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WO2013117185A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines 3-dimensionalen objektes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines 3-dimensionalen objektes Download PDF

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Publication number
WO2013117185A1
WO2013117185A1 PCT/DE2013/100014 DE2013100014W WO2013117185A1 WO 2013117185 A1 WO2013117185 A1 WO 2013117185A1 DE 2013100014 W DE2013100014 W DE 2013100014W WO 2013117185 A1 WO2013117185 A1 WO 2013117185A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layers
layer
support base
application
distributor
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE2013/100014
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno BAUMERS
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.)
ADDITECH GmbH
Original Assignee
ADDITECH 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 ADDITECH GmbH filed Critical ADDITECH GmbH
Publication of WO2013117185A1 publication Critical patent/WO2013117185A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for the generative production of a 3-dimensional object, in layers
  • Material is applied by a material application device by linear movement along the support base on the support base or already deposited on these layers, and the layers in each case by the action of electromagnetic radiation or
  • the invention relates to a
  • Device at least one support base as the order level for the object, at least one Dispenser for the material and at least one straight-line along the support base movable distribution device for the layered
  • UV radiation curable plastic To manufacture details in high resolution and with high precision and
  • the object is built up of many layers, each layer being built up individually and consecutively in a repetitive cycle.
  • This cycle contains in all procedures, in which objects within containers with
  • Steps namely the application of a flat layer of unconsolidated material, followed by irradiating all surfaces to be solidified by means of
  • Powder form is applied in the progressive layers, is the production of
  • Layers are structured differently over the respective order level, because the relative movement speed differences of areas which are arranged close to the axis of rotation, relative to areas which are radially outwardly, are considerable, so that as a result the layers thus produced
  • the wear is the Material application devices because of
  • the invention has the object, a
  • the invention proposes that the application of the first or first further layer
  • Particle radiation is made.
  • a successive selective solidification of the corresponding zone is carried out successively following the application of each layer of the application zone, so that the second layer, which is applied following the first layer, no longer depends on one
  • unconsolidated layer is applied, but is applied to an already solidified material layer.
  • the linear application method and the parallel solidification ensure a uniform quality of the produced layers over the entire application width.
  • the layers are in constant
  • the manner of application may be such that the material for forming the layers is applied in the starting area or next to the support base and distributed uniformly over the application level for application by linear movement of a coating medium.
  • the material for forming the layers is applied in the starting area or next to the support base and distributed uniformly over the application level for application by linear movement of a coating medium.
  • Carrier base are applied in sufficient quantity, so that then by means of the corresponding
  • Material layers is discharged onto the support base or the layers thereon.
  • the layers of material are compacted during application or after application and before solidification.
  • a powder is applied as the material.
  • powdery material that is
  • the carrier base In a manner known per se, provision can be made for the carrier base to be applied as a function of the material thickness
  • Material layers from a starting position in different working positions is lowered.
  • the carrier base may be so
  • Order level is always the same level, regardless of how much
  • Material layers are already applied. A further acceleration of the completion of the layers can be achieved by applying as a material powder which is preheated to a temperature lower than the temperature generated during the solidification by radiation, in particular lower than the sintering or
  • the powder material is preheated by means of infrared radiation.
  • the invention further relates to a
  • the device at least one support base as the order level for the object, a straight, so linear, along the support base
  • movable dispenser for the material has at least one likewise rectilinear, along the support base movable distribution device for the layered distribution of the material.
  • the device according to the object solution is characterized in that at least two distribution devices are provided, by means of which on the order level partially
  • Material layers can be applied, wherein the distributing devices in such a direction of Au rectilinear in a row over the
  • the distribution devices as Abrete beautifullyen or rolling device with scraper blades or stripping rollers are formed.
  • the distribution devices in one of them each to be generated layer thickness
  • the support base is height adjustable.
  • the distribution devices are coupled together and at the same time on the order level
  • Radiation generator is provided, by means of which the deposited on the order level layer of material or the material layers can be solidified or are. It is also preferably provided that above the application level one or more
  • Radiation generator are provided by means of which selectively applied by a distributor layer is zonewise solidified before the distribution in
  • the dispenser for the material is a material storage container which is disposed during the dispensing of material near the support base or above the support base and which has in its bottom an outlet opening and a dosing device coupled therewith for the material.
  • the distribution devices each have a
  • Carrier base or on it
  • Material layer is movable, and so on
  • Transport package is coupled to the distribution device and its side walls define a narrowing the support base space, wherein at the discharge opening of this
  • Transport Packung guide plates are arranged or formed, which are arranged such that they are for compressing the
  • the distributing devices are designed as stripping devices in the form of rotatable rollers which can be moved over the deposited material layer, their rotational speed and / or
  • Movement direction is adjustable.
  • Support base is a vertically movable bottom of a body container, which is lowered according to the thickness of the material layers.
  • Guide means for this movement moderately following upper distributor, which in turn is located on the guide means
  • the guide means form a lateral boundary for the applied material.
  • the distribution devices are arranged on a frame part, wherein the frame part
  • Carrier base are arranged in one
  • Carrier base are linearly moved and are positioned beyond the support base, and are movable back to the start position, wherein in the start position, the frontmost in the application direction distributor one of a first
  • Support base or the already deposited on the support base layers is clamped, and the rearmost in the order direction
  • Distributor at least one further layer thickness corresponding distance thereof, and wherein in the
  • the frame part is pivoted so that the rearmost distributor is approximated to the deposited layers closest and the foremost distributor on
  • a preferably rectangular frame part is provided, the dimension of which is made in the width so that it is at least as wide as the
  • lateral longitudinal frame struts extend parallel to the intended application direction.
  • transverse frame struts carry the strip-like distribution devices.
  • a central transverse frame strut holds a third strip-like distribution device. It is also possible, even more strip-like
  • the distributing devices are spaced from one another in the direction of application.
  • the frame part preferably has a longitudinal center between its two end regions formed by the end transverse frame struts
  • the entire frame part is movable by means of a first driving means from a starting position, in which all distribution devices are spatially arranged on one side next to the support base, to an intermediate position in which all distribution devices have been moved over the entire length of the support base and finally beyond the support base
  • Frame part to be arranged displaceably guided on parallel to the application direction rails or positioned and moved by means of a suitable belt or belt drive. Starting from the starting position is the frontmost in the order direction
  • the rearmost distribution device has the largest distance from the support base or on the Carrier base already deposited layers. It is possible in this way, by moving the frame part from the starting position into the intermediate position almost simultaneously depositing several layers on each other. After reaching the intermediate position, the frame part is pivoted about its pivot axis, so that then the hitherto rear distribution device now forms the foremost distribution device, which is closest to the carrier base or the deposited on the support base layers. The other distribution devices are positioned at a greater distance from the order level. By moving back the frame part from the intermediate position to the start position, several layers can again be deposited on top of one another almost simultaneously. If, for example, three on the frame part
  • Distribution devices are arranged, three layers can be built with each movement, so that after a complete movement a total of six layers on the support base or already on it
  • the frame part by means of a second
  • the second drive means may be for example a pivot drive, by means of which the Frame part limited to the pivot axis in
  • the drive means can at
  • the electronic control serves to the first drive means and the second
  • the controller is
  • Frame part is in the starting position and the frame part is then set in motion by the first drive means, wherein successively when the respective Vermaschineinrxchtung is positioned in the correct position over the support base, the dispenser for the delivery of the material at the first distributor is opened and successively in sequence the movement Subsequently, the other dispensers for the other distribution facilities are opened.
  • Carrier base is moved to the end, the dispenser is closed by the controller for the distribution device located there.
  • the first drive means is set still and operated in the reverse direction, wherein
  • Carrier base is then in turn causes an opening of the dispenser for the output of the material in the region of the distribution devices.
  • the dispenser closed sequentially until finally the entire frame part is again positioned in the start position next to the carrier base.
  • each distributor is provided with a dispenser for the material, each dispenser being open for the application of material, when the respective dispenser is above the carrier base, and each dispenser is closed against dispensing of material when the respective dispenser Distributor in
  • Carrier base is located, and that the
  • Dispensing opening of the dispenser in the direction of application is respectively positioned in front of the associated distribution device.
  • each distribution device is equipped with its own dispenser, so that the
  • Material is applied in each case in the application direction in front of the corresponding distributor and can be distributed by the distributor.
  • each distribution device with a controllable
  • Heating device is equipped to warm up the applied layers of material.
  • the heating devices are designed as electrical infrared and / or resistance heating elements.
  • the heater is coupled to the electronic control and switchable via this.
  • the solidification of the by the heater is coupled to the electronic control and switchable via this.
  • Frame part irradiation of the layers deposited by the distributor can be done. Before each of the
  • Powder application begins with preferably simultaneous solidification process by heating, the frame part together with the parts located thereon is inclined over the pivot axis so that the distribution devices are in each case correct height above the plane spanned by the building platform.
  • the distribution device located at the front in the direction of application is equal to one
  • Layer thickness disposed above the platform and each subsequent distribution device is positioned by a further layer thickness higher than the first layer thickness.
  • the support base is over in a
  • Objects are built up layer by layer.
  • Carrier base are applied.
  • the deposited material is selectively solidified between the distributing means so that the first material layer is solidified before the second material layer
  • the heating elements can be regulated
  • Infrared and resistance heating elements which are fixed directly to the frame part. It is in this way a controlled heating of all simultaneously applied powder layers
  • Powder application surface have a similar shape, so that the amount of used
  • Powder material can be kept low.
  • Distribution facilities relative to the underneath lying layers does not vary across the width of the powder layer, but is constant.
  • Powder material therefore advantageous because when additional heating elements are attached to the frame part, a uniform heating of the applied powder layer is achieved, unlike a circular or arcuate application movement of the
  • Layer is determined by computer data, used in the manufacturing process, the invention being a clear
  • Loading devices is applied at different heights to the carrier base surface and partially distributed at the same time over the surface to be generated and optionally at different heights to
  • Figure 1 seen an apparatus according to the invention for producing 3-dimensional body in cross section
  • Figure 2 is a sketchy oblique view of
  • Figure 5 shows an inventive frame part in an isometric view
  • Figure 6 shows the device with the frame part in a starting position in a schematic side view; likewise in the intermediate position, the device in the case of a different orientation of the frame part in the intermediate position; the movement of the frame part from the intermediate position back into the
  • FIG. 10 shows the pivoting of the frame part from the position according to FIG. 9 into the new starting position analogously
  • the device has a
  • a dispenser 4 is arranged, which is for receiving
  • Material powder is used, which is connected via a chute with a metering device 5, via which the pourable material can be applied to the bottom of the body container 10 adjacent to the support base 3.
  • two distributing devices 1, 2 are provided, which are in the starting position, as shown in Figure 1, laterally next to the
  • Carrier base 3 are positioned. These are
  • Distribution devices serve to position the material delivered by the metering device 5 in a corresponding layer thickness on the carrier base. Instead of two such distributing devices 1, 2 further such distributing devices may be provided.
  • a material layer is first to be applied to the application level by means of the distributor device 1. The first
  • Distribution device 1 is thereby by means of a suitable drive 25 in the direction of
  • Movement arrows 12 adjusted linearly over the entire plane of the support base 3 from the position shown on the right in Figure 1 to a left in Figure 1 position. After another dispensing of material in the
  • Distribution device 2 by means of which a further layer of the material is applied to the layer applied by the distributor device 1.
  • This second distributor 2 also runs linearly in the direction of
  • the two distributing devices 1, 2 can be rigidly connected to each other, so that one drive 25 is sufficient for both. But it can also be a separate drive 26 for the second
  • Distributor 2 may be provided.
  • Carrier base are positioned, the
  • Distribution devices 1 and 2 optionally lifted from the ragsebene on, be returned from the left side to the right starting position shown in Figure 1 to perform a new coating operation.
  • the distributing devices preferably have 1.2 stripping devices 28, 29 or
  • coating level is adjustable to an appropriate level, so that correspondingly thick layers of material can be constructed.
  • Radiation generator 8 arranged to the
  • the emission direction of the radiation generator 8 can be adjusted.
  • the alignment of the beams of the beam generator can be carried out in the manner illustrated in FIG. 3, namely selectively behind a distributor 1.2
  • Movement arrows 12 follows. This ensures that then, before material is applied to the second distribution device 2, the underlying layer already
  • Distribution device 2 is again by radiation delivery of the beam generator 8, a solidification of the material, which is applied by the second distribution device 2.
  • This radiation emission also follows the movement of the distributor 2 in the direction of
  • the optimum number of distribution devices is determined by the Size of the slide, the
  • Hardening zones 6, 7 are shown in FIG.
  • FIG. 4 it is shown that when the distributing devices 1, 2 have crossed the carrier base 3 in the direction of the movement arrow 12 and when the solidification of the
  • Distribution devices can then be easily adjusted back to the starting position according to FIGS. 1 and 2 without them having to be lifted. The procedure is repeated until the 3-dimensional object is generated.
  • FIGS. 5 to 10 show a particularly preferred device.
  • distribution devices 1, 2, 13 are arranged on a frame part 14.
  • the frame part 14 is rectangular in plan view, wherein the longitudinal frame struts are aligned in the direction parallel to the application direction 17,18 and the transverse struts 15,16 at right angles thereto
  • Application direction 17,18 extending strip-like distribution devices 1,2.
  • a further transverse strut is provided, on which a further strip-like distribution device 13 is held.
  • Distribution devices 1, 2, 13 are sufficiently spaced from one another in the application direction 17, 18.
  • the frame part 14 is formed as an open frame part. Between its end regions 15, 16, the frame part has a likewise aligned transversely to the application direction 17, 18
  • the frame part 14 is by means of a first drive means 21,21 * from a start position, which is shown in Figure 6 and in which all distribution devices 1,2,13 are arranged spatially next to the support base 3, in a
  • the in Figure 7 Movable intermediate position, the in Figure 7 is shown.
  • the frame part 14 is moved by means of the drive 21,21 linearly in the direction of the movement arrow 17 on the order level.
  • the frame part 14 is aligned such that all distribution devices 1, 2, 13 are arranged beyond the carrier base 3 or the layers 20 deposited thereon. From this position according to FIG. 7, this is
  • the distributor 13 is higher than the layer thickness
  • Distributor 2 of the coating plane is closest.
  • the distribution device 13 is positioned higher by layer thickness than the distribution device 2 and the distribution device 1 is in turn positioned higher by layer thickness than the distribution device 13 Adjusting the position according to Figure 8 may again take place by means of a drive 21,21 ⁇ a linear displacement of the frame part 14 along the movement arrow 18, wherein
  • a second drive means 22 is provided, by means of which the limited pivoting of the frame part 14 is made possible in the manner shown. Furthermore is
  • the dispensers 4 are two Pulverdosier Anlagenen that bring at appropriate times material powder in the space, so put down on the bottom of the container 10 next to the support base 3.
  • the dispenser 4 shown on the right in FIG. 6 is opened when the position according to FIG. 6 is reached, so that powder material between the frame part 14 and the carrier base 3
  • Distribution devices are distributed 1,2,13 and built on the support base 3.
  • material is introduced via the left-hand dispenser 4 onto the bottom surface of the body container located underneath, which in turn is then used to move the frame part along the movement arrow on the carrier base to form a layer.
  • dispenser 4 in each case dispenser 4 in
  • Distribution devices on the support base 3 is distributed. In the alternative
  • Dispensed container which is then stored by the distributing devices 2,13,1 for the purpose of layering on the support base 3 and the layers 20 thereon.
  • the dispensers 4 and 4 1 can have closing plates or the like on the bottom side, which can be adjusted into the open position or closed position, wherein the adjustment by means of the electronic
  • Control 23 is triggered.
  • each distribution device is 1,2,13 with a controllable heater 24, preferably in the form of an electrical
  • the heaters 24 are also preferably coupled to the electronic controller 23.
  • the invention is not on the
  • Embodiment limited, but in the context of the disclosure often variable.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, bei dem schichtweise
aufeinanderliegende Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material auf eine Trägerbasis sukzessive aufgebracht werden, indem das
Material von einer Materialauftragsvorrichtung durch lineare Bewegung entlang der Trägerbasis auf die Trägerbasis oder schon auf dieser abgelegte Schichten aufgetragen wird, und die Schichten jeweils durch das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung oder
Partikelstrahlung verfestigt und miteinander verbunden werden, wobei auf die Trägerbasis oder auf schon auf diese aufgebrachte Schichten Material zur Bildung einer ersten oder einer ersten weiteren Schicht fortschreitend in linearer Richtung von einem Startbereich bis zu einem Endbereich aufgebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus
aufeinanderliegenden, verfestigten und
miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die
Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis als Auftragsebene für das Objekt, mindestens einen Spender für das Material und mindestens eine geradlinig entlang der Trägerbasis verfahrbare Verteileinrichtung für das schichtweise
Verteilen des Materials aufweist.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Prototypen und Bauteile generativ in Form 3-dimensionaler Objekte herzustellen. Hierzu werden
Beschichtungsverfahren beziehungsweise
Vorrichtungen genutzt, die mittels in einem Computer abgelegter Daten Objekte schichtweise herstellbar machen.
Solche Verfahren und Vorrichtungen sind zum Beispiel aus der US 2001/0050448 AI bekannt. Des Weiteren beschreibt die US 4,575,330 die Verwendung eines UV-Laserstrahls zum
Verfestigen der Oberflächenschicht in einem Behälter mit flüssigem, durch
elektromagnetische (UV) -Strahlung härtbarem Kunststoff. Um Einzelheiten in hoher Auflösung und mit hoher Präzision fertigen und
verfestigen zu können, wird das Objekt aus vielen Schichten aufgebaut, wobei jede Schicht einzeln und aufeinander abfolgend in einem sich wiederholenden Zyklus aufgebaut wird. Dieser Zyklus enthält bei allen Verfahren, in denen Objekte innerhalb von Behältern mit
unverfestigtem oder flüssigem Material
aufgebaut werden, eine Abfolge von drei
Schritten, nämlich das Auftragen einer ebenen Schicht aus unverfestigtem Material, gefolgt von dem Bestrahlen aller Oberflächen, die verfestigt werden sollen, mittels
elektromagnetischer Strahlung oder
Partikelstrahlung, gefolgt schließlich von der vertikalen Neupositionierung der Trägerschicht.
Bei Verfahren, bei denen das Material in
Pulverform in den fortschreitenden Schichten aufgebracht wird, ist das Erzeugen von
Trägerkonstruktionen in der Regel nicht
erforderlich, da überhängende Bestandteile durch das bereits deponierte unverfestigte Pulver getragen werden. Solche Vorrichtungen verwenden einen lenkbaren Laserstrahl oder Partikelstrahl, um das Pulver selektiv zu schmelzen. Verfahrensweise und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der WO-A- 95/18715, WO-A-94/15771, WO-Ä-96/29192,
WO-A-92/08592, US 4,863,538 und US 5,647,931 beschrieben. Zum weiteren Stand der Technik wird noch auf die DE 44 16 901 A 1, die
DE 43 02 418 A 1 und die DE 102 35 427 A 1 verwiesen. Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen die Herstellung von 3-dimensionalen Körpern mit hoher Genauigkeit, auch mit dünnen Wänden, sowie die zeitgleiche Herstellung von mehreren Prototypen und Bauteilen. Des Weiteren ist die Herstellung von Gegenständen mit vorspringenden Einzelheiten mit und ohne Hilfe von Trägerkonstruktionen möglich. Problematisch bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass für den Bau von
Objekten im Vergleich zu den als alternativen einsetzbaren Verfahren wie Spritzgießen und computergesteuerte spanabhebende Verfahren, ein erheblich größerer Zeitaufwand nötig ist. Es sind mehrere Stunden nötig, um eine Prototypenoder Bauteileinzelheit normaler Größe
herzustellen. Für die gleichzeitige Produktion mehrerer Bauteile ist mindestens ein Tag notwendig .
Aus der DE 10 235 434 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Objekten bekannt, welches in kürzerer Zeit zu einem Ergebnis führen soll. Dazu wird ein Träger für die Bauplattform relativ zu einer Materialauftragsvorrichtung rotierend bewegt und zugleich die Bauplattform in Richtung der Rotationsachse verstellt. Ein solches System führt dazu, dass die mittels der
Materialauftragsvorrichtung aufgebrachten
Schichten über die jeweilige Auftragsebene unterschiedlich strukturiert sind, weil die relativen Bewegungsgeschwindigkeitsun erschiede von Bereichen, die nahe der Rotationsachse angeordnet sind, gegenüber Bereichen, die radial außen liegen, erheblich sind, so dass im Ergebnis die so erzeugten Schichten
unterschiedliche Beschaffenheit aufweisen. Auch ist der Verschleiß der Materialauftragsvorrichtungen wegen der
Geschwindigkeitsdifferenzen ungleichmäßig, was zu Qualitätseinbußen führen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der eine schnellere
Herstellung 3-dimensionaler Körper erreicht werden kann, wobei ein gleichmäßiger
Schichtaufbau und ein gleichmäßiger Verschleiß von Auftragsvorrichtungen sichergestellt wird.
Zur verfahrensmäßigen Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass -dem Aufbringen der ersten oder ersten weiteren Schicht
folgend- während des Aufbringens der ersten oder ersten weiteren Schicht Material zur
Bildung einer auf der ersten Schicht oder ersten weiteren Schicht aufzubauenden zweiten Schicht fortschreitend in linearer Richtung von dem Startbereich bis zu dem Endbereich
aufgebracht wird.
Durch diese Verf hrensweise wird eine
Vervielfachung der pro Zeiteinheit
fertiggestellten Schichten erreicht. Demzufolge wird nicht wie herkömmlich, zunächst eine komplette erste Schicht auf die Trägerbasis oder auch schon auf bereits auf der Trägerbasis befindliche Schichten aufgebracht und anschließend eine weitere Schicht auf diese schon erzeugte Schicht aufgebracht und so fort, sondern es erfolgt während des Auftrags der ersten Schicht fortschreitend die Aufbringung schon einer zweiten Schicht und gegebenenfalls der zweiten Schicht folgend das Aufbringen weiterer Schichten, bis sämtliche Schichten auf der Trägerbasis oder auf dieser befindlichen Schichten aufgebracht sind. Nach einem Zyklus, bei dem mindestens zwei solcher Schichten teilweise gleichzeitig abgelegt und erzeugt sind, erfolgt wieder im Startbereich beginnend, das Aufbringen weiterer Schichten, indem wiederum in der gleichen Weise eine erste
Schicht und dieser folgend teilweise zeitgleich eine zweite Schicht und so weiter aufgebracht wird, bis sämtliche Schichten auf der
Trägerbasis oder auf bereits auf dieser
befindliche Schichten aufgebracht sind.
Dadurch, dass sämtliche Schichten linear aufgetragen werden, ist sichergestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit beim Aufbringen der Materialschichten über die gesamte
Auftragsbreite jeder Materialschicht konstant ist, so dass jede Schicht eine homogene
Beschaffenheit hat. Auch ist der mögliche
Verschleiß von Auftragseinrichtungen zum
Auftrag der Materialschichten gleichmäßig über die Auftragsbreite. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass während des Aufbringens der zweiten Schicht oder mindestens einer weiteren Schicht dem
Aufbringen dieser Schicht folgend jeweils eine weitere Schicht aufgebracht wird.
Es ist damit möglich, nahezu in dem gleichen Zeitrahmen, in dem bisher das Aufbringen einer einzigen Schicht ermöglicht war, mindestens zwei Schichten aufzubringen. Insbesondere wird durch diese Verfahrensweise die Zeit zur
Erzeugung des entsprechenden 3-dimensionalen Objektes deutlich verkürzt.
Obwohl es möglich ist, die jeweiligen Schichten übereinander fortschreitend teilweise
zeitgleich aufzubringen, ohne dass diese jeweils zwischenzeitlich verfestigt werden, ist bevorzugt vorzusehen, dass dem Aufbringen jeder Schicht folgend vor dem Aufbringen der nächsten Schicht eine selektive Verfestigung der
jeweiligen Zone des aufgebrachten Materials durch elektromagnetische Strahlung oder
Partikelstrahlung vorgenommen wird.
Gemäß diesem Vorschlag wird sukzessive beim Auftragen jeder Schicht der Auftragszone folgend jeweils eine selektive Verfestigung der entsprechenden Zone vorgenommen, so dass die zweite Schicht, die der ersten Schicht folgend aufgetragen wird, nicht mehr auf eine
unverfestigte Schicht aufgetragen wird, sondern auf eine schon verfestigte Materialschicht aufgebracht wird.
Bevorzugt ist es möglich, so vorzugehen, dass in Zonen der aufgebrachten Schichten quasi gleichzeitig Material durch elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung verfestigt wird . Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die Verfestigung selektiv vom Startbereich des Beschichtungsauftrags
beginnend bis zum Endbereich vorgenommen wird, also in Form einer linear wandernden
Strahlungsfront.
Durch die lineare Auftragsweise und die dazu parallele Verfestigung wird eine gleichmäßige Qualität der erzeugten Schichten über die gesamte Auftragsbreite sichergestellt.
Unter Umständen kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Schichten in gleichbleibender
Schichtdicke aufgebracht werden.
Die Art und Weise der Aufbringung kann so gestaltet sein, dass das Material zur Bildung der Schichten im Startbereich oder neben der Trägerbasis aufgebracht wird und zum Auftrag durch lineare Bewegung eines Auftragsmittels gleichmäßig über die Auftragsebene verteilt wird . Hierbei kann das Material zur Bildung der
Schichten im Startbereich oder neben der
Trägerbasis in ausreichender Menge aufgebracht werden, so dass dann mittels der entsprechenden
Verteileinrichtungen dieses Material
gleichmäßig über die Auftragsebene verteilt wird. Alternativ und bevorzugt ist vorgesehen, dass das Material aus einem Reservoir unmittelbar fortschreitend vom Startbereich bis zum
Endbereich zur Bildung der entsprechenden
Materialschichten auf die Trägerbasis oder die darauf befindlichen Schichten abgegeben wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Schichten aus Material beim Aufbringen oder nach dem Aufbringen und vor dem Verfestigen verdichtet werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass als Material ein Pulver aufgebracht wird. Bei pulverförmigem Material ist das
erfindungsgemäße Verfahren besonders
vorteilhaft einsetzbar.
In an sich bekannter Weise kann vorgesehen sein, dass die Trägerbasis in Abhängigkeit von der Materialstärke der aufgebrachten
Materialschichten aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Arbeitsstellungen abgesenkt wird.
Beispielsweise kann die Trägerbasis so
eingestellt werden, dass die tatsächliche
Auftragsebene sich immer in gleicher Höhe befindet, unabhängig davon, wie viel
Materialschichten schon aufgebracht sind. Eine weitere Beschleunigung der Fertigstellung der Schichten kann dadurch erreicht werden, dass als Material Pulver aufgebracht wird, welches auf eine Temperatur vorerwärmt ist, die niedriger als die bei der Verfestigung durch Strahlung erzeugte Temperatur, insbesondere niedriger als die Sinter- oder
Schmelztemperatur ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Pulver- Material mittels Infrarotstrahlung vorerwärmt wird .
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine
Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus
aufeinanderliegenden, verfestigten und
miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis als Auftragsebene für das Objekt, einen geradlinig, also linear, entlang der Trägerbasis
verfahrbaren Spender für das Material und mindestens eine ebenfalls geradlinig, entlang der Trägerbasis verfahrbare Verteileinrichtung für das schichtweise Verteilen des Materials aufweist .
Die vorrichtungsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verteileinrichtungen vorgesehen sind, mittels derer auf die Auftragsebene teilweise
zeitgleich übereinanderliegende
Materialschichten auftragbar sind, wobei die Verteileinrichtungen derart in Au tragsrichtung geradlinig hintereinander über die
Auftragsebene verfahrbar sind, dass zuerst die untere Schicht und folgend auf dieser die jeweils obere Schicht auftragbar ist.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass mittels der mindestens zwei
Verteileinrichtungen auf der Auftragsebene teilweise zeitgleich übereinanderliegende
Schichten auftragbar sind. Die Zeitspanne zur Erzeugung einer vollständigen mehrlagigen
Schicht auf der Trägerbasis oder auf schon aufgebrachten Schichten ist damit gegenüber der herkömmlichen Gestaltung deutlich verringert, wobei infolge des linearen Auftrags eine vorzügliche Homogenität der aufgetragenen
Schichten sichergestellt ist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen als Abstreiteinrichtungen oder Walzvorrichtung mit Abstreifklingen oder Abstreifwalzen ausgebildet sind.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen in einem der von ihnen jeweils zu erzeugenden Schichtdicke
entsprechenden Maß gegenüber der Trägerbasis beabstandet sind. Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Trägerbasis höheneinstellbar ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig über die Auftragsebene
verfahrbar sind.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass oberhalb der Auftragsebene mindestens ein
Strahlungserzeuger vorgesehen ist, mittels dessen die auf der Auftragsebene abgelegte Materialschicht oder die Materialschichten verfestigbar ist oder sind. Auch ist bevorzugt vorgesehen, dass oberhalb der Auftragsebene ein oder mehrere
Strahlungserzeuger vorgesehen sind, mittels derer selektiv die von einer Verteileinrichtung aufgebrachte Schicht zonenweise verfestigbar ist, bevor die der Verteileinrichtung in
Auftragsrichtung folgende Verteileinrichtung die Zone erreicht hat. Eine vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass der Spender für das Material ein Materialvorratsbehälter ist, der während der Materialausgabe nahe der Trägerbasis oder über der Trägerbasis angeordnet ist und der in seinem Boden eine Auslassöffnung und eine damit gekoppelte Dosiervorrichtung für das Material aufweist .
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen jeweils einen
Materialvorratsbehälter aufweisen, der mit der Verteileinrichtung über die Fläche der
Trägerbasis oder der darauf befindlichen
Materialschicht bewegbar ist, und so
ausgebildet ist, dass er über wenigstens eine Auslassöffnung Material in Bewegungsrichtung der jeweiligen Verteileinrichtung vor dieser dosiert abgibt.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass jede
Verteileinrichtung einen
Materialvorratsbehälter aufweist, der als
Transportpackung mit der Verteileinrichtung gekoppelt ist und dessen Seitenwände einen zur Trägerbasis sich verengenden Raum umgrenzen, wobei an der Abgabeöffnung dieser
Transportpackung Führungsplatten angeordnet oder ausgebildet sind, die derart angeordnet sind, dass sie zum Zusammendrücken der
Materialschicht bei der Abgabe oder nach der Abgabe mit der Trägerbasis einen spitzen Winkel einschließen oder bilden.
Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Verteileinrichtungen als AbstreifVorrichtungen in Form von über die abgelegte Materialschicht bewegbaren, drehbaren Walzen ausgebildet sind, deren Drehgeschwindigkeit und/oder
Bewegungsrichtung einstellbar ist.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass die
Trägerbasis ein vertikal bewegbarer Boden eines Aufbaubehälters ist, der entsprechend der Dicke der Materialschichten absenkbar ist.
Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die jeweils unterste, der Auftragsebene
nächstliegende Verteileinrichtung
Führungsmittel für die dieser bewegungsmäßig folgende obere Verteileinrichtung aufweist, die wiederum sich auf den Führungsmitteln
abstützende Lagermittel aufweist.
Zudem kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Führungsmittel eine seitliche Begrenzung für das aufgetragene Material bilden.
Hierdurch wird vermieden, dass das aufgetragene Material seitlich des Auftragsbereiches abwandern kann, da dieses Material durch die seitliche Begrenzung an einem seitlichen
Abfließen gehindert wird. Um eine weitere Erhöhung der
Aufbaugeschwindigkeit für 3-dimensionale
Objekte zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen an einem Rahmenteil angeordnet sind, wobei das Rahmenteil
mindestens an seinen Endbereichen sich quer zur linearen Auftragsrichtung erstreckende
leistenartige Verteileinrichtungen hält, die voneinander in Auftragsrichtung beabstandet sind, das Rahmenteil zwischen seinen
Endbereichen um eine ebenfalls quer zur
Auftragsrichtung ausgerichtete Schwenkachse begrenzt schwenkbar gehalten ist, und das
Rahmenteil mittels eines ersten Antriebsmittels aus einer Startposition, in der alle
Verteileinrichtungen räumlich neben der
Trägerbasis angeordnet sind, in eine
Zwischenposition, in der alle
Verteileinrichtungen über die Länge der
Trägerbasis linear bewegt sind und jenseits der Trägerbasis positioniert sind, und zurück in die Startposition verfahrbar sind, wobei in der Startposition die in Auftragsrichtung vorderste Verteileinrichtung einen einer ersten
Schichtdicke entsprechenden vertikalen Abstand von der Ebene aufweist, die durch die
Trägerbasis oder die schon auf der Trägerbasis abgelegten Schichten aufgespannt ist, und die in Auftragsrichtung hinterste
Verteileinrichtung einen mindestens einer weiteren Schichtdicke entsprechenden Abstand davon aufweist, und wobei in der
Zwischenposition das Rahmenteil so geschwenkt ist, dass die hinterste Verteileinrichtung den abgelegten Schichten am nächsten angenähert ist und die vorderste Verteileinrichtung am
weitesten entfernt ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist ein vorzugsweise rechteckiges Rahmenteil vorgesehen, dessen Abmessung in der Breite so vorgenommen ist, dass es mindestens so breit ist, wie die
Trägerbasis, also das Material, was
schichtweise aufgebaut werden soll. Die
seitlichen Längsrahmenstreben erstrecken sich parallel zur vorgesehenen Auftragsrichtung. Die
Querrahmenstreben halten leistenartige
Verteileinrichtungen. Die beiden endseitig vorgesehenen Querrahmenstreben tragen die leistenartigen Verteileinrichtungen. Eine mittige Querrahmenstrebe hält eine dritte leistenartige Verteileinrichtung. Es ist auch möglich, noch mehr leistenartige
Verteileinrichtungen an dem Rahmenteil
vorzusehen, die jeweils zueinander parallel angeordnet sind. Die Verteileinrichtungen sind voneinander in Auftragsrichtung beabstandet.
Das Rahmenteil weist vorzugsweise längsmittig zwischen seinen beiden durch die endseitigen Querrahmenstreben gebildeten Endbereichen eine
Schwenkachse auf. Hierdurch ist das Rahmenteil quer zur Auftragsrichtung begrenzt schwenkbar gehalten .
Das gesamte Rahmenteil ist mittels eines ersten Äntriebsmittels aus einer Startposition, in der alle Verteileinrichtungen räumlich auf einer Seite neben der Trägerbasis angeordnet sind, in eine Zwischenposition bewegbar, in der alle Verteileinrichtungen über die gesamte Länge der Trägerbasis hinweg bewegt worden sind und schließlich jenseits der Trägerbasis
positioniert sind. Des Weiteren ist das
Rahmenteil durch das erste Antriebsmittel wieder aus der Zwischenposition in die
Startposition zurück bewegbar. Um die Bewegung zu erreichen, kann beispielsweise das
Rahmenteil an parallel zur Auftragsrichtung angeordneten Schienen verschieblich geführt sein oder auch mittels eines geeigneten Band- oder Riemenantriebes positioniert und bewegt werden. Ausgehend von der Startposition ist die in Auftragsrichtung vorderste
Verteileinrichtung in einem solchen Abstand von der durch die Trägerbasis gebildeten Ebene oder von den auf der Trägerbasis abgelegten
Schichten angeordnet, dass der Abstand einer ersten Schichtdicke entspricht. Die weiteren Verteileinrichtungen sind durch die
entsprechende Winkelstellung des Rahmenteiles weiter von der Auftragsebene entfernt. Die hinterste Verteileinrichtung weist den größten Abstand von der Trägerbasis bzw. den auf der Trägerbasis schon abgelegten Schichten auf. Es ist auf diese Weise möglich, durch Verfahren des Rahmenteiles aus der Startposition in die Zwischenposition nahezu gleichzeitig mehrere Schichten aufeinander abzulegen. Nach Erreichen der Zwischenposition wird das Rahmenteil um seine Schwenkachse geschwenkt, so dass dann die bisher hinterste Verteileinrichtung jetzt die vorderste Verteileinrichtung bildet, die der Trägerbasis bzw. den auf der Trägerbasis abgelegten Schichten am nächsten liegt. Die anderen Verteileinrichtungen sind in größerem Abstand von der Auftragsebene positioniert. Durch Zurückverfahren des Rahmenteils aus der Zwischenposition in die Startposition können wiederum mehrere Schichten nahezu zeitgleich übereinander abgelegt werden. Sofern an dem Rahmenteil beispielsweise drei
Verteileinrichtungen angeordnet sind, können bei jeder Bewegung jeweils drei Schichten aufgebaut werden, so dass nach einem kompletten Bewegungsablauf insgesamt sechs Schichten auf der Trägerbasis bzw. den schon darauf
abgelegten Schichten aufgebaut werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Rahmenteil mittels eines zweiten
Antriebsmittels um die Schwenkachse begrenzt schwenkbar ist.
Das zweite Antriebsmittel kann beispielsweise ein Schwenkantrieb sein, mittels dessen das Rahmenteil um die Schwenkachse begrenzt im
Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn bewegbar ist, um die beiden gewünschten
Positionen zum Aufbau der Schichten
einzustellen. Das Antriebsmittel kann am
Rahmenteil selbst befestigt sein und das
Rahmenteil um eine feststehende Schwenkachse schwenken .
Um den Vorgang vorteilhaft gestalten zu können, ist vorgesehen, dass eine elektronische Steuerung vorgesehen ist, mittels derer das erste
Antriebsmittel, das zweite Antriebsmittel und der oder die Spender für die Abgabe des Materials betätigbar ist.
Die elektronische Steuerung dient dazu, das erste Antriebsmittel und das zweite
Antriebsmittel entsprechend zu steuern und auch die Spender für die Abgabe des Materials zu betätigen, also den Materialabfluss zu öffnen oder zu schließen. Die Steuerung ist
vorzugsweise so gestaltet, dass mittels dieser in der Startposition eine Schwenkung des
Rahmenteils in die Ausgangslage erfolgt und das Rahmenteil dann durch die ersten Antriebsmittel in Bewegung gesetzt wird, wobei sukzessive dann, wenn die jeweilige Verteileinrxchtung über der Trägerbasis lagerichtig positioniert ist, der Spender für die Abgabe des Materials an der ersten Verteileinrichtung geöffnet wird und sukzessive in Abfolge der Bewegung nachfolgend die weiteren Spender für die weiteren Verteileinrichtungen geöffnet werden. Sobald eine Verteileinrichtung über die
Trägerbasis bis zu deren Ende bewegt ist, wird der Spender durch die Steuerung für die dort befindliche Verteileinrichtung geschlossen.
Nach Erreichen der Zwischenposition wird das erste Antriebsmittel still gesetzt und in umgekehrter Richtung betrieben, wobei
gleichzeitig durch die zweiten Antriebsmittel das Rahmenteil in die zweite Sollposition verschwenkt wird. Beim Überfahren der
Trägerbasis wird dann entsprechend wiederum eine Öffnung der Spender für die Ausgabe des Materials im Bereich der Verteileinrichtungen bewirkt. Gegen Ende der Bewegung werden
wiederum die Spender nacheinander verschlossen, bis schließlich das gesamte Rahmenteil wiederum in der Startposition neben der Trägerbasis positioniert ist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass jede Verteileinrichtung mit einem Spender für das Material ausgestattet ist, wobei jeder Spender für den Auftrag von Material geöffnet ist, wenn die jeweilige Verteileinrichtung sich über der Trägerbasis befindet, und jeder Spender gegen Materialabgabe geschlossen ist, wenn sich die jeweilige Verteileinrichtung in
Auftragsrichtung vor oder hinter der
Trägerbasis befindet, und dass die
Abgabeöffnung der Spender in Auftragsrichtung jeweils vor der zugehörigen Verteileinrichtung positioniert ist.
Hierbei ist jede Verteileinrichtung mit einem eigenen Spender ausgestattet, so dass das
Material jeweils in Auftragsrichtung vor der entsprechenden Verteileinrichtung aufgebracht wird und durch die Verteileinrichtung verteilt werden kann.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jede Verteileinrichtung mit einer regelbaren
Heizeinrichtung zum Aufwärmen der aufgebrachten Materialschichten ausgestattet ist.
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtungen als elektrische Infrarot- und/oder Widerstandsheizelemente ausgebildet sind.
Zudem ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung mit der elektronischen Steuerung gekoppelt und über diese schaltbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Verfestigung des durch die
Verteileinrichtungen aufgebrachten
Pulvermaterials durch elektromagnetische
Strahlung oder Partikelstrahlung erreicht werden, wobei durch die offene Konstruktion des
Rahmenteiles eine Bestrahlung der durch die Verteileinrichtung abgelegten Schichten erfolgen kann. Bevor jeweils die
Pulveraufbringung mit vorzugsweise simultanem Verfestigungsprozess durch Erwärmung beginnt, wird das Rahmenteil samt der daran befindlichen Teile über die Schwenkachse so geneigt, dass sich die Verteileinrichtungen in jeweils korrekter Höhe über der von der Bauplattform aufgespannter Ebene befinden. Beispielsweise ist die in der Auftragsrichtung jeweils vorn liegende Verteileinrichtung in Höhe einer
Schichtdicke über der Plattform angeordnet und jede folgende Verteileinrichtung ist um eine weitere Schichtdicke höher gegenüber der ersten Schichtdicke positioniert.
Die Trägerbasis ist über eine in einem
Bauraumboden eingelassene Trägerbasis vertikal bewegbar, auf welcher die 3-dimensionalen
Objekte schichtweise aufgebaut werden.
Es ist auch möglich, oberhalb einer
Ablagefläche, die sich neben der Trägerbasis befindet, Pulverdosiervorrichtungen zu
positionieren, die zu geeigneten Zeitpunkten Materialpulver in den darunter befindlichen
Raum abgeben, wobei dieses Materialpulver dann durch die an dem Rahmen befestigten
Verteileinrichtungen verteilt auf die
Trägerbasis aufgebracht werden.
Während der Bewegung der Verteileinrichtungen über die Trägerbasis in Auftragsrichtung wird vorzugsweise das aufgebrachte Material selektiv zwischen den Verteileinrichtungen verfestigt, so dass die erste Materialschicht verfestigt ist, bevor die zweite Materialschicht
aufgebracht ist und so fort.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass die Verteileinrichtungen jeweils mit Heizelementen gekoppelt sind, um eine geeignete Pulvertemperatur zu
gewährleisten, wenn das pulverförmige Material auf der darunter befindlichen Schicht abgelegt wird. Die Heizelemente können regelbare
Infrarot- und Widerstandsheizelemente sein, die direkt am Rahmenteil fixiert sind. Es ist auf diese Weise eine kontrollierte Erhitzung aller simultan aufgebrachter Pulverschichten
ermöglicht . Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist
besonders für quaderförmige Bauräume geeignet, da die Bauplattform und die
Pulveraufbringungsfläche eine ähnliche Form haben, so dass die Menge des eingesetzten
Pulvermaterials gering gehalten werden kann.
Durch die Tatsache, dass das entsprechende Material durch die Verteileinrichtungen linear aufgebracht wird, wird sichergestellt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der
Verteileinrichtungen relativ zu den darunter liegenden Schichten nicht über die Breite der Pulverschicht variiert, sondern konstant ist.
Hierdurch wird erreicht, dass die aufgebrachte Pulverschicht über die gesamte Bauplattform homogen ist und die gleiche Beschaffenheit hat, also nicht durch Unterschiede in der
Bewegungsgeschwindigkeit beeinflusst wird.
Zusätzlich ist hierbei vorteilhaft, dass durch die lineare Bewegung der Verteileinrichtungen diese gleichmäßig abgenutzt werden. Auch dies ist für die homogene Schichtausbildung
förderlich . Auch ist die lineare Aufbringung des
Pulvermaterials deswegen von Vorteil, weil dann, wenn zusätzliche Heizelemente an dem Rahmenteil befestigt sind, eine gleichmäßige Erwärmung der aufgebrachten Pulverschicht erreicht wird, anders als bei einer kreis- oder bogenförmigen Aufbringungsbewegung der
Verteileinrichtungen .
Gemäß der Erfindung wird ein entsprechendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung 3-dimensionaler Körper aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Schichten verfestigt aus in einem Behälter vorgehaltenen pulverförmigem oder fließfähigem Material zur Verfügung gestellt, wobei die
Information über die Beschaffenheit jeder
Schicht durch Computerdaten festgelegt wird, die beim Herstellungsverfahren benutzt werden, wobei die Erfindung eine deutliche
Zeitersparnis zur Herstellung von 3- dimensionalen Objekten erreicht, weil das
Material, mittels dessen die Schichten
aufgebaut werden, mit zwei oder mehreren
Aufgabevorrichtungen in unterschiedlicher Höhe zur Trägerbasisoberfläche aufgebracht wird und teilweise zeitgleich über die zu erzeugende Fläche verteilt wird und gegebenenfalls in unterschiedlicher Höhe zur
Trägerbasisoberfläche quasi zeitgleich
verfestigt wird, so dass eine erhebliche
Zeitersparnis gegenüber einer herkömmlichen Verfahrensweise und Vorrichtung erreicht wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung 3-dimensionaler Körper im Querschnitt gesehen;
Figur 2 eine skizzenhafte Schrägansicht von
Einzelheiten der Figur 1;
Figur 3 und 4 weitere Ansichten in
unterschiedlichen
Vorrichtungspositionen; Figur 5 ein erfindungsgemäßes Rahmenteil in isometrischer Ansicht; Figur 6 die Vorrichtung mit dem Rahmenteil in einer Startposition in schematischer Seitenansicht gezeigt; desgleichen in der Zwischenposition die Vorrichtung bei anderer Ausrichtung des Rahmenteiles in der Zwischenposition; die Bewegung des Rahmenteils aus de Zwischenposition zurück in die
Startposition;
Figur 10 die Verschwenkung des Rahmenteils aus der Position gemäß Figur 9 in die neue Startposition analog
Figur 6.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen
Objektes, welches aus aufeinanderliegenden, verfestigten und miteinander verbundenen
Schichten aus schüttfähigem Material besteht, gezeigt. Die Vorrichtung weist einen
Aufbaubehälter 10 auf, der einen Boden,
Seitenwände und eine Deckwandung aufweist. In der Bodenwandung ist eine vertikal in Richtung des Bewegungspfeiles 11 bewegbare Trägerbasis 3 angeordnet, die als Objektträger dient und auf der später noch beschriebene Schichten abgelegt werden. Neben dem Aufbaubehälter 10 ist ein Spender 4 angeordnet, der zur Aufnahme von
Materialpulver dient, welches über eine Schütte mit einer Dosiervorrichtung 5 in Verbindung steht, über die das schüttfähige Material auf den Boden des Aufbaubehälters 10 neben der Trägerbasis 3 aufgegeben werden kann. Des
Weiteren sind zwei Verteileinrichtungen 1, 2 vorgesehen, die in der Ausgangsposition, wie in Figur 1 gezeigt ist, seitlich neben der
Trägerbasis 3 positioniert sind. Diese
Verteileinrichtungen dienen dazu, das von der Dosiervorrichtung 5 abgegebene Material in entsprechender Schichtdicke auf der Trägerbasis zu positionieren. Anstelle von zwei solcher Verteileinrichtungen 1,2 können weitere solcher Verteileinrichtungen vorgesehen sein.
Wie anhand der Darstellung gemäß Figur 2, 3 und 4 veranschaulicht ist, werden mittels der
Verteileinrichtung 1,2 auf die Auftragsebene, insbesondere auf die Trägerbasis 3 oder schon darauf abgelegte Schichten,
übereinanderliegende Materialschichten des von der Dosiervorrichtung 5 abgegebenen Materials aufgetragen. Hierzu ist zunächst durch die Verteileinrichtung 1 eine Materialschicht auf die Auftragsebene aufzubringen. Die erste
Verteileinrichtung 1 wird dabei mittels eines geeigneten Antriebes 25 in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 linear über die gesamte Ebene der Trägerbasis 3 von der in Figur 1 rechts gezeigten Position bis in eine in Figur 1 links befindliche Position verstellt. Nach einer weiteren Abgabe von Material in den
Aufbaubehälter durch die Dosiervorrichtung 5 folgt mit geeignetem Abstand dieser ersten Verteileinrichtung 1 die zweite
Verteileinrichtung 2, mittels derer auf die von der Verteileinrichtung 1 aufgebrachte Schicht eine weitere Schicht des Materials aufgebracht wird. Diese zweite Verteileinrichtung 2 läuft ebenfalls linear in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 von rechts bis zur linken
Randkante der Trägerbasis 3. Die beiden
Verteileinrichtungen laufen teilweise
zeitgleich über die Trägerbasis und verteilen sukzessive die beiden Materialschichten über die Fläche und aufeinander, wobei die zweite
Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird, während die erste Schicht aufgetragen wird. Die beiden Verteileinrichtungen 1,2 können starr miteinander verbunden sein, so dass ein Antrieb 25 für beide ausreicht. Es kann aber auch ein separater Antrieb 26 für die zweite
Verteileinrichtung 2 vorgesehen sein.
Bei Erreichen der linken Endposition wird überschüssiges Material über einen Schlitz 9 im Boden zu einem Auffanggefäß 27 abgegeben. Nach Beendigung der Materialaufgäbe, wenn also beide Schichten übereinander auf der
Trägerbasis positioniert sind, können die
Verteileinrichtungen 1 und 2, gegebenenfalls von der Auf ragsebene abgehoben, von der linken Seite in die rechte Ausgangsposition gemäß Figur 1 zurückverbracht werden, um einen neuen Beschichtungsvorgang durchzuführen .
Vorzugsweise weisen die Verteileinrichtungen 1,2 Abstreifeinrichtungen 28,29 oder
Walzvorrichtungen mit Abstreifklingen oder Abstreif alzen 2B,29 auf, um das Material in geeigneter Weise aufzubringen. Der Höhenabstand der Verteileinrichtungen 1,2 von der zu
beschichtenden Ebene ist auf ein entsprechendes Maß einstellbar, so dass entsprechend dicke Materialschichten aufgebaut werden können.
Oberhalb der Auftragsebene ist ferner ein
Strahlungserzeuger 8 angeordnet, der zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung oder Partikelstrahlung geeignet und bestimmt ist. Mittels dieses Strahlungserzeugers 8 werden die auf der Auftragsebene abgelegten Materialschichten bestrahlt und damit
verfestigt und auch miteinander verbunden. Die Abstrahlrichtung des Strahlungserzeugers 8 kann eingestellt werden. Beispielsweise kann die Ausrichtung der Strahlen des Strahlenerzeugers in der Weise erfolgen, wie das in Figur 3 veranschaulicht ist, indem nämlich selektiv jeweils hinter einer Verteileinrichtung 1,2
Strahlen auf die dort von diesen aufgebrachte Schicht abgestrahlt werden, so dass diese aufgebrachten Schichten zonenweise im Nachlauf der jeweiligen Verteileinrichtung verfestigbar sind und verfestigt werden. Demzufolge wird die von der ersten Verteileinrichtung 1
aufgebrachte Schicht von dem Strahlerzeuger 8 selektiv verfestigt, indem der
Bestrahlungsbereich der Bewegung der
Verteileinrichtung in Richtung des
Bewegungspfeiles 12 folgt. Hierdurch ist erreicht, dass dann, bevor mit der zweiten Verteileinrichtung 2 Material aufgebracht wird, die darunter befindliche Schicht schon
verfestigt ist. Nachfolgend der zweiten
Verteilungseinrichtung 2 erfolgt wiederum durch Strahlenabgabe des Strahlenerzeugers 8 eine Verfestigung des Materials, welches von der zweiten Verteileinrichtung 2 aufgebracht ist.
Auch diese Strahlenabgabe folgt der Bewegung der Verteileinrichtung 2 in Richtung des
Bewegungspfeiles 12. Entgegen der herkömmlichen Technik erfolgt also nicht ein Aufbringen der Schichten jeweils vollständig nacheinander, sondern es werden mehrere Schichten teilweise gleichzeitig durch die teilweise gleichzeitig über die
Aufgabeebene linear bewegten
Verteileinrichtungen aufgebracht. Die optimale Anzahl von Verteileinrichtungen wird durch die Größe des Objektträgers, die
Materialeigenschaften und die Geschwindigkeit des Strahlerzeugers bestimmt. Die
Herstellungszeit von Objekten wird durch den beschleunigten Schichtaufbau erheblich
verringert .
Die durch Bestrahlung erzeugten
Verfestigungszonen 6,7 sind in Figur 3 gezeigt.
In Figur 4 ist gezeigt, dass dann, wenn die Verteileinrichtungen 1,2, die Trägerbasis 3 in Richtung des Bewegungspfeiles 12 überschritten haben und wenn die Verfestigung der
Teilchenschichten durch selektive
elektromagnetische oder Partikelstrahlung des Strahlungserzeugers 8 abgeschlossen ist, die Trägerbasis 3 durch einen entsprechend
gesteuerten Antrieb 30 nach unten in eine für einen weiteren Materialauftrag geeignete
Position verstellt wird. Die
Verteileinrichtungen können dann ohne weiteres und ohne dass sie angehoben werden müssten, in die Ausgangsposition gemäß Figur 1 und 2 zurückverstellt werden. Der Verfahrensablauf wird solange wiederholt, bis das 3-dimensionale Objekt erzeugt ist.
In den Figuren 5 bis 10 ist eine besonders bevorzugte Vorrichtung gezeigt. Hierbei sind Verteileinrichtungen 1,2,13 an einem Rahmenteil 14 angeordnet. Das Rahmenteil 14 ist in der Draufsicht rechteckig, wobei die Längsrahmenstreben in Richtung parallel zur Auftragsrichtung 17,18 ausgerichtet sind und die Querstreben 15,16 rechtwinklig dazu
ausgerichtet sind. An diesen durch die
Querstreben 15,16 gebildeten Endbereichen weist das Rahmenteil 14 quer zur linearen
Auftragsrichtung 17,18 sich erstreckende leistenartige Verteileinrichtungen 1,2 auf. Im Mittelbereich ist eine weitere Querstrebe vorgesehen, an der eine weitere leistenartige Verteileinrichtung 13 gehalten ist. Die
Verteileinrichtungen 1,2,13 sind voneinander i'n Auftragsrichtung 17,18 ausreichend beabstandet. Das Rahmenteil 14 ist als offenes Rahmenteil ausgebildet. Zwischen seinen Endbereichen 15,16 weist das Rahmenteil eine ebenfalls quer zur Auftragsrichtung 17,18 ausgerichtete
Schwenkachse 19 auf, um die das Rahmenteil begrenzt schwenkbar gehalten ist, so dass es in eine Position schwenkbar ist, wie sie in Figur 6 gezeigt ist und in eine alternative Position, wie sie in Figur 8 gezeigt ist.
Das Rahmenteil 14 ist mittels eines ersten Antriebsmittels 21,21* aus einer Startposition, die in Figur 6 gezeigt ist und in der alle Verteileinrichtungen 1,2,13 räumlich neben der Trägerbasis 3 angeordnet sind, in eine
Zwischenposition verfahrbar, die in Figur 7 gezeigt ist. Hierzu wird das Rahmenteil 14 mittels des Antriebes 21,21 linear in Richtung des Bewegungspfeiles 17 über die Auftragsebene bewegt. In der Zwischenposition gemäß Figur 7 ist das Rahmenteil 14 so ausgerichtet, dass sämtliche Verteileinrichtungen 1,2,13 jenseits der Trägerbasis 3 bzw. der darauf abgelegten Schichten 20 angeordnet ist. Aus dieser Position gemäß Figur 7 ist das
Rahmenteil 14 nach Verschwenkung um die
Schwenkachse 19 im Uhrzeigersinn in die
Position gemäß Figur 8 verstellbar. In der Startposition, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, ist die erste Verteileinrichtung 1 der
Beschichtungsebene am nächsten liegend
angeordnet. Die Verteileinrichtung 13 ist mit schichtdickem Abstand höher als die
Verteileinrichtung 1 angeordnet und die
Verteileinrichtung 2 wiederum ist um
Schichtdickenhöhe gegenüber der
Verteileinrichtung 13 höher positioniert.
In der Zwischenposition wird durch Verschwenken des Rahmenteils 14 in Richtung des Pfeiles 31 eine Ausrichtung erreicht, bei der die
Verteileinrichtung 2 der Beschichtungsebene am nächsten liegt. Die Verteileinrichtung 13 um Schichtdicke höher positioniert ist als die Verteileinrichtung 2 und die Verteileinrichtung 1 wiederum um Schichtdicke höher positioniert ist als die Verteileinrichtung 13. Nach Einstellung der Position gemäß Figur 8 kann wiederum mittels des Antriebes 21,21λ eine lineare Verschiebung des Rahmenteils 14 entlang des Bewegungspfeiles 18 erfolgen, wobei
wiederum drei Schichten auf der Trägerbasis 3 bzw. auf den darauf befindlichen Schichten 20 aufgebaut und abgelegt werden. Der
Arbeitszyklus ist dann beendet, wenn die
Position gemäß Figur 9 erreicht ist, wenn nämlich sämtliche Verteileinrichtungen 1,2,13 wiederum neben der Trägerbasis positioniert sind. Es erfolgt dann wiederum eine
Verschwenkung des Rahmenteils 14 in Richtung des Bewegungspfeiles 32, so dass sich wiederum die Ausgangsposition gemäß Figur 6 ergibt.
In einem Arbeitszyklus können damit bei der Anordnung von drei Verteileinrichtungen 1,2,13 sechs Schichten auf der Trägerbasis 3 aufgebaut werden .
Durch die lineare Bewegung des Rahmenteiles 14 wird ein homogener Schichtaufbau erreicht und es ergeben sich daraus weitere Vorteile, die in der vorgehenden Beschreibung angegeben sind.
Für die Schwenkbewegung des Rahmenteils 14 ist ein zweites Antriebsmittel 22 vorgesehen, mittels dessen die begrenzte Verschwenkung des Rahmenteils 14 in der dargestellten Art und Weise ermöglicht ist. Des Weiteren ist
vorzugsweise eine elektronische Steuerung 23 vorgesehen, mittels derer das erste
Antriebsmittel 21,21 , das zweite
Antriebsmittel 22 und der oder die Spender 4 bzw. 4Λ für die Abgabe des Materials betätigbar sind.
Bei den Spendern 4 handelt es sich um zwei Pulverdosiereinrichtungen, die zu geeigneten Zeitpunkten Materialpulver in den Bauraum einbringen, also auf den Boden des Behälters 10 neben der Trägerbasis 3 ablegen. Der in der Zeichnungsfigur 6 rechts dargestellte Spender 4 wird geöffnet, wenn die Stellung gemäß Figur 6 erreicht ist, so dass Pulvermaterial zwischen dem Rahmenteil 14 und der Trägerbasis 3
abgelegt werden kann. Beim Betrieb der
Vorrichtung, insbesondere bei der linearen Bewegung des Rahmenteils 14 aus der Position gemäß Figur 6 in die Position gemäß Figur 7 kann diese Materialmenge durch die
Verteileinrichtungen 1,2,13 verteilt werden und auf der Trägerbasis 3 aufgebaut werden.
In der Position gemäß Figur 8 wird über den linken Spender 4 Material auf die darunter befindliche Bodenfläche des Aufbaubehälters eingebracht, die dann wiederum bei Bewegung des Rahmenteiles 14 entlang des Bewegungspfeiles 18 auf der Trägerbasis zu einem Schichtaufbau benutzt werden. Eine alternative und bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass jeweils Spender 4 im
Bereich einer jeden Verteileinrichtung 1,2,13 angeordnet sind. Diese Spender sind so
ausgestaltet, dass sie bei der Bewegung des
Rahmenteils 14 aus der Startposition gemäß Figur 6 in die Zwischenposition gemäß Figur 7 jeweils in Richtung des Bewegungspfeiles 17 vor den Verteileinrichtungen 1,2,13 Material aufgeben, welches durch die
Verteileinrichtungen auf der Trägerbasis 3 verteilt wird. Bei dem alternativen
Bewegungsablauf gemäß Darstellungen in Figur 8 und Figur 9 wird mittels der Spender 4 Λ
ebenfalls wiederum vor den Verteileinrichtungen
1,2,13 Material auf die Bodenfläche des
Aufnahmebehälters abgegeben, welches dann durch die Verteileinrichtungen 2,13,1 zum Zwecke des Schichtausbaus auf der Trägerbasis 3 bzw. den darauf befindlichen Schichten 20 abgelegt wird.
Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum oberhalb der durch die Trägerbasis 3 und der im Boden des Aufbaubehälters befindlichen
Bauplattform ein Strahlungserzeuger 8
angeordnet, mittels dessen die abgelegten
Schichten sukzessive verfestigt werden können. Durch die offene Bauform des Rahmenteils 14 ist eine Bestrahlung der jeweiligen Schicht
unmittelbar nach deren Aufbringung auf der
Unterschicht ermöglicht, so dass die folgenden Schichten jeweils auf schon verfestigte
Schichten aufgebracht werden.
Das zur Verstellung des Rahmenteils 14 dienende zweite Antriebsmittel 22 ist ein
Schwenkantrieb, der eine begrenzte Bewegung des Rahmenteils 14 um die Schwenkachse 19
ermöglicht . Durch die elektronische Steuerung 23, die mit den Spendern 4 bzw. 4 gekoppelt ist, ist eine entsprechende Öffnung der Spender zum Zwecke der Materialabgabe und ein Schließen der
Spender zum Verhindern einer weiteren
Materialabgabe in einfacher Weise realisierbar.
Beispielsweise können die Spender 4 bzw. 41 bodenseitig Schließbleche oder dergleichen aufweisen, die in die Öffnungsstellung oder Schließstellung verstellbar sind, wobei die Verstellung mittels der elektronischen
Steuerung 23 ausgelöst wird.
Vorzugsweise ist jede Verteileinrichtung 1,2,13 mit einer regelbaren Heizeinrichtung 24, vorzugsweise in Form eines elektrischen
Infrarot- oder Widerstandsheizelementes
ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, das von den Spendern 41 abgegebene Material jeweils unmittelbar aufzuwärmen, so dass das Material aufgewärmt auf die Trägerbasis bzw. die darauf befindlichen Pulverschichten 20 aufgetragen werden kann. Dies erhöht die Genauigkeit des Aufbauvorgangs vorteilhaft.
Auch die Heizeinrichtungen 24 sind vorzugsweise mit der elektronischen Steuerung 23 gekoppelt.
Die Erfindung ist nicht auf das
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder
Zeichnung offenbarten Einzel- und
Kombinationsmerkmale ' werden als.
erfindungswesentlich angesehen.
Bezugszeichenl
1 Verteileinrichtung
2 Verteileinrichtung
3 Trägerbasis
4 Spender
41 Spender
5 Dosiervorrichtung
6 Verfestigungszone
7 Verfestigungszone
8 Strahlungserzeuger
9 Schlitz
10 Aufbaubehälter
11 Bewegungspfeil
12 Bewegungspfeil
13 Verteileinrichtung
14 Rahmenteil
15 Endbereich von 14
16 Endbereich von 14
17 Auftragsrichtung
16 Auftragsriehtung
19 Schwenkachse
20 Schichten
21 erstes Antriebsmittel 211
22 zweites Antriebsmittel
23 elektronische Steuerung
24 Heizeinrichtung
25 Antrieb
26 Antrieb
27 Auffanggefäß
28 Abstreifexnrichtung
29 Abstreifeinrichtung Antrieb
Pfeil
Pfeil

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur generativen Herstellung eines 3- dimensionalen Objektes, bei dem schichtweise aufeinanderliegende Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material auf eine Trägerbasis (3) sukzessive aufgebracht werden, indem das
Material von einer Materialauftragsvorrichtung durch lineare Bewegung entlang der Trägerbasis (3) auf die Trägerbasis (3) oder schon auf dieser abgelegte Schichten (20) aufgetragen wird, und die Schichten jeweils durch das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung oder Partikels'trahlung verfestigt und
miteinander verbunden werden, wobei auf die
Trägerbasis (3) oder auf schon auf diese aufgebrachte Schichten (20) Material zur
Bildung einer ersten oder einer ersten
weiteren Schicht fortschreitend in linearer Richtung von einem Startbereich bis zu einem
Endbereich aufgebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, dass -dem Aufbringen der ersten oder ersten weiteren Schicht folgendwährend des Aufbringens der ersten oder ersten weiteren Schicht Material zur Bildung einer auf der ersten Schicht oder ersten weiteren Schicht aufzubauenden zweiten Schicht
fortschreitend in linearer Richtung von dem Startbereich bis zu dem Endbereich aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass während des Aufbringens der zweiten Schicht oder mindestens einer weiteren Schicht dem Aufbringen dieser Schicht folgend jeweils eine weitere Schicht
aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufbringen jeder Schicht folgend vor dem Aufbringen der
nächsten Schicht eine selektive Verfestigung der jeweiligen Zone des aufgebrachten
Materials durch elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufgebrachte Schichten oder Zonen der aufgebrachten
Schichten gleichzeitig durch
elektromagnetische Strahlung oder
Partikelstrahlung verfestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verfestigung selektiv vom Startbereich des Beschichtungsauftrags beginnend bis zum Endbereich vorgenommen wird, also in Form einer linear wandernden
Strahlungsfront .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten in gleichbleibender Schichtdicke aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur
Bildung der Schichten im Startbereich oder neben der Trägerbasis (3) aufgebracht wird und zum Auftrag durch lineare Bewegung eines
Auftragmittels gleichmäßig über die
Auftragsebene verteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus einem Reservoir unmittelbar fortschreitend vom Startbereich bis zum Endbereich zur Bildung der entsprechenden Materialschichten auf die Trägerbasis (3) oder die darauf befindlichen Schichten abgegeben wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus Material beim Aufbringen oder nach dem
Aufbringen und vor dem Verfestigen verdichtet werden .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Material ein Pulver aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trägerbasis (3) in Abhängigkeit von der Materialstärke der aufgebrachten
Materialschichten aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Arbeitsstellungen
abgesenkt wird.
2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Material Pulver aufgebracht wird, welches auf eine Temperatur vorerwärmt ist, die niedriger als die bei der Verfestigung durch Strahlung erzeugte Temperatur, insbesondere niedriger als die Sinter- oder Schmelztemperatur ist.
3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet., dass das Pulver-Material mittels Infrarotstrahlung vorerwärmt wird.
4. Vorrichtung zur generativen Herstellung eines 3-dimensionalen Objektes, welches aus aufeinanderliegenden, verfestigten und
miteinander verbundenen Schichten aus schütt- oder fließfähigem Material besteht, wobei die Vorrichtung mindestens eine Trägerbasis (3) als Auftragsebene für das Objekt, einen
Spender (4,4^) für das Material und mindestens eine geradlinig entlang der Trägerbasis (3) verfahrbare Verteileinrichtung (1,2) für das schichtweise Verteilen des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verteileinrichtungen (1,2) vorgesehen sind, mittels derer auf die Auftragsebene teilweise zeitgleich übereinanderliegende Materialschichten auftragbar sind, wobei di Verteileinrichtungen (1,2) derart in
Auftragsrichtung geradlinig hintereinander über die Auftragsebene verfahrbar sind, das zuerst die untere Schicht und folgend auf dieser die jeweils obere Schicht auftragbar ist .
5. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch, gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtungen (1,2) als Abstreifeinrichtungen oder
Walzvorrichtung mit Abstreifklingen oder
Abstreifwalzen ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Verteileinrichtungen (1,2) in einem der von ihnen jeweils zu erzeugenden Schichtdicke entsprechenden Maß gegenüber der Trägerbasis (3) beabstandet sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trägerbasis (3) höheneinstellbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verteileinrichtungen (1,2) miteinander
gekoppelt sind und gleichzeitig über die
Auftragsebene verfahrbar sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Auftragsebene mindestens ein
Strahlungserzeuger (8) vorgesehen ist, mittels dessen die auf der Auftragsebene abgelegte
Materialschicht oder die Materialschichten verfestigbar ist oder sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der
Auftragsebene ein oder mehrere
Strahlungserzeuger (8) vorgesehen sind, mittels derer selektiv die von einer
Verteileinrichtung (1 oder 2) aufgebrachte Schicht zonenweise verfestigbar ist, bevor die der Verteileinrichtung (1) in Auftragsrichtung folgende Verteileinrichtung (2) die Zone erreicht hat. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass der Spender (4) für das Material ein
Materialvorratsbehälter ist, der während der Materialausgabe nahe der Trägerbasis (3) oder über der Trägerbasis (3) angeordnet ist und der in seinem Boden eine Auslassöffnung und eine damit gekoppelte Dosiervorrichtung (5) für das Material aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verteileinrichtungen (1,2) jeweils einen Materialvorratsbehälter aufweisen, der mit der Verteileinrichtung über die Fläche der
Trägerbasis {3} oder der darauf befindlichen Materialschicht bewegbar ist, und so
ausgebildet ist, dass er über wenigstens eine
Auslassöffnung Material in Bewegungsrichtung der jeweiligen Verteileinrichtung (1,2) vor dieser dosiert abgibt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22,
dadurc gekennzeichnet, dass jede
Verteileinrichtung (1,2) einen
Materialvorratsbehälter aufweist, der als Transportpackung mit der Verteileinrichtung (1,2) gekoppelt ist und dessen Seitenwände einen zur Trägerbasis sich verengenden Raum umgrenzen, wobei an der Abgabeöffnung dieser Transportpackung Führungsplatten angeordnet oder ausgebildet sind, die derart angeordnet sind, dass sie zum Zusammendrücken der
Materialschicht bei der Abgabe oder nach der Abgabe mit der Trägerbasis (3) einen spitzen Winkel einschließen oder bilden. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis
23, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verteileinrichtungen (1,2) als
AbstreitVorrichtungen in Form von über der abgelegten Materialschicht bewegbaren,
drehbaren Walzen ausgebildet sind, deren
Drehgeschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bi 24, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trägerbasis (3) ein vertikal bewegbarer Boden eines Aufbaubehälters (10) ist, der
entsprechend der Dicke der Materialschichten absenkbar ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils unterste, der Auftragsebene nächstliegende Verteileinrichtung (1) Führungsmittel für die dieser bewegungsmäßig folgende obere
Verteileinrichtung (2) aufweist, die wiederum sich auf den Führungsmitteln abstützende
Lagermittel aufweist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch
gekennzeichnet, dass die Führungsmittel ei seitliche Begrenzung für das aufgetragene Material bilden.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verteileinrichtungen {1,2,13} an einem
Rahmenteil (14) angeordnet sind, wobei das Rahmenteil (14) mindestens an seinen
Endbereichen sich quer zur linearen
Auftragsrichtung (17,18) erstreckende
leistenartige Verteileinrichtungen (1,2,13) hält, die voneinander in Auftragsrichtung (17,18) beabstandet sind, das Rahmenteil (14) zwischen seinen Endbereichen (15,16) um eine ebenfalls quer zur Auftragsrichtung (17,18) ausgerichtete Schwenkachse (19) begrenzt schwenkbar gehalten ist, und das Rahmenteil (14) mittels eines ersten Antriebsmittels (21, 21*) aus einer Startposition, in der alle Verteileinrichtungen (1,2,13) räumlich neben der Trägerbasis (3) angeordnet sind, in eine Zwischenposition, in der alle
Verteileinrichtungen (1,2,13) über die Länge der Trägerbasis (3) linear bewegt sind und jenseits der Trägerbasis (3) positioniert sind, und zurück in die Startposition
verfahrbar ist, wobei in der Startposition die in Auftragsrichtung (17) vorderste
Verteileinrichtung (1) einen einer ersten Schichtdicke entsprechenden vertikalen Abstand von der Ebene aufweist, die durch die
Trägerbasis (3) oder die schon auf der
Trägerbasis (3) abgelegten Schichten (20) aufgespannt ist, und die in Auftragsrichtung
(17) hinterste Verteileinrichtung (2) einen mindestens einer weiteren Schichtdicke
entsprechenden Abstand davon aufweist, und wobei in der Zwischenposition das Rahmenteil
(14) so geschwenkt ist, dass die hinterste Verteileinrichtung (2) den abgelegten
Schichten (20) am nächsten angenähert ist und die vorderste Verteileinrichtung (1) am weitesten entfernt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenteil (14) mittels eines zweiten Antriebsmittels (22) um die Schwenkachse (19) begrenzt schwenkbar ist
0. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29,
dadurch gekennzeichnet, dass eine
elektronische Steuerung (23) vorgesehen ist, mittels derer das erste Antriebsmittel
(21,21Λ), das zweite Antriebsmittel (22) und der oder die Spender (4,4Λ) für die Abgabe de Materials betätigbar ist.
1. Vorrichtung nach Anspruch 28 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, dass ede
Verteileinrichtung (1,2,13) mit einem Spender (4 ) für das Material ausgestattet ist, wobei jeder Spender (4X) für den Auftrag von
Material geöffnet ist, wenn die jeweilige Verteileinrichtung (1,2,13) sich über der Trägerbasis (3) befindet, und jeder Spender (4 gegen Materialabgabe geschlossen ist, wenn sich die jeweilige Verteileinrichtung (1,2,13) in Auftragsrichtung (17,18) vor oder hinter der Trägerbasis (3) befindet, und dass die Abgabeöff ung der Spender ( 4 ) in
Auftragsrichtung (17,18) jeweils. or der zugehörigen Verteileinrichtung (1,2,13) positioniert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 28 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, dass jede Verteileinrichtung (1,2,13) mit einer regelbaren Heizeinrichtung (24) zum Aufwärme der aufgebrachten Materialschichten
ausgestattet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (24) als elektrische Infrarot- und/oder Widerstandsheizelemente ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die
Heizeinrichtung (24) mit der elektronischen Steuerung (23) gekoppelt und über diese schaltbar sind.
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