DE102020125628A1 - Processes and devices for integrating functional fibers into a workpiece during selective laser sintering (SLS) - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbettung von Funktionsfasern in ein Werkstück beim selektiven Laser-Sintern (SLS). Es werden zwei Verfahrensvarianten vorgeschlagen. In einer ersten Verfahrensvariante werden Teile der Pulverschicht (pw) vor dem Einlegevorgang beispielsweise mit einem Laser-Strahl gesintert. Ein Heizkörper (hk) schmilzt dann die bereits geschmolzenen Werkstückteile anschließend wieder auf. Durch einen Kanal (kn) in dem Heizkörper (hk) wird die Funktionsfaser (ff) mittels einer Zuführeinrichtung der Schmelze oder der schmelzähnlichen Masse zugeführt und am Einlegepunkt in die Schmelze bzw. schmelzähnliche Masse eingelegt. Durch die Bewegung des Heizkörpers (hk) entfernt sich der ganz oder teilweise aufgeschmolzene Bereich von dem Heizkörper und wird weniger geheizt, wodurch er abkühlt und mit der bereits eingelegten Funktionsfaser erstarrt. Diese Variante kann auch zum Einlegen von Fasern in Objekte, die beispielsweise durch Spritzguss oder Extruder basiertes 3D-Drucken erzeugt wurden, verwendet werden. In der zweiten Variante schmilzt der Heizkörper (hk) noch nicht aufgeschmolzene Bereiche des Pulvers auf. Der Vorgang des Laser-Sinterns erfolgt erst danach. In beiden Verfahren folgt dann typischerweise die Aufbringung der nächsten Pulverschicht.The invention relates to a method for embedding functional fibers in a workpiece during selective laser sintering (SLS). Two variants of the method are proposed. In a first variant of the method, parts of the powder layer (pw) are sintered with a laser beam, for example, before the insertion process. A heating element (hk) then melts the workpiece parts that have already melted again. The functional fiber (ff) is fed through a channel (kn) in the heating element (hk) by means of a feed device to the melt or the melt-like mass and is inserted into the melt or melt-like mass at the insertion point. As a result of the movement of the heating element (hk), the fully or partially melted area moves away from the heating element and is heated less, which means that it cools down and solidifies with the functional fiber that has already been inserted. This variant can also be used to insert fibers into objects that have been produced, for example, by injection molding or extruder-based 3D printing. In the second variant, the heating element (hk) melts areas of the powder that have not yet been melted. The laser sintering process only takes place afterwards. In both processes, the next layer of powder is then typically applied.
Description
Feld der ErfindungField of invention
Die Erfindung richtet sich auf Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers insbesondere umfassend einen Bereich mit einem Composit-Material, insbesondere für die additive Fertigung. Das Verfahren kann vor und nach dem Sintern und zum gleichzeitigen Sintern angewendet werden. Im Weitesten Sinne kann dieses Sintern bis zum lokal vollständigen Aufschmelzen reichen.The invention is directed to a method for producing a three-dimensional body, in particular comprising an area with a composite material, in particular for additive manufacturing. The method can be used before and after sintering and for simultaneous sintering. In the broadest sense, this sintering can extend to complete local melting.
Allgemeine Einleitung und MotivationGeneral introduction and motivation
Aufgabe der Erfindung ist die Einbettung funktionaler Fasern, im Folgenden auch Funktionsfasern (
Im Abschnitt „Relevante Schriften“ werden einige Schriften zur additiven Fertigung und zum additiven Fertigen von Composit-Materialien aufgeführt. Keine löst das Problem des Einlegens der Kohlenstofffasern in das Werkstück für das selektive Laser-Sintern (SLS).In the “Relevant Fonts” section, some fonts on additive manufacturing and the additive manufacturing of composite materials are listed. Neither solves the problem of inserting the carbon fibers into the workpiece for selective laser sintering (SLS).
Aus der
Dies ist aber notwendig, damit bei SLS-Systemen beim nachfolgenden Pulverauftrag der nachfolgenden Pulverschicht die Fasern nicht herausgerissen werden.However, this is necessary so that in SLS systems the fibers are not torn out during the subsequent powder application of the subsequent powder layer.
Die technische Lehre der US 2016 / 0 067 928 A1 löst somit das Problem nicht.The technical teaching of US 2016/0 067 928 A1 therefore does not solve the problem.
Aufgabetask
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Aufgaben löst.The proposal is therefore based on the task of creating a solution that solves the above tasks.
Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen und Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.This object is achieved by devices and methods according to the claims.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere ein Verfahren zum additiven Fertigen, und die zugehörige Vorrichtung. Es ist das Ziel, ein Composit-Material im Rahmen des additiven Fertigungsvorgangs zu erzeugen.The invention relates to a method for producing a three-dimensional body, in particular a method for additive manufacturing, and the associated device. The goal is to create a composite material as part of the additive manufacturing process.
Die Grundidee der Erfindung ist es, im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik die Deposition der Funktionsfaser von der Deposition und dem Sintern des Pulver-Materials komplett zu trennen. In einer Variante des Verfahrens ist das Verfahren ein sogenanntes selektives Thermo-Transfer-Sinter-Verfahren (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Process (SHS)), bei dem die Vorrichtung ein noch nicht gesintertes Pulver lokal selektiv ganz oder teilweise aufschmilzt und die Funktionsfaser in die Pulverschmelze einlegt. Das Einlegewerkzeug (im Folgenden als Heizkörper (
Das Verfahren wird pulverschichtweise angewendet. Es können im Prinzip eine erste Prozessfolge und eine zweite Prozessfolge beim Zusammenwirken der grundlegenden Prozessschritte bei der Anwendung des Verfahrens beim selektiven Laser-Sintern erfolgen.The process is applied in layers of powder. In principle, a first process sequence and a second process sequence can take place when the basic process steps interact when the method is used in selective laser sintering.
Es kann somit sowohl die erste Prozessschrittfolge
- 1. nächste Pulverschicht (
pw ) auftragen, - 2. Ausführen eines selektiven Laser-Sinterschritts oder eines anderen funktionsäquivalenten Sinterschritts,
- 3. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (
ff ) für diese Pulverschicht (pw )
- 1. nächste Pulverschicht (
pw ) auftragen, - 2. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (
ff ) für diese Pulverschicht (pw ) als Thermo-Transfer-Sinter-Schritt (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Step) für diese Pulverschicht, - 3. Ausführen eines selektiven Laser-Sinterschritts oder eines anderen funktionsäquivalenten Sinterschritts
- 1st next powder layer (
pw ) Instruct, - 2. Carrying out a selective laser sintering step or another functionally equivalent sintering step,
- 3. Executing the local insertion of the functional fibers (
ff ) for this powder layer (pw )
- 1st next powder layer (
pw ) Instruct, - 2. Executing the local insertion of the functional fibers (
ff ) for this powder layer (pw ) as a thermal transfer sintering step (English: Selective-Heat-Sintering-Step) for this powder layer, - 3. Carrying out a selective laser sintering step or another functionally equivalent sintering step
Da das Einlegen der Funktionsfasern durch Aufschmelzen des Pulvers oder der Werkstückoberfläche erfolgt, kann das Verfahren auch im Falle des Aufschmelzens des noch nicht aufgeschmolzenen Pulvers (
Das Verfahren umfasst dann in seinem Kern die beiden Hauptschritte
- 1. nächste Pulverschicht (
pw ) auftragen; - 2. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (
ff ) für diese Pulverschicht (pw ) als Thermo-Transfer-Sinter-Schritt (Selective-Heat-Sintering-Step) für diese Pulverschicht (pw );
- 1st next powder layer (
pw ) Instruct; - 2. Executing the local insertion of the functional fibers (
ff ) for this powder layer (pw ) as a thermal transfer sintering step (selective heat sintering step) for this powder layer (pw );
Bevorzugt wird das Verfahren in einer temperierten und ggf. atmosphärenkontrollierten Prozesskammer (
Das Verfahren kann auch nach der bereits erfolgten additiven Fertigung auf der Oberfläche der Werkstücke mit Hilfe eines Roboters angewendet werden. Dies hat den Vorteil, dass dann auch Funktionsfasern eingelegt werden können, deren Lage nicht koplanar zu der Lage der ehemaligen Pulverschichten (
Ein Prozess zur Herstellung eines solchen Werkstücks hat dann grob die folgendeA process for manufacturing such a workpiece then roughly has the following
Prozessschrittabfolge:
- 1. Herstellen des Werkstücks (
wst ) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, wobei es sich dabei auch um ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, handeln kann, bei dem bereits Funktionsfasern längs der Ebenen der additiven Fertigungsschichten eingelegt worden sein können. - 2. Lokales Aufschmelzen der Oberfläche des Werkstücks und Einlegen einer oder mehrerer Funktionsfasern in den so aufgeschmolzenen Bereich, wobei der Richtungsvektor zumindest einer Funktionsfaser in zumindest einem Funktionsfaserteilabschnitt von den Ebenen der additiven Fertigungsschichten, mit denen das Werkstück hergestellt wurde, abweicht.
- 3. Anschließendes Erstarren des aufgeschmolzenen Bereiches der Werkstückoberfläche.
- 1. Manufacture of the workpiece (
wst ) by means of an additive manufacturing process, which can also be a process, as described above, in which functional fibers can already have been inserted along the planes of the additive manufacturing layers. - 2. Local melting of the surface of the workpiece and insertion of one or more functional fibers into the melted area, the directional vector of at least one functional fiber in at least one functional fiber section deviating from the planes of the additive manufacturing layers with which the workpiece was manufactured.
- 3. Subsequent solidification of the melted area of the workpiece surface.
Dieser Prozess kann dann durch das Auftragen weiterer Werkstückschichten, z.B. mit Hilfe eines Extruders der bevorzugt um 6 Freiheitsgrade orientier- und positionierbar an einem Mehrachsen-Roboter-Arm angebracht ist, ergänzt werden, sodass nach dem Drucken eines Kern-Skeletts beispielsweise mittels eines SLS-Verfahrens und nach dem Einbringen der Funktionsfasern, dann die Struktur durch zusätzliche Schichten selektiv deponierten Materials ergänzt werden kann.This process can then be supplemented by the application of further workpiece layers, e.g. with the help of an extruder, which is preferably attached to a multi-axis robot arm so that it can be oriented and positioned by 6 degrees of freedom, so that after printing a core skeleton, for example, Method and after the introduction of the functional fibers, then the structure can be supplemented by additional layers of selectively deposited material.
Sofern die einzubringende Funktionsfaser eine gewisse Steifigkeit aufweist, kann sie selbst zum Aufschmelzen des Materials des Werkstücks oder der Pulverschicht verwendet werden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem die Funktionsfaser ein Lichtwellenleiter für einen zur Erhitzung des Pulvermaterials (
Der Kern der Verfahrens-Idee umfasst also die Schritte
- 1. Zeitweiliges Öffnen der Oberfläche des Werkstücks und Schaffung einer Werkstücköffnung,
- 2. Einlegen der Funktionsfaser in die geschaffene Werkstücköffnung,
- 3. Schließen der Werkstücköffnung nach dem Einlegen der Funktionsfaser (
ff ).
- 1. Temporary opening of the surface of the workpiece and creation of a workpiece opening,
- 2. Insertion of the functional fiber into the workpiece opening created,
- 3.Close the workpiece opening after inserting the functional fiber (
ff ).
Hierbei bedeutet Öffnen die Schaffung einer temporären Werkstücköffnung in der Oberfläche des Werkstücks. Eine Werkstücköffnung kann dabei beispielsweise mit geschmolzenem, erstem Material des Werkstücks gefüllt sein. Unter erstem Material wird die Substanz, aus dem das Pulver der Schicht (
Als Werkstück wird im Sinne dieser Schrift kontextbezogen sowohl ein nicht gesinterter bzw. noch nicht aufgeschmolzener Pulverschichtbereich als auch eine Oberfläche eines bereits gefertigten Werkstücks oder ein Bereich der Pulverschicht, der bereits gesintert oder geschmolzen und wieder verfestigt wurde, verstanden. Das Öffnen und Schließen der Oberfläche kann auch mechanisch erfolgen. In dem Fall wird beispielsweise durch eine mechanische Vorrichtung ein Graben in der neuen Oberfläche erzeugt und beispielsweise durch eine zweite mechanische Vorrichtung wieder geschlossen. Die Funktionsfaser (
Als Erstes wird nun im Folgenden das Basisverfahren für die Kombination mit dem selektiven Laser-Sintern (SLS) beschrieben. Die Kombination mit anderen Verfahren verläuft analog. Insofern ist diese Beschreibung beispielhaft. Das Basisverfahren ist ein Verfahren des Selective-Heat-Melting (SHM). Es kann als Teilmenge der Menge der selektiven Thermo-Transfer-Sinter- Verfahren (TTS) (englisch Selective-Heat-Sintering-Process (SHS)) betrachtet werden.First of all, the basic method for the combination with selective laser sintering (SLS) is described below. The combination with other methods is analogous. In this respect, this description is exemplary. The basic process is a selective heat melting (SHM) process. It can be viewed as a subset of the set of selective thermal transfer sintering processes (TTS) (English Selective Heat Sintering Process (SHS)).
An dieser Stelle sei auf das Buch Schmid, M. (2015b), Selektives Lasersintern (SLS) mit Kunststoffen: Technologie, Prozesse und Werkstoffe, Hanser, München hingewiesen, in deren Kapitel 3 und insbesondere in deren Bilder 3a bis 3d der dynamische Temperaturverlauf während des Laser-Sinterns dargestellt wird.At this point, reference should be made to the book Schmid, M. (2015b), Selective Lasersintern (SLS) with plastics: Technology, processes and materials, Hanser, Munich, in
In einem ersten Schritt des Basisverfahrens erfolgt das Bereitstellen eines Wärmeverteilers (
Alternativ kann die Oberflächentemperatur der Oberfläche (
Bevorzugt wird mit einer Rakel (
Wie oben bereits beschrieben, kann nun ggf. das Verfahren mit einem Verfahren zum selektiven Sintern kombiniert werden. Hierbei kann es sich, wie beschrieben, beispielsweise um das selektive Lasersintern (SLS), das selektives Thermo-Transfer-Sintern (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sintering)(SHS)), Selective-Seapration-Sintering (SSS), Selective-Inhibition-Sintering (SIS), Selective-Laser-Melting (SLM), Selective-Heat-Melting (SHM), Direct-Metal-Laser-Sintering (DMLS) handeln. Beispielsweise ist es bei Kombination mit einem Verfahren des selektiven Laser-Sinterns sinnvoll, zuerst das selektive Laser-Sintern durchzuführen. Es folgt dann in einem optionalen Schritt 2a das selektive Sintern des pulverförmigen Materials, das aus dem ersten Material der Pulverschicht (
Durch das Auftragen der Pulverschicht (
In einem dritten Schritt 3 erfolgt dann das Heranführen eines Heizkörpers (
In einem vierten Schritt 4 erfolgt dann dementsprechend das Heizen des Heizkörpers (
Der Heizkörper (
Durch das erfolgte Heranführen des Heizkörpers (
Die Energieübertragung vom Heizkörper (
- • durch die Absorption der durch den Heizkörper (
hk ) emittierten Infrarotstrahlung durch den betreffenden Teil der neuen Oberfläche (ofn ), der sich nahe dem Heizkörper (hk ) befindet, und/oder - • durch einen Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) und/oder - • durch einen lokal begrenzten, direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und neuer Oberfläche (ofn ) und/oder - • durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (
ff ), vom Heizkörper (hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) hin und /oder - • durch Wärmetransport mittels einer Funktionsfaser (
ff ) als Spezialfall einer Wärmeleitvorrichtung vom Heizkörper (hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) hin.
- • by the absorption of the radiator (
hk ) infrared radiation emitted by the relevant part of the new surface (open ), which is close to the radiator (hk ) is located, and / or - • by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the new interface (open ) and or - • through a locally limited, direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and new surface (open ) and or - • through heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber (
ff ), from the radiator (hk ) to the new interface (open ) there and / or - • through heat transport using a functional fiber (
ff ) as a special case of a heat conduction device from the radiator (hk ) to the new interface (open ).
Diese Methoden können ggf. kombiniert werden, soweit es technisch und wirtschaftlich Sinn macht.If necessary, these methods can be combined, as far as it makes technical and economic sense.
In einem zentralen Aufschmelzbereich (
Auf diese Weise ist nun ein lokal begrenzter Aufschmelzbereich (
Der siebte Schritt
- • durch ein abschließendes Wegführen des Heizkörpers (
hk ) von der neuen Oberfläche (ofn ) und/oder - • durch eine Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (
hk ) unter die zweite Prozesstemperatur (ϑ2).
- • by finally removing the radiator (
hk ) from the new interface (open ) and or - • by lowering the temperature of the radiator (
hk ) below the second process temperature (ϑ 2 ).
Dabei werden bevorzugt die Schmelztemperaturen aller Teilmaterialien des ersten Materials der Schicht (
Hierdurch kommt es in einem achten Schritt
In einer Verfeinerung des Verfahrens wird im sechsten Schritt des Aufschmelzens als Schritt 6 eine translatorische Verschiebung des Heizkörpers (
In einer weiteren Verfeinerung des Verfahrens werden die zuvor durchgeführten Schritte geeignet wiederholt, um die nachfolgende, nun neue Lage an erstem Material der neuen Pulverschicht (
Eine weitere Variante des Verfahrens umfasst den Schritt 9.1.1 des Zuführens einer Funktionsfaser (
Eine weitere Variante umfasst dann als Schritt 9.1.3 den Vorschub der Funktionsfaser (
Im Wesentlichen gleich bedeutet, dass leichte Geschwindigkeitsschwankungen durch Unzulänglichkeiten des mechanischen Aufbaus und der Geschwindigkeitsregelung, die Einbettung der Funktionsfaser (
Bevorzugt wird die Funktionsfaser (
Nach dem Einlegen der Funktionsfaser (
Bevorzugt ganz am Schluss, wenn alle Schichten gefertigt sind, erfolgt ein Schritt
Bevorzugt wird der Wärmeverteiler (
Das hier vorgestellte Verfahren wird, wie beschrieben, bevorzugt zusammen mit Verfahren des selektiven Laser-Sinterns (SLS) eingesetzt. Der Begriff selektives Laser Sintern (SLS) umfasst in Sinne dieser Schrift auch das selektive Laser Melting (SLM). Bevorzugt wird also zumindest zeitweise ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, zusammen mit zumindest einem weiteren, davon abweichenden Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, verwendet, um zumindest Teile des Werkstücks in Form des dreidimensionalen Körpers herzustellen.As described, the method presented here is preferably used together with selective laser sintering (SLS) methods. In the context of this document, the term selective laser sintering (SLS) also includes selective laser melting (SLM). A method as described above is therefore preferably used at least at times, together with at least one further, deviating method for producing three-dimensional bodies, in particular for additive manufacturing, in order to produce at least parts of the workpiece in the form of the three-dimensional body.
Auch ist ein strukturiertes, selelektives Thermo-Transfer-Sinter-Verfahren (Englisch Selective Heat-Sintering Process) oder selektives Heat-Melting (SHM) mit mehreren Heizkörpern möglich. Die Heizkörper fungieren quasi als Druckköpfe. Ein solches erweitertes Verfahren operiert dann mit einer Mehrzahl von Heizkörpern (
Beispielsweise kann der erste Heizkörper (
Bevorzugt sind zumindest der erste Heizkörper (hl1) und der zweite Heizkörper (
Hierdurch sind die Heizkörper unabhängig steuerbar. Bevorzugt weisen sie hierzu jeweils einen eigenen Regler auf.This means that the radiators can be controlled independently. For this purpose, they preferably each have their own controller.
Als Funktionsfaser (
Auch ist es denkbar, dass die Funktionsfasern (
Natürlich kann es sich bei der Funktionsfaser (
Bevorzugt weist eine Funktionsfaser (
Natürlich kann eine Litze aus Drähten gleicher oder unterschiedlicher Materialien und Drahtoberflächenstruktur bestehen. Eine Litze kann zusätzlich ummantelt sein.Of course, a stranded wire can consist of wires of the same or different materials and wire surface structure. A strand can also be sheathed.
Auch kann es sich bei der Funktionsfaser (
Der Begriff Draht im Sinne einer möglichen Funktionsfaser (
Ebenso kann es sich bei der Funktionsfaser auch um eine Naturfaser, beispielsweise eine Seiden- oder Baumwollfaser, oder eine Mineralfaser, beispielsweise eine Asbestfaser, handeln. Auch diese können mit den zuvor beschriebenen Ausführungen der Funktionsfaser (
Auch kann es sich bei der Funktionsfaser (
Auch kann es sich bei der Funktionsfaser (
Bei der Konstruktion eines solchen Mikrosystems bzw. eines solchen Schaltungsträgers sollte der minimale Biegeradius bedacht werden. Ist dieser zu klein, so kommt es zu einer Beschädigung des Mikrosystems bzw. des Schaltungsträgers. Dieser minimale Biegeradius ist ganz allgemein bei der Einbettung der Funktionsfasern (
Auch kann es sich bei der Funktionsfaser (
Auch kann ein eng- oder weitmaschiges Gewebe als Funktionsfaser (
Bei der Funktionsfaser (
Besonders günstig ist es, wenn eine Funktionsfaser (
Zum Hervorrufen einer thermischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, einen Widerstandsdraht als elektrische Funktionsfaser (
Zum Hervorrufen einer optischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, einen Lichtwellenleiter oder eine elektrische Schaltung mit einem Leuchtmittel, insbesondere einer LED oder einem Laser, als Funktionsfaser (
Zum Hervorrufen einer elektrostatischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll eine elektrisch leitende Funktionsfaser (
Zum Hervorrufen einer magnetischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, eine ferromagnetische Funktionsfaser (
Sowohl magnetische als auch elektrostatische Funktionsfasern (
Chemische Wirkungen können beispielsweise erzielt werden, wenn Teile der Funktionsfasern beispielsweise durch zeitweise Modulation der Temperatur des Heizkörpers (
Natürlich können die vorangestellten Funktionsfasertypen auch nur lokal begrenzt in bestimmten Funktionsfaserabschnitten der Funktionsfasern (
Eine solche Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen, umfasst bevorzugt einen Heizkörper (
Als Ergebnis dieser Verfahren, die ggf. auf der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wurden, erhält man ein entsprechendes Werkstück (
In dieser Schrift wird somit auch eine Vorrichtung zum additiven Fertigen mittels selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzens offengelegt, die eine erste Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser-Sinterprozesses umfasst. Hierbei handelt es sich u.a. typischerweise um den Laser und dessen Elektronik und Energieversorgung, die LASER-Optik und die zugehörige dynamische Strahlführung. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Thermo-Transfer-Sinter-Prozesses (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Process). Hierbei wird in einem Pulverbett eine Pulverschicht (
In dem hier vorgestellten Beispiel umfasst die zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Thermo-Transfer-Sinter-Prozesses (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Process) auch einen Teil der Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
Typischerweise weist diese Vorrichtung eine Prozesskammer (
In der Prozesskammer (
Zumindest zu wesentlichen Teilen befindet sich in dieser eine Positioniervorrichtung für diese Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
Daher werden die Motoren der Positioniervorrichtung und die Motoren der Funktionsfaservorschubeinrichtung (
Die Vorschubeinrichtung (
EINBETTUNG DICKER FUNKTIONSFASERNEMBEDDING THICK FUNCTIONAL FIBERS
Im Falle dicker Funktionsfasern kann es vorkommen, dass eine vollständige Einbettung nicht in einem Schritt möglich ist. Für diesen Fall wird hier ein besonderes Verfahren vorgeschlagen. Dieses Verfahren (
Schritt 0: (in
Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (
Schritt 2: Aufbringen einer zweiten Schicht (
Schritt 3: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (
Schritt 4: Aufbringen einer dritten Schicht (
Schritt 5: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der dritten Schicht (
Für das Herstellen des Werkstücks werden bevorzugt Verfahren der additiven Fertigung, insbesondere Stereolithografie (
Das Verfahren kann vereinfacht werden, wenn das Einlegen der Funktionsfaser (
- Schritt 0: (in
50 vorausgesetzt) Herstellen eines Werkstücks (wst ) mit einer Oberfläche (of ) und/oder Herstellen einer ersten Schicht, insbesondere einer Pulverschicht (pw ) und/oder Bereitstellen eines Werkstücks mit einer Oberfläche (of ), wobei das Material der Oberfläche des Werkstücks (wst ) zumindest abschnittsweise dazu geeignet ist, in dem folgenden Verfahren aufgeschmolzen zu werden. - Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (
wst ) an der Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ) oder einer ersten Schicht an der Oberfläche (OF ) des Werkstücks (wst ) (39 ,40 ); - Schritt 2: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (
44 ,45 ) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze während des Aufschmelzens; - Schritt 3: Aufbringen einer weiteren, zweiten Schicht (
npw ) auf die Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ) (46 ); - Schritt 4: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (
47 ,48 ,49 ) im Bereich der eingelegten Funktionsfaser (ff ), sodass diese Funktionsfaser (ff ) zumindest teilweise von dem verfestigten Bereich des Materials der ersten Schicht und des verfestigten Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks umschlossen ist. Das Verfahren ist also einen Schritt kürzer.
- Step 0: (in
50 provided) Manufacture of a workpiece (wst ) with a surface (of ) and / or production of a first layer, in particular a powder layer (pw ) and / or providing a workpiece with a surface (of ), where the material of the surface of the workpiece (wst ) is at least partially suitable to be melted in the following process. - Step 1: selective melting and solidification of the material of the workpiece (
wst ) on the surface (of ) of the workpiece (wst ) or a first layer on the surface (OF ) of the workpiece (wst ) (39 ,40 ); - Step 2: selective melting and solidification of the material of the workpiece on the surface of the workpiece (
44 ,45 ) with at least partial insertion of a functional fiber (ff ) into the melt during melting; - Step 3: Applying another, second layer (
npw ) on the surface (of ) of the workpiece (wst ) (46 ); - Step 4: selective melting and solidification of the second layer (
47 ,48 ,49 ) in the area of the inserted functional fiber (ff ) so that this functional fiber (ff ) is at least partially enclosed by the solidified area of the material of the first layer and the solidified material of the workpiece on the surface of the workpiece. So the process is one step shorter.
Dieses Verfahren kann noch weiter vereinfacht werden und umfasst dann nur noch den Schritt:
- Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (
39 ,40 ) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze während des Aufschmelzens, sodass diese Funktionsfaser (ff ) zumindest teilweise von dem verfestigten Bereich des verfestigten Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks umschlossen ist. Dieses Verfahren ist dann aber für die Einbettung dicker Funktionsfasern (ff ) nicht mehr geeignet.
- Step 1: selective melting and solidification of the material of the workpiece on the surface of the workpiece (
39 ,40 ) with at least partial insertion of a functional fiber (ff ) into the melt during melting, so that this functional fiber (ff ) is at least partially enclosed by the solidified area of the solidified material of the workpiece on the surface of the workpiece. However, this method is then suitable for embedding thick functional fibers (ff ) no longer suitable.
Das hier vorgestellte Verfahren zum selektiven Sintern, insbesondere zum selektiven Laser-Sintern, kann wie folgt zusammengefasst werdenThe method presented here for selective sintering, in particular for selective laser sintering, can be summarized as follows
Der selektive Sinterprozesses wird unterbrochen. Eine Funktionsfaser wird bereitgestellt. Dann erfolgt das Positionieren der Funktionsfaser relativ zum Werkstück. Durch Einschweißen, Einbetten, Kleben insbesondere form- oder kraftschlüssig erfolgt ein Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser. Sofern es sich nicht um vorkonfektionierte Funktionsfaserstücke handelt, erfolgt ein optionales Trennen der Funktionsfaser und damit eine Kürzung der Funktionsfaser auf eine vordefinierte Länge. Anschließend folgt ein Fortsetzen des selektiven Sinterprozesses.The selective sintering process is interrupted. A functional fiber is provided. The functional fiber is then positioned relative to the workpiece. The degrees of freedom of the functional fiber are restricted by welding, embedding, gluing, in particular in a form-fitting or force-fitting manner. Unless pre-assembled functional fiber pieces are involved, the functional fiber is optionally separated and thus the functional fiber is shortened to a predefined length. The selective sintering process is then continued.
Das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
-
19. Verfahren zum Fused Deposition Modeling (FDM),
umfassend die Schritte
- - Unterbrechen FDM-Prozesses;
- - Bereitstellen einer Funktionsfaser (
ff ); - - Positionieren der Funktionsfaser (
ff ) relativ zum Werkstück (wst ); - - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ); - - Optionales Trennen der Funktionsfaser
- - Fortsetzen des FDM-Prozesses.
- - Interrupt FDM process;
- - Provision of a functional fiber (
ff ); - - Positioning the functional fiber (
ff ) relative to the workpiece (wst ); - - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ); - - Optional separation of the functional fiber
- - Continue the FDM process.
-
20. Verfahren der additiven Fertigung,
umfassend die Schritte
- - Unterbrechen des Verfahrens der additiven Fertigung;
- - Bereitstellen einer Funktionsfaser (
ff ); - - Positionieren der Funktionsfaser (
ff ) relativ zum Werkstück (wst ); - - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ); - - Optionales Trennen der Funktionsfaser
- - Fortsetzen des Verfahrens der additiven Fertigung;
- - Interrupting the additive manufacturing process;
- - Provision of a functional fiber (
ff ); - - Positioning the functional fiber (
ff ) relative to the workpiece (wst ); - - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ); - - Optional separation of the functional fiber
- - Continuation of the additive manufacturing process;
Eine alternative und/oder ergänzende Möglichkeit zum Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
Im Rahmen der Ausarbeitung der Erfindung wurde erkannt, dass, um die Funktionsfaser gut einbetten zu können, eine einzubettende Funktionsfaser (
Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
Die Merkmale der Erfindung fassen diese nochmals zusammen. Sie können miteinander kombiniert werden, sofern dies nicht zu sachlichen Widersprüchen führt. Insofern stellen die hier vorgestellten Abhängigkeiten und Bezüge nur besonders bevorzugte, beispielhafte Ausführungsformen dar.
- Merkmal 1: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, (
27 ) umfassend die Schritte- Schritt A: Bereitstellen einer Oberfläche (
of ) eines Materials aus einem ersten Material, insbesondere der Oberfläche eines Werkstücks (wst ) und/oder einer Schicht (pw ); - Schritt B: Heizen des Heizkörpers (
hk ) auf eine zweite Prozesstemperatur (ϑ2), wobei der Heizkörper (hk ) aus mehreren Heizkörpern (hkl ,hk2 ) bestehen kann, die dann auch unterschiedliche zweite Prozesstemperaturen (ϑ2a, ϑ2b) aufweisen können; - Schritt C: Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (
hk ) in einem Aufwärmbereich (a ,b )- - durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (
hk ) und/oder - - durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (of ) und/oder - - durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (of ) und/oder - - durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (of ), und - - Verändern der Position des Heizkörpers (
hk ) längs der Oberfläche (of ) in einem ersten Abstand (f ) zu Oberfläche (of ) mit einer ersten Geschwindigkeit (v1 );
- - durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (
- Schritt D: Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (
a ,b ) in einem Aufschmelzbereich (b ) innerhalb des Aufwärmbereiches (a ,b ) infolge des Aufwärmens in Schritt C zu aufgeschmolzenem Material; - Schritt E: Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (
ff ) in den Aufschmelzbereich (b ) - Schritt F: Beenden des Aufschmelzens durch Verminderung des Energietransports vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (of ) und durch die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b ), wodurch der Aufschmelzbereich (b ) zu einem Erstarrungsbereich (c ) wird; - Schritt G: Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (
c ) der dadurch zu einem Verfestigungsbereich (d ) wird, in dem der betreffende Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff ) ganz oder teilweise eingelegt ist.
- Schritt A: Bereitstellen einer Oberfläche (
- Merkmal 2: Verfahren (
28 ) zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, umfassend die Schritte- Schritt 1: Bereitstellen eines Wärmeverteilers (
wv ) mit einer planaren Oberfläche (of ); - Schritt 2: Aufbringen einer Schicht (
pw ) aus einem Material auf die Oberfläche (of ) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn ) parallel zu der Oberfläche (of ); - Schritt 3: Heranführen eines Heizkörpers (
hk ) an die neue Oberfläche (ofn ); - Schritt 4: Heizen des Heizkörpers (
hk ) auf eine zweite Prozesstemperatur (ϑ2), wobei das Heizen auch zeitlich vor oder zeitlich nach dem Heranführen des Heizkörpers (hk ) an die Oberfläche (of ) erfolgen kann und wobei der Heizkörper (hk ) aus mehreren Heizkörpern (hkl ,hk2 ) mit unterschiedlichen zweiten Prozesstemperaturen (ϑ2a, ϑ2b) bestehen kann; - Schritt 5: Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (
hk ) in einem Aufwärmbereich (a ,b ) durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk ) und/oder Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk ) und neuer Oberfläche (ofn ) und/oder Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (ff ), vom Heizkörper (hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ); Schritt6 : Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (a ,b ) in einem Aufschmelzbereich (b ) innerhalb des Aufwärmbereiches (a ,b ) infolge des Aufwärmens inSchritt 5 zu aufgeschmolzenem Material; Schritt 7: Beenden des Aufschmelzens- - durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (
hk ) von der neuen Oberfläche (ofn ) und/oder - - durch Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (
hk ) unter die zweite Prozesstemperatur (ϑ2), wodurch jeweils der Aufschmelzbereich (b ) zu einem Erstarrungsbereich (c ) wird;
- - durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (
- Schritt 8: Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (
c ).
- Schritt 1: Bereitstellen eines Wärmeverteilers (
- Merkmal 3: Verfahren (
29 ) zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung,nach Merkmal 2 umfassend den zusätzlichen Schritt- Schritt 2a: Selektives Sintern oder Aufschmelzen des Materials der Schicht mittels eines Verfahrens des selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzen, insbesondere des selektiven Laser-Sinterns und/oder des selektiven Thermo-Transfer-Sinterns (TTS) (Englisch: Selective Heat Sintering), zu gesintertem Material;
- Merkmal 4: Verfahren (
30 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 2bis 3 umfassend die zusätzlichen Schritte- Schritt 6: translatorische Verschiebung des Heizkörpers (
hk ) während des Aufschmelzens eines Teils des Materials oder gesinterten Materials,- - wobei diese translatorische Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
v1 ) parallel zu neuen Oberfläche (ofn ) erfolgt und - - wobei durch diese translatorische Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen Materials den Aufwärmbereich verlässt und in einen Abkühlbereich gelangt;
- - wobei diese translatorische Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
- Schritt 6: Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material in diesem Abkühlbereich.
- Schritt 6: translatorische Verschiebung des Heizkörpers (
- Merkmal 5: Verfahren (
31 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 2bis 4 mit den zusätzlichen Schritten, die zeitlich nach dem Beenden des Aufschmelzens (Schritt 7) liegen:- Schritt 9: Verwendung der neuen Oberfläche (
ofn ) als Oberfläche (of ) des Wärmeverteilers für zeitlich nachfolgende Schritte; - Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 2 und/oder des Schritts 2a;
- Schritt 9: ggf. erneute Durchführung des Schritts 3;
- Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 4;
- Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 5;
- Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 6;
- Schritt 9.1: ggf. Erneute Durchführung des Schritts 6;
- Schritt 9.2: ggf. Erneute Durchführung des Schritts 6;
- Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 7;
- Schritt 9: Erneute Durchführung des Schritts 8;
- Schritt 9: ggf. Erneute
Durchführung der Schritte 9 bis 9.8 und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9 bis 9.8 und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9 bis 9.8.
- Schritt 9: Verwendung der neuen Oberfläche (
- Merkmal 6: Verfahren (
32 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 2bis 5 mit den Schritten- Schritt 9.1.1: Zuführen einer Funktionsfaser während Schritt 9.1 und
- Schritt 9.1.2: Einlegen der Funktionsfaser in das aufgeschmolzene
- Material im Aufschmelzbereich während Schritt 9.1.
- Merkmal 7: Verfahren (
32 )nach Merkmal 6 mit dem Schritt Schritt 9.1.3: Vorschub der Funktionsfaser zeitlich parallel zu Schritt 9.1.1 mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2 ), die im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (v1 ) ist, während Schritt 9.1. - Merkmal 8: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 6
bis 7 wobei die Funktionsfaser durch den Heizkörper (hk ) auf eine dritte Prozesstemperatur (ϑ3) gebracht wird. - Merkmal 9: Verfahren (
33 )nach Merkmal 8 wobei die Funktionsfaser (ff ) als Wärmeleitvorrichtung benutzt wird. - Merkmal 10: Verfahren (
34 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 6bis 9 mit dem Schritt:- Schritt 9.1: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser in der Form, dass ein in Schritt 9.1.2 in das aufgeschmolzene Material eingelegter Teil der Funktionsfaser in dem nun erstarrten Material verbleibt nach
Schritt 9.
- Schritt 9.1: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser in der Form, dass ein in Schritt 9.1.2 in das aufgeschmolzene Material eingelegter Teil der Funktionsfaser in dem nun erstarrten Material verbleibt nach
- Merkmal 11: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 6
bis 10 umfassend den Schritt 10: Entfernen des Materials, das kein erstarrtes Material ist nachSchritt 8 und/oder nach Schritt 9 und/oder Schritt 9.1. - Merkmal 12: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2
bis 11 umfassend den Schritt- - Temperieren der Ist-Temperatur (ϑwv) des Wärmeverteilers (
wv ) auf eine Soll-Wärmeverteilertemperatur (ϑ1).
- - Temperieren der Ist-Temperatur (ϑwv) des Wärmeverteilers (
- Merkmal 13: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, gekennzeichnet dadurch,
- - dass zumindest zeitweise ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1
bis 12 verwendet wird und - - dass zumindest ein weiteres Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, verwendet wird, um Teile des dreidimensionalen Körpers herzustellen, und
- - wobei dieses weitere Verfahren kein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1
bis 2 und/oder der Merkmale 4bis 12 ist.
- - dass zumindest zeitweise ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1
- Merkmal 14:
Verfahren nach Merkmal 13- - wobei das weitere Verfahren ein Verfahren des selektiven Laser-Sinterns ist und/oder
- - wobei das weitere Verfahren ein Verfahren der Extruder basierenden additiven Fertigung ist.
- Merkmal 15: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2
bis 14- - wobei das Verfahren eine Mehrzahl von Heizkörpern (
hk1 bishkn ) verwendet und - - wobei zumindest zeitweise zeitlich parallel oder zeitlich nacheinander zum Ersten mit Hilfe mindestens eines ersten Heizkörpers der Mehrzahl von Heizkörpern (
hk1 bishkn ) ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2bis 14 durchgeführt wird und zum Zweiten mit Hilfe mindestens eines zweiten Heizkörpers der Mehrzahl von Heizkörpern (hk1 bishkn ), der vom ersten Heizkörper verschieden ist, ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2bis 14 durchgeführt wird.
- - wobei das Verfahren eine Mehrzahl von Heizkörpern (
- Merkmal 16: Verfahren nach Merkmal 15
- - wobei zumindest der erste Heizkörper (
hk1 ) und der zweite Heizkörper (hk2 ) gegeneinander thermisch isoliert sind. Thermisch isoliert bedeutet dabei, dass die Temperatur des ersten Heizkörpers (hk1 ) die Temperatur des zweiten Heizkörpers (hk2 ) bevorzugt so wenig beeinflusst, dass dies für das Arbeitsergebnis von untergeordneter Bedeutung ist.
- - wobei zumindest der erste Heizkörper (
- Merkmal 17: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 16 und nach
Merkmal 6 oder nachMerkmal 1, wobei es sich bei der Funktionsfaser (ff ) um eine oder mehrere der folgenden Fasern handelt oder wobei die Funktionsfaser (ff ) eine oder mehrere der folgenden Fasern und/oder Materialien umfasst:- - einen Lichtwellenleiter,
- - eine Kohlenstofffaser,
- - eine Glasfaser,
- - eine Faser aus metallischem Glas,
- - einen Draht, insbesondere umfassend Stahl oder Kupfer oder Messing oder Silber oder Gold oder Platin oder Wolfram oder eine Legierung oder ein anderes Metall,
- - einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nitiol-Draht,
- - einen Kunststoffdraht,
- - eine Kunststofffaser,
- - eine Litze,
- - ein Gewebeband,
- - eine Naturfaser,
- - eine Röhre oder andere lineare fluidische Vorrichtung,
- - eine flexible, insbesondere bandförmige elektrische Schaltung,
- - ein RFID-System,
- - ein Sensorelement, insbesondere ein Dehnungsmesstreifen oder ein Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Abschnitt, insbesondere mit einem Quantenpunkt, insbesondere mit einem NV-Zentrum,
- - ein Aktor, insbesondere ein Heizdraht oder ein Kühlelement oder ein Draht mit einem Memory-Effekt (Formgedächtnisdraht) oder ein ferromagnetischer Draht,
- - ein Draht oder eine Litze oder eine Faser mit zumindest lokal ferromagnetischen Eigenschaften.
- Merkmal 18: Verfahren (
35 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 17 und nachMerkmal 6,- - wobei die Funktionsfaser nach dem Einlegen der Funktionsfaser in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich während Schritt 9.1 oder während Schritt 6 in zumindest einem Bereich eine von Null verschiedene Krümmung mit einer Krümmungsachse aufweist. (Spule).
- Merkmal 19: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 18,
- - wobei das Material der Schicht (
pw ) einen oder mehrere der folgenden Stoffe umfasst:- - einen Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast,
- - ein Metall,
- - eine Keramik und/oder Material, dass bei einem Brennvorgang zu Keramik wird,
- - Aluminium,
- - ein Glas,
- - Eisen,
- - Kupfer,
- - Gold,
- - Platin,
- - Titan,
- - Vanadium,
- - Neodym,
- - Vanadium,
- - Stahl und/oder Edelstahl,
- - ein Composit-Material,
- - einen Halbleiter,
- - ein radioaktives Material,
- - ein elektrisch leitendes Material,
- - ein optisch transparentes Material,
- - ein farbiges Material,
- - ein ferromagnetisches Material und/oder eine ferromagnetische Materialkomponente,
- - ein in einem Lösungsmittel lösliches Material und/oder eine in einem Lösungsmittel lösliche Materialkomponente, wobei insbesondere das erste Material der Schicht (
pw ) nicht in dem Lösungsmittel lösbar ist.
- - wobei das Material der Schicht (
- Merkmal 20: Verfahren (
36 ) zur Modifikation eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung von Composit-Materialien, umfassend die Schritte- Schritt I: Bereitstellen eines Werkstücks (
pw ) aus einem ersten Material und einer Oberfläche (ofn ); - Schritt II: Heranführen eines Heizkörpers (
hk ) an die Oberfläche (ofn ); Schritt III: Aufwärmen des ersten Materials des Werkstücks (pw ) an der Oberfläche (ofn ) im Bereich des Heizkörpers (hk ) in einem Aufwärmbereich (a )- - durch elektromagnetische Strahlung, die vom Heizkörpers (
hk ) emittiert wird oder durch den Heizkörper transmittiert wird, und/oder - - durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - - durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - - durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks;
- - durch elektromagnetische Strahlung, die vom Heizkörpers (
- Schritt IV: Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich in einem Aufschmelzbereich innerhalb des Aufwärmbereiches infolge des Aufwärmens in Schritt III zu aufgeschmolzenem ersten Material;
- Schritt V: Verschiebung des Heizkörpers (
hk ) während des Aufschmelzens eines Teils des ersten Materials,- - wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
v1 ) parallel zur Kontur der Oberfläche (ofn ) erfolgt und - - wobei insbesondere diese Verschiebung eine Änderung der Position und/oder Orientierung des Heizkörpers unter Ausnutzung von rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgraden sein kann und
- - zuführen einer Funktionsfaser (
ff ) während der translatorischen Verschiebung und - - Einlegen der Funktionsfaser (
ff ) in das aufgeschmolzene erste Material im Aufschmelzbereich und - - wobei durch diese Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen ersten Materials mit der eingelegten Funktionsfaser (
ff ) den Aufwärmbereich verlässt und in einen durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich gelangt;
- - wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
- Schritt VI: Erstarren dieses aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material in diesem durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich.
- Schritt VII: Beenden des Aufschmelzens, insbesondere
- - durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die vom Heizkörpers (
hk ) emittiert wird oder durch den Heizkörper transmittiert wird, und/oder - - durch Reduktion des Wärmetransports mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - - durch Beendigung des direkten mechanischen Kontakts zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - - durch Beendigung oder Verminderung des Wärmetransports mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks, wodurch jeweils der Aufschmelzbereich zu einem Abkühlbereich wird;
- - durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die vom Heizkörpers (
- Schritt VIII: Erstarren des aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material im Abkühlbereich.
- Schritt I: Bereitstellen eines Werkstücks (
- Merkmal 21: Verfahren (
37 ) nach Merkmal 20 mit dem Schritt- Schritt V.I: Vorschub der Funktionsfaser (
ff ) zeitlich parallel zu Schritt V mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2 ), die im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (v1 ) ist, während Schritt V.
- Schritt V.I: Vorschub der Funktionsfaser (
- Merkmal 22: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 21 wobei die Funktionsfaser (
ff ) durch den Heizkörper (hk ) auf eine dritte Prozesstemperatur (ϑ3) gebracht wird. - Merkmal 23: Verfahren nach Merkmal 22 wobei die Funktionsfaser (
ff ) als Wärmeleitvorrichtung benutzt wird. - Merkmal 24: Verfahren (
38 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 23 mit dem Schritt:- Schritt V.II: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser (
ff ) in der Form, dass ein in Schritt V in das aufgeschmolzene erste Material eingelegter Teil der Funktionsfaser (ff ) in dem erstarrten ersten Material verbleibt.
- Schritt V.II: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser (
- Merkmal 25: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, gekennzeichnet dadurch,
- - dass zumindest zeitweise ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 24 verwendet wird und
- - dass zumindest ein weiteres Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, verwendet wird, um Teile des Werkstücks (
pw ) als dreidimensionalen Körpers herzustellen, und - - wobei dieses weitere Verfahren kein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 24 ist.
- Merkmal 26: Verfahren nach Merkmal 25
- - wobei das weitere Verfahren ein Verfahren des selektiven Laser-Sinterns ist und/oder
- - wobei das weitere Verfahren ein Verfahren der Extruder basierenden additiven Fertigung ist.
- Merkmal 27 Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26, wobei die Funktionsfaser (
ff ) eines oder mehrere der folgenden Materialien, im Folgenden als zweites Material bezeichnet, umfasst:- - eine Modifikation des Kohlenstoffs und/oder
- - ein Glas aus einem elektrischen Isolator oder einem Metall oder einer Siliziumverbindung oder einem Halbmetall und/oder
- - ein Metall, insbesondere Eisen und/oder Kupfer und/oder Messing und/oder Bronze und/oder Silber und/oder Gold und/oder Platin und/oder Wolfram und/oder Titan und/oder Niob und/oder seltene Erden und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Thorium und/oder Germanium und/oder Silizium und/oder Palladium und/oder Indium und/oder eine Legierung oder ein anderes Metall und/oder ein Halbmetall und/oder
- - ein Kunststoff und/oder
- - ein Thermoplast und/oder
- - ein Duroplast und/oder
- - ein faserartiges zweites Material und/oder
- - ein ferromagnetisches und/oder permanentmagnetisches zweites Material und/oder
- - ein keramisches zweites Material und/oder ein Vormaterial, dass durch Brennen in ein keramisches Material gewandelt werden kann und/oder
- - ein radioaktives Material.
- Merkmal 28: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 27,
- - wobei die Funktionsfaser (
ff ) eine oder mehrere der folgenden Fasertypen umfasst: - - eine Kristallfaser, insbesondere Asbest,
- - eine Keramikfaser,
- - eine Kohlenstofffaser,
- - eine Glasfaser, insbesondere einen Lichtwellenleiter,
- - eine Faser aus metallischem Glas,
- - einen Draht,
- - einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nitiol-Draht,
- - eine Kunststoff- und/oder Naturfaser,
- - eine Litze,
- - ein Gewebe und/oder Gewebeband,
- - eine Röhre oder eine andere lineare fluidische Vorrichtung,
- - eine flexible, insbesondere bandförmige, elektrische Schaltung,
- - ein RFID-System,
- - ein Sensorelement, insbesondere ein Dehnungsmesstreifen oder ein Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Abschnitt, insbesondere mit einem Quantenpunkt, insbesondere mit einem NV-Zentrum,
- - ein Aktor, insbesondere einen Heizdraht oder ein Kühlelement oder ein Draht mit einem Memory-Effekt (Formgedächtnisdraht) oder ein ferromagnetischer Draht,
- - ein Draht oder eine Litze oder eine Faser oder ein Gewebe mit zumindest lokal ferromagnetischen und/oder permanentmagnetischen Eigenschaften.
- - wobei die Funktionsfaser (
- Merkmal 29: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 28,
- - wobei zumindest ein Teil der Funktionsfaser (
ff ) nach dem Einlegen ein elektrisches Bauelement, insbesondere eine Spule oder Antenne, darstellt.
- - wobei zumindest ein Teil der Funktionsfaser (
- Merkmal 30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29,
- - wobei die Funktionsfaser (
ff ) oder zumindest der Teil der Funktionsfaser (ff ), der eingelegt werden soll, eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur hat, die oberhalb der zweiten Prozesstemperatur (ϑ2) liegt.
- - wobei die Funktionsfaser (
- Merkmal 31: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 30
- - wobei das Material des Werkstücks (
pw ) eines oder mehrere der folgenden Stoffe umfasst: - - Kunststoff, insbesondere Thermoplaste,
- - Metall,
- - Aluminium,
- - ein Glas,
- - Eisen,
- - ein Composit-Material,
- - ein Halbleiter-Material,
- - ein ferromagnetisches Material und/oder eine ferromagnetische Materialkomponente,
- - ein in einem Lösungsmittel lösliches Material und/oder eine ein in einem Lösungsmittel lösliche Materialkomponente.
- - wobei das Material des Werkstücks (
- Merkmal 32: Heizkörper (
dhk ) (19 ) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung- - wobei der Heizkörper (
dhk ) optisch für elektromagnetische Heizstrahlung, insbesondere die Heizstrahlung eines Laser-Strahls (LLB1 ,LB2 ) transparent ist.
- - wobei der Heizkörper (
- Merkmal 33: Heizkörper (
dhk ) (16 ) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung- - wobei in das Material des Heizkörpers (
dhk ) ein Temperatursensor (ts ) integriert ist.
- - wobei in das Material des Heizkörpers (
- Merkmal 34: Heizkörper (
dhk ) (16-18 ) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung- - wobei in das Material des Heizkörpers (
dhk ) ein Aktor, insbesondere ein Heizer (hz2 ), integriert ist.
- - wobei in das Material des Heizkörpers (
- Merkmal 35: Heizkörper (
dhk ) (17-18 ) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung, insbesondere nach Merkmal 32 und/oder 33 und/oder 34,- - wobei das Material des Heizkörpers (
dhk ) Diamant umfasst.
- - wobei das Material des Heizkörpers (
- Merkmal 36: Heizkörper (
dhk ) (16-18 ) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung- - wobei der Heizkörper (
dhk ) einen durchgängigen Kanal (kn ) aufweist und - - wobei der Heizkörper (
dhk ) ein drittes Material aufweist, das diesen Kanal (kn ) längs eines Hohlzylinders des Kanals (kn ) umschließt und - - wobei der Heizkörper (
hk ) zwei gegenüberliegende Öffnungen (o1 ,o2 ) in seinem dritten Material aufweist, die den Anfang und das Ende des den Kanals (kn ) bilden, und - - wobei dann ein zweites Material, insbesondere in Form einer Funktionsfaser (
ff ), in diesen Kanal (kn ) durch die erste Öffnung (o1 ) in dem ersten Material eingeführt werden kann und aus dem Kanal (kn ) über die zweite Öffnung (o2 ) in dem dritten Material entnommen werden kann und - - wobei das dritte Material bei Betriebstemperatur zumindest teilweise elektrisch isolierend ist und
- - wobei das dritte Material thermisch leitfähig ist und
- - wobei das dritte Material bei Betriebstemperatur lokal in ersten Bereichen des dritten Materials durch lokale Modifikation elektrisch leitfähig ist oder lokal in ersten Bereichen des dritten Materials in ein drittes elektrisch leitfähiges Material durch lokale Modifikation gewandelt ist und
- - wobei das zweite Material auf oder in dem Werkstück (
pw ) deponiert wird.
- - wobei der Heizkörper (
- Merkmal 37: Vorrichtung (
16-18 ) nach Merkmal 36- - wobei zumindest einer dieser ersten Bereiche als zweite Heizvorrichtung (
hz2 ) benutzt wird.
- - wobei zumindest einer dieser ersten Bereiche als zweite Heizvorrichtung (
- Merkmal 38: Vorrichtung (
17 ) nach Merkmal 36 und/oder 37- - wobei zumindest einer dieser ersten Bereiche als Temperatursensor benutzt wird.
- Merkmal 39: Vorrichtung (
17-18 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 38- - wobei zumindest ein Arbeitsschritt der Modifikation eine Ionenimplantation von Atomen und/oder Molekülen in das dritte Material in den ersten Bereichen ist.
- Merkmal 40: Vorrichtung (
17-18 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 39- - wobei das dritte Material Diamant ist oder aufweist.
- Merkmal 41: Vorrichtung (
17-18 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 40- - wobei das dritte Material Graphit und/oder ganz oder teilweise amorphisierten Kohlenstoff umfasst.
- Merkmal 42: Vorrichtung (
17-18 ) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 41- - wobei das dritte Material ein elektrisch dotiertes, insbesondere p-dotiertes, drittes Material umfasst.
- Merkmal 43: Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (
hkl ,hk2 , wv) umfasst, um eines oder mehrere der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 auszuführen. - Merkmal 44: Vorrichtung (
23 ) zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen,- - mit einem Heizkörper (
hk ), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 42, und - - mit einem Kanal (
kn ) und, - - mit einer Zuführeinrichtung und
- - mit einem Werkstück,
- - wobei das Werkstück eine Oberfläche (
ofn ) aufweist und - - wobei der Heizkörper (
hk ) den Kanal (kn ) aufweist und - - wobei der Heizkörper (
hk ) dazu vorgesehen und geeignet ist, lokal selektiv das feste Material des Werkstücks (pw ) - - durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (
hk ) und/oder - - durch elektromagnetische Strahlung, die durch den Heizkörper (
hk ) hindurch transmittiert wird, und/oder - - durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks und/oder - - durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (ofn ) des Werkstücks und/oder - - durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere mittels einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) lokal zu einem Aufschmelzbereich aufzuschmelzen und - - wobei die Zuführeinrichtung im Zusammenwirken mit der Kanal (
kn ) und dem Heizkörper (hk ) dazu geeignet und vorgesehen ist, eine Funktionsfaser (ff ) durch den Kanal (kn ) in den Aufschmelzbereich einzubringen.
- - mit einem Heizkörper (
- Merkmal 45: Vorrichtung (
23 und26 ) nach Merkmal 44- - wobei der Heizkörper (
hk ) an einer Positioniervorrichtung (SP ,B ,M ) angebracht ist, - - wobei die Positioniervorrichtung (
SP ,B ,M ) die translatorische Positionierung des Heizkörpers (hk ) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere längs einer linearen oder gebogenen Linie, entsprechend einer durch ein Rechnersystem vorgebbaren absoluten oder relativen translatorischen Position erlaubt und/oder - - wobei die Positioniervorrichtung (
SP ,B ,M ) die rotatorische Positionierung des Heizkörpers (hk ) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere eine Drehung um eine Achse des Heizkörpers (hk ), entsprechend einer durch ein Rechnersystem vorgebbaren absoluten oder relativen rotatorischen Position erlaubt.
- - wobei der Heizkörper (
- Merkmal 46: Vorrichtung (
26 ) nach Merkmal 45,- - wobei die Vorrichtung mehr als zwei, insbesondere sechs oder mehr als sechs, steuerbare Achsen (
a1-a6 , AC) aufweist.
- - wobei die Vorrichtung mehr als zwei, insbesondere sechs oder mehr als sechs, steuerbare Achsen (
- Merkmal 47: Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 43 bis 44
- - mit einem Wärmeverteiler (
wv ) und - - wobei der Wärmeverteiler (
wv ) dazu vorgesehen und geeignet ist, dass eine Schicht (pw ) aus einem ersten Material auf ihn aufgebracht wird, und - - wobei diese Schicht (
pw ) zumindest teilweise das Werkstück (wst ) darstellt.
- - mit einem Wärmeverteiler (
- Merkmal 48: Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 43 bis 47
- - wobei das Werkstück (
wst ) an einer Positioniervorrichtung angebracht ist, - - wobei die Positioniervorrichtung die translatorische Positionierung des Werkstücks (
wst ) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere längs einer linearen oder gebogenen Linie, entsprechend einer durch ein Rechnersystem vorgebbaren absoluten oder relativen translatorischen Position erlaubt und/oder - - wobei die Positioniervorrichtung die rotatorische Positionierung des Werkstücks (
wst ) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere eine Drehung um eine Achse des Werkstücks (wst ), entsprechend einer durch ein Rechnersystem vorgebbaren absoluten oder relativen rotatorischen Position erlaubt.
- - wobei das Werkstück (
- Merkmal 49: Werkstück dadurch gekennzeichnet,
- - dass es mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 gefertigt wurde, und/oder,
- - dass es unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 48 gefertigt wurde.
- Merkmal 50: Material dadurch gekennzeichnet,
- - dass es mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 gefertigt wurde, und/oder,
- - dass es unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 48 gefertigt wurde.
- Merkmal 51: Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sintern und/oder Aufschmelzen
- - mit einer ersten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser-Sinterprozesses und
- - mit einer zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Thermo-Transfer-Sinter-Prozesses (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Prozesses (SLS)) gekennzeichnet
- - durch eine Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
ff ) während eines Sinter- oder Aufschmelzprozesses.
- Merkmal 52: Vorrichtung nach Merkmal 51
- - mit einer Prozesskammer (
pk ) und - - mit einer Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
ff ) und - - mit einer Positioniervorrichtung für diese Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
ff ), - - mit einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (
ar ,pr ), die Teil der Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff ) ist, - - wobei die Prozesskammer (
pk ) auf eine Prozesskammertemperatur (ϑ3) temperiert werden kann, - - wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung (
ar ,pr ) den Vorschub der Funktionsfaser (ff ) beim Einlegen der Funktionsfaser (ff ) bewerkstelligt, - - wobei die Positioniervorrichtung die Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (
ff ) innerhalb der Prozesskammer (pk ) positioniert und - - wobei der oder die Motoren der Positioniervorrichtung außerhalb der Prozesskammer (
pk ) platziert sind und - - wobei der oder die Motoren der Funktionsfaservorschubeinrichtung (
ar ,pr ) außerhalb der Prozesskammer (pk ) platziert sind und - - wobei die Vorrichtung mechanische Mittel, insbesondere Wellen und/oder Keilwellen (
kwl ,kw2 ,kw3 ), für den Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (M ) der Positioniervorrichtung zu der Vorschubeinrichtung (SP ) der Positioniervorrichtung aufweist und - - wobei die Vorrichtung mechanische Mittel, insbesondere Wellen und/oder Keilwellen (
kwl ,kw2 ,kw3 ), für den Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (VSM ) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar ,pr ) zu der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar ,pr ) aufweist.
- - mit einer Prozesskammer (
- Merkmal 53: Vorrichtung nach Merkmal 52
- - wobei die Vorschubeinrichtung (
SP ) der Positioniervorrichtung mittels eines zweiten Kegelzahnrades (kz2 ) und eines vierten Kegelzahnrades (kz4 ) und einer zweiten Keilwelle (kw2 ) mit dem oder den Motoren (M ) der Positioniervorrichtung mechanisch gekoppelt ist.
- - wobei die Vorschubeinrichtung (
- Merkmal 54: Vorrichtung nach Merkmal 52 und/oder Merkmal 53
- - wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung (
ar ,pr ) mittels einer ersten Keilwelle (kw1 ) und eines ersten Kegelzahnrades (kz1 ) und eines dritten Kegelzahnrades (kz3 ) und einer dritten Keilwelle (kw3 ) und mit dem oder den Motoren (VSM ) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar ,pr ) mechanisch gekoppelt ist.
- - wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung (
- Merkmal 55: Funktionsfaser (
ff ) zum Einlegen in das Material eines Werkstücks mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 und/oder zur Verwendung mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 36 zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 37 bis 48 und/oder zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 54 - Merkmal 56: Verfahren (
69 ) zum Einbetten einer Funktionsfaser (ff ) in ein Werkstück- - wobei das Werkstück (
wst ) eine Oberfläche (of ) aufweist und - - wobei das Material an der Oberfläche (
of ) des Werkstücks (wst ) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (
wst ) an der Oberfläche (of ) des Werkstücks; - - Aufbringen einer ersten Schicht (
npw ) auf die Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ); - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen der ersten Schicht (
62 ,64 ) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze während des Aufschmelzens; - - Aufbringen einer zweiten Schicht (
npw ) auf die Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ); - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (
62 ,64 ) im Bereich der eingelegten Funktionsfaser (ff ), sodass diese Funktionsfaser (ff ) zumindest teilweise von dem verfestigten Bereich des Materials der ersten Schicht und des verfestigten Materials der zweiten Schicht umschlossen ist;
- - wobei das Werkstück (
- Merkmal 57: Verfahren (
70 ) zum Einbetten einer Funktionsfaser (ff ) in ein Werkstück- - wobei das Werkstück (
wst ) eine Oberfläche (of ) aufweist und - - wobei das Material an der Oberfläche (
of ) des Werkstücks (wst ) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (
wst ) an der Oberfläche (of ) des Werkstücks; - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (
62 ,64 ) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze während des Aufschmelzens; - - Aufbringen einer ersten Schicht (
npw ) auf die Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ); - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen der ersten Schicht (
62 ,64 ) im Bereich der eingelegten Funktionsfaser (ff ), sodass diese Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise von dem verfestigten Bereich des Materials der ersten Schicht und des verfestigten Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks umschlossen ist;
- - wobei das Werkstück (
- Merkmal 58: Verfahren zum Einbetten einer Funktionsfaser (
ff ) in ein Werkstück- - wobei das Werkstück (
wst ) eine Oberfläche (of ) aufweist und - - wobei das Material an der Oberfläche (
of ) des Werkstücks (wst ) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte - - selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (
62 ,64 ) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze während des Aufschmelzens, sodass diese Funktionsfaser (ff ) zumindest teilweise von dem verfestigten Bereich des verfestigten Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks umschlossen ist-
- - wobei das Werkstück (
- Merkmal 59: Verfahren zum selektiven Sintern, insbesondere zum selektiven Laser-Sintern, umfassend die Schritte
- - Unterbrechen des selektiven Sinterprozesses;
- - Bereitstellen einer Funktionsfaser;
- - Positionieren der Funktionsfaser relativ zum Werkstück;
- - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser;
- - Optionales Trennen der Funktionsfaser;
- - Fortsetzen des selektiven Sinterprozesses.
- - Unterbrechen des selektiven Sinterprozesses;
- Merkmal 60: Verfahren zum Fused Deposition Modeling (FDM), umfassend die Schritte
- - Unterbrechen des FDM-Prozesses der Fertigung eines Werkstücks (
wst );- - Bereitstellen einer Funktionsfaser (
ff ); - - Positionieren der Funktionsfaser (
ff ) relativ zum Werkstück (wst ); - - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ); - - Optionales Trennen der Funktionsfaser
- - Fortsetzen des FDM-Prozesses.
- - Bereitstellen einer Funktionsfaser (
- - Unterbrechen des FDM-Prozesses der Fertigung eines Werkstücks (
- Merkmal 61: Verfahren der additiven Fertigung, umfassend die Schritte
- - Unterbrechen eines Grundverfahrens der additiven Fertigung eines Werkstücks (
wst ); - - Bereitstellen einer Funktionsfaser (
ff ); - - Positionieren der Funktionsfaser (
ff ) relativ zum Werkstück (wst ); - - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ); - - Optionales Trennen der Funktionsfaser
- - Fortsetzen des Grundverfahrens der additiven Fertigung;
- - Unterbrechen eines Grundverfahrens der additiven Fertigung eines Werkstücks (
- Merkmal 62: Verfahren nach Merkmal 61
- - wobei es sich bei dem Grundverfahren um ein Verfahren der VDI 3405 und/oder der
DIN EN ISO/ASTM 52900:2018 - - wobei es sich bei dem Grundverfahren um eines der folgenden Verfahren oder eine Abwandlung der folgenden Verfahren handelt:
- Stereolithografie (SL), Laser-Sintern (LS), selektives Laser-Sintern (SLS), Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM), Elektronen-Strahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM), Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)) Multi-Jet Modelling (MJM), Poly-Jet Modelling (PJM), 3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting), Layer Laminated Manufacturing (LLM), Digital Light Processing (DLP), Thermotransfer-Sintern (TTS), Metal Laminated Tooling (MELATO), Continuous Liquid Interface Production (CLIP), Selective Heat Sintering (SHS), Laserauftragschweißen (LMD), Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM), 3D-Siebdruck, 3D-Tintenstrahldruck insbesondere optischer Elemente, Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, SDS-Verfahren (Shaping-Debinding-Sintering), Herstellung metallischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion, Zwei-Photonen-Lithographie, Arburg Kunststoff-Freiformen, Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM).
- - wobei es sich bei dem Grundverfahren um ein Verfahren der VDI 3405 und/oder der
- Merkmal 63 Verfahren nach Merkmal 61 und/oder 62
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ) zumindest durch eines der folgenden Verfahren erfolgt: - - zumindest teilweises Aufschmelzen einer Oberfläche (
of ) des Werkstücks und Einlegen zumindest eines Teils der Funktionsfaser (ff ) in die Schmelze und Erstarren der Schmelze und/oder - - Fixieren der Funktionsfaser an einer Oberfläche (
of ) des Werkstücks (wst ) mittels eines Befestigungsmittels, insbesondere mittels eines einem Klebers, und/oder - - Festklemmen und/oder Einlegen der Funktionsfaser (
ff ) an oder in einer Klemm- oder Haltestrukturstruktur an der Oberfläche des Werkstücks (wst ), insbesondere in einer Nut des Werkstücks, wobei die Klemm- oder Haltestrukturstruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren kann, und/oder - - Festheften oder Festklammern oder Festnageln der Funktionsfaser (
ff ) an der Oberfläche des Werkstücks (ff ) mittels eines Befestigungshilfsmittels, insbesondere einer Klammer oder eines Nagels oder einer Klemme, und/oder - - Verknoten der Funktionsfaser mit einer Faserhaltestruktur, beispielsweise einem Haken oder einem Pfosten, an der Oberfläche des Werkstücks (
wst ), wobei die Faserhaltestruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren kann, und/oder - - Vernähen der Funktionsfaser mit einem Teil des Werkstücks, wobei die Funktionsfaser als Nähfaden benutzt wird, und/oder Vernähen der Funktionsfaser mit einem Teil des Werkstücks, wobei die Funktionsfaser (
ff ) als Nähfaden und als Oberfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Unterfaden benutzt wird und/oder wobei die Funktionsfaser (ff ) als Nähfaden und als Unterfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Oberfaden benutzt wird und wobei die weitere Faser ebenfalls eine Funktionsfaser sein kann.
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
- Merkmal 64: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 63
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ) die Schritte - - zumindest lokales Aufschmelzen der Oberfläche (
of ) des Werkstücks (wst ) zu einer Schmelze und - - Einlegen der Funktionsfaser (
ff ) in die Schmelze und - - Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ) durch Erstarren der Schmelze umfasst.
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
- Merkmal 65. Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis Merkmal 64
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
ff ) den Schritt - - Befestigen der Funktionsfaser (
ff ) an oder in der Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ) umfasst.
- - wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
- Merkmal 66: Verfahren nach Merkmal 65 wobei das Befestigen durch
- - Klebung, insbesondere unter Verwendung eines Klebers und/oder
- - Schweißung und/oder
- - Lötung, insbesondere mit Bildung eines Eutektikums, und/oder
- - Einschmelzen gemäß einem oder mehreren der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 und/oder gemäß einem oder mehreren der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 56 bis 58 erfolgt.
- Merkmal 67: Funktionsfaser (
ff ) oder Litze aus Funktionsfasern (ff )- - wobei die Funktionsfaser (
ff ) bzw. die Litze aus Funktionsfasern (ff ) mit einer Schlichte (SL ) versehen ist und - - wobei die Schlichte (
SL ) der Funktionsfaser während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff ) in ein Werkstück (wst ) zu dem Material der Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche (of ) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (χ ) ausbildet, der kleiner als 90° ist.
- - wobei die Funktionsfaser (
- Merkmal 68: Funktionsfaser (
ff ) oder Litze aus Funktionsfasern (ff )- - wobei die Oberfläche der Funktionsfaser (
ff ) so, insbesondere benetzend, gestaltet ist, dass die Schmelze des Materials einer Oberfläche (of ) eines Werkstücks (wst ) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff ) in diese Oberfläche (of ) des Werkstücks (wst ) zu dem Material der Oberfläche der Funktionsfaser (ff ) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche der Funktionsfaser (ff ) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (χ ) ausbildet, der kleiner als 90° ist.
- - wobei die Oberfläche der Funktionsfaser (
- Feature 1: Process for the production of a three-dimensional body, in particular for additive manufacturing, (
27 ) comprehensive the steps- Step A: Providing a Surface (
of ) a material made of a first material, in particular the surface of a workpiece (wst ) and / or a layer (pw ); - Step B: heating the radiator (
hk ) to a second process temperature (ϑ 2 ), whereby the radiator (hk ) from several radiators (hkl ,hk2 ) can exist, which can then also have different second process temperatures (ϑ 2a , ϑ 2b ); - Step C: Warming up the material in the area of the radiator (
hk ) in a warm-up area (a ,b )- - by infrared radiation from the radiator (
hk ) and or - - by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the surface (of ) and or - - through direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (of ) and or - - through heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the surface (of ), and - - changing the position of the radiator (
hk ) along the surface (of ) at a first distance (f ) to surface (of ) at a first speed (v1 );
- - by infrared radiation from the radiator (
- Step D: Melting part of the material in the warm-up area (
a ,b ) in a melting area (b ) within the warm-up area (a ,b ) as a result of the heating in step C to molten material; - Step E: Insertion of a functional fiber section of a functional fiber (
ff ) in the melting area (b ) - Step F: Ending the melting process by reducing the energy transport from the radiator (
hk ) to the surface (of ) and the resulting lowering of the temperature of the melting area (b ), whereby the melting area (b ) to a solidification area (c ) becomes; - Step G: solidification of the melted material to solidified material in the solidification area (
c ) which thereby becomes a solidification area (d ), in which the relevant functional fiber section of the functional fiber (ff ) is completely or partially inserted.
- Step A: Providing a Surface (
- Feature 2: procedure (
28 ) for the production of a three-dimensional body, in particular for additive manufacturing, comprising the steps- Step 1: Providing a heat spreader (
wv ) with a planar surface (of ); - Step 2: applying a layer (
pw ) made of a material on the surface (of ) with formation of a new surface (open ) parallel to the surface (of ); - Step 3: bringing in a radiator (
hk ) to the new surface (open ); - Step 4: heating the radiator (
hk ) to a second process temperature (ϑ 2 ), whereby the heating also occurs before or after the heating element is brought up (hk ) to the surface (of ) and where the radiator (hk ) from several radiators (hkl ,hk2 ) can exist with different second process temperatures (ϑ 2a , ϑ 2b); - Step 5: warming up the material in the area of the radiator (
hk ) in a warm-up area (a ,b ) by infrared radiation from the radiator (hk ) and / or heat transport by convection from the radiator (hk ) to the new interface (open ) and / or through direct mechanical contact between radiators (hk ) and new surface (open ) and / or heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber (ff ), from the radiator (hk ) to the new interface (open ); step6th : Melting part of the material in the warm-up area (a ,b ) in a melting area (b ) within the warm-up area (a ,b ) to molten material as a result of the heating instep 5; Step 7: finishing the melting- - by finally removing the radiator (
hk ) from the new interface (open ) and or - - by lowering the temperature of the radiator (
hk ) below the second process temperature (ϑ 2 ), whereby the melting area (b ) to a solidification area (c ) becomes;
- - by finally removing the radiator (
- Step 8: solidification of the melted material to solidified material in the solidification area (
c ).
- Step 1: Providing a heat spreader (
- Feature 3: procedure (
29 ) for the production of a three-dimensional body, in particular for additive manufacturing, according tofeature 2 comprising the additional step-
Step 2a: Selective sintering or melting of the material of the layer by means of a method of selective sintering and / or melting, in particular selective laser sintering and / or selective thermal transfer sintering (TTS) sintered material;
-
- Feature 4: procedure (
30th ) according to one or more offeatures 2 to 3 comprising the additional steps- Step 6: translational displacement of the radiator (
hk ) during the melting of part of the material or sintered material,- - whereby this translational shift with a first speed (
v1 ) parallel to new surface (open ) takes place and - - With this translational shift at least part of the melted material leaves the warm-up area and arrives in a cooling area;
- - whereby this translational shift with a first speed (
- Step 6: solidification of this melted material to solidified material in this cooling area.
- Step 6: translational displacement of the radiator (
- Feature 5: procedure (
31 ) according to one or more of thefeatures 2 to 4 with the additional steps that lie after the end of the melting process (step 7):- Step 9: using the new surface (
open ) as a surface (of ) the heat spreader for subsequent steps; - Step 9:
Repeat step 2 and / orstep 2a; - Step 9: if necessary, repeat
step 3; - Step 9:
Repeat step 4; - Step 9:
Repeat step 5; - Step 9:
Repeat step 6; - Step 9.1: if necessary, repeat
step 6; - Step 9.2: if necessary, repeat
step 6; - Step 9:
Repeat step 7; - Step 9:
Repeat step 8; - Step 9: If necessary, repeat steps 9 to 9.8 and / or repeat
steps 9 to 9.8 and / or repeatsteps 9 to 9.8.
- Step 9: using the new surface (
- Feature 6: procedure (
32 ) according to one or more of thefeatures 2 to 5 with the steps- Step 9.1.1: feeding a functional fiber during step 9.1 and
- Step 9.1.2: Insertion of the functional fiber into the melted
- Material in the melting area during step 9.1.
- Feature 7: procedure (
32 ) according tofeature 6 with step 9.1.3: Feeding the functional fiber parallel to step 9.1.1 at a second speed (v2 ), which is essentially equal to the first speed (v1 ) is during step 9.1. - Feature 8: Method according to one or more of
features 6 to 7, wherein the Functional fiber through the radiator (hk ) is brought to a third process temperature (ϑ 3 ). - Feature 9: procedure (
33 ) according tofeature 8 where the functional fiber (ff ) is used as a heat conduction device. - Feature 10: procedure (
34 ) according to one or more of thefeatures 6 to 9 with the step:- Step 9.1: severing, in particular mechanical severing, the functional fiber in such a way that a part of the functional fiber inserted into the melted material in step 9.1.2 remains in the now solidified material after
step 9.
- Step 9.1: severing, in particular mechanical severing, the functional fiber in such a way that a part of the functional fiber inserted into the melted material in step 9.1.2 remains in the now solidified material after
- Feature 11: Method according to one or more of
features 6 to 10 comprising step 10: removing the material that is not a solidified material afterstep 8 and / or afterstep 9 and / or step 9.1. - Feature 12: Method according to one or more of
features 2 to 11, comprising the step- - Tempering the actual temperature (ϑ wv ) of the heat spreader (
wv ) to a target heat distribution temperature (ϑ 1 ).
- - Tempering the actual temperature (ϑ wv ) of the heat spreader (
- Feature 13: Method for producing a three-dimensional body, in particular for additive manufacturing, characterized in that
- - That at least temporarily a method according to one or more of
features 1 to 12 is used and - - That at least one further method for producing three-dimensional bodies, in particular for additive manufacturing, is used to produce parts of the three-dimensional body, and
- - This further method is not a method according to one or more of
features 1 to 2 and / or features 4 to 12.
- - That at least temporarily a method according to one or more of
- Feature 14: Procedure according to
feature 13- - wherein the further method is a method of selective laser sintering and / or
- - The further process being a process of extruder-based additive manufacturing.
- Feature 15: Method according to one or more of
Features 2 to 14- - wherein the method comprises a plurality of radiators (
hk 1 tohk n ) used and - - at least at times in parallel or in succession to the first with the help of at least one first radiator of the plurality of radiators (
hk 1 tohk n ) a method according to one or more offeatures 2 to 14 is carried out and, secondly, with the aid of at least one second radiator of the plurality of radiators (hk 1 tohk n ), which is different from the first radiator, a method according to one or more offeatures 2 to 14 is carried out.
- - wherein the method comprises a plurality of radiators (
- Feature 16: Procedure according to feature 15
- - where at least the first radiator (
hk1 ) and the second radiator (hk2 ) are thermally insulated from each other. Thermally insulated means that the temperature of the first radiator (hk1 ) the temperature of the second radiator (hk2 ) preferably influenced so little that this is of subordinate importance for the work result.
- - where at least the first radiator (
- Feature 17: Method according to one or more of
features 2 to 16 and according tofeature 6 or according tofeature 1, whereby the functional fiber (ff ) is one or more of the following fibers or where the functional fiber (ff ) comprises one or more of the following fibers and / or materials:- - a fiber optic cable,
- - a carbon fiber,
- - an optical fiber,
- - a fiber made of metallic glass,
- - a wire, in particular comprising steel or copper or brass or silver or gold or platinum or tungsten or an alloy or another metal,
- - a shape memory wire, especially a Nitiol wire,
- - a plastic wire,
- - a plastic fiber,
- - a strand,
- - a fabric tape,
- - a natural fiber,
- - a tube or other linear fluidic device,
- - a flexible, in particular ribbon-shaped electrical circuit,
- - an RFID system,
- a sensor element, in particular a strain gauge or an optical waveguide with an optically active section, in particular with a quantum dot, in particular with an NV center,
- - an actuator, in particular a heating wire or a cooling element or a wire with a memory Effect (shape memory wire) or a ferromagnetic wire,
- - a wire or a braid or a fiber with at least locally ferromagnetic properties.
- Feature 18: procedure (
35 ) according to one or more offeatures 2 to 17 and according tofeature 6,- - wherein the functional fiber after the insertion of the functional fiber into the melted material in the melting area during step 9.1 or during
step 6 in at least one area has a curvature other than zero with an axis of curvature. (Kitchen sink).
- - wherein the functional fiber after the insertion of the functional fiber into the melted material in the melting area during step 9.1 or during
- Feature 19: method according to one or more of
features 1 to 18,- - where the material of the layer (
pw ) contains one or more of the following substances:- - a plastic, in particular a thermoplastic,
- - a metal,
- - a ceramic and / or material that becomes ceramic during a firing process,
- - aluminum,
- - a glass,
- - iron,
- - copper,
- - Gold,
- - platinum,
- - titanium,
- - vanadium,
- - neodymium,
- - vanadium,
- - steel and / or stainless steel,
- - a composite material,
- - a semiconductor,
- - a radioactive material,
- - an electrically conductive material,
- - an optically transparent material,
- - a colored material,
- - a ferromagnetic material and / or a ferromagnetic material component,
- - a material soluble in a solvent and / or a material component soluble in a solvent, in particular the first material of the layer (
pw ) is not soluble in the solvent.
- - where the material of the layer (
- Feature 20: procedure (
36 ) for the modification of a three-dimensional body, in particular for the additive manufacturing of composite materials, comprising the steps- Step I: Providing a workpiece (
pw ) from a first material and a surface (open ); - Step II: bringing in a radiator (
hk ) to the surface (open ); Step III: warming up the first material of the workpiece (pw ) on the surface (open ) in the area of the radiator (hk ) in a warm-up area (a )- - by electromagnetic radiation emitted by the radiator (
hk ) is emitted or transmitted through the radiator, and / or - - by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - - through direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - - through heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece;
- - by electromagnetic radiation emitted by the radiator (
- Step IV: melting a part of the first material in the warming-up area in a melting area within the warming-up area as a result of the warming-up in step III to form melted first material;
- Step V: moving the radiator (
hk ) during the melting of part of the first material,- - this shifting at a first speed (
v1 ) parallel to the contour of the surface (open ) takes place and - - In particular, this shift can be a change in the position and / or orientation of the heating element using rotational and / or translational degrees of freedom and
- - feeding a functional fiber (
ff ) during the translational shift and - - Insertion of the functional fiber (
ff ) into the melted first material in the melting area and - - whereby by this shift at least part of the melted first material with the inserted functional fiber (
ff ) leaves the warm-up area and enters a cooling area created by displacement;
- - this shifting at a first speed (
- Step VI: solidification of this melted first material into solidified first material in this cooling area created by displacement.
- Step VII: finishing the melting, in particular
- - by lowering the intensity of the electromagnetic radiation emitted by the radiator (
hk ) is emitted or transmitted through the radiator, and / or - - by reducing the heat transport by means of convection from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - - by ending the direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - - by terminating or reducing the heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece, whereby the melting area in each case becomes a cooling area;
- - by lowering the intensity of the electromagnetic radiation emitted by the radiator (
- Step VIII: solidification of the melted first material to solidified first material in the cooling area.
- Step I: Providing a workpiece (
- Feature 21: procedure (
37 ) according to feature 20 with the step- Step VI: Feeding the functional fiber (
ff ) parallel to step V at a second speed (v2 ), which is essentially equal to the first speed (v1 ) while step V.
- Step VI: Feeding the functional fiber (
- Feature 22: Method according to one or more of features 20 to 21 wherein the functional fiber (
ff ) through the radiator (hk ) is brought to a third process temperature (ϑ 3 ). - Feature 23: Method according to Feature 22 wherein the functional fiber (
ff ) is used as a heat conduction device. - Feature 24: procedure (
38 ) according to one or more of the features 20 to 23 with the step:- Step V.II: severing, in particular mechanical severing, of the functional fiber (
ff ) in the form that a part of the functional fiber (ff ) remains in the solidified first material.
- Step V.II: severing, in particular mechanical severing, of the functional fiber (
- Feature 25: A method for producing a three-dimensional body, in particular for additive manufacturing, characterized in that
- - That at least temporarily a method according to one or more of the features 20 to 24 is used and
- - that at least one further process for the production of three-dimensional bodies, in particular for additive manufacturing, is used to produce parts of the workpiece (
pw ) as a three-dimensional body, and - - this further method not being a method according to one or more of features 20 to 24.
- Feature 26: Procedure according to feature 25
- - wherein the further method is a method of selective laser sintering and / or
- - The further process being a process of extruder-based additive manufacturing.
- Feature 27 Method according to one or more of
features 1 to 26, wherein the functional fiber (ff ) comprises one or more of the following materials, hereinafter referred to as the second material:- - a modification of the carbon and / or
- - A glass made of an electrical insulator or a metal or a silicon compound or a semi-metal and / or
- - a metal, in particular iron and / or copper and / or brass and / or bronze and / or silver and / or gold and / or platinum and / or tungsten and / or titanium and / or niobium and / or rare earths and / or Uranium and / or plutonium and / or thorium and / or germanium and / or silicon and / or palladium and / or indium and / or an alloy or another metal and / or a semi-metal and / or
- - a plastic and / or
- - a thermoplastic and / or
- - a thermoset and / or
- - a fibrous second material and / or
- - A ferromagnetic and / or permanent magnetic second material and / or
- - A ceramic second material and / or a primary material that can be converted into a ceramic material by firing and / or
- - a radioactive material.
- Feature 28: method according to one or more of
features 1 to 27,- - where the functional fiber (
ff ) comprises one or more of the following fiber types: - - a crystal fiber, especially asbestos,
- - a ceramic fiber,
- - a carbon fiber,
- - a glass fiber, in particular an optical waveguide,
- - a fiber made of metallic glass,
- - a wire,
- - a shape memory wire, especially a Nitiol wire,
- - a plastic and / or natural fiber,
- - a strand,
- - a fabric and / or fabric tape,
- - a tube or other linear fluidic device,
- - a flexible, in particular ribbon-shaped, electrical circuit,
- - an RFID system,
- a sensor element, in particular a strain gauge or an optical waveguide with an optically active section, in particular with a quantum dot, in particular with an NV center,
- - an actuator, in particular a heating wire or a cooling element or a wire with a memory effect (shape memory wire) or a ferromagnetic wire,
- - A wire or a braid or a fiber or a fabric with at least locally ferromagnetic and / or permanent magnetic properties.
- - where the functional fiber (
- Feature 29: method according to one or more of
features 1 to 28,- - where at least part of the functional fiber (
ff ) after insertion represents an electrical component, in particular a coil or antenna.
- - where at least part of the functional fiber (
- Feature 30. The method according to one or more of
claims 1 to 29,- - where the functional fiber (
ff ) or at least the part of the functional fiber (ff ) to be inserted has a melting or decomposition temperature that is above the second process temperature (ϑ 2 ).
- - where the functional fiber (
- Feature 31: Method according to one or more of features 20 to 30
- - where the material of the workpiece (
pw ) contains one or more of the following substances: - - plastic, especially thermoplastics,
- - metal,
- - aluminum,
- - a glass,
- - iron,
- - a composite material,
- - a semiconductor material,
- - a ferromagnetic material and / or a ferromagnetic material component,
- a material soluble in a solvent and / or a material component soluble in a solvent.
- - where the material of the workpiece (
- Feature 32: radiator (
dhk ) (19th ) for a device for additive manufacturing- - where the radiator (
dhk ) optical for electromagnetic heating radiation, in particular the heating radiation of a laser beam (LLB1 ,LB2 ) is transparent.
- - where the radiator (
- Feature 33: radiator (
dhk ) (16 ) for a device for additive manufacturing- - where in the material of the radiator (
dhk ) a temperature sensor (ts ) is integrated.
- - where in the material of the radiator (
- Feature 34: radiator (
dhk ) (16-18 ) for a device for additive manufacturing- - where in the material of the radiator (
dhk ) an actuator, especially a heater (hz2 ) is integrated.
- - where in the material of the radiator (
- Feature 35: radiator (
dhk ) (17-18 ) for a device for additive manufacturing, in particular according to feature 32 and / or 33 and / or 34,- - where the material of the radiator (
dhk ) Includes diamond.
- - where the material of the radiator (
- Feature 36: radiator (
dhk ) (16-18 ) for a device for additive manufacturing- - where the radiator (
dhk ) a continuous channel (kn ) and - - where the radiator (
dhk ) has a third material that makes this channel (kn ) along a hollow cylinder of the channel (kn ) encloses and - - where the radiator (
hk ) two opposite openings (o1 ,o2 ) in its third material, which has the beginning and the end of the channel (kn ) form, and - - where a second material, in particular in the form of a functional fiber (
ff ), in this channel (kn ) through the first opening (o1 ) can be introduced into the first material and out of the canal (kn ) through the second opening (o2 ) can be found in the third material and - - wherein the third material is at least partially electrically insulating at operating temperature and
- - wherein the third material is thermally conductive and
- - wherein the third material is electrically conductive locally in first regions of the third material by local modification at operating temperature or is converted locally in first regions of the third material into a third electrically conductive material by local modification and
- - where the second material is on or in the workpiece (
pw ) is deposited.
- - where the radiator (
- Feature 37: device (
16-18 ) according to feature 36- - with at least one of these first areas as a second heating device (
hz2 ) is used.
- - with at least one of these first areas as a second heating device (
- Feature 38: device (
17th ) according to feature 36 and / or 37- - At least one of these first areas is used as a temperature sensor.
- Feature 39: device (
17-18 ) according to one or more of the features 36 to 38- - At least one working step of the modification being an ion implantation of atoms and / or molecules into the third material in the first regions.
- Feature 40: device (
17-18 ) according to one or more of features 36 to 39- - wherein the third material is or has diamond.
- Feature 41: device (
17-18 ) according to one or more of features 36 to 40- - wherein the third material comprises graphite and / or completely or partially amorphized carbon.
- Feature 42: device (
17-18 ) according to one or more of features 36 to 41- - wherein the third material comprises an electrically doped, in particular p-doped, third material.
- Feature 43: Device characterized in that it has means (
hkl ,hk2 , wv) in order to carry out one or more of the methods according to one or more offeatures 1 to 31. - Feature 44: device (
23 ) for the production of a three-dimensional body, especially for additive manufacturing,- - with a radiator (
hk ), in particular according to one or more of features 32 to 42, and - - with one channel (
kn ) and, - - with a feeding device and
- - with a workpiece,
- - where the workpiece has a surface (
open ) and - - where the radiator (
hk ) the channel (kn ) and - - where the radiator (
hk ) is provided and suitable for locally selectively removing the solid material of the workpiece (pw ) - - by infrared radiation from the radiator (
hk ) and or - - by electromagnetic radiation emitted by the radiator (
hk ) is transmitted through, and / or - - by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece and / or - - through direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (open ) of the workpiece and / or - - by heat transport by means of a heat conduction device, in particular by means of a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the new interface (open ) to melt locally to a melting area and - - the feed device interacting with the channel (
kn ) and the radiator (hk ) is suitable and intended to use a functional fiber (ff ) through the canal (kn ) to be introduced into the melting area.
- - with a radiator (
- Feature 45: device (
23 and26th ) according to feature 44- - where the radiator (
hk ) on a positioning device (SP ,B. ,M. ) is appropriate, - - where the positioning device (
SP ,B. ,M. ) the translational positioning of the radiator (hk ) with at least one degree of freedom, in particular along a linear or curved line, corresponding to an absolute or relative translational position that can be specified by a computer system and / or - - where the positioning device (
SP ,B. ,M. ) the rotational positioning of the radiator (hk ) with at least one degree of freedom, in particular a rotation around an axis of the radiator (hk ), according to an absolute or relative rotary position that can be specified by a computer system.
- - where the radiator (
- Feature 46: device (
26th ) according to feature 45,- - where the device has more than two, in particular six or more than six, controllable axes (
a1-a6 , AC).
- - where the device has more than two, in particular six or more than six, controllable axes (
- Feature 47: Device according to one or more of features 43 to 44
- - with a heat spreader (
wv ) and - - where the heat spreader (
wv ) is provided and suitable that a layer (pw ) is applied to it from a first material, and - - where this layer (
pw ) at least partially the workpiece (wst ) represents.
- - with a heat spreader (
- Feature 48: Device according to one or more of features 43 to 47
- - where the workpiece (
wst ) is attached to a positioning device, - - where the positioning device is the translational positioning of the workpiece (
wst ) with at least one degree of freedom, in particular along a linear or curved line, corresponding to an absolute or relative translational position that can be specified by a computer system and / or - - where the positioning device is the rotational positioning of the workpiece (
wst ) with at least one degree of freedom, in particular a rotation around an axis of the workpiece (wst ), according to an absolute or relative rotary position that can be specified by a computer system.
- - where the workpiece (
- Feature 49: workpiece characterized by
- - that it was manufactured using a method according to one or more of
features 1 to 31, and / or, - that it was manufactured using a device according to one or more of features 32 to 48.
- - that it was manufactured using a method according to one or more of
- Feature 50: Material characterized by
- - that it was manufactured using a method according to one or more of
features 1 to 31, and / or, - that it was manufactured using a device according to one or more of features 32 to 48.
- - that it was manufactured using a method according to one or more of
- Feature 51: Device for three-dimensional printing by means of selective sintering and / or melting
- - With a first group of sub-devices for performing a selective laser sintering process and
- - Marked with a second group of sub-devices for performing a thermal transfer sintering process (English: Selective Heat Sintering Process (SLS))
- - by a dividing device for inserting functional bevels (
ff ) during a sintering or melting process.
- Feature 52: Device according to feature 51
- - with a process chamber (
pk ) and - - with a dividing device for inserting functional bevels (
ff ) and - - with a positioning device for this sub-device for inserting functional bevels (
ff ), - - with a functional fiber feed device (
ar ,pr ), which are part of the dividing device for inserting functional bevels (ff ) is - - where the process chamber (
pk ) can be tempered to a process chamber temperature (ϑ 3), - - where the functional fiber feed device (
ar ,pr ) the advance of the functional fiber (ff ) when inserting the functional fiber (ff ) accomplished, - - wherein the positioning device is the partial device for inserting functional bevels (
ff ) within the process chamber (pk ) positioned and - - where the motor or motors of the positioning device outside the process chamber (
pk ) are placed and - - where the motor or motors of the functional fiber feed device (
ar ,pr ) outside the process chamber (pk ) are placed and - - the device being mechanical means, in particular shafts and / or splined shafts (
kwl ,kw2 ,kw3 ), for the transport of mechanical energy from the motor or motors (M. ) the positioning device to the feed device (SP ) of the positioning device and - - the device being mechanical means, in particular shafts and / or splined shafts (
kwl ,kw2 ,kw3 ), for the transport of mechanical energy from the motor or motors (VSM ) the functional fiber feed device (ar ,pr ) to the functional fiber feed device (ar ,pr ) having.
- - with a process chamber (
- Feature 53: Device according to feature 52
- - where the feed device (
SP ) the positioning device by means of a second bevel gear (kz2 ) and a fourth bevel gear (kz4 ) and a second splined shaft (kw2 ) with the engine or engines (M. ) the positioning device is mechanically coupled.
- - where the feed device (
- Feature 54: Device according to feature 52 and / or feature 53
- - where the functional fiber feed device (
ar ,pr ) by means of a first splined shaft (kw1 ) and a first bevel gear (kz1 ) and a third bevel gear (kz3 ) and a third splined shaft (kw3 ) and with the engine or engines (VSM ) the functional fiber feed device (ar ,pr ) is mechanically coupled.
- - where the functional fiber feed device (
- Feature 55: functional fiber (
ff ) for inserting into the material of a workpiece by means of a method according to one or more offeatures 1 to 31 and / or for use with a device according to one or more of features 32 to 36 for use in a device according to one or more of features 37 to 48 and / or for use in a device according to one or more of features 51 to 54 - Feature 56: procedure (
69 ) for embedding a functional fiber (ff ) into a workpiece- - where the workpiece (
wst ) a surface (of ) and - - where the material on the surface (
of ) of the workpiece (wst ) may include unsolidified and solidified areas, comprising the steps - - selective melting and solidification of the material of the workpiece (
wst ) on the surface (of ) of the workpiece; - - application of a first layer (
npw ) on the surface (of ) of the workpiece (wst ); - - selective melting and solidification of the first layer (
62 ,64 ) with at least partial insertion of a functional fiber (ff ) into the melt during melting; - - application of a second layer (
npw ) on the surface (of ) of the workpiece (wst ); - - selective melting and solidification of the second layer (
62 ,64 ) in the area of the inserted functional fiber (ff ) so that this functional fiber (ff ) is at least partially enclosed by the solidified region of the material of the first layer and the solidified material of the second layer;
- - where the workpiece (
- Feature 57: procedure (
70 ) for embedding a functional fiber (ff ) into a workpiece- - where the workpiece (
wst ) a surface (of ) and - - where the material on the surface (
of ) of the workpiece (wst ) may include unsolidified and solidified areas, comprising the steps - - selective melting and solidification of the material of the workpiece (
wst ) on the surface (of ) of the workpiece; - - selective melting and solidification of the material of the workpiece on the surface of the workpiece (
62 ,64 ) with at least partial insertion of a functional fiber (ff ) into the melt during melting; - - application of a first layer (
npw ) on the surface (of ) of the workpiece (wst ); - - selective melting and solidification of the first layer (
62 ,64 ) in the area of the inserted functional fiber (ff ), so that this functional fiber (ff) is at least partially enclosed by the solidified area of the material of the first layer and the solidified material of the workpiece on the surface of the workpiece;
- - where the workpiece (
- Feature 58: Method of embedding a functional fiber (
ff ) into a workpiece- - where the workpiece (
wst ) a surface (of ) and - - where the material on the surface (
of ) of the workpiece (wst ) may include unsolidified and solidified areas, comprising the steps - - selective melting and solidification of the material of the workpiece on the surface of the workpiece (
62 ,64 ) with at least partial insertion of a functional fiber (ff ) into the melt during melting, so that this functional fiber (ff ) is at least partially enclosed by the solidified area of the solidified material of the workpiece on the surface of the workpiece-
- - where the workpiece (
- Feature 59: A method for selective sintering, in particular for selective laser sintering, comprising the steps
- - Interrupting the selective sintering process;
- - Provision of a functional fiber;
- - Positioning the functional fiber relative to the workpiece;
- - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber;
- - Optional separation of the functional fiber;
- - Continuation of the selective sintering process.
- - Interrupting the selective sintering process;
- Feature 60: Fused Deposition Modeling (FDM) method, comprising the steps
- - Interrupting the FDM process of manufacturing a workpiece (
wst );- - Provision of a functional fiber (
ff ); - - Positioning the functional fiber (
ff ) relative to the workpiece (wst ); - - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ); - - Optional separation of the functional fiber
- - Continue the FDM process.
- - Provision of a functional fiber (
- - Interrupting the FDM process of manufacturing a workpiece (
- Feature 61: Additive manufacturing method, comprising the steps
- - Interrupting a basic process of additive manufacturing of a workpiece (
wst ); - - Provision of a functional fiber (
ff ); - - Positioning the functional fiber (
ff ) relative to the workpiece (wst ); - - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ); - - Optional separation of the functional fiber
- - Continue the basic process of additive manufacturing;
- - Interrupting a basic process of additive manufacturing of a workpiece (
- Feature 62: Procedure according to feature 61
- - whereby the basic procedure is a procedure of the VDI 3405 and / or the
DIN EN ISO / ASTM 52900: 2018 - - where the basic procedure is one of the following procedures or a modification of the following procedures:
- Stereolithography (SL), laser sintering (LS), selective laser sintering (SLS), laser beam melting (SLM = Selective Laser Melting, also: Laser Beam Melting = LBM), electron beam melting (Electron Beam Melting = EBM), Fused Layer Modeling / Manufacturing (FLM or Fused Filament Fabrication (FFF)) Multi-Jet Modeling (MJM), Poly-Jet Modeling (PJM), 3-D printing (3DP, also Binder Jetting), Layer Laminated Manufacturing (LLM ), Digital Light Processing (DLP), Thermal Transfer Sintering (TTS), Metal Laminated Tooling (MELATO), Continuous Liquid Interface Production (CLIP), Selective Heat Sintering (SHS), Laser Metal Deposition (LMD), Wax Deposition Modeling (WDM), Contour crafting, cold gas spraying or metal powder application processes (MPA), lithography-based ceramic manufacturing (LCM), 3D screen printing, 3D inkjet printing, especially optical elements, light-controlled electrophoretic deposition, SDS processes (shaping-debinding-sintering), Production of metallic green bodies by means of Fused deposition modeling / fused layer modeling or material extrusion, two-photon lithography, Arburg plastic freeforming, screw extrusion additive manufacturing (SEAM).
- - whereby the basic procedure is a procedure of the VDI 3405 and / or the
- Feature 63 Method according to feature 61 and / or 62
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ) is done by at least one of the following methods: - - at least partial melting of a surface (
of ) of the workpiece and inserting at least part of the functional fiber (ff ) into the melt and solidification of the melt and / or - - Fixing the functional fiber to a surface (
of ) of the workpiece (wst ) by means of a fastening means, in particular by means of an adhesive, and / or - - Clamping and / or inserting the functional fiber (
ff ) on or in a clamping or holding structure structure on the surface of the workpiece (wst ), in particular in a groove in the workpiece, the clamping or holding structure structure possibly only being able to exist temporarily during the additive manufacturing process, and / or - - Fixing or stapling or nailing down the functional fiber (
ff ) on the surface of the workpiece (ff ) by means of a fastening aid, in particular a clip or a nail or a clamp, and / or - - Knotting the functional fiber with a fiber holding structure, for example a hook or a post, on the surface of the workpiece (
wst ), the fiber holding structure possibly only being able to exist temporarily during the additive manufacturing process, and / or - - Sewing the functional fiber to a part of the workpiece, whereby the functional fiber is used as a sewing thread, and / or sewing the functional fiber to a part of the workpiece, whereby the functional fiber (
ff ) is used as a sewing thread and as an upper thread together with another fiber as a lower thread and / or where the functional fiber (ff ) is used as a sewing thread and as a bobbin thread together with another fiber as an upper thread, and the other fiber can also be a functional fiber.
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
- Feature 64: Method according to one or more of features 59 to 63
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ) the steps - - at least local melting of the surface (
of ) of the workpiece (wst ) to a melt and - - Insertion of the functional fiber (
ff ) into the melt and - - Restricting the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ) by solidifying the melt.
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
- Feature 65. Method according to one or more of features 59 to feature 64
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
ff ) the step - - Attaching the functional fiber (
ff ) on or in the surface (of ) of the workpiece (wst ) includes.
- - where the restriction of the degrees of freedom of the functional fiber (
- Feature 66: The method of feature 65 wherein the securing by
- - Gluing, in particular using an adhesive and / or
- - welding and / or
- - Soldering, in particular with the formation of a eutectic, and / or
- - Melting takes place according to one or more of the methods according to one or more of
features 1 to 31 and / or according to one or more of the methods according to one or more of features 56 to 58.
- Feature 67: functional fiber (
ff ) or strand made of functional fibers (ff )- - where the functional fiber (
ff ) or the strand made of functional fibers (ff ) with a size (SL ) is provided and - - where the plain (
SL ) of the functional fiber during an insertion process of the functional fiber (ff ) into a workpiece (wst ) to the material of the surface (of ) of the workpiece (wst ) at least in some areas of this surface (of ) a meniscus (mi) with a contact angle (χ ) that is smaller than 90 °.
- - where the functional fiber (
- Feature 68: functional fiber (
ff ) or strand made of functional fibers (ff )- - where the surface of the functional fiber (
ff ) is designed in such a way, especially wetting, that the melt of the material of a surface (of ) of a workpiece (wst ) during an insertion process of the functional fiber (ff ) in this surface (of ) of the workpiece (wst ) to the material of the surface of the functional fiber (ff ) at least in some areas of this surface of the functional fiber (ff ) a meniscus (mi) with a contact angle (χ ) that is smaller than 90 °.
- - where the surface of the functional fiber (
Vorteiladvantage
Solche Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, erlauben die Einbettung funktionaler Fasern in Form von Funktionsfasern (
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Die Figuren zeigen beispielhaft vereinfacht wesentliche Teile der vorgeschlagenen Vorrichtungen und der Verfahren.The figures show, by way of example, simplified essential parts of the proposed devices and methods.
Figur 1Figure 1
Auf den Wärmeverteiler (
Ein Heizkörper (
Der Heizkörper (
Der Heizkörper (
Bevorzugt ist die ganze Vorrichtung in einer Prozesskammer (
Neben der hier gezeigten Positioniervorrichtung (
Wie später klarwerden wird (
Bevorzugt steuert der Rechner den Stromwert des ersten elektrischen Heizstroms und des zweiten elektrischen Heizstroms u.a. in Abhängigkeit von Position und Orientierung des Heizkörpers.The computer preferably controls the current value of the first electrical heating current and of the second electrical heating current as a function of the position and orientation of the heating element, among other things.
Figur 2Figure 2
Es erfolgt nun ein Aufwärmen des ersten Materials der Schicht (
Natürlich ist auch eine zeitlich dynamische Veränderung der zweiten Prozesstemperatur (ϑ2) möglich, um einen funktionsäquivalenten Effekt zu erzielen, der das Anheben des Wärmeverteilers (
Sind die erste Prozesstemperatur (ϑ1) und die zweite Prozesstemperatur (ϑ2) geeignet gewählt, so kommt es nun zu einem Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials der Schicht (
Das Aufschmelzen kann ggf. auf ein Sintern beschränkt sein.Melting can possibly be limited to sintering.
Figur 3Figure 3
Dieser Aufschmelzprozess wird dann wieder definiert beendet. Dies zeigt
Dieses Beenden des Aufschmelzprozesses kann auf verschiedene Arten geschehen. Bevorzugt wird die Maßnahme, die das Aufschmelzen initiierte, wieder rückgängig gemacht.This termination of the melting process can be done in various ways. The measure that initiated the melting is preferably reversed.
Wurde das Aufschmelzen u.a. durch eine Verringerung des ersten Abstands (
Wurde das Aufschmelzen u.a. durch eine Erhöhung der zweiten Prozesstemperatur (ϑ2) des Heizkörpers (
Der aufgeschmolzene Bereich (
Figur 4Figure 4
Die
Die
Der erste Heizkörper (
Der zweite Heizkörper (
Somit entspricht die Ausgangssituation für den ersten Heizkörper (
Bei geeigneter Ansteuerung kann diese Mehrzahl an Heizkörpern (
Figur 5Figure 5
Nun kann beispielsweise der erste der beiden beispielhaften Heizkörper (
Wird beispielsweise der erste Heizkörper (
Stattdessen und/oder parallel dazu kann auch der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (
Wird beispielsweise der zweite Heizkörper (
Figur 6Figure 6
Ist der Prozess des Aufschmelzens entsprechend
Wurde beispielsweise der erste Heizkörper (
Wurde beispielsweise der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (
Figur 7Figure 7
Nun können beispielsweise der erste und der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (
Wird beispielsweise der erste Heizkörper (
Parallel dazu kann auch der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (
Wird somit beispielsweise der zweite Heizkörper (
Diese Situation mit zwei aktiven Heizkörpern (
Figur 8Figure 8
Ist der Prozess des Aufschmelzens entsprechend
Wurde beispielsweise der erste der beiden beispielhaften Heizkörper (
Wurde beispielsweise der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (
Diese Situation mit zwei zuvor aktiven Heizkörpern (
Figur 9Figure 9
Das Bild der
Figur 10Figure 10
Nachdem die gesamte Schmelze sich verfestigen konnte, kann nun weiteres Material, beispielsweise mittels einer Rakel (
Figur 11Figure 11
Nach Abschluss des Auftrags der neuen Schicht (
Statt des Auftragens mittels der Rakel (
Figur 12Figure 12
Die Darstellung der
Figur 13Figure 13
Die Darstellung der
Figur 14Figure 14
Die Darstellung der
Figur 15Figure 15
Die
Figur 16Figure 16
Figur 17Figure 17
Figur 18Figure 18
Figur 19Figure 19
Figur 20Figure 20
Die
Figur 21Figure 21
Figur 22Figure 22
Figur 23Figure 23
Die
Die Zuführeinheit, die die Funktionsfaser (
Eine beispielhaft dargestellte Abschneid- und Trennvorrichtung (
Durch die Verwendung eines weiteren vierten Heizkörpers (
Figur 24Figure 24
Auf diesem Bild ist die Funktionsfaser (
Figur 25Figure 25
Figur 26Figure 26
Figur 27Figure 27
Schritt A:Step A:
Bereitstellen einer Oberfläche (
Schritt B:Step B:
Heizen des Heizkörpers (
Schritt C:Step C:
Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (
- • durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (
hk ) und/oder - • durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (of ) und/oder - • durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (of ) und/oder - • durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (of ).
- • by infrared radiation from the radiator (
hk ) and or - • by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the surface (of ) and or - • through direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (of ) and or - • by heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the surface (of ).
Die Position des Heizkörpers (
Bei gekrümmten Oberflächen (
For curved surfaces (
Schritt D:Step D:
Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (
Schritt E:Steps:
Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (
Schritt F:Step F:
Beenden des Aufschmelzens durch Verminderung des Energietransports vom Heizkörper (
Schritt G:Step G:
Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (
Figur 28Figure 28
Schritt 1
Bereitstellen eines Wärmeverteilers (
Schritt 2
Aufbringen einer Schicht (
Schritt 3
Heranführen eines Heizkörpers (
Schritt 4
Heizen des Heizkörpers (
Schritt 5
Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (
Schritt 6
Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (
Schritt 7
Beenden des Aufschmelzens durch Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereichs unter den Schmelzpunkt. Dies kann
- • durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (
hk ) von der neuen Oberfläche (ofn ) und/oder - • durch Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (
hk ) unter die zweite Prozesstemperatur (ϑ2), wodurch jeweils der Aufschmelzbereich (b ) zu einem Erstarrungsbereich (c ) wird, erfolgen.
- • by finally removing the radiator (
hk ) from the new interface (open ) and or - • by lowering the temperature of the radiator (
hk ) below the second process temperature (ϑ 2 ), whereby the melting area (b ) to a solidification area (c ) will take place.
Schritt 8:Step 8:
Nach dem Absenken der Temperatur im Aufschmelzbereich erfolgt das Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (
Figur 29Figure 29
Schritt 1:Step 1:
Bereitstellen eines Wärmeverteilers (
Schritt 2:Step 2:
Aufbringen einer Schicht (
Schritt 2a
Selektives Sintern oder Aufschmelzen des Materials der Schicht mittels eines Verfahrens des selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzen, insbesondere des selektiven Laser-Sinterns und/oder des selektiven Heat-Sinterns, zu gesintertem Material;Selective sintering or melting of the material of the layer by means of a method of selective sintering and / or melting, in particular selective laser sintering and / or selective heat sintering, to form sintered material;
Schritt 3
Heranführen eines Heizkörpers (
Schritt 4
Heizen des Heizkörpers (
Schritt 5
Aufwärmen des gesinterten Materials im Bereich des Heizkörpers (
Schritt 6
Aufschmelzen eines Teils des gesinterten Materials im Aufwärmbereich in einem Aufschmelzbereich innerhalb des Aufwärmbereiches infolge des Aufwärmens in Schritt 5 zu aufgeschmolzenem Material;Melting a part of the sintered material in the warming-up area in a melting area within the warming-up area as a result of the warming-up in
Schritt 7
Beenden des Aufschmelzens durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (
Schritt 8
Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Abkühlbereich.Solidification of the melted material to solidified material in the cooling area.
Figur 30Figure 30
Als Schritt 6 umfasst das Verfahren die zusätzliche translatorische Verschiebung des Heizkörpers (
Als Schritt 6 resultiert dann aus der sich ergebenden Temperaturabsenkung der Schmelze ein Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material in diesem Abkühlbereich.As
Das Einfügen dieser Schritte entspricht einem Übergang von
Figur 31Figure 31
Schritt 9 Verwendung der neuen Oberfläche (ofn ) als Oberfläche (of ) des Wärmeverteilers für zeitlich nachfolgende Schritte;Schritt 9 Erneute Durchführung des Schritts 2, wenn eine neue Lage begonnen werden soll, und/oder des Schritts 2a, wenn lediglich ein anderer Bereich der Oberfläche (of ) der Schicht (pw ) bearbeitet werden soll.;Schritt 9 ggf. erneute Durchführung des Schritts 3, wenn ein anderer Bereich der Oberfläche (of ) der Schicht (pw ) bearbeitet werden soll;Schritt 9 Erneute Durchführung des Schritts 4;Schritt 9 Erneute Durchführung des Schritts 5;Schritt 9 Erneute Durchführung des Schritts 6;- Schritt 9.1 ggf. erneute Durchführung des Schritts 6;
- Schritt 9.2 ggf. erneute Durchführung des
Schritts 6. Dieser Schritt entfällt, wenn nur ein punktförmiger Bereich aufgeschmolzen werden soll; Schritt 9 ggf. erneute Durchführung des Schritts 7 Dieser Schritt entfällt, wenn nur ein punktförmiger Bereich aufgeschmolzen werden soll;Schritt 9 erneute Durchführung des Schritts 8;Schritt 9 ggf. ErneuteDurchführung der Schritte 9 bis 9.8 und/oder erneute Durchführung der Schritte 9 bis 9.8 (neue Lage) und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9 bis 9.8 (neue Funktionsfaser / neuer Aufschmelzbereich).
-
Step 9 using the new surface (open ) as a surface (of ) the heat spreader for subsequent steps; -
Step 9Repeat step 2 if a new layer is to be started and / orstep 2a if only another area of the surface (of ) the shift (pw ) should be edited .; -
Step 9, if necessary, repeatstep 3 if another area of the surface (of ) the shift (pw ) should be processed; -
Step 9Repeat step 4; -
Step 9Repeat step 5; -
Step 9Repeat step 6; - Step 9.1, if necessary, repeat
step 6; - Step 9.2, if necessary, repeat
step 6. This step is not applicable if only a punctiform area is to be melted; -
Step 9Repeat step 7 if necessary. This step is not applicable if only a punctiform area is to be melted; -
Step 9repeat step 8; -
Step 9 If necessary, repeat steps 9 to 9.8 and / or repeatsteps 9 to 9.8 (new layer) and / or repeatsteps 9 to 9.8 (new functional fiber / new fused area).
Figur 32Figure 32
Die
Bevorzugt wird dabei die Funktionsfaser (
Figur 33Figure 33
Die Funktionsfaser (
Bei der Nutzung der Funktionsfaser (
Figur 34Figure 34
Figur 35Figure 35
Figur 36Figure 36
- Schritt I Bereitstellen eines Werkstücks (
pw ) aus einem ersten Material und einer Oberfläche (ofn ); - Schritt II Heranführen eines Heizkörpers (
hk ) an die Oberfläche (ofn ); - Schritt III Aufwärmen des ersten Materials des Werkstücks (
pw ) an der Oberfläche (ofn ) im Bereich des Heizkörpers (hk ) in einem Aufwärmbereich (a ). Dies kann insbesondere geschehen- • durch elektromagnetische Strahlung, die vom Heizkörpers (
hk ) z.B. als Infrarotstrahlung (2 ) oder als Laser-Strahlung emittiert wird (19 ) oder durch den Heizkörper transmittiert wird, und/oder - • durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - • durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - • durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks;
- • durch elektromagnetische Strahlung, die vom Heizkörpers (
- Schritt IV Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich in einem Aufschmelzbereich (
b ) innerhalb des Aufwärmbereiches (ab ) infolge des Aufwärmens in Schritt III zu aufgeschmolzenem, erstem Material; - Schritt V Verschiebung des Heizkörpers (
hk ) während des Aufschmelzens eines Teils des ersten Materials,- • wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
v1 ) parallel zur Kontur der Oberfläche (ofn ) erfolgt und - • wobei insbesondere diese Verschiebung eine Änderung der Position und/oder Orientierung des Heizkörpers unter Ausnutzung von rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgraden sein kann und
- • zuführen einer Funktionsfaser (
ff ) während der translatorischen Verschiebung und - • Einlegen der Funktionsfaser (
ff ) in das aufgeschmolzene erste Material im Aufschmelzbereich und - • wobei durch diese Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen ersten Materials mit der eingelegten Funktionsfaser (
ff ) den Aufwärmbereich verlässt und in einen durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich gelangt. Die mechanische Vorrichtung hierzu skizziert26 .
- • wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (
- Schritt VI Erstarren dieses aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material in diesem durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich.
- Schritt VII Beenden des Aufschmelzens; insbesondere
- • durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die vom Heizkörpers (
hk ) emittiert wird oder durch den Heizkörper transmittiert wird, und/oder - • durch Reduktion des Wärmetransports mittels Konvektion vom Heizkörper (
hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - • durch Beendigung des direkten mechanischen Kontakts zwischen Heizkörper (
hk ) und Oberfläche (ofn ) des Werkstücks (pw ) und/oder - • durch Beendigung oder Verminderung des Wärmetransports mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (
ff ), vom Heizkörper (hk ) zur Oberfläche (ofn ) des Werkstücks,
- • durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die vom Heizkörpers (
- Schritt VIII Erstarren des aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material im Abkühlbereich.
- Step I Provision of a workpiece (
pw ) from a first material and a surface (open ); - Step II bringing in a radiator (
hk ) to the surface (open ); - Step III warming up the first material of the workpiece (
pw ) on the surface (open ) in the area of the radiator (hk ) in a warm-up area (a ). This can happen in particular- • by electromagnetic radiation emitted by the radiator (
hk ) e.g. as infrared radiation (2 ) or emitted as laser radiation (19th ) or is transmitted through the radiator, and / or - • by heat transport by convection from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - • through direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - • by heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber, from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece;
- • by electromagnetic radiation emitted by the radiator (
- Step IV melting part of the first material in the warm-up area in a melting area (
b ) within the warm-up area (from ) as a result of the heating in step III to melted, first material; - Step V moving the radiator (
hk ) during the melting of part of the first material,- • where this shift occurs at a first speed (
v1 ) parallel to the contour of the surface (open ) takes place and - • where in particular this shift can be a change in the position and / or orientation of the heater using rotational and / or translational degrees of freedom and
- • feeding a functional fiber (
ff ) during the translational shift and - • Insertion of the functional fiber (
ff ) into the melted first material in the melting area and - • whereby at least part of the melted first material with the inserted functional fiber (
ff ) leaves the warm-up area and enters a cooling area created by displacement. The mechanical device for this is outlined26th .
- • where this shift occurs at a first speed (
- Step VI solidification of this melted first material to solidify first material in this cooling area created by displacement.
- Step VII ending the melting; especially
- • by lowering the intensity of the electromagnetic radiation emitted by the radiator (
hk ) is emitted or transmitted through the radiator, and / or - • by reducing the heat transport by means of convection from the radiator (
hk ) to the surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - • by ending the direct mechanical contact between the radiator (
hk ) and surface (open ) of the workpiece (pw ) and or - • by terminating or reducing the heat transport by means of a heat conduction device, in particular a functional fiber (
ff ), from the radiator (hk ) to the surface (open ) of the workpiece,
- • by lowering the intensity of the electromagnetic radiation emitted by the radiator (
- Step VIII Solidification of the melted first material to solidify first material in the cooling area.
Figur 37Figure 37
Figur 38Figure 38
Figuren 39 bis 49Figures 39 to 49
Die
Figur 39Figure 39
Figur 40Figure 40
Figur 41Figure 41
In einem zweiten Schritt wird nun eine neue Pulverschicht mit einer Dicke aufgetragen die dem zweiten Abstand (
Figur 42Figure 42
Die
Figur 43Figure 43
In der
Figur 44Figure 44
Figur 45Figure 45
Figur 46Figure 46
Die
Figur 47Figure 47
Figur 48Figure 48
Figur 49Figure 49
Figur 50Figure 50
Figur 51Figure 51
Figur 52Figure 52
Figur 53Figure 53
Zeigt ein Foto eines Schliffes, der der
Figur 54Figure 54
Figur 54A)Figure 54A)
Figur 54 B)Figure 54 B)
Der Schritt „Sintern des Bauteils“ ist hier modifiziert. Diese Modifikation des Schritts „Sintern des Bauteils“ ist in
Sofern in dieser Bauteilebene weitere Fasern eingebracht werden sollen, kann der Vorgang wiederholt werden.If further fibers are to be introduced in this component level, the process can be repeated.
Bevorzugt wird das Fasereinlegewerkzeug nach dem Einlegen der Fasern in eine typischerweise vorbestimmte Parkposition bis zum nächsten Einsatz gebracht.Preferably, after the fibers have been inserted, the fiber insertion tool is brought into a typically predetermined parking position until the next use.
Wenn eine Funktionsfaser (
- Ein Stück Funktionsfaser (
ff ) wird abgewickelt.
- A piece of functional fiber (
ff ) is processed.
Das abgewickelte Stück Funktionsfaser (
Die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
Ist der Vorgang des Einschränkens der Freiheitgrade abgeschlossen oder kurz davor abgeschlossen zu werden, so folgt das Trennen der Funktionsfaser (
Ggf. werden die Enden Funktionsfaser (
Erst dann erfolgt der Auftrag der nächsten Pulverschicht.Only then is the next layer of powder applied.
Figur 55Figure 55
Figur 55A)Figure 55A)
Das Diagramm nach Pirrung entspricht dem Stand der Technik.The Pirrung diagram corresponds to the state of the art.
Figur 55B)Figure 55B)
Der Schritt „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils“ ist hier modifiziert. Diese Modifikation des Schritts „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils“ ist in
Sofern in dieser Bauteilebene weitere Fasern eingebracht werden sollen, kann der Vorgang wiederholt werden.If further fibers are to be introduced in this component level, the process can be repeated.
Bevorzugt wird das Fasereinlegewerkzeug nach dem Einlegen der Fasern in eine typischerweise vorbestimmte Parkposition bis zum nächsten Einsatz gebracht.Preferably, after the fibers have been inserted, the fiber insertion tool is brought into a typically predetermined parking position until the next use.
Wenn eine Funktionsfaser eingelegt werden soll, dann werden also vor der Deponierung der nächsten Schicht auf dem Werkstück (
- Ein Stück Funktionsfaser (
ff ) wird abgewickelt.
- A piece of functional fiber (
ff ) is processed.
Das abgewickelte Stück Funktionsfaser (
Die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (
Ist der Vorgang des Einschränkens der Freiheitgrade abgeschlossen oder kurz davor abgeschlossen zu werden, so folgt das Trennen der Funktionsfaser (
Ggf. werden die Enden Funktionsfaser (
Erst dann erfolgt der Auftrag der nächsten Schicht mittels eines Extrudierverfahrens oder eines anderen Verfahrens der additiven Fertigung.Only then is the next layer applied using an extrusion process or another additive manufacturing process.
Figur 56Figure 56
Figur 57Figure 57
Figur 58Figure 58
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Start des Gesamtprozesses;Start of the overall process;
- 22
- Drucker mit genügend Pulver befüllen;Fill printer with enough powder;
- 2b2 B
- Drucker mit genügend Filament befüllen;Fill printer with enough filament;
- 33
- Arbeitsbereit-schaft des Druckers prüfen;Check that the printer is ready for operation;
- 44th
- Arbeitet die Maschine?;Is the machine working ?;
- 55
- Troubleshooting durchführen;Perform troubleshooting;
- 66th
- Bauteil in Baukammer platzieren;Place component in construction chamber;
- 77th
- Druckparameter einstellen;Set printing parameters;
- 88th
- Bauauftrag an Drucker übertragen;Transfer building order to printer;
- 99
- Aufheizung Bauraum, Vorbereitung Pulverbett;Heating installation space, preparation of powder bed;
- 9b9b
- Aufheizung Bauraum, Vorbereitung Heizbett;Heating installation space, preparation of heating bed;
- 1010
- Sintern des Bauteils;Sintering the component;
- 10b10b
- Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils;Extrusion or additive manufacturing of the component;
- 10.110.1
- Start des Unterprozesses „Sintern des Bauteils“;Start of the sub-process “sintering the component”;
- 10b.110b.1
- Start des Unterprozesses „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils“;Start of the sub-process "extrusion or additive manufacturing of the component";
- 10.210.2
- Soll Faser eingebracht werden?;Should fiber be introduced ?;
- 10.310.3
- Faser abwickeln;Unwind fiber;
- 10.410.4
- Faser relativ bewegen;Move fiber relatively;
- 10.510.5
- Freiheitsgrade einschränken;Restrict degrees of freedom;
- 10.610.6
- Faser trennen;Separate fiber;
- 10.710.7
- Letzte Faser?;Last fiber ?;
- 10.810.8
- Keine herausragenden Fasern, Faserintegrationseinheit und Baukammer in Ausgangsposition;No protruding fibers, fiber integration unit and building chamber in starting position;
- 10.910.9
- Pulverauftrag + Aufheizung + Sintern;Powder application + heating + sintering;
- 10b.910b.9
- Extrudieren bzw. additives Fertigen einer Schicht;Extrusion or additive manufacturing of a layer;
- 10.1010.10
- Letzte Schicht gesintert?;Last layer sintered ?;
- 10.1111/10
- Absenkung Bauplattform;Lowering of the building platform;
- 10b.1110b.11
- Absenkung Bauplattform oder Erhöhung des typischerweise vertikalen Abstands;Lowering the building platform or increasing the typically vertical distance;
- 10.1210.12
- Ende des Unterprozesses „Sintern des Bauteils“;End of the sub-process “sintering the component”;
- 10b.1210b.12
- Ende des Unterprozesses „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils“;End of the sub-process "extrusion or additive manufacturing of the component";
- 1111
- Abkühlvorgang;Cooling process;
- 1212th
- Bauteil aus Baukammer entfernen;Remove component from construction chamber;
- 1313th
- Sandstrahlen, Faserüberhänge;Sandblasting, fiber overhangs;
- 1414th
- Ende des Gesamtprozesses;End of the overall process;
- aa
- Aufwärmbereich;Warm-up area;
- a1a1
- erste Achse des Roboters;first axis of the robot;
- a2a2
- zweite Achse des Roboters;second axis of the robot;
- a3a3
- dritte Achse des Roboters;third axis of the robot;
- a4a4
- vierte Achse des Roboters;fourth axis of the robot;
- a5a5
- fünfte Achse des Roboters;fifth axis of the robot;
- a6a6
- sechste Achse des Roboters;sixth axis of the robot;
- A1A1
-
erster Anschluss des Widerstands (
R );first connection of the resistor (R. ); - A2A2
-
zweiter Anschluss des Widerstands (
R );second connection of the resistor (R. ); - abfrom
- aufgeschmolzener Bereich;melted area;
- ab1from1
- erster aufgeschmolzener Bereich;first melted area;
- ab2starting at 2
- zweiter aufgeschmolzener Bereich;second melted area;
- achOh
- Achse;Axis;
- alal
- optionale Aluminium Folie;optional aluminum foil;
- aofaof
-
alte Oberfläche der Schicht (
pw ) gehalten, die zuvor die neue Oberfläche (ofn ) war;old surface of the layer (pw ) that previously created the new surface (open ) was; - arar
- Antriebsrolle;Drive roller;
- avav
- Abschneid- und Trennvorrichtung;Cutting and separating device;
- bb
- Aufschmelzbereich (ist Teil des Aufwärmbereichs);Melting area (is part of the warm-up area);
- BB.
- Befestigungsmittel;Fasteners;
- cc
- Erstarrungsbereich;Solidification area;
- dd
- Verfestigungsbereich;Solidification area;
- d1d1
- erster Draht;first wire;
- dhkdhk
-
Heizkörper (
hk ) beispielsweise aus Diamant;Radiator (hk ) for example from diamond; - ee
-
Tiefe des Aufschmelzens des Materials der Schicht (
pw ) von der neuen Oberfläche (ofn ) ausgemessen;Depth of melting of the material of the layer (pw ) from the new interface (open ) measured; - ebeb
- Bereich der Erstarrung;Area of solidification;
- epep
- Einlegepunkt;Insertion point;
- ff
-
erster Abstand des Heizkörpers (
hk ) zur neuen Oberfläche (ofn ) des Wärmeverteilers (wv );first distance of the radiator (hk ) to the new interface (open ) of the heat spreader (wv ); - FF.
-
Anpresskraft der Andruckrolle für den Vorschub der Funktionsfaser (
ff ) gegen die typischerweise relativ zum Heizkörper (hk ) ortsfeste Antriebsrolle (ar ) als Gegenlager.Contact pressure of the pressure roller for the advance of the functional fiber (ff ) against the typically relative to the radiator (hk ) fixed drive roller (ar ) as a counter bearing. - f1f1
-
erster Abstand des ersten Heizkörpers (
hk1 ) zur neuen Oberfläche (ofn ) des Wärmeverteilers (wv );first distance of the first radiator (hk1 ) to the new interface (open ) of the heat spreader (wv ); - f2f2
-
erster Abstand des zweiten Heizkörpers (
hk2 ) zur neuen Oberfläche (ofn ) des Wärmeverteilers (wv );first distance of the second radiator (hk2 ) to the new interface (open ) of the heat spreader (wv ); - ffff
- Funktionsfaser;Functional fiber;
- fmfm
- Füllmaterial;Filling material;
- gG
-
zweiter Abstand (
g ) der Unterkante (uk ) der Rakel (rk ) zur alten Oberfläche (aof ) der Schicht (pw ) gehalten, die zuvor die neue Oberfläche (ofn ) war. Der zweite Abstand ist dabei die Dicke der neuen Schicht (npw );second distance (G ) the lower edge (uk ) the squeegee (rk ) to the old surface (aof ) the shift (pw ) that previously created the new surface (open ) was. The second distance is the thickness of the new layer (npw ); - hkhk
- Heizkörper;Radiator;
- hk1hk1
- erster Heizkörper;first radiator;
- hk2hk2
- zweiter Heizkörper;second radiator;
- hk4hk4
- vierter Heizkörper;fourth radiator;
- hz1hz1
- erste Heizvorrichtung;first heater;
- hz2hz2
- zweite Heizvorrichtung;second heater;
- hz21hz21
-
zweite Heizvorrichtung des ersten Heizkörpers (
hz1 );second heating device of the first radiator (hz1 ); - hz22hz22
-
zweite Heizvorrichtung des zweiten Heizkörpers (
hz2 );second heating device of the second radiator (hz2 ); - hz4hz4
-
vierte Heizvorrichtung des vierten Heizkörpers (
hk4 );fourth heater of fourth radiator (hk4 ); - K1K1
- erster Kontakt;first contact;
- K2K2
- zweiter Kontakt;second contact;
- K3K3
- dritter Kontakt;third contact;
- K4K4
- vierter Kontakt;fourth contact;
- K5K5
- fünfter Kontakt;fifth contact;
- K6K6
- sechster Kontakt;sixth contact;
- K7K7
- siebter Kontakt;seventh contact;
- K8K8
- achter Kontakt;eighth contact;
- klkl
- zweite Kühlvorrichtung;second cooling device;
- kl1kl1
-
zweite Kühlvorrichtung des ersten Heizkörpers (
hz1 );second cooling device of the first radiator (hz1 ); - kl2kl2
-
zweite Kühlvorrichtung des zweiten Heizkörpers (
hz2 );second cooling device of the second radiator (hz2 ); - knkn
-
Kanal für die Funktionsfaser (
ff );Channel for the functional fiber (ff ); - ktkt
-
Kante des Kanals (
kn );Edge of the channel (kn ); - kvkv
- erste Kühlvorrichtung;first cooling device;
- kz1kz1
- erstes Kegelzahnrad;first bevel gear;
- kw1kw1
- erste Keilwelle;first spline shaft;
- kw2kw2
- zweite Keilwelle;second spline shaft;
- kw3kw3
- dritte Keilwelle;third splined shaft;
- kz1kz1
- erstes Kegelzahnrad;first bevel gear;
- kz2kz2
- zweites Kegelzahnrad;second bevel gear;
- kz3kz3
- drittes Kegelzahnrad;third bevel gear;
- kz4kz4
- viertes Kegelzahnrad;fourth bevel gear;
- l1l1
- erste Gleitlagerhülse;first plain bearing sleeve;
- l2l2
-
zweites Lager der zweiten Keilwelle (
kw2 );second bearing of the second splined shaft (kw2 ); - l3l3
-
drittes Lager der dritten Keilwelle (
kw3 );third bearing of the third splined shaft (kw3 ); - LB1LB1
- erster Laser-Strahl;first laser beam;
- LB2LB2
- zweiter Laser-Strahl;second laser beam;
- IkIk
- elektrisch isolierender Lack oder funktionsäquivalente Schicht;electrically insulating varnish or functionally equivalent layer;
- IspIsp
- Spiegel;Mirror;
- MM.
- Motor;Engine;
- MiWed
- Meniskus der Benetzung;Meniscus of wetting;
- npwnpw
- neue Schicht;new layer;
- o1o1
- erste Öffnung;first opening;
- o2o2
- zweite Öffnung;second opening;
- ofof
-
erste Oberfläche des Wärmeverteilers (
wv );first surface of the heat spreader (wv ); - of2of2
-
zweite Oberfläche des Wärmeverteilers (
wv );second surface of the heat spreader (wv ); - ofnopen
-
neue Oberfläche des Wärmeverteilers (
wv ) durch Auftragen einer Schicht (pw ) des Materials;new surface of the heat spreader (wv ) by applying a layer (pw ) of the material; - pkpk
- Prozesskammer;Process chamber;
- prpr
-
Andruckrolle für den Vorschub der Funktionsfaser (
ff );Pressure roller for feeding the functional fiber (ff ); - pvpv
- erstarrte Pulverschicht;solidified powder layer;
- pwpw
-
Schicht (
pw ) aus einem Material auf die Oberfläche (of ) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn ) parallel zu der Oberfläche;Shift (pw ) made of a material on the surface (of ) with formation of a new surface (open ) parallel to the surface; - pwvpwv
- vorauslaufender Materialvorrat aus frischem Pulver für den Sinterprozess;leading material supply from fresh powder for the sintering process;
- RR.
- elektrischer Widerstand;electrical resistance;
- rkrk
- die Rakel;the squeegee;
- slsl
- Schlauch;Tube;
- SLSL
- Schlichte;Plain;
- SPSP
- Spindel;Spindle;
- ϑ1ϑ1
-
erste Prozesstemperatur. Dies ist die Soll-Prozesstemperatur des Wärmeverteilers (
wv );first process temperature. This is the target process temperature of the heat spreader (wv ); - ϑ2ϑ2
-
zweite Prozesstemperatur. Dies ist die Soll-Prozesstemperatur des Heizkörpers (
hk );second process temperature. This is the target process temperature of the radiator (hk ); - ϑ2aϑ2a
-
Prozesstemperatur des ersten Teilheizkörpers des Heizkörpers (
hk );Process temperature of the first partial radiator of the radiator (hk ); - ϑ2bϑ2b
-
Prozesstemperatur des zweiten Teilheizkörpers des Heizkörpers (
hk );Process temperature of the second part of the radiator (hk ); - ϑ21ϑ21
-
zweite Prozesstemperatur des ersten Heizkörpers (
hk1 );second process temperature of the first radiator (hk1 ); - ϑ21ϑ21
-
zweite Prozesstemperatur des zweiten Heizkörpers (
hk2 );second process temperature of the second radiator (hk2 ); - ϑ3ϑ3
-
dritte Prozesstemperatur. Dies ist die Soll Prozesstemperatur der Funktionsfaser (
ff ) vor dem Einlegen in die Schmelze;third process temperature. This is the target process temperature of the functional fiber (ff ) before being placed in the melt; - ϑ4ϑ4
-
vierte Prozesstemperatur. Dies ist die Prozesstemperatur der Prozesskammer (
pk ) oder die Prozesskammertemperatur;fourth process temperature. This is the process temperature of the process chamber (pk ) or the process chamber temperature; - ϑhkϑhk
-
Ist-Heizkörpertemperatur des Heizkörpers (
hk );Actual radiator temperature of the radiator (hk ); - ϑwvϑwv
-
Ist-Wärmeverteilertemperatur des Wärmeverteilers (
wv );Actual heat spreader temperature of the heat spreader (wv ); - tsts
- Temperatursensor;Temperature sensor;
- ukuk
-
Unterkante der Rakel (
rk );Lower edge of the squeegee (rk ); - wvwv
- Wärmeverteiler;Heat spreader;
- v1v1
-
erste Geschwindigkeit der Bewegung des Heizkörpers (
hk ) relativ zum Wärmeverteiler (wv );first speed of movement of the radiator (hk ) relative to the heat spreader (wv ); - v2v2
-
zweite Geschwindigkeit, mit der die Funktionsfaser (
ff ) dem Werkstück in Form der neuen Schicht (npw ) zugeführt wird.second speed at which the functional fiber (ff ) the workpiece in the form of the new layer (npw ) is supplied. - v3v3
-
dritte Geschwindigkeit, mit der die Rakel (
rk ) über die alte Oberfläche (aof ) bewegt wird;third speed at which the squeegee (rk ) over the old surface (aof ) is moved; - vbvb
- verfestigter Bereich;solidified area;
- vb1vb1
- erster verfestigter Bereich;first solidified area;
- vb2vb2
- zweiter verfestigter Bereich;second solidified area;
- vrvr
-
Vorratsrolle für die Funktionsfaser (
ff )Supply roll for the functional fiber (ff ) - VSMVSM
-
Motor für den Vorschub der Funktionsfaser (
ff ) in Richtung auf die Oberfläche (OF ) der Schicht (pw );Motor for feeding the functional fiber (ff ) towards the surface (OF ) the shift (pw ); - wstwst
-
Werkstück. Das Werkstück ist bevorzugt ein durch ein additives Herstellungsverfahren hergestelltes Objekt. Bevorzugt handelt es sich um einen Zwischenstand des Druckvorgangs des additiven Fertigungsprozesses. Im Sinne dieses Vorschlags ist aber auch die Verwendung anderer Werkstücke für den Einlegeprozess losgelöst vom Fertigungsprozess denkbar. Beispielsweise kann des Werkstück in einem solchen Fall ein Spritzgussteil oder ein Teil aus einem spanenden Fertigungsprozess sein, in dessen Oberfläche dann mit Hilfe eines Verfahrens, wie es hier vorgestellt wurde, Funktionsfasern (
ff ) eingelegt werden.Workpiece. The workpiece is preferably an object manufactured by an additive manufacturing method. It is preferably an intermediate status of the printing process of the additive manufacturing process. In the sense of this proposal, however, the use of other workpieces for the insertion process is also conceivable, detached from the manufacturing process. For example, in such a case, the workpiece can be an injection-molded part or a part from a machining production process, in its surface then with the help of a process as presented here, functional fibers (ff ) be inserted. - χχ
- Kontaktwinkel;Contact angle;
Relevante SchriftenRelevant writings
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102010015199 B9 [0252]DE 102010015199 B9 [0252]
- US 9579851 B2 [0264]US 9579851 B2 [0264]
- US 10099427 B2 [0265]US 10099427 B2 [0265]
- EP 2818305 B1 [0275]EP 2818305 B1 [0275]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: BURCHARD, BERND, DR., DE |
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R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |