Pulverkuchen, der das hergestellte Objekt enthält, zu leiten, um diesen rasch zu kühlen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives und/oder verbessertes Verfahren bzw. eine alternative und/oder verbesserte Vorrichtung zum Abkühlen eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts und des unverfestigten Aufbaumaterials , in das das Objekt eingebettet ist, zur Verfü- gung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch durch weiter unten in der Beschrei- bung bzw. in den Unteransprüchen ausgeführte auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gerichtete Merkmale weitergebildet sein und umgekehrt .
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Abkühlen eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensionalen Objekts und unver- festigten Aufbaumaterials , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, durch Behandeln mit einem fluiden Medium. Das fluide Medium ist dabei aus einem Trägergas gebildet, das gezielt mit einer Zusatzkomponente, welche ein weiteres Gas und/oder eine Flüssigkeit umfasst, angereichert ist. Das fluide Medium kann auch aus einer Gasmischung gebildet sein, der gezielt mindestens eine Mischungskomponente zumindest teilweise entzogen ist. Durch das erfindungsgemäße Behandeln mit einem fluiden Medium, das mit einer Zusatzkomponente angereichert ist oder das durch das zumindest teilweise Entziehen einer oder mehrerer Mischungskomponenten aus der Gasmischung erhalten wird, kann beispielsweise die Wiederverwendbarkeit des unver- festigten Aufbaumaterials und/oder die Qualität eines dreidimensionalen Objekts, das unter zumindest teilweiser Wiederverwendung von unverfestigtem Aufbaumaterial hergestellt ist, ver- bessert werden. Ein weiterer vorteilhafter Effekt, der sich dadurch erzielen lässt, kann beispielsweise darin liegen, dass das unverfestigte Auf aumaterial einfacher gehandhabt, insbesondere besser gesiebt werden kann. Im Zuge des erfindungsgemäßen Behandeins, insbesondere des
Durchspülens des Pulverkuchens vorzugsweise mit dem darin befindlichen dreidimensionalen Objekt, mit einem fluiden Mediums können etwa folgende Effekte erzielt werden: Durch Anreichern des fluiden Mediums mit Wasserdampf kann ein chemischer Effekt beispielsweise dann erzielt werden, wenn das Aufbaumaterial ein Polymer enthält. Das Wasser kann z.B. dazu führen, dass es in den Polymerketten des Aufbaumaterials beim Abkühlen zu hydrolytischen Spaltungsreaktionen kommt, wodurch die mittlere Molmasse verringert wird bzw. eine Molmassenerhöhung, die ansonsten im Zuge des Herstellens eines dreidimensionalen Objekts aufträte, zumindest teilweise ausgeglichen wird. Dies kann beispielsweise die Wiederverwendbarkeit des unverfes - tigten Aufbaumaterials und/oder die Qualität eines dreidimensionalen Objekts, das unter zumindest teilweiser Wiederverwendung von unverfestigtem Aufbaumaterial hergestellt ist, verbessert werden.
Durch Anreichern des fluiden Mediums mit Wasserdampf kann beispielsweise auch ein physikalischer Effekt erzielt werden-.
Durch die Behandlung kann eine Wasserhülle erzeugt werden, durch die die Pulverteilchen voneinander getrennt werden, sodass das Verkleben der Pulverteilchen verringert oder überhaupt verhindert wird. Ferner wird die elektrostatische Aufladung der Pulverteilchen verringert oder verhindert. Entsprechend kann dadurch das unverfestigte Aufbaumaterial einfacher gehandhabt, insbesondere besser gesiebt werden.
Durch Anreichern des fluiden Mediums mit einem für das jeweilige Aufbaumaterial geeigneten Stoff kann beispielsweise auch eine Oberflächenverbesserung des hergestellten dreidimensionalen Objekts erzielt werden. Zu diesem Zweck kann das fluide Medium beispielsweise mit einer Säure, bevorzugt mit einer Carbonsäure, insbesondere mit Ameisensäure und/oder Essigsäure angereichert werden. Bevorzugt umfasst die Zusatzkomponente, mit der das Trägergas gezielt angereichert wird, H2O. Dabei beträgt der H O-Gehalt der Zusatzkomponente weiter bevorzugt mindestens 90, noch weiter bevorzugt mindestens 95, insbesondere bevorzugt mindestens
99 Gewichtsprozent. Durch diese Anreicherung mit H20 können bei- spielsweise die Wiederverwendbarkeit und/oder die Siebbarkeit des unverfestigten Aufbaumaterials in besonders effektiver Wei- se erhöht werden, da sich das unverfestigte Aufbaumaterial weniger stark oder überhaupt nicht elektrostatisch auflädt.
Vorzugsweise umfasst die Zusatzkomponente ein Tensid. Dadurch kann beispielsweise die Benetzbarkeit des unverfestigten Aufbaumaterials für andere Bestandteile der Zusatzkomponente erhöht werden, wodurch die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens verstärkt werden können. Als Tenside werden beispielsweise ionische Tenside wie Natriumlaurylsulfat , Natriumdodecylbenzolsufonat , Natriumben- zolsulfonat bzw. nicht-ionische Tenside wie beispielsweise die unter dem Markennamen „Triton " vertriebenen Tenside in Betracht gezogen. Vorzugsweise umfasst das Trägergas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff. Durch die Verwendung eines Inertgases können beispielsweise die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte bei gleichzeitigem Schutz vor (thermo- ) oxidativen Schädigungen des unverfestigten Aufbaumaterials erzielt werden. Alternativ kann auch ein anderes Inertgas wie beispielsweise Argon zum Einsatz kommen.
Bevorzugt ist das Trägergas bei der jeweils vorliegenden Temperatur und dem jeweils vorliegenden Druck mit der Zusatzkompo- nente mindestens zur Hälfte, weiter bevorzugt mindestens zu 80%, noch weiter bevorzugt mindestens zu 90%, gesättigt. Bei entsprechenden Konzentrationen der Zusatzkomponente können beispielsweise die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders ausgeprägt sein. Es kann weiterhin beispielsweise zweckmäßig sein, das Trägergas gezielt zu erwärmen, um eine höhere Sättigung des Trägergases mit der Zusatzkomponente zu erreichen. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Flüssigkeit in dem fluiden Medium in Form von Tröpfchen verteilt. Bei dem fluiden Medium handelt es sich dann um ein Aerosol. Dadurch kann bei- spielsweise durch das Verdampfen der Flüssigkeit eine besonders effektive Abkühlwirkung erzielt werden. Wenn dabei die im fluiden Medium enthaltenen Tröpfchen verdampft sind, ist das fluide Medium kein Aerosol mehr, sondern ein gasförmiges fluides Medium.
Bevorzugt enthält das fluide Medium pro Kubikmeter mindestens 10, weiter bevorzugt mindestens 50, noch weiter bevorzugt mindestens 75 Gramm und/oder höchstens 300, weiter bevorzugt höchstens 200, noch weiter bevorzugt höchstens 150 Gramm der Zusatzkomponente. Bei entsprechenden Konzentrationen können beispielsweise die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders ausgeprägt sein. Vorzugsweise durchströmt das fluide Medium das unverfestigte Aufbaumaterial , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Durchströmung im Wesentlichen von unten bzw. in einer der Schwerkraft entgegengesetzten und/oder zu der Schwerkraft winkeligen Richtung erfolgt. Durch das Durchströmen kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das fluide Medium in engem Kontakt mit dem unverfestigten Aufbaumaterial tritt, wodurch die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte in besonders effektiver Weise erzielt werden können. Wenn die Durchströmung im We- sentlichen in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung (von unten nach oben) oder in einer dazu winkeligen Richtung, die zumindest eine der Schwerkraft entgegen gerichtete Rieh- tungskomponente aufweist, erfolgt, ist ein geringerer Druck des fluiden Mediums notwendig und die Anforderungen an die Dichtigkeit der Apparatur sind geringer, als wenn die Strömungsrichtung im Wesentlichen in Richtung der Schwerkraft erfolgt. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Durchströmen im Wesentlichen in der Richtung der Schwerkraft. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass unverfes- tigtes Aufbaumaterial von dem fluiden Medium mitgerissen wird. Vorzugsweise wird das unverfestigte Aufbaumaterial , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, zumindest teilweise mit Hilfe des fluiden Mediums fluidisiert. Durch die Fluidisie- rung kann beispielsweise das Durchströmen des unverfestigten Aufbaumaterials mit dem fluiden Medium vereinfacht bzw. über- haupt erst ermöglicht werden. In der Praxis erfolgt bevorzugt zunächst ein Aufbrechen des Pulverkuchens und anschließend wird dieser durchströmt. Beide Schritte werden mit dem gleichen fluiden Medium ausgeführt . Vorzugsweise wird das fluide Medium in das Innere eines Abkühl- behälters geleitet und im Inneren des Abkühlbehälters mit dem dreidimensionalen Objekt und dem unverfestigten Aufbaumaterial in Kontakt gebracht. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass das unverfestigte Aufbaumaterial von dem fluiden Medium durchströmt wird. Dabei wird das fluide Medium bevorzugt über eine Fluidisierplatte in das Innere des Abkühlbehälters geleitet. Mithilfe einer Fluidisierplatte kann beispielsweise das unverfestigte Aufbaumaterial auf effektive Weise fluidisiert werden. Als Fluidisierplatte kann dabei z.B. eine gas- durchlässige Platte wie beispielsweise eine Lochplatte oder eine Metallfritte verwendet werden. Als Abkühlbehälter kann dabei insbesondere ein Baubehälter verwendet werden. Dadurch können das hergestellte dreidimensionale Objekt und das unverfestigte Aufbaumaterial, in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, in einfacher Weise einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises selektives Ver- festigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials entnommen und in eine Abkühlvorrichtung eingesetzt werden.
Bevorzugt enthält das Auf aumaterial ein Polymer, weiter bevorzugt ein Polyaryletherketon und/oder ein Polyamid, dabei insbe- sondere bevorzugt Polyamid 12 und/oder Polyamid 11 und/oder Polyamid 6. Bei Verwendung eines derartigen Aufbaumaterials können beispielsweise die weiter oben beschriebenen vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders ausgeprägt sein. Üblicherweise führt Wasser nur zu einer Änderung von Ma- terialeigenschaften eines Polymer-Werkstoffes, solange es in diesem vorhanden ist. Wird der Polymer-Werkstoff anschließend getrocknet, sind diese Änderungen von Materialeigenschaften in der Regel reversibel. Wie weiter oben ausgeführt, ist die Anwesenheit von Wasser für Folgeprozesse wie etwa Sieben vorteil- haft.
Im Rahmen der Erfindung wird auch in Betracht gezogen, dass das Aufbaumaterial mindestens ein Polymer, das aus der Gruppe, die aus Polyetherimiden, Polycarbonaten, Polyphenylensulfönen, Po- lyphenylenoxiden, Polyethersulfonen, Acrylnitril-Butadien-
Styrol-Copolymerisat , Polyacrylaten, Polyestern, Polyolefinen, Polypropylen, Polyetherblockamid sowie deren Copolymere und deren Polymer-Blends besteht, ausgewählt ist. In der Regel liegen nach der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweise selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials erhebliche Mengen an unverfes- tigtem Aufbaumaterial vor, so dass es ökonomisch und ökologisch sinnvoll ist, dieses sogenannte "Altpulver" soweit als möglich wiederzuverwenden, d.h. es erneut zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts zu verwenden. Üblicherweise kann das Alt- pulver nicht zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts wiederverwendet werden oder es muss mit zuvor noch nicht zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts verwendeten pulver- förmigen Aufbaumaterial (sogenanntes "Neupulver") vermischt werden, um wiederverwendet werden zu können. Der prozentuale Anteil des Neupulvers in einer derartigen Pulvermischung wird als "Auffrischrate" bezeichnet.
Vorzugsweise werden das Trägergas und/oder die Zusatzkomponente und/oder das Aufbaumaterial so ausgewählt und/oder aufeinander abgestimmt, dass die Auffrischrate des Aufbaumaterials gesenkt wird. Dadurch kann beispielsweise der Verbrauch an Aufbaumaterial in ökonomisch und ökologisch vorteilhafter Weise gesenkt werden . Die erfindungsgemäße Abkühlvorrichtung dient dazu, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestelltes dreidimensionales Objekt und unverfestigtes Aufbaumaterial , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, durch Behan- dein mit einem fluiden Medium abzukühlen. Die Abkühlvorrichtung enthält einen Abkühlbehälter für das dreidimensionale Objekt und das unverfestigte Aufbaumaterial , in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, mit einer Abkühlbehälterwandung, die wenigstens in einem Bereich eine für das fluide Medium durchlässige Begrenzung aufweist, eine Herstelleinheit zum Herstellen des fluiden Mediums, die insbesondere einen Zerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit enthält, und eine erste Lei- tung zum Leiten des fluiden Mediums von der Herstelleinheit zu dem für das fluide Medium durchlässigen Bereich. Mit einer derartigen Abkühlvorrichtung steht beispielsweise eine Vorrichtung zur Verfügung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausge- führt werden kann.
Vorzugsweise enthält die Abkühlvorrichtung ferner eine zweite Leitung zum Leiten des fluiden Mediums vom Abkühlbehälter zur Herstelleinheit und einen Verdichter zum Erzeugen eines Kreis- laufs des fluiden Mediums, wobei der Kreislauf durch den Ab- kühlbehälter, die zweite Leitung, die Herstelleinheit und die erste Leitung führt. Dadurch ist beispielsweise eine sparsame Verwendung des Trägergases bzw. bei entsprechender Kreislauf- führung auch eine sparsame Verwendung weiterer Komponenten des fluiden Mediums möglich.
Bevorzugt enthält die Abkühlvorrichtung ein Filter zum Filtern des fluiden Mediums, wobei das Filter weiter bevorzugt so angeordnet ist, dass es aus dem Abkühlbehälter austretendes fluides Medium filtert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass vom fluiden Medium mitgerissene Partikel des unverfestigten Aufbaumaterials abgeschieden werden, um eine Verunreinigung der Abkühlvorrichtung zu verhindern. Vorzugsweise bildet der für das fluide Medium durchlässige Bereich zumindest einen Teilbereich eines Bodens des Abkühlbehäl- ters . Dadurch ist es beispielsweise möglich, das fluide Medium in einer im Wesentlichen der auf die Pulverpartikel des unver- festigten Aufbaumaterials wirkenden Schwerkraft entgegen ge- richteten Richtung oder in einer Richtung, die dazu winkelig ist und somit eine der Schwerkraft entgegen gerichtete Richtungskomponente aufweist, strömen zu lassen, wodurch das unver- festigte Auf aumaterial gelockert und für das fluide Medium leichter durchströmbar gemacht wird. Weiter bevorzugt ist der für das fluide Medium durchlässige Bereich dabei als Fluidi- sierplatte ausgestaltet. Dadurch kann das unverfestigte Aufbau- material noch besser gelockert und noch leichter durchströmbar gemacht werden.
Vorzugsweise weist die Abkühlvorrichtung eine Rütteleinrichtung auf, welche ausgebildet ist, den Abkühlbehälter in eine Rüttel- bewegung zu versetzen. Bevorzugt ist die Rütteleinrichtung als Vibrator, Klopfer oder Schüttelplatte ausgebildet. Durch eine Rüttelbewegung kann beispielsweise verhindert werden, dass sich im Pulverkuchen Risse und/oder Hohlräume bilden, und es kann erreicht werden, dass sich Risse, die sich im Pulverkuchen ge- bildet haben, wieder schließen, indem unverfestigtes Aufbaumaterial in die Risse hineinrieselt oder -fließt. Versuche haben gezeigt, dass der Frequenzbereich von mindestens 25 Hz und/oder höchstens 40 Hz für die Rüttelbewegung im Sinne einer optimalen Rissvermeidung vorteilhaft sein kann. Die optimale Frequenz ist jedoch abhängig von der Bauteilgeometrie und muss an die Komplexität bzw. an filigrane Strukturen im Einzelfall angepasst werden. Massive Bauteile vertragen häufig höhere Rüttelfrequenzen als filigrane Bauteile. Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt darge- stellte Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch schichtweises se- lektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumate- rials .
Fig. 2 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Abkühlvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Abkühlvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Fig. 4 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Abkühlvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Fig. 5 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Abkühlvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung beschrieben.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1. Zum Herstellen eines Objekts 2 enthält sie eine Prozesskammer 3- mit einer Kammerwandung 4.
In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Baubehälter 5 mit einer Baubehälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Baubehälters 5 ist eine Arbeitsebene 7 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 7, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld 8 bezeichnet wird.
In dem Baubehälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V be- wegbarer Träger 10 angeordnet, an dem eine Grundplatte 11 angebracht ist, die den Baubehälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 11 kann eine getrennt von dem Träger 10 gebildete Platte sein, die an dem Träger 10 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 10 gebil- det sein. Je nach verwendetem Aufbaumaterial und Prozess kann auf der Grundplatte 11 noch eine Bauplattform 12 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch auf der Grundplatte 11 selbst aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In Fig. 1 ist das in dem Baubehälter 5 auf der Bauplattform 12 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 7 in einem Zwischenzustand mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben vom unverfestigtem Aufbaumaterial 13 dargestellt. Der Baubehälter 5 kann als Wechselbehälter ausgebildet sein, welcher der Vorrichtung 1 zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts entnehmbar ist und in eine weiter unter näher zu beschreibende erfindungsgemäße Abkühlvorrichtung einsetzbar ist. Der Baubehälter 5 kann dann in der Abkühlvorrichtung als Abkühlbehälter dienen.
Die Lasersintervorrichtung 1 enthält weiter einen Vorratsbehälter 14 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares pulverförmiges Auf aumaterial 15 und einen in einer hori- zontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 16 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 15 innerhalb des Baufelds 8. Vorzugsweise erstreckt sich der Beschichter 16 quer zu seiner Bewegungsrichtung über den gesamten zu beschichtenden Bereich.
Optional ist in der Prozesskammer 3 eine Strahlungsheizung 17 angeordnet, die zum Beheizen des aufgebrachten Auf aumaterials 15 dient. Als Strahlungsheizung 17 kann beispielsweise ein Infrarotstrahler vorgesehen sein.
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 25, das an der Oberseite der Prozesskammer 3 in der Kammerwandung 4 angebracht ist, auf die Arbeitsebene 7 fokussiert wird.
Weiter enthält die Lasersintervorrichtung 1 eine Steuereinheit 29, über die die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Verfahrens zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts 2 gesteuert werden. Alter- nativ kann die Steuereinheit 29 auch teilweise oder ganz außerhalb der Vorrichtung 1 angebracht sein. Die Steuereinheit 29 kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann getrennt von der Vorrichtung 1 auf einem Speichermedium gespei- chert sein, von dem aus es in die Vorrichtung 1, insbesondere in die Steuereinheit 29, geladen werden kann.
Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Pulverschicht zunächst der Träger 10 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Der Beschichter 16 fährt zunächst zu dem Vorratsbehälter 14 und nimmt aus ihm eine zum Aufbringen einer Schicht ausreichende Menge des Aufbaumaterials 15 auf . Dann fährt er über das Baufeld 8 und bringt dort eine dünne Schicht des pulverförmigen Aufbaumaterials 15 auf die Bauunterlage oder eine bereits vorher vorhandene Pulverschicht auf . Das Aufbringen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzu- stellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld 8, also den durch die Baubehälterwandung 6 begrenzten Bereich der Arbeitsebene 7. Optional wird das pulverförmige Aufbaumaterial 15 mittels einer Strahlungsheizung 17 auf eine Arbeitstemperatur aufgeheizt.
Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, so dass das pulverförmige Aufbaumaterial 15 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Dabei werden Pulverpartikel an diesen Stellen durch die Energie, die durch die Strahlung eingebracht wird, teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, so dass sie nach einer Abkühlung miteinander verbunden als Festkörper vorliegen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis das Objekt .2 fertiggestellt ist.
Im Anschluss werden das hergestellte dreidimensionale Objekt 2 und das unverfestigte Aufbaumaterial 13, in das das dreidimen- sionale Objekt eingebettet ist, abgekühlt. Das Abkühlen findet dabei bevorzugt außerhalb der Prozesskammer 3 statt. Dadurch kann die Prozesskammer während des Abkühlens für die Herstellung eines weiteren dreidimensionalen Objekts zur Verfügung stehen.
In Fig. 2 ist eine Abkühlvorrichtung 30 gemäß einem ersten Aus- führungsbeispiel vorliegender Erfindung schematisch darge- stellt. Die Abkühlvorrichtung 30 enthält als einen Abkühlbehäl- ter 31 in dieser Ausführungsform den als Wechselbehälter ausgebildeten Baubehälter 5, der bestimmt ist, das dreidimensionale Objekt 2 und das unverfestigte Aufbaumaterial 13, in das das dreidimensionale Objekt 2 eingebettet ist, in seinem Inneren aufzunehmen. Der Abkühlbehälter 31 ist im Bereich seines Bodens beispielsweise durch eine Fluidisierplatte 32 für das fluide Medium durchlässig ausgeführt. Um den Kontakt zwischen dem fluiden Medium und dem unverfestig- ten Aufbaumaterial 13 im Inneren des Abkühlbehälters 13 zu verbessern und/oder das unverfestigte Aufbaumaterial zumindest teilweise zu fluidisieren ist im Bereich des Bodens des Abkühlbehälters 31 eine Fluidisierplatte 32 vorgesehen, über die das fluide Medium in das Innere des Abkühlbehälters 30 geleitet wird .
Ferner enthält die Abkühlvorrichtung 30 eine Herstelleinheit 33 zum Herstellen des fluiden Mediums. Bei der Herstelleinheit 33 handelt es sich bevorzugt um einen zum Anreichern eines Trägergases mit einer Flüssigkeit ausgebildeten Befeuchter, mehr bevorzugt um einen Zerstäuber.
Ferner enthält die Abkühlvorrichtung 30 eine erste Leitung 34 zum Leiten des fluiden Mediums von der Herstelleinheit 33 zu dem für das fluide Medium durchlässigen Bereich des Abkühlbehälters 31, so dass das fluide Medium aus der Herstelleinheit 33 in das Innere des Abkühlbehälters 31 geleitet werden und im Inneren des Abkühlbehälters 31 mit dem unverfestigten Aufbauma- terial 13 und dem hergestellten Objekt 2 in Kontakt treten kann. Die Strömungsrichtung von der Herstelleinheit 33 zum Ab- kühlbehälter 31 ist in Fig. 2 durch den Pfeil 35 gekennzeichnet .
Des Weiteren enthält die Abkühlvorrichtung 30 eine zweite Lei- tung 37 zum Leiten des aus dem Abkühlbehälter 31 austretenden fluiden Mediums zur Herstelleinheit. Die Richtung des Gasstroms in der zweiten Leitung 37 ist durch den Pfeil 38 gekennzeichnet. Das fluide Medium wird in der Abkühlvorrichtung zumindest teilweise im Kreislauf geführt, d.h. fluides Medium wird durch die erste Leitung 34 von der Herstelleinheit 33 in den Abkühlbehälter 31 geleitet und, nachdem es aus dem Abkühlbehälter 31 wieder ausgetreten ist, durch die zweite Leitung 37 in die Herstelleinheit 33 zurückgeführt. In einer alternativen Ausführungsform (nicht in den Zeichnungen dargestellt) wird aus dem Abkühlbehälter 31 austretendes fluides Medium nicht in die Herstelleinheit 33 zurückgeführt, sondern entsorgt. In Fig. 3 ist eine Abkühlvorrichtung 30 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung schematisch dargestellt. Die Abkühlvorrichtung weist einen in Strömungsrichtung (Pfeile 35, 38) vor der Herstelleinheit 33 angeordnetes Filter 36 auf. Mittels dieses Filters werden aus dem fluiden Medium Feststoffe und/oder Flüssigkeitströpfchen entfernt, bevor das fluide Medium in die Herstelleinheit 33 eintritt, damit diese Feststoffe und/oder Flüssigkeiten nicht in die Herstelleinheit 33 gelangen und diese verunreinigen oder sogar verstopfen. Das fluide Medium wird bevorzugt in der Abkühlvorrichtung im
Kreislauf geführt. Durch das Filtern des fluiden Mediums mittels des Filters 36 wird verhindert, dass Pulverteilchen und/oder andere Feststoffe und/oder Flüssigkeitströpfchen, die vom fluiden Medium aus dem Inneren des Abkühlbehälters 31 mitgerissen werden, in die Herstelleinheit 33 gelangen und diese verunreinigen oder sogar verstopfen.
In Fig. 4 ist eine Abkühlvorrichtung 30 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung schematisch dargestellt. Die Abkühlvorrichtung 30 weist einen Verdichter 39, beispielsweise eine Pumpe, auf, der in Strömungsrichtung (Pfei- le 35 und 38) vor der Herstelleinheit 33 und nach dem Filter 36 angeordnet ist. Mittels des Verdichters 39 wird ein Kreislauf des fluiden Mediums in der Abkühlvorrichtung erzeugt.
In Fig. 5 ist eine Abkühlvorrichtung 30 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung schematisch dargestellt. Die Herstelleinheit 33 umfasst einen Behälter, der in seinem Inneren eine Flüssigkeit 44 aufnehmen kann, und einen Zerstäuber 43 auf. Mittels dieses Zerstäubers wird ein Trägergas, welches beispielsweise mit einem (in Fig. 5 nicht gezeig- ten) Verdichter durch die Herstelleinheit 33 gefördert wird, mit einer Flüssigkeit 44 angereichert.
Beim Durchströmen eines Pulverbetts mit einem fluiden Medium kann es zur Ausbildung von Rissen im Pulverbett kommen. Um die Bildung von Rissen in dem vom unverfestigten Aufbaumaterial 13 gebildeten Pulverbett zu verhindern bzw. gebildete Risse wieder zu schließen weist die Abkühlvorrichtung 30 optional im Bereich der Wandung des Abkühlbehälters 31 eine Rütteleinrichtung 40, die bevorzugt einen Vibrator und/oder Klopfer enthält, auf. Al- ternativ oder zusätzlich (nicht in den Zeichnungen dargestellt) kann als Rütteleinrichtung 40 auch eine Schüttelplatte vorgesehen sein, auf der der Abkühlbehälter 31 angebracht ist. Der Abkühlbehälter 31 weist einen Wechselbehälter 41 auf, der von einem Deckel 42 nach oben abgeschlossen ist. An dem Deckel 42 ist die zweite Leitung 37, durch die fluides Medium aus dem Abkühlbehälter 31 austreten kann, angeschlossen; ansonsten schließt der Deckel den Abkühlbehälter 31 nach oben im Wesentlichen gasdicht ab.
Bei dem Wechselbehälter 41 handelt es sich um den Baubehälter 5, in dem das dreidimensionale Objekt 2 durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials 13 hergestellt worden ist.
Alternativ könnten der Baubehälter 5 und der Abkühlbehälter 31 auch voneinander verschieden sein. Das abzukühlende dreidimensionale Objekt 2 und das abzukühlende unverfestigte Aufbaumate- rial 13 werden in diesem Fall vom Baubehälter 5 in den Abkühlbehälter 31 transferiert, bevor das erfindungsgemäße Verfahren zum Abkühlen durchgeführt wird.
Alternativ könnte der Abkühlbehälter 31 auch so gestaltet sein, dass er den Baubehälter 5 in seinem Inneren aufnehmen kann. In diesem Fall wird der Baubehälter 5 gemeinsam mit dem darin enthaltenen abzukühlenden dreidimensionalen Objekt 2 und dem abzu- kühlenden unverfestigten Aufbaumaterial 13 in den Abkühlbehälter 31 eingebracht, bevor das erfindungsgemäße Verfahren zum Abkühlen durchgeführt wird.
In einem weiteren, nicht in den Zeichnungen dargestellten Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abkühlvorrichtung 30 weist die Abkühlvorrichtung zusätzlich oder alternativ zu einem vor der Herstelleinheit 33 und nach dem Filter 36 angeordneten Verdichter 39 mindestens einen Verdichter auf, der vor dem Filter 36 und/oder nach der Herstelleinheit 33 angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Baubehälter 5, in dessen Inneren sich ein hergestelltes dreidimensionales Objekt 2 und das unverfestigte pulverför- mige Aufbaumaterial 13, in das das dreidimensionale Objekt 2 eingebettet ist, befindet, der Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung 1 entnommen und als Abkühlbehälter 31 in die Ab- kühlvorrichtung 30 eingesetzt. Durch die Fluidisierplatte 32 wird ein fluides Medium in das Innere des Abkühlbehälters 31 geleitet, um damit das unverfestigte Aufbaumaterial 13 und das dreidimensionale Objekt 2 im Inneren des Abkühlbehälters 31 zu behandeln. Dabei werden der Abkühlbehälter 31 und damit das von dem unverfestigten Aufbaumaterial 13 gebildete Pulverbett von unten mit dem fluiden Medium durchströmt und zumindest teilweise fluidisiert.
Zu Beginn der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im dargestellten Ausführungsbeispiel das fluide Medium hergestellt, indem Stickstoff, welcher Raumtemperatur hat, mit flüssigem Wasser, welches ebenfalls Raumtemperatur hat, in der Herstelleinheit 33 beispielsweise mittels des Zerstäubers 43 in Kontakt gebracht. Dadurch wird der Stickstoff mit Wasser nahezu oder vollständig gesättigt.
Das fluide Medium wird durch die Leitung 34 in den Abkühlbehälter geleitet und im Inneren des Abkühlbehälters 31 mit dem abzukühlenden unverfestigten Auf aumaterial 13 und mit dem abzu- kühlenden dreidimensionalen Objekt 2 in Kontakt gebracht, wodurch sich das fluide Medium erwärmt. Das fluide Medium gibt außerdem im Inneren des Abkühlbehälters 31 Wasser ab. Das fluide Medium wird in der AbkühlVorrichtung 30 im Kreislauf geführt, wobei das fluide Medium, das aus dem Abkühlbehälter 31 austritt, durch die Leitung 37 in die Herstelleinheit 33 gelei- tet wird, in der das fluide Medium neuerlich Wasser aufnimmt, bis eine Sättigung mit Wasser nahezu oder vollständig erreicht ist. In der Herstelleinheit 33 kann die Temperatur des fluiden Mediums dabei wieder sinken. In einem konkreten Beispiel wurde die Feuchte unverfestigten Aufbaumaterials 13, das gemeinsam mit einem durch Lasersintern hergestellten dreidimensionalen Objekt 2 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens abgekühlt worden war (erfindungsgemäß abgekühltes Aufbau- material 13), mit einem einen kapazitiven Feuchtesensor aufweisenden Feuchtemessgerät gemessen. Bei dem unverfestigten Auf- baumaterial handelte es sich um ein Polyamid- 12 -Pulver mit einer mittleren Korngröße d50 von 50 bis 65 um, welches z.B. von der EOS GmbH Electro Optical Systems unter der Handelsbezei- chung "EOS PA2200" ertrieben wird. Das Abkühlen erfolgte während einer Zeitdauer von etwa 10 Stunden, in der das unverfes - tigte Aufbaumaterial kontinuierlich vom fluiden Medium durchströmt wurde. Bei dem fluiden Medium handelte es sich um mit Wasser gesättigtes Stickstoffgas . Die Messung ergab eine Feuch- te von 22,1%. Das verwendete Feuchtemessgerät ("Feuchtelanze") weist eine Messspitze, welche zur Messung der Feuchte in das unverfestigte Aufbaumaterial 13 gehalten wird, auf.
Um einen Vergleichswert zu erhalten, wurde die Feuchte unver- festigten Auf aumaterials 13, welches nach Beendigung des Lasersinterverfahrens gemeinsam mit dem dreidimensionalen Objekt 2 im Inneren der Lasersintervorrichtung 1 über einen Zeitraum von 18 Stunden abkühlen gelassen worden war (nicht erfindungs- gemäß abgekühltes Aufbaumaterial 13) , mit demselben Feuchtemessgerät gemessen. Die Messung ergab eine Feuchte von 6,2%. Das erfindungsgemäße Verfahren führt also dazu, dass das unver- festigte Aufbaumaterial eine wesentlich höhere Feuchte, d.h. einen wesentlich höheren Wassergehalt aufweist. Dadurch wird ein besser handhabbares, insbesondere ein besser siebbares un- verfestigtes Aufbaumaterial 13 erhalten.
Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren unverfestig- tes Aufbaumaterial 13 erhalten, das für die Wiederverwendung besser geeignet ist, wie für das konkrete Beispiel ein Vergleich folgender Werte für die Schmelze-Volumenfließrate (MVR als Abkürzung des englischen Begriffs "Melt Volume- flow Rate") ergibt: Für das erfindungsgemäß abgekühlte unverfestigte Auf- baumaterial 13 wurde ein MVR-Wert von 12,51 cm3/10 min erhalten, während für das nicht erfindungsgemäß abgekühlte Aufbaumaterial 13 unter gleichen Messbedingungen ein MVR-Wert von 8,08 cm3/10 min erhalten wurde. Ein höherer MVR-Wert ist gleichbedeutend mit einer besseren Wiederverwendbarkeit des pulverförmigen Auf- baumaterials . Dabei wurden die MVR-Werte gemäß den Vorschriften der Norm ISO 1133:2011 gemessen. Die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können, soweit möglich, miteinander kombiniert und verändert werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, den Abbau des unverfestig- ten Aufbaumaterials 13 zu stoppen, wodurch die Auffrischrate gesenkt werden kann. Durch die Erfindung ist es ferner realisierbar, unverfestigtes Aufbaumaterial 13 schneller abzukühlen und dadurch die Dauer des Abkühlens eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials hergestellten dreidimensi- onalen Objekts 2 und unverfestigten Aufbaumaterials 13, in das das dreidimensionale Objekt eingebettet ist, zu verkürzen.
Durch die Erfindung ist es des Weiteren möglich, in das unver- festigte Aufbaumaterial 13 Feuchtigkeit einzutragen, sodass sich das unverfestigte Aufbaumaterial 13 weniger stark oder überhaupt nicht elektrostatisch auflädt. Dadurch wird die Handhabbarkeit des unverfestigten Aufbaumaterials 13 verbessert. Insbesondere wird dadurch das Sieben des unverfestigten Aufbaumaterials 13 nach dem Abkühlen erleichtert.
Erfindungsgemäß wird das Abkühlen durch Behandeln mit einem fluiden Medium durchgeführt. Das fluide Medium kann dabei aus einem Trägergas gebildet sein, das gezielt mit einem weiteren Gas und/oder einer Flüssigkeit angereichert ist. Das heißt, bei dem fluiden Medium handelt es sich eine Gasmischung oder ein
Aerosol mit einer Zusammensetzung, die durch Hinzufügen eines weiteren Gases und/oder einer Flüssigkeit in vorbestimmter Weise (gezielt) eingestellt ist. Die Begriffe "Anreichern mit einem Gas" und "Anreichern mit einer Flüssigkeit" bedeuten, dass dem Trägergas ein weiteres Gas (gasförmiger Reinstoff oder gasförmige Mischung) bzw. eine Flüssigkeit (flüssiger Reinstoff oder flüssige Mischung) hinzugefügt wird, wobei es dabei auf den Aggregatzustand, den das dem Trägergas Hinzugefügte vor dem Hinzufügen hat, ankommt und nicht darauf, ob das Hinzugefügte nach dem Hinzufügen diesen Aggregatzustand hat. Das fluide Medium kann auch aus einer Gasmischung gebildet sein, der gezielt mindestens eine Mischungskomponente zumindest teilweise entzogen ist, d.h. das fluide Medium kann ein Gas sein, dessen Zusammensetzung durch teilweise oder vollständige Entziehung einer oder mehrerer Mischungskomponenten einer Gas- mischung in vorbestimmter Weise (gezielt) eingestellt ist.
Als Trägergas wird bevorzugt Inertgas, insbesondere N2 (Stickstoff) verwendet, welches zur Herstellung des fluiden Mediums mit Wasser angereichert wird. Dadurch kann aus einfach verfügbaren, preisgünstigen und umweltfreundlichen Ausgangsstoffen ein fluides Medium hergestellt werden, bei dessen Verwendung die oben beschriebenen Vorteile vorliegender Erfindung besonders ausgeprägt sind. Alternativ kann beispielsweise auch Argon als Trägergas verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das pulverförmige Aufbaumaterial ein Polymer enthält bzw. aus einem Polymer besteht, da Polymere bei hö- heren Temperaturen anfällig für thermische und/oder thermooxi- dative Schädigungen sind, die die Wiederverwendbarkeit des un- verfestigten Aufbaumaterials herabsetzen oder eine Wiederverwendung unmöglich machen. Zudem neigen in Pulverform vorliegende Polymere zur elektrostatischen Aufladung.
Auch wenn weiter oben das Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch Lasersintern bzw. Laserschmelzen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf das Abkühlen eines durch Lasersintern oder Laserschmelzen hergestellten dreidimensionalen Ob- jekts und unverfestigten Aufbaumaterials , in das ein derartiges dreidimensionales Objekt nach seiner Herstellung eingebettet ist, beschränkt. Sie kann auf das Abkühlen dreidimensionaler Objekte, die mittels beliebiger Verfahren zum generativen Herstellen hergestellt worden sind, und entsprechende Aufbaumaterialien angewendet werden. Die Belichtungsvorrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder jede andere Art von Laser wie zum Beispiel Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) , oder eine Zeile dieser Laser umfassen. Allgemein kann als Belichtungsvorrichtung jede Einrichtung verwendet werden, mit der Energie als Wellen- oder Teilchenstrahlung selektiv auf eine Schicht des Aufbaumaterials aufgebracht werden kann. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Auf aumaterial zu verfestigen. Statt des Ablenkens eines Strahls kann auch das Belichten mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter angewendet werden. Auch auf das selektive Maskensintern, bei dem eine ausgedehnte Lichtquelle und eine Maske verwendet werden, oder auf das High-Speed-Sintern (HSS) , bei dem auf dem Aufbaumaterial selektiv ein Material aufgebracht wird, das die Strahlungsabsorption an den entsprechenden Stellen erhöht (Absorptionssintern) oder verringert (Inhibitationssintern) , und dann unselektiv großflächig oder mit einem verfahrbaren Zeilenbelichter belichtet wird, kann die Erfindung angewendet werden.
Als pulverförmiges Aufbaumaterial können verschiedene Materialien verwendet werden, vorzugsweise Kunststoffpulver, Metall- pulver, Keramikpulver, Sand, gefüllte oder gemischte Pulver.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Abkühlen eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumaterials (15) her- gestellten dreidimensionalen Objekts (2) und unverfestigten Aufbaumaterials (13) , in das das dreidimensionale Objekt (2) eingebettet ist, durch Behandeln mit einem fluiden Medium,
wobei das fluide Medium aus einem Trägergas gebildet ist, das gezielt mit einer Zusatzkomponente, umfassend ein weiteres Gas und/oder eine Flüssigkeit, angereichert ist und/oder
wobei das fluide Medium aus einer Gasmischung gebildet ist, der gezielt mindestens eine Mischungskomponente zumindest teilweise entzogen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zusatzkomponente H2O umfasst, wobei der H20-Gehalt der Zusatzkomponente bevorzugt mindestens 90, mehr bevorzugt mindestens 95, noch mehr bevorzugt mindestens 99 Gewichtsprozent beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Zusatzkomponente ein Tensid umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägergas ein Inertgas, bevorzugt Stickstoff umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Trägergas mit der Zusatzkomponente mindestens zur Hälfte, bevorzugt mindestens zu 80%, besonders bevorzugt mindestens zu 90% gesättigt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest ein Teil der Flüssigkeit in dem fluiden Medium in Form von Tröpfchen verteilt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das fluide Medium pro Kubikmeter mindestens 10, bevorzugt mindestens 50, mehr bevorzugt mindestens 75 Gramm und/oder höchstens 300, bevorzugt höchsten 200, mehr bevorzugt höchstens 150 Gramm der Zusatzkomponente enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das fluide Medium das unverfestigte Aufbaumaterial (13) , in das das dreidimensionale Objekt (2) eingebettet ist, durchströmt, insbesondere im Wesentlichen in einer der Schwerkraft entgegenge- setzten und/oder zu der Schwerkraft winkeligen Richtung.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das fluide Medium in das Innere eines Abkühlbehälters (31) , der insbesondere ein Baubehälter (5) ist, geleitet wird, bevorzugt über eine Fluidisierplatte (32) , und im Inneren des Abkühlbehälters (31) mit dem dreidimensionalen Objekt (2) und dem unverfestig- ten Aufbaumaterial (13) in Kontakt gebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Auf- baumaterial ein Polymer, insbesondere ein Polyaryletherketon und/oder ein Polyamid, enthält.
11. Abkühl orrichtung (30) zum Abkühlen eines durch schichtweises selektives Verfestigen eines pulverförmigen Aufbaumate- rials hergestellten dreidimensionalen Objekts (2) und unverfes- tigten Aufbaumaterials (13), in das das dreidimensionale Objekt (2) eingebettet ist, durch Behandeln mit einem fluiden Medium mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die AbkühlVorrichtung enthält:
einen Abkühlbehälter (31) für das dreidimensionale Objekt (2) und das unverfestigte Auf aumaterial (13) , in das das drei- dimensionale Objekt (2) eingebettet ist, mit einer Abkühlbehälterwandung, die wenigstens in einem Bereich eine für das fluide Medium durchlässige Begrenzung aufweist,
einer Herstelleinheit (33) zum Herstellen des fluiden Mediums, die insbesondere einen Zerstäuber (43) zum Zerstäuben der Flüssigkeit (44) enthält, und
eine erste Leitung (34) zum Leiten des fluiden Mediums von der Herstelleinheit (33) zu dem für das fluide Medium durchlässigen Bereich,
12. Abkühlvorrichtung (30) nach Anspruch 11, ferner enthaltend eine zweite Leitung (37) zum Leiten des fluiden Mediums vom Abkühlbehälter (31) zur Herstelleinheit (33) und einen Verdichter (39) zum Erzeugen eines Kreislaufs des fluiden Mediums, wobei der Kreislauf durch den Abkühlbehälter (31) , die zweite Leitung (37) , die Herstelleinheit (33) und die erste Leitung (34) führt .
13. Abkühlvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Abkühlvorrichtung (30) ein Filter (36) zum Fil- tern des fluiden Mediums enthält, wobei das Filter (36) bevorzugt so angeordnet ist, dass es aus dem Abkühlbehälter (31) austretendes fluides Medium filtert.
14. Abkühlvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der für das fluide Medium durchlässige Bereich zumindest einen Teilbereich eines Bodens des Abkühlbehälters (31) bildet, und wobei bevorzugt der für das fluide Medium durchlässige Bereich als Fluidisierplatte (32) ausgestaltet ist.
15. Abkühlvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Abkühlvorrichtung (30) eine Rütteleinrichtung (40) aufweist, welche ausgebildet ist, den Abkühlbehälter (31) in eine Rüttelbewegung zu versetzten, wobei die Rütteleinrichtung (40) bevorzugt als Vibrator, Klopfer oder Schüttelplatte ausgebildet ist.
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