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EP4240550A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dreidimensionalen objekten durch selektives verfestigen eines schichtweise aufgebrachten aufbaumaterials - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dreidimensionalen objekten durch selektives verfestigen eines schichtweise aufgebrachten aufbaumaterials

Info

Publication number
EP4240550A1
EP4240550A1 EP21806713.0A EP21806713A EP4240550A1 EP 4240550 A1 EP4240550 A1 EP 4240550A1 EP 21806713 A EP21806713 A EP 21806713A EP 4240550 A1 EP4240550 A1 EP 4240550A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
module
central module
feed
gas flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21806713.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian SCHAEDE
Lukas WITZ
Kai Etzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik Se
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4240550A1 publication Critical patent/EP4240550A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the production of three-dimensional objects by selective solidification of a building material applied in layers, in which the building material is applied in layers to a building platform in at least one process chamber and at least one beam for solidifying the building material is generated with a radiation source and via at least a beam guiding element is fed onto the construction material in the construction platform.
  • a process support device which has a central module and an outer module aligned with it, with the central module and/or the outer module being movable along the assembly platform, generates a primary gas flow along the assembly platform, so that between the central module and the at least one outer module there is an overflow path with primary gas is formed.
  • DE 10 2017 211 657 A1 discloses a device for the additive manufacturing of a component with protective gas flow and a method for this.
  • This device comprises a process support device with a central module and an outer module aligned with the central module.
  • the middle module is controlled to be movable above a construction platform.
  • the central module includes a coater, via which building material is supplied from a powder reservoir, so that this is applied during the movement of the central module the construction platform is issued.
  • a protective gas outlet device is provided on both sides of the coater, in which case the protective gas outlets are directed in the direction of the outdoor module.
  • a protective gas is emitted through a large number of the protective gas outlets and sucked off through the opposite outdoor module.
  • This outer module which is designed as a suction device, can be controlled so that it can be moved synchronously with the central module, while the building material is solidified in the area in between by means of a laser beam.
  • WO 2019/115140 A1 discloses a method and a device for producing three-dimensional objects by selectively solidifying a construction material applied in layers.
  • This device comprises a receiving device, to which a central module and an outer module are fastened in a fixed manner adjacent to each other at the outer end.
  • the central module includes a coater and a suction device each, which is aligned with the outer module. While the laser beam is being fed onto a construction platform between an outer module and the middle module, a flow of process gas is generated from the outer module to the suction device on the middle module.
  • the opposite outdoor module is switched off with regard to the supply of a process gas stream.
  • EP 1 137 504 B1 discloses a method and a device for the selective laser melting of building material for the production of a three-dimensional object.
  • a process gas flow with argon is generated above a build-up platform, which is aligned horizontally and sucked from an intake opening on one side of the process chamber to an outlet opening on the opposite or left-hand wall of the process chamber.
  • Supply openings for a flow of helium process gas are provided above the construction platform near a passage window for the laser beam.
  • this helium process gas flow is also sucked out via the one outlet opening in the left-hand wall of the process chamber. Both process gas streams fed into the process chamber are sucked off through an outlet opening provided on the process chamber.
  • EP 3 147 047 A1 discloses a method and a device for producing three-dimensional objects by selectively solidifying a construction material applied in layers.
  • a first process gas flow is supplied via a right-hand wall of the process chamber via a common gas supply source, is guided along above the build-up platform and is discharged via an outlet opening on the left-hand process chamber wall.
  • the process gas supply source feeds a second process gas stream to a flow head which is arranged above the build platform and has a multiplicity of outlet openings, through which the second gas stream is fed in the direction of the build platform.
  • This process gas flow introduced into the process chamber via the flow head is sucked off together with the first process gas flow via the common opening on the left-hand wall of the process chamber.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a method and a device for the production of three-dimensional objects by selective hardening of a building material applied in layers, through which the quality of the three-dimensional object and the process reliability are increased.
  • This object is achieved by a method for producing three-dimensional objects by selectively solidifying a construction material applied in layers, in which a primary gas flow is generated along the construction platform with a process support device, which has a central module and an outer module aligned with it, so that between a Central module and at least one outer module, an overflow path with primary gas is formed and, in addition to this primary gas flow, a secondary gas flow is introduced into the process chamber with a feed device above the construction platform and onto the construction platform is aligned and a flow path of the secondary gas is generated between the feed device and the process support device.
  • This has the advantage that the secondary flow generates a constant flushing of the process chamber, so that a laser-particle interaction is significantly reduced. This enables uniform process conditions, so that the combination of the primary gas flow and the secondary gas flow results in improved quality in the construction of three-dimensional objects and an increase in process reliability.
  • This control of the center module for suction of the primary gas stream and the secondary gas stream enables the beam to selectively solidify the build material on both sides of the center module, with the center module being moved accordingly to the build platform.
  • improved flushing of the entire process chamber can be made possible in order to remove contamination from the process chamber.
  • a primary gas stream is discharged from each outer module in a direction directed toward the central module, with the supplied primary gas stream being sucked off by a suction device that is aligned with each outer module and is provided on the central module.
  • the two suction devices of the central module are controlled for the suction of the primary gas jet and the secondary gas jet.
  • the central module or the at least one outer module are preferably controlled such that they can be moved along the assembly platform.
  • the distance between the center module and the at least one outer module can be controlled to remain the same or to change.
  • the middle module and the at least one outer module or both outer modules can be controlled directly and individually with a movement.
  • the outer modules can be designed with feed channels that are variable in length, in particular telescopic.
  • a constant flow of the primary jet and secondary jet is preferably controlled.
  • a process time optimization can be achieved.
  • the central module can be filled with building material, for example, and the primary gas jet and secondary gas jet can still be suctioned off, which means that while a storage container is being filled with building material in the central module, the building material can continue to solidify.
  • the central module moves into or out of an end position adjacent to the construction platform or when the central module is positioned in the final position, only the outer module that is remotely opposite the central module is actuated to output the primary gas flow.
  • the two outer modules are stationary in a respective end position outside of the assembly platform and the central module is controlled to drive over the assembly platform. This arrangement enables a simpler structural design of the outdoor modules.
  • the central module and the at least one outer module, preferably both outer modules, are controlled with a displacement movement along the assembly platform.
  • This enables short overflow paths to be achieved between the outer module and the center module.
  • This has the advantage that a homogeneity of the overflow path is made possible, as a result of which an improved suction of impurities, by-products or the like is made possible.
  • Provision can advantageously be made for the distance to one another to be kept constant during the movement of the central module and the at least one outer module. Alternatively, a change in the distance between the middle module and the outer module can also be controlled.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a device for producing three-dimensional objects by selectively solidifying a construction material applied in layers, which has a process support device with a central module and an outer module aligned with it, so that between the central module and the at least one outer module there is a overflow path is formed with primary gas for generating a primary gas flow and a feed device for a secondary gas flow is provided above the assembly platform, the secondary gas flow being directed onto the assembly platform from above by the feed device and a flow path being formed between the feed device and the process gas support device.
  • a targeted flow through the process chamber with a primary gas flow and a secondary gas flow can be built up in order to keep the process gas chamber free of impurities, by-products or the like.
  • Efficient process chamber rinsing takes place, which avoids laser particle interaction or long residence times of particles in the process chamber.
  • the central module is preferably made for the central module to have a suction device pointing towards the outer module, which suction device extends at least across the width of the assembly platform, ie in the Y-direction.
  • This suction device is preferably designed as a twisted pipe with a continuous suction opening. This makes it possible for the central module to allow the primary gas flow and/or the secondary gas flow to be sucked off on both sides.
  • Layer-shaped reservoirs for the building material are preferably arranged between the two suction devices of the middle module of the process support device and a coating device is arranged in between.
  • a compact arrangement and structure can be provided for the middle module, so that at the same time it is possible to dispense and coat the dispensed construction material for the layer to be solidified next.
  • each outdoor module has an outlet nozzle that is provided on a supply channel for the process gas.
  • the outlet nozzle on the outlet module preferably has a polynomial nozzle shape.
  • the feed channel can be changed in length, in particular telescopically. This allows the outlet nozzle to be moved above the assembly platform depending on the position of the center module.
  • a jet entry opening of the jet for solidifying the build-up material is preferably provided in the process chamber.
  • a supply channel for supplying the secondary gas is preferably aligned on both sides of the jet entry opening.
  • the secondary gas is preferably supplied via a feed opening or feed opening adjacent to the jet inlet opening transferred to the process chamber via a feed opening surrounding the beam entry opening. This allows the secondary gas flow to be introduced centrally and the process chamber to be evenly charged with secondary gas.
  • the flow surface widens and is delimited by an adjoining, horizontally oriented boundary surface of the wall section.
  • the smallest distance between the flow surfaces is reached at the ends of the flow surfaces pointing in the direction of the structure platform, in particular up to an adjoining horizontally aligned boundary surface.
  • the horizontally aligned boundary surface is advantageously aligned above the process support device aligned with the process chamber floor. In this way, a further optimization of the secondary gas flow can be achieved until it hits the superstructure platform or is sucked off through the center module.
  • the smallest distance between the flow surfaces of the wall sections of the process chamber is preferably equal to or smaller, alternatively larger than the length of the construction platform.
  • a targeted transfer of the secondary beam to the construction platform can be made possible by this geometric configuration.
  • the wall sections of the process chamber have a tulip-shaped contour when viewed from the side. As a result, the secondary jet can be constricted for flow stabilization.
  • An advantageous embodiment of the feed opening provides that this is formed by a flow element, in particular a flow sieve, a perforated plate, a fleece or the like.
  • a flow-through element can also be provided on the feed opening that widens along the flow surface.
  • a multi-layer filter laminate fabric can preferably be used, for example a four-layer filter laminate fabric, as a result of which better performance for even distribution of the flow is made possible by generating a higher pressure difference.
  • Such a filter laminate preferably has a mesh size of 10 to 500 ⁇ m, particularly preferably 30 to 200 ⁇ m, for example 100 ⁇ m.
  • Such a flow sieve enables the supplied secondary gas to be evenly distributed, which promotes the homogenization of the secondary gas flow.
  • An advantageous embodiment of the supply opening that widens along the flow surface provides that the flow-through element is fastened on a line of the smallest distance from the flow surface and alternatively or additionally at least partially adjacent to the jet entry opening or partially surrounding it. This allows the secondary gas flow to be evened out over a large area, in particular over a large area section that extends from the jet inlet opening to the line of the smallest distance from the flow area. It should be pointed out here that not only a line of the smallest distance must exist on the flow surface if the two opposite flow surfaces have parallel, flat sections.
  • the expanding feed opening is preferably completely covered by the flow-through element. This will complete the the secondary gas flow entering the feed opening is evened out over a large area.
  • the feed ducts which supply the feed opening and which surround the jet entry opening, have two baffles, by which the secondary gas supplied in the feed duct is divided into two symmetrical side flows and an intermediate core flow.
  • the core flow is fed to an end face of the jet entry opening and the two side strands are fed to a side section of the feed opening surrounding the jet entry opening. This allows the process chamber to be filled evenly with secondary gas.
  • the two guide plates provided in the feed channels are preferably arranged at a distance from one another that corresponds to the width of the jet entry opening, so that the guide plates extend along the width of the jet entry opening and preferably the opposing guide plates arranged in the two feed channels extend over half of the Extend length of the beam entrance opening. This enables the side streams to be fed to the entire area of the feed opening, which extends laterally as a frame around the jet entry opening.
  • the flow-through element inserted into the feed opening comprises a chamber in which a filter laminate is provided.
  • the core flow and the two side flows can be brought together through such a chamber.
  • a reverse current fin is assigned to one end face of the jet entry opening. This reverse flow fin, which is provided on both sides of the jet entrance opening, causes a horizontal reverse flow of the secondary gas, which is supplied from both sides, so that these flows can meet in the middle of the jet entrance opening and create a downward secondary gas flow.
  • At least one flow stabilizer is provided between an end face of the jet inlet opening and the flow surface of the wall section of the process chamber, which flow stabilizer preferably has a curvature which in particular follows the curvature of the flow surface. This enables the secondary gas to be fed into the process chamber without turbulence in all positions of the middle module.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a device for producing three-dimensional objects by selectively solidifying a construction material applied in layers
  • FIG. 2 shows a perspective sectional view of a process chamber according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a perspective view of a feed device for a secondary gas flow
  • FIG. 4 shows a schematic view from below of the feed device for the secondary gas flow
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the process chamber with a primary gas flow and a secondary gas flow
  • FIG. 6 shows a perspective view of an impact diffuser for supplying a primary gas or secondary gas
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a process chamber according to an alternative embodiment to FIG. 5 during solidification of the building material by a jet
  • FIG. 8 shows a schematic side view of the process chamber in a further work step to FIG. 7 for the production of a three-dimensional object
  • FIG. 9 shows a perspective view of a process chamber with alternative feed openings and flow-through elements.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a device 11 for producing three-dimensional objects 12 by selective solidification of a construction material applied in layers.
  • These devices 11 are also referred to as 3D printing systems, selective laser sintering machines, selective laser melting machines or the like.
  • the device 11 comprises a housing 14 in which a process chamber 16 is provided.
  • the process chamber 16 is closed to the outside. This can be accessible via a door (not shown) or a safety lock.
  • a construction platform 17 is provided in the process chamber 16, on which at least one three-dimensional object 12 is produced in layers.
  • the size of the construction platform 17 determines a construction field for the production of the three-dimensional objects 12.
  • the construction platform 17 is height or Z direction moveable.
  • Overflow containers 19 or collecting containers are provided adjacent to the building platform 17, in which building material that is not required or has not solidified is collected.
  • a process support device 21 is arranged in the process chamber 16 above the build platform 17 . This process support device 21 is controlled so that it can be moved at least partially in the X direction.
  • a radiation source 26 which generates a beam 27, in particular a laser beam.
  • This laser beam is guided along a beam guide 28 and deflected and directed via a controllable beam guiding element 29 onto the construction platform 17 .
  • the jet 27 enters the process chamber 16 via a jet inlet opening 30 .
  • the construction material applied to the construction platform 17 can be solidified at the impact point 31 of the beam 27 .
  • the process support device 21 comprises a central module 33 and an external module 34, 35 assigned to the central module 33.
  • the central module 33 can be moved between a left and right end position 34, 35. In the view according to FIG. 1, the central module 33 is positioned in the left end position 36.
  • the outdoor modules 34 include an outlet nozzle 38 attached to a feed duct 39 . This outlet nozzle 38 preferably has vertically aligned guide surfaces. In addition, the outlet nozzle 38 is tapered in the exit direction. As a result, a primary gas flow fed into the process chamber 16 can be homogenized and stabilized.
  • the central module 33 comprises two suction devices 41, each of which has a suction opening 42 aligned opposite to one another.
  • a reservoir 44 for receiving building material is provided between the suction devices 41 .
  • This reservoir 44 has at least one opening or one dispensing slot directed towards the process chamber floor 18, so that when the central module 33 drives over the construction platform 17, a layer of construction material can be discharged.
  • a coating device 46 is preferably provided between two storage containers 44 which are arranged adjacent to the suction device 41 .
  • the reservoir 44 leading in the direction of movement of the central module 33 is filled with building material.
  • the coating device 46 is trailing.
  • the coating device 46 comprises at least one coater lip.
  • the middle module 33 is preferably filled with building material in the right and/or left end position 36, 37.
  • one or both end positions 36, 37 can be assigned a dosing device 48.
  • This dosing device 48 can be moved along a Y-axis (FIG. 2), so that the reservoir 44 can be filled evenly across the width of the central module 33 .
  • the overflow container 19 is also assigned to the right and left end position 36, 37 so that stripped building material can be discharged into the overflow container 19 by the coating device 46 of the middle module 33 when the end position 36, 37 is assumed.
  • Each outdoor module 33 is connected to a supply line 52 .
  • a primary gas is applied to this supply line 52 by a pump or primary gas source not shown in detail, so that a primary gas flow can be discharged into the process chamber 16 through the external modules 34 .
  • a feed device 55 for a secondary gas flow into the process chamber 16 is provided above the process chamber 16 .
  • This feed device 55 comprises two feed channels 56 lying opposite one another, which are positioned adjacent to the jet entry opening 30 .
  • the secondary gas flows in via at least one feed opening 57, which is assigned to the jet inlet opening 30 or surrounds it the process chamber 16 and is fed onto the build platform 17 from above.
  • the process chamber 16 has lateral wall sections 60 which delimit the length of the process chamber 16 .
  • These wall sections 60 include flow surfaces 62 which extend in the direction of the build platform 17 and narrow a cross-sectional area of the process chamber 16 .
  • a distance 61 is provided, which corresponds to the length of the assembly platform 17, which extends in the X-direction, or is preferably smaller, as is shown in FIG. Starting from the smallest distance 61, the flow area 62 widens.
  • the wall section 60 transitions into a horizontal boundary surface 63 .
  • This boundary surface 63 preferably runs parallel to the process chamber floor 18 and is provided at a distance from the process chamber floor 18 so that the process support device 21 can be positioned between the boundary surface 63 and the process chamber floor 18 .
  • This configuration of the process chamber 16 achieves a tulip-shaped cross section or a tulip-shaped contour, which enables flow optimization when a secondary gas is fed into the process chamber 16 from above.
  • the process chamber 16 can have a cone-shaped contour or the contour of a parabolic inlet funnel.
  • Each feed channel 56 of the feed device 55 is supplied with secondary gas via a supply line 52 via a secondary gas source not shown in detail.
  • the supply device 55 for supplying a secondary gas and for forming a secondary gas flow within the process chamber 16 is described in more detail with reference to the following FIGS.
  • a perforated plate 71 extending over the cross section is preferably provided in the feed channel 56 .
  • the feed channel 56 opens into the feed opening 57.
  • the feed opening 57 is formed by a flow element 59, such as a flow sieve.
  • This through-flow element 59 can also be designed, for example, as a perforated plate or as a gas-permeable knitted fabric or as a multi-layer metal fabric or the like.
  • the feed opening 57 completely surrounds the jet entry opening 30. The feed opening 57 and the jet entry opening 30 therefore lie in a common plane.
  • Guide plates 72 extend between the perforated plate 71 in the feed channel 56 and the feed opening 57 and subdivide the cross section of the feed channel 56 into a core flow 74 and two external side flows 75 .
  • These baffles 72 extend along the width of the jet entry opening 30, each over half the length of the jet entry opening 30.
  • the feed channel 56 has an upper curved surface 76 in order to feed the side streams 75 to the process chamber 16 via the lateral areas of the feed opening 57.
  • a blocking current fin 77 is provided on the feed opening 57 , assigned to the end face of the jet outlet opening 30 .
  • This reverse current fin 77 is provided at a distance from the beam entry opening 30 on the inside of the process chamber 16 .
  • These reverse current fins 77 are aligned almost horizontally.
  • a horizontal blocking flow is supplied from both sides via the supply channels 56, which meet in the middle of the jet entrance opening 30 and subsequently produce a secondary gas flow directed downwards.
  • a flow stabilizer 78 is provided in each case between an end face of the jet inlet opening 30 and the wall section 60 . This preferably has a curvature corresponding to the flow surface 62 . This flow stabilizer 78 extends over the entire width of the feed channel 56 or feed opening 57.
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the process chamber 16 according to FIG. 1 during a work step for producing a three-dimensional object 12 .
  • the beam 27 is directed onto the construction material in the construction platform 17 and solidifies the construction material at the impact point 31 .
  • the center module 33 is positioned adjacent to the impact point 31 on the right, for example. This middle module 33 can follow the beam 27, which is moved towards the left end position 36, for example.
  • the process support device 21 is charged with a primary gas and the feed device 55 with a secondary gas.
  • a primary gas flow is generated between a left-hand outer module 34 and the central module 33 and a secondary gas flow is generated between the feed device 55 and the central module 33 .
  • only the left suction device 41 of the center module 33 is controlled for the common suction of the primary gas flow and the secondary gas flow.
  • a primary gas flow is output through the left and right outer modules 34, 35, which is sucked off by the respective left and right suction device 41 of the middle module 33.
  • a secondary gas stream is fed to the center module 33 via the feed device 55 . Due to the position of the central module 33 shown in FIG.
  • an increased volume flow of the secondary gas is supplied to the left-hand suction device 41 and sucked off together with the primary gas flow.
  • a lower volume flow of the secondary gas flow can be extracted via the right-hand extraction device 41 of the center module 33 together with the right-hand primary gas flow.
  • the primary gas flow and the secondary gas flow supplied to the process chamber 16 are suctioned off together via both suction devices 41 of the central module 33 .
  • the outlet nozzle 38 of the external modules 34, 35 has an opening cross section in relation to the suction openings 42 of the suction device 41 of greater than 3.
  • a perspective view of an impact diffuser 81 is shown in FIG. This impact diffuser 81 is formed between the supply line 52 and the feed channel 39 and 56, respectively. It is provided that the supplied process gas is deflected by 90°, for example, and at the same time experiences a delay in the flow due to the enlargement of the cross section from the supply line 52 to the feed channel 39, 56. The deflection can also take place at an angle of more than or less than 90°.
  • This deceleration preferably takes place according to Prandtl's impact diffuser principle by the impact of the preferably pre-delayed flow on the base plate of the impact diffuser.
  • the supplied process gas jet can be widened into two core streams in the supply channel 39, 56.
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a work step of the device 11 for the production of the three-dimensional object 12 with an alternative embodiment of the process support device 21 .
  • Figure 8 shows another possible working position according to the embodiment in Figure 7.
  • the process support device 21 has two movably controlled external modules 34, 35.
  • the feed channels 56 are preferably designed telescopically, so that the outlet nozzles 38 can be moved relative to the construction platform 17 .
  • the movable control of the outer modules 34, 35 relative to the movement of the central module 33 has the advantage that the overflow distance between the outlet nozzle 38 and the suction device 41 can be kept short. As a result, the homogeneity of the primary gas flow can be maintained along the overflow path, as a result of which improved suction can be achieved.
  • the central module 33 is moved into an end position 36 .
  • the right outer module 35 follows the center module 33, preferably at a constant distance.
  • the left outer module 34 is increasingly transferred to the left end position 36 . Due to the simultaneous feeding A complete flushing of the process chamber 16 can be achieved by adjusting the primary gas streams and the secondary gas stream.
  • a primary gas flow is preferably output via both outlet modules 34, 35 and suction of the primary gas flow and secondary gas flow is controlled via both suction devices 41 of the central module 33.
  • the primary gas flow and/or the secondary gas flow is also maintained during the process of the central module 33 in an end position 36, 37 or in the end position 36, 37, such as the left end position 36.
  • a constant flow of the entire process gas circuit is preferably provided.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of the supply of secondary gas flows into the process chamber 16.
  • the jet inlet opening 30 is not raised, or is less raised, and correspondingly does not protrude or only slightly into the process chamber.
  • the jet entry opening 30 could be designed analogously to the previous exemplary embodiments.
  • the secondary gas stream is fed through two feed channels 56 in the direction of the process chamber 16 .
  • the two feed channels 56 each open into a feed opening 57 which is delimited by the jet inlet opening 30 .
  • a flow surface 62 extends in the direction of the center module 33 and the assembly platform 17 (not shown).
  • the flow surfaces 62 are formed by three planar sections each, and the smallest distance 61 is formed by the lower ends of the flow surfaces 62 .
  • the smallest distance 61 is greater than the length of the construction platform 17, which extends in the x-direction.
  • the smallest distance 61 could also be equal to or smaller than the length of the construction platform 17, which extends in the x-direction.
  • the flow surfaces 62 could be designed as in the previous exemplary embodiments.
  • a horizontally oriented boundary surface 63 follows in each case.
  • a flow-through element 59 is fastened along the two supply openings 57 that widen in this way in order to form particularly homogeneous secondary gas flows.
  • the flow-through element 59 is attached to the feed opening 57, preferably adjacent to the jet entry opening 30, and to the ends of the flow surfaces 62, i.e. along the line of the smallest distance 61 to the respective other flow surface 62, on the same side of the jet entry opening 30.
  • the widening feed opening (57) is completely covered by the through-flow element 59, so that the secondary gas flow has to pass through the through-flow element 59 and is thereby homogenized.
  • the flow-through elements 59 are designed adjacent to the jet inlet opening 30 vertically to this jet inlet opening 30 in order to generate a secondary gas flow that is locally horizontal and thus parallel to the jet inlet opening.
  • the angle of the flow-through elements 59 along the line of the smallest distance 61 differs in each case in such a way that the side of the flow-through element 59 opposite the feed channel 56 is inclined in the direction of the central module 33 and the construction platform 17 .
  • the through-flow elements 59 are formed by two flat sections. It comprises a filter laminate that has a machine width of between 10 and 500 ⁇ m, preferably between 30 and 200 ⁇ m, for example 100 ⁇ m.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials, bei dem in zumindest einer Prozesskammer (16) auf eine Aufbauplattform (17) das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht wird, bei dem mit einer Strahlungsquelle (26) zumindest ein Strahl (27) zur Verfestigung des Aufbaumaterials erzeugt und mit zumindest einem Strahlführungselement (29) auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform (17) zugeführt wird, bei dem mit einer Prozessunterstützungseinrichtung (21), welche ein Mittenmodul (33) und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul (34, 35) aufweist, eine Primärgasströmung entlang der Aufbauplattform (17) erzeugt wird, so dass zwischen einem Mittenmodul (33) und dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird, wobei mit einer Zuführeinrichtung (55) oberhalb der Aufbauplattform (17) eine Sekundärgasströmung auf die Aufbauplattform (17) ausgerichtet und zugeführt wird und eine Strömungsstrecke des Sekundärgases zwischen der Zuführeinrichtung (55) und der Prozessunterstützungseinrichtung (21) erzeugt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials, bei dem in zumindest einer Prozesskammer auf eine Aufbauplattform das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht wird und mit einer Strahlungsquelle zumindest ein Strahl zur Verfestigung des Aufbaumaterials erzeugt und über zumindest ein Strahlführungselement auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform zugeführt wird. Eine Prozessunterstützungsvorrichtung, welche ein Mittenmodul und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul aufweist, wobei das Mittenmodul und/oder das Außenmodul entlang der Aufbauplattform verfahrbar ist, erzeugt entlang der Aufbau plattform eine Primärgasströmung, so dass zwischen dem Mittenmodul und dem zumindest einen Außenmodul eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird.
Aus der DE 10 2017 211 657 Al ist eine Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils mit Schutzgasführung sowie ein Verfahren dazu bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Prozessunterstützungseinrichtung mit einem Mittenmodul und jeweils ein zu dem Mittenmodul ausgerichtetes Außenmodul. Das Mittenmodul ist oberhalb einer Aufbauplattform verfahrbar angesteuert. Das Mittenmodul umfasst einen Beschichter, über weichen aus einem Pulverreservoir Aufbaumaterial zugeführt wird, so dass dies während der Verfahrbewegung des Mittenmoduls auf die Aufbauplattform ausgegeben wird. Beidseitig zum Beschichter ist jeweils eine Schutzgasauslasseinrichtung vorgesehen, bei welcher die Schutzgasauslässe in Richtung auf das Außenmodul gerichtet sind. Während des Verfestigens des Aufbaumaterials wird durch eine Vielzahl der Schutzgasauslässe ein Schutzgas ausgegeben und durch das gegenüberliegende Außenmodul abgesaugt. Dieses als Absaugeinrichtung ausgebildete Außenmodul kann zum Mittenmodul synchron verfahrbar angesteuert werden, während mittels eines Laserstrahls im dazwischenliegenden Bereich das Aufbaumaterial verfestigt wird.
Aus der WO 2019/115140 Al ist des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung, zu welcher feststehend ein Mittenmodul und jeweils benachbart am äußeren Ende ein Außenmodul befestigt ist. Das Mittenmodul umfasst einen Beschichter und jeweils eine Absaugeinrichtung, die zum Außenmodul ausgerichtet ist. Während des Zuführens des Laserstrahls auf eine Aufbauplattform zwischen einem Außenmodul und dem Mittenmodul wird ein Prozessgasstrom von dem Außenmodul zu der Absaugeinrichtung am Mittenmodul erzeugt. Das gegenüberliegende Außenmodul ist bezüglich der Zuführung eines Prozessgasstromes abgeschaltet.
Aus der EP 1 137 504 Bl ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Laserschmelzen von Aufbaumaterial zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts bekannt. Oberhalb einer Aufbau plattform wird ein Prozessgasstrom mit Argon erzeugt, der horizontal ausgerichtet ist und von einer Einsaugöffnung auf einer Seite der Prozesskammer zu einer Auslassöffnung an der gegenüberliegenden bzw. linken Wand der Prozesskammer abgesaugt. Oberhalb der Aufbauplattform nahe einem Durchtrittsfenster für den Laserstrahl sind Zuführöffnungen für einen Helium-Prozessgasstrom vorgesehen. Dieser Helium-Prozessgasstrom wird ebenfalls wie der parallel zur Aufbauplattform geführte Prozessgasstrom über die eine Auslassöffnung in der linken Wand der Prozesskammer abgesaugt. Beide in die Prozesskammer zugeführten Prozessgasströme werden durch eine an einer an der Prozesskammer vorgesehenen Auslassöffnung abgesaugt.
Aus der EP 3 147 047 Al ist des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, dass über eine gemeinsame Gasversorgungsquelle ein erster Prozessgasstrom über eine rechte Wand der Prozesskammer zugeführt, oberhalb der Aufbauplattform entlanggeführt und über eine Auslassöffnung an der linken Prozesskammerwand abgeführt wird. Die Prozessgasversorgungsquelle führt einen zweiten Prozessgasstrom eines oberhalb der Aufbauplattform angeordneten Strömungskopfs zu, der eine Vielzahl von Auslassöffnungen aufweist, durch welche der zweite Gasstrom in Richtung Aufbauplattform zugeführt wird. Dieser über den Strömungskopf in die Prozesskammer eingeführte Prozessgasstrom wird gemeinsam mit dem ersten Prozessgasstrom über die gemeinsame Öffnung an der linken Wand der Prozesskammer abgesaugt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials vorzuschlagen, durch welches die Qualität des dreidimensionalen Objektes und die Prozesssicherheit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials gelöst, bei dem mit einer Prozessunterstützungsvorrichtung, welche ein Mittenmodul und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul, aufweist, eine Primärgasströmung entlang der Aufbauplattform erzeugt wird, so dass zwischen einem Mittenmodul und zumindest einem Außenmodul eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird und zusätzlich zu dieser Primärgasströmung mit einer Zuführeinrichtung oberhalb der Aufbauplattform eine Sekundärgasströmung in die Prozesskammer eingebracht und auf die Aufbau plattform ausgerichtet wird und eine Strömungsstrecke des Sekundärgases zwischen der Zuführeinrichtung und der Prozessunterstützungsvorrichtung erzeugt wird. Dies weist den Vorteil auf, dass durch die Sekundärströmung eine stetige Durchspülung der Prozesskammer erzeugt wird, so dass eine Laser- Partikel Interaktion deutlich verringert wird. Das ermöglicht einheitliche Prozessbedingungen, so dass durch die Kombination des Primärgasstromes und des Sekundärgasstromes eine verbesserte Qualität im Aufbau von dreidimensionalen Objekten und eine Erhöhung der Prozesssicherheit erzielt wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass von zumindest einem Außenmodul ein Primärgasstrom ausgegeben und von der Zuführeinrichtung ein Sekundärgasstrom ausgegeben wird und dass der Primärgasstrom und der Sekundärgasstrom gemeinsam von dem Mittenmodul der Prozessunterstützungseinrichtung abgesaugt werden. Diese Ansteuerung des Mittenmoduls zur Absaugung des Primärgasstromes und des Sekundärgasstromes ermöglicht, dass beidseitig des Mittenmoduls durch den Strahl wahlweise eine Verfestigung des Aufbaumaterials ermöglicht ist, wobei das Mittenmodul entsprechend zur Aufbauplattform verfahren wird. Darüber hinaus kann eine verbesserte Spülung der gesamten Prozesskammer ermöglicht werden, um Verschmutzungen aus der Prozesskammer herauszuführen.
Vorteilhafterweise wird von jedem Außenmodul auf das Mittenmodul zugerichtet ein Primärgasstrom ausgegeben, wobei durch eine zu jedem Außenmodul ausgerichtete Absaugung, die an dem Mittenmodul vorgesehen ist, der zugeführte Primärgasstrom abgesaugt wird. Dadurch können gleichbleibende Bedingungen bei der Verfestigung des Aufbaumaterials ermöglicht sein.
Während einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls oberhalb der Aufbauplattform ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Absaugeinrichtungen des Mittenmoduls zur Absaugung des Primärgasstrahles und des Sekundärgasstrahles angesteuert werden. Dies ermöglicht eine vollständige Absaugung des Prozesskammervolumens. Bevorzugt werden das Mittenmodul oder das zumindest eine Außenmodul entlang der Aufbauplattform verfahrbar angesteuert. Dabei kann der Abstand zwischen dem Mittenmodul und dem zumindest einen Außenmodul gleichbleibend oder sich verändernd angesteuert werden. Das Mittenmodul und das zumindest eine Außenmodul oder beide Außenmodule können direkt und individuell mit einer Verfahrbewegung angesteuert werden. In diesem Fall können die Außenmodule mit in der Länge veränderbaren, insbesondere teleskopierbaren, Zuführkanälen ausgebildet sein.
Bei einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls in oder aus einer Endlage benachbart zur Aufbauplattform oder bei einer Positionierung des Mittenmoduls in der Endlage wird bevorzugt eine konstante Beströmung des Primärstrahls und Sekundärstrahls angesteuert. Somit kann eine Prozesszeitoptimierung erzielt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur diejenige Absaugeinrichtung des Mittenmoduls zum Absaugen des Primär- und Sekundärstrahls angesteuert wird, welche zur Aufbauplattform weist. Insbesondere bei der Einnahme einer Endlage kann das Mittenmodul beispielsweise mit Aufbaumaterial befüllt werden und dennoch eine Absaugung des Primärgasstrahls und Sekundärgasstrahls erfolgen, das heißt, dass während des Befüllens eines Vorratsbehälters mit Aufbaumaterial im Mittenmodul weiterhin ein Verfestigen des Aufbaumaterials durchgeführt werden kann.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls in oder aus einer Endlage benachbart zur Aufbauplattform oder bei einer Positionierung des Mittenmoduls in der Endlage nur das Außenmodul zur Ausgabe des Primärgasstromes angesteuert wird, das dem Mittenmodul entfernt gegenüberliegt. Dadurch können störende Verwirbelungen, insbesondere durch ein Austragen von abgeführtem Aufbaumaterial in benachbart zur Aufbauplattform angeordneten Überlaufbehältern vermieden werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die beiden Außenmodule in einer jeweiligen Endlage außerhalb der Aufbauplattform stillstehend und das Mittenmodul zum Überfahren der Aufbauplattform angesteuert werden. Diese Anordnung ermöglicht einen einfacheren konstruktiven Aufbau der Außenmodule. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Mittenmodul und das zumindest eine Außenmodul, vorzugsweise beide Außenmodule, mit einer Verfahrbewegung entlang der Aufbauplattform angesteuert werden. Dies ermöglicht, dass kurze Überströmungswege zwischen dem Außenmodul und dem Mittenmodul erzielt werden. Dies weist den Vorteil auf, dass eine Homogenität der Überströmungsstrecke ermöglicht ist, wodurch eine verbesserte Absaugung von Verunreinigungen, Nebenprodukten oder dergleichen ermöglicht wird. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass während der Verfahrbewegung des Mittenmoduls und des zumindest einen Außenmoduls der Abstand zueinander konstant gehalten wird. Alternativ kann auch eine Veränderung im Abstand des Mittenmoduls zum Außenmodul angesteuert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials gelöst, welche eine Prozessunterstützungsvorrichtung mit einem Mittenmodul und jeweils dazu ausgerichtet einem Außenmodul aufweist, so dass zwischen dem Mittenmodul und dem zumindest einen Außenmodul eine Überströmungsstrecke mit Primärgas zur Erzeugung einer Primärgasströmung gebildet ist und oberhalb der Aufbau plattform eine Zuführeinrichtung für eine Sekundärgasströmung vorgesehen ist, wobei durch die Zuführeinrichtung die Sekundärgasströmung von oben auf die Aufbauplattform ausgerichtet ist und eine Strömungsstrecke zwischen der Zuführeinrichtung und der Prozessgasunterstützungseinrichtung gebildet ist. Dadurch kann eine gezielte Durchströmung der Prozesskammer mit einer Primärgasströmung und einer Sekundärgasströmung aufgebaut werden, um die Prozessgaskammer frei von Verunreinigungen, Nebenprodukten oder dergleichen zu halten. Darüber hinaus kann durch die Einbringung der Sekundärgasströmung oberhalb der Aufbauplattform eine effiziente Prozesskammerspülung erfolgen, wodurch Laser-Partikelinteraktion bzw. lange Aufenthaltszeiten von Partikeln in der Prozesskammer vermieden werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Mittenmodul jeweils zum Außenmodul weisend eine Absaugeinrichtung aufweist, die sich zumindest über die Breite der Aufbau plattform, also in Y-Richtung, erstreckt. Diese Absaugeinrichtung ist bevorzugt als ein Drallrohr mit einer durchgehenden Absaugöffnung ausgebildet. Dadurch wird ermöglicht, dass das Mittenmodul beidseitig eine Absaugung des Primärgasstromes und/oder des Sekundärgasstromes ermöglicht.
Zwischen den beiden Absaugeinrichtungen des Mittenmoduls der Prozessunterstützungseinrichtung sind bevorzugt schichtförmige Vorratsbehälter für das Aufbaumaterial und dazwischen eine Beschichtungseinrichtung angeordnet. Dadurch kann eine kompakte Anordnung und Aufbau für das Mittenmodul gegeben sein, so dass gleichzeitig eine Ausgabe und Beschichtung des ausgegebenen Aufbaumaterials für die als nächstes zu verfestigende Schicht ermöglicht ist.
Vorteilhafterweise weist jedes Außenmodul eine Auslassdüse auf, die an einem Zuführkanal für das Prozessgas vorgesehen ist. Die Auslassdüse am Auslassmodul weist bevorzugt eine polynomiale Düsenform auf. Dadurch wird der aus der Auslassdüse ausströmende Primärgasstrom beschleunigt und stabilisiert, so dass eine Homogenität der Prozessgasströmung entlang des Überströmungsweges gegeben ist. Vorteilhafterweise ist der Zuführkanal in der Länge veränderbar, insbesondere teles- kopierbar. Dadurch kann die Auslassdüse oberhalb der Aufbauplattform in Abhängigkeit der Position des Mittenmoduls verfahren werden.
In der Prozesskammer ist bevorzugt eine Strahleintrittsöffnung des Strahls zum Verfestigen des Aufbaumaterials vorgesehen. Beidseitig zur Strahleintrittsöffnung ist bevorzugt ein Zuführkanal zum Zuführen des Sekundärgases ausgerichtet. Das Sekundärgas wird bevorzugt über jeweils eine an die Strahleintrittsöffnung angrenzende Zuführöffnung oder über eine die Strahleintrittsöffnung umgebende Zuführöffnung in die Prozesskammer übergeführt. Dadurch kann eine zentrale Einleitung des Sekundärgasstromes und ein gleichmäßiges Beaufschlagen der Prozesskammer mit Sekundärgas ermöglicht sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Länge der Prozesskammer durch einander gegenüberliegende Wandabschnitte begrenzt ist, die ausgehend von der Zuführöffnung der Zuführeinrichtung jeweils eine Strömungsfläche umfassen, deren Abstand sich in Richtung auf die Aufbau plattform zunehmend verringert. Dadurch kann eine Stabilisierung des Sekundärstromes und auch eine Homogenisierung erzielt werden, insbesondere unabhängig von der Position der Prozessunterstützungseinrichtung, im Besonderen von einer Position des Mittenmoduls.
Vorteilhafterweise geht die Strömungsfläche ausgehend von dem geringsten Abstand der einander gegenüberliegenden Wandabschnitte in eine Aufweitung über, die durch eine sich daran anschließende horizontal ausgerichtete Begrenzungsfläche des Wandabschnitts begrenzt ist. Alternativ ist der geringste Abstand der Strömungsflächen an den in Richtung der Aufbau plattform weisenden Enden der Strömungsflächen erreicht, insbesondere bis zu einer sich daran anschließenden horizontal ausgerichteten Begrenzungsfläche. Die horizontal ausgerichtete Begrenzungsfläche ist vorteilhafterweise oberhalb der dem Prozesskammerboden ausgerichteten Prozessunterstützungseinrichtung ausgerichtet. Dadurch kann eine weitere Optimierung des Sekundärgasstromes bis zum Auftreffen auf der Aufbau plattform oder dem Absaugen durch das Mittenmodul erzielt werden.
Bevorzugt ist der geringste Abstand zwischen den Strömungsflächen der Wandabschnitte der Prozesskammer gleich oder kleiner, alternativ größer als die Länge der Aufbau plattform. Durch diese geometrische Ausgestaltung kann eine gezielte Überführung des Sekundärstrahls zur Aufbauplattform ermöglicht sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Prozesskammer ist vorgesehen, dass die Wandabschnitte der Prozesskammer in einer Seitenansicht gesehen eine tulpenförmige Kontur aufweisen. Dadurch kann eine Einschnürung des Sekundärstrahls für eine Strömungsstabilisierung erzielt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Zuführöffnung sieht vor, dass diese durch ein Durchströmungselement, insbesondere ein Strömungssieb, ein Lochblech, ein Vlies oder dergleichen ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein solches Durchströmungselement auch an der sich entlang der Strömungsfläche erweiternden Zuführöffnung vorgesehen sein. Bevorzugt kann ein mehrschichtiges Filterlaminatgewebe verwendet werden, bspw. ein vierschichtiges Filterlaminatgewebe, wodurch bessere Performance für Gleichverteilung der Strömung durch Erzeugung einer höheren Druckdifferenz ermöglicht ist. Bevorzugt weist ein solches Filterlaminat eine Maschenweite von 10 bis 500 pm, besonders bevorzugt 30 bis 200 pm auf, bspw. 100 pm. Ein solches Strömungssieb ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten Sekundärgases, wodurch die Homogenisierung des Sekundärgasstromes gefördert wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der sich entlang der Strömungsfläche erweiternden Zuführöffnung sieht vor, dass das Durchströmungselement an einer Linie des geringsten Abstands der Strömungsfläche und alternativ oder zusätzlich zumindest teilweise angrenzend an die Strahleintrittsöffnung oder diese teilweise umgebend befestigt ist. Dies erlaubt eine flächige Vergleichmäßigung der Sekundärgasströmung insbesondere über einen großen Flächenabschnitt der von der Strahleintrittsöffnung bis zur Linie des geringsten Abstands der Strömungsfläche reicht. Dabei sei darauf hingewiesen, dass nicht nur eine Linie geringsten Abstands auf der Strömungsfläche existieren muss, wenn die beiden sich gegenüberliegenden Strömungsflächen parallel ausgerichtete, ebene Abschnitte aufweisen.
Bevorzugt wird die sich erweiternde Zuführöffnung vollständig vom Durchströmungselement abgedeckt. Dadurch wird die vollständig durch die Zuführöffnung tretende Sekundärgasströmung flächig vergleichmä- ßigt.
Bei symmetrischer Ausführung der Prozesskammer, d.h. mit zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Durchströmungselementen, kann der Prozesskammer Sekundärgas besonders verwirbelungsfrei zugeführt werden. Üblicherweise kommt man auch ohne Finnen oder weitere Durchströmungselemente aus.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zuführkanäle, welche die Zuführöffnung versorgen und welche die Strahleintrittsöffnung umgibt, zwei Leitbleche aufweisen, durch welche das zugeführte Sekundärgas im Zuführkanal in zwei symmetrische Seitenströme und einen dazwischenliegenden Kernstrom aufgeteilt ist. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass der Kernstrom einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung und die beiden Seitenstränge einen die Strahleintrittsöffnung umgebenden Seitenabschnitt der Zuführöffnung zugeführt werden. Dadurch kann eine gleichmäßige Befüllung der Prozesskammer mit Sekundärgas ermöglicht sein.
Bevorzugt sind die zwei in den Zuführkanälen vorgesehenen Leitbleche mit einem Abstand zueinander angeordnet, der der Breite der Strahleintrittsöffnung entspricht, so dass sich die Leitbleche entlang der Breite der Strahleintrittsöffnung erstrecken und vorzugsweise die einander gegenüberliegenden, in den beiden Zuführkanälen angeordneten Leitbleche sich über die Hälfte der Länge der Strahleintrittsöffnung erstrecken. Dies ermöglicht, dass die Seitenströme dem gesamten Bereich der Zuführöffnung zugeführt werden, der sich seitlich als Umrahmung um die Strahleintrittsöffnung erstreckt.
Des Weiteren kann zur Ausgestaltung der Zuführöffnung alternativ vorgesehen sein, dass das in die Zuführöffnung eingesetzte Durchströmungselement eine Kammer umfasst, in welche ein Filterlaminat vorgesehen ist. Durch eine solche Kammer können der Kernstrom und die beiden Seitenströme zusammengeführt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung zugeordnet eine Sperr- strom-Finne vorgesehen ist. Diese Sperrstrom-Finne, die beidseitig zur Strahleintrittsöffnung vorgesehen ist, bewirkt einen horizontalen Sperrstrom des Sekundärgases, der von beiden Seiten zugeführt wird, so dass diese Ströme sich in der Mitte der Strahleintrittsöffnung treffen und einen abwärts gerichteten Sekundärgasstrom erzeugen können.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung und der Strömungsfläche des Wandabschnitts der Prozesskammer zumindest ein Strömungsstabilisator vorgesehen ist, der vorzugsweise eine Krümmung aufweist, welche insbesondere der Krümmung der Strömungsfläche folgt. Dies ermöglicht eine verwirbelungsfreie Zuführung des Sekundärgases in die Prozesskammer in allen Lagepositionen des Mittenmoduls.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials,
Figur 2 eine perspektivische Schnittansicht einer Prozesskammer gemäß Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht auf eine Zuführeinrichtung für einen Sekundärgasstrom, Figur 4 eine schematische Ansicht von unten auf die Zuführeinrichtung für den Sekundärgasstrom,
Figur 5 eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer mit einem Primärgasstrom und Sekundärgasstrom,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Stoßdiffusors zum Zuführen eines Primärgases oder Sekundärgases,
Figur 7 eine schematische Seitenansicht einer Prozesskammer gemäß einer alternativen Ausführungsform zu Figur 5 während eines Verfestigens des Aufbaumaterials durch einen Strahl,
Figur 8 eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer in einem weiteren Arbeitsschritt zu Figur 7 für das Herstellen eines dreidimensionalen Objektes, und
Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer Prozesskammer mit alternativen Zuführöffnungen und Durchströmungselementen.
In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 11 zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten 12 durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials dargestellt. Diese Vorrichtungen 11 werden auch als 3-D-Drucksysteme, selektive Lasersintermaschinen, selektive Laserschmelzmaschinen oder dergleichen bezeichnet. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Gehäuse 14, in dem eine Prozesskammer 16 vorgesehen ist. Die Prozesskammer 16 ist nach außen hin geschlossen. Diese kann über eine nicht näher dargestellte Tür oder einen Sicherheitsverschluss zugänglich sein. In der Prozesskammer 16 ist eine Aufbauplattform 17 vorgesehen, auf der zumindest ein dreidimensionales Objekt 12 schichtweise erzeugt wird. Die Größe der Aufbauplattform 17 bestimmt ein Aufbaufeld für die Herstellung der dreidimensionalen Objekte 12. Die Aufbau plattform 17 ist in der Höhe bzw. in Z- Richtung verfahrbar. Benachbart zur Aufbau plattform 17 sind Überlaufbehälter 19 oder Auffangbehälter vorgesehen, in welche nicht benötigtes oder nicht verfestigtes Aufbaumaterial gesammelt wird. Oberhalb der Aufbauplattform 17 ist in der Prozesskammer 16 eine Prozessunterstützungseinrichtung 21 angeordnet. Diese Prozessunterstützungseinrichtung 21 ist zumindest teilweise in X-Richtung verfahrbar angesteuert.
Der Prozesskammer 16 zugeordnet oder an der Prozesskammer 16 befestigt ist eine Strahlungsquelle 26 vorgesehen, durch welche ein Strahl 27, insbesondere ein Laserstrahl, erzeugt wird. Dieser Laserstrahl wird entlang einer Strahlführung 28 geführt und über ein ansteuerbares Strahlführungselement 29 auf die Aufbau plattform 17 umgelenkt und gerichtet. Dabei tritt der Strahl 27 über eine Strahleintrittsöffnung 30 in die Prozesskammer 16 ein. Das auf der Aufbauplattform 17 aufgebrachte Aufbaumaterial kann im Auftreffpunkt 31 des Strahls 27 verfestigt werden.
Die Prozessunterstützungseinrichtung 21 umfasst ein Mittenmodul 33 sowie jeweils ein dem Mittenmodul 33 zugeordnetes Außenmodul 34, 35.
In der Ausführungsform der Prozessunterstützungseinrichtung 21 gemäß Figur 1 ist vorgesehen, dass die Außenmodule 34, 35 ortsfest zu einem Prozesskammerboden 18 vorgesehen sind. Das Mittenmodul 33 ist zwischen einer linken und rechten Endlage 34, 35 verfahrbar angesteuert. In der Ansicht gemäß Figur 1 ist das Mittenmodul 33 in der linken Endlage 36 positioniert. Die Außenmodule 34 umfassen eine Auslassdüse 38, die an einem Zuführkanal 39 befestigt ist. Diese Auslassdüse 38 weist bevorzugt vertikal ausgerichtete Leitflächen auf. Zudem ist die Auslassdüse 38 in Austrittsrichtung verjüngt ausgebildet. Dadurch kann ein in die Prozesskammer 16 zugeführter Primärgasstrom homogenisiert und stabilisiert werden.
Das Mittenmodul 33 umfasst zwei Absaugeinrichtungen 41, die jeweils eine entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Einsaugöffnung 42 aufweisen. Zwischen den Absaugeinrichtungen 41 ist ein Vorratsbehälter 44 zur Aufnahme von Aufbaumaterial vorgesehen. Dieser Vorratsbehälter 44 weist zum Prozesskammerboden 18 gerichtet zumindest eine Öffnung oder einen Ausgabeschlitz auf, so dass beim Überfahren der Aufbauplattform 17 durch das Mittenmodul 33 eine Schicht an Aufbaumaterial ausgegeben werden kann. Zwischen zwei Vorratsbehältern 44, die benachbart zur Absaugeinrichtung 41 angeordnet sind, ist bevorzugt eine Beschichtungseinrichtung 46 vorgesehen. Bevorzugt wird der in Verfahrrichtung des Mittenmoduls 33 vorauseilende Vorratsbehälter 44 mit Aufbaumaterial befüllt. Die Beschichtungseinrichtung 46 ist nachlaufend. Insbesondere umfasst die Beschichtungseinrichtung 46 zumindest eine Beschichterlippe.
Das Mittenmodul 33 wird bevorzugt in der rechten und/oder linken Endlage 36, 37 mit Aufbaumaterial befüllt. Diesbezüglich kann der einen oder beiden Endlagen 36, 37 zugeordnet eine Dosiervorrichtung 48 vorgesehen sein. Diese Dosiervorrichtung 48 kann entlang einer Y-Achse (Figur 2) verfahren werden, so dass über die Breite des Mittenmoduls 33 eine gleichmäßige Befüllung des Vorratsbehälters 44 erfolgen kann.
Der Überlaufbehälter 19 ist ebenfalls der rechten und linken Endlage 36, 37 zugeordnet, so dass abgestreiftes Aufbaumaterial durch die Beschichtungseinrichtung 46 des Mittenmoduls 33 bei Einnahme der Endlage 36, 37 in den Überlaufbehälter 19 abgeführt werden kann.
Jedes Außenmodul 33 ist mit einer Versorgungsleitung 52 verbunden. Diese Versorgungsleitung 52 wird mit einem Primärgas durch eine nicht näher dargestellte Pumpe bzw. Primärgasquelle beaufschlagt, so dass durch die Außenmodule 34 eine Primärgasströmung in die Prozesskammer 16 ausgegeben werden kann.
Oberhalb der Prozesskammer 16 ist eine Zuführeinrichtung 55 für eine Sekundärgasströmung in die Prozesskammer 16 vorgesehen. Diese Zuführeinrichtung 55 umfasst zwei einander gegenüberliegende Zuführkanäle 56, die an die Strahleintrittsöffnung 30 angrenzend positioniert sind. Über zumindest eine Zuführöffnung 57, welche der Strahleintrittsöffnung 30 zugeordnet ist oder diese umgibt, strömt das Sekundärgas in die Prozesskammer 16 ein und wird von oben auf die Aufbauplattform 17 zugeführt.
Die Prozesskammer 16 weist seitliche Wandabschnitte 60 auf, welche die Länge der Prozesskammer 16 begrenzen. Diese Wandabschnitte 60 umfassen Strömungsflächen 62, die sich in Richtung auf die Aufbauplattform 17 erstrecken und eine Querschnittsfläche der Prozesskammer 16 verengen. Dabei ist ein Abstand 61 vorgesehen, welcher der Länge der Aufbauplattform 17, die sich in X-Richtung erstreckt, entspricht oder vorzugsweise kleiner ist, wie dies in Figur 1 dargestellt wird. Ausgehend von dem geringsten Abstand 61 weitet sich die Strömungsfläche 62 auf. Der Wandabschnitt 60 geht in eine horizontale Begrenzungsfläche 63 über. Diese Begrenzungsfläche 63 verläuft bevorzugt parallel zum Prozesskammerboden 18 und ist in einem Abstand zum Prozesskammerboden 18 vorgesehen, so dass zwischen der Begrenzungsfläche 63 und dem Prozesskammerboden 18 die Prozessunterstützungseinrichtung 21 positionierbar ist. Durch diese Ausgestaltung der Prozesskammer 16 wird ein tulpenförmiger Querschnitt bzw. eine tulpenförmige Kontur erzielt, wodurch eine Strömungsoptimierung bei der Zuführung eines Sekundärgases von oben in die Prozesskammer 16 ermöglicht ist. Alternativ kann die Prozesskammer 16 eine konusförmige Kontur oder die Kontur eines parabelförmigen Einlauftrichters aufweisen.
Jeder Zuführkanal 56 der Zuführeinrichtung 55 wird über eine Versorgungsleitung 52 mit Sekundärgas über eine nicht näher dargestellte Sekundärgasquelle versorgt.
Anhand der nachfolgenden Figuren 2 bis 4 wird die Zuführeinrichtung 55 zum Zuführen eines Sekundärgases und zur Bildung eines Sekundärgasstromes innerhalb der Prozesskammer 16 näher beschrieben.
In dem Zuführkanal 56 ist bevorzugt ein über den Querschnitt sich erstreckendes Lochblech 71 vorgesehen. Dadurch kann bereits eine erste homogene Stromaufteilung des zugeführten Sekundärgases erzielt wer- den. Der Zuführkanal 56 mündet in die Zuführöffnung 57. Im Ausführungsbeispiel ist die Zuführöffnung 57 durch ein Durchströmungselement 59, wie beispielsweise ein Strömungssieb, gebildet. Dieses Durchströmungselement 59 kann beispielsweise auch als Lochblech oder als ein gasdurchlässiges Gewirke oder als ein mehrlagiges Metallgewebe oder dergleichen ausgebildet sein. Die Zuführöffnung 57 umgibt vollständig die Strahleintrittsöffnung 30. Somit liegt die Zuführöffnung 57 und die Strahleintrittsöffnung 30 in einer gemeinsamen Ebene.
Zwischen dem Lochblech 71 im Zuführkanal 56 und der Zuführöffnung 57 erstrecken sich Leitbleche 72, welche den Querschnitt des Zuführkanals 56 in einen Kernstrom 74 und zwei außenliegende Seitenströme 75 untergliedern. Diese Leitbleche 72 erstrecken sich entlang der Breite der Strahleintrittsöffnung 30 jeweils über die Hälfte der Länge der Strahleintrittsöffnung 30. Gleichzeitig weist der Zuführkanal 56 eine obere gekrümmte Fläche 76 auf, um die Seitenströme 75 über die seitlichen Bereiche der Zuführöffnung 57 der Prozesskammer 16 zuzuführen.
Jeweils der Stirnseite der Strahlaustrittsöffnung 30 zugeordnet ist an der Zuführöffnung 57 eine Sperrstrom-Finne 77 vorgesehen. Diese Sperr- strom-Finne 77 ist im Abstand zur Strahleintrittsöffnung 30 innenliegend zur Prozesskammer 16 vorgesehen. Diese Sperrstrom-Finnen 77 sind nahezu horizontal ausgerichtet. Dadurch wird ein horizontaler Sperrstrom von beiden Seiten über die Zuführkanäle 56 zugeführt, die sich in der Mitte der Strahleintrittsöffnung 30 treffen und darauffolgend einen abwärts gerichteten Sekundärgasstrom erzeugen. Zwischen einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung 30 und dem Wandabschnitt 60 ist jeweils ein Strömungsstabilisator 78 vorgesehen. Dieser weist bevorzugt eine Krümmung entsprechend der Strömungsfläche 62 auf. Dieser Strömungsstabilisator 78 erstreckt sich über die gesamte Breite des Zuführkanals 56 bzw. Zuführöffnung 57. Diese Strömungsstabilisatoren 78 ermöglichen einen rückströmfreien und/oder gerichteten Sekundärgasstrom in dem Randbereich der Prozesskammer 16 unabhängig von der Position des Mittenmoduls 33. In Figur 5 ist eine schematische Seitenansicht der Prozesskammer 16 gemäß Figur 1 während eines Arbeitsschrittes zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts 12 dargestellt. Der Strahl 27 ist auf das Aufbaumaterial in der Aufbau plattform 17 gerichtet und verfestigt im Auftreffpunkt 31 das Aufbaumaterial. Das Mittenmodul 33 ist beispielsweise rechts benachbart zum Auftreffpunkt 31 positioniert. Dieses Mittenmodul 33 kann den Strahl 27, der beispielsweise in Richtung auf die linke Endlage 36 zubewegt wird, nachlaufen. Gleichzeitig wird die Prozessunterstützungseinrichtung 21 mit einem Primärgas und die Zuführeinrichtung 55 mit einem Sekundärgas beaufschlagt. Dabei ist gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Primärgasstrom zwischen einem linken Außenmodul 34 und dem Mittenmodul 33 sowie ein Sekundärgasstrom zwischen der Zuführeinrichtung 55 und dem Mittemodul 33 erzeugt wird. Bei dieser ersten Ausführungsform ist nur die linke Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 zur gemeinsamen Absaugung des Primärgasstroms und des Sekundärgasstroms angesteuert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass durch das linke und rechte Außenmodul 34, 35 ein Primärgasstrom ausgegeben wird, welcher durch die jeweilige linke und rechte Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 abgesaugt wird. Darüber hinaus wird gleichzeitig über die Zuführeinrichtung 55 ein Sekundärgasstrom auf das Mittenmodul 33 zugeführt. Aufgrund der in Figur 5 dargestellten Position des Mittenmoduls 33 wird ein vergrößerter Volumenstrom des Sekundärgases der linken Absaugeinrichtung 41 zugeführt und gemeinsam mit dem Primärgasstrom abgesaugt. Ein geringerer Volumenstrom der Sekundärgasströmung kann über die rechte Absaugeinrichtung 41 des Mittenmoduls 33 zusammen mit dem rechten Primärgasstrom abgesaugt werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt über beide Absaugeinrichtungen 41 des Mittenmoduls 33 eine gemeinsame Absaugung des der Prozesskammer 16 zugeführten Primärgasstromes und Sekundärgasstromes.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auslassdüse 38 der Außenmodule 34, 35 einen Öffnungsquerschnitt im Verhältnis zu den Einsaugöffnungen 42 der Absaugeinrichtung 41 von größer 3 aufweist. In Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Stoßdiffusors 81 dargestellt. Dieser Stoßdiffusor 81 ist zwischen der Versorgungsleitung 52 und dem Zuführkanal 39 bzw. 56 gebildet. Dabei ist vorgesehen, dass das zugeführte Prozessgas beispielsweise um 90° umgelenkt wird und gleichzeitig aufgrund der Vergrößerung des Querschnitts von der Versorgungsleitung 52 zum Zuführkanal 39, 56 eine Verzögerung in der Strömung erfährt. Die Umlenkung kann auch in einem Winkel von größer oder kleiner 90° erfolgen. Diese Verzögerung erfolgt bevorzugt nach dem Prandtl'schen Stoßdiffusorprinzip durch das Aufprallen der bevorzugt vorverzögerten Strömung auf der Bodenplatte des Stoßdiffusors. Dadurch kann eine Aufweitung des zugeführten Prozessgasstrahles in zwei Kernströme im Zuführkanal 39, 56 erzielt werden.
In Figur 7 ist eine schematische Seitenansicht eines Arbeitsschritts der Vorrichtung 11 zur Herstellung des dreidimensionalen Objektes 12 mit einer alternativen Ausführungsform der Prozessunterstützungseinrichtung 21 dargestellt. Die Figur 8 zeigt eine weitere mögliche Arbeitsposition gemäß der Ausführungsform in Figur 7.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Prozessunterstützungseinrichtung 21 zwei verfahrbar angesteuerte Außenmodule 34, 35 aufweist. Diesbezüglich sind die Zuführkanäle 56 vorzugsweise teleskopartig ausgebildet, so dass die Auslassdüsen 38 relativ zur Aufbauplattform 17 verfahrbar sind. Die verfahrbare Ansteuerung der Außenmodule 34, 35 relativ zur Verfahrbewegung des Mittenmoduls 33 weist den Vorteil auf, dass die Überströmungsstrecke zwischen der Auslassdüse 38 und der Absaugeinrichtung 41 kurzgehalten werden kann. Dadurch kann entlang der Überströmungsstrecke die Homogenität des Primärgasstromes aufrechterhalten bleiben, wodurch eine verbesserte Absaugung erzielt werden kann. Bei der Darstellung in Figur 7 ist vorgesehen, dass das Mittenmodul 33 in eine Endlage 36 verfahren wird. Das rechte Außenmodul 35 folgt dabei dem Mittenmodul 33, vorzugsweise mit gleichbleibendem Abstand. Gleichzeitig wird das linke Außenmodul 34 zunehmend in die linke Endlage 36 übergeführt. Durch die gleichzeitige Zufüh- rung der Primärgasströme und des Sekundärgasstromes kann eine vollständige Spülung der Prozesskammer 16 erzielt werden. Während der in Figur 7 dargestellten Verfahrbewegung wird bevorzugt über beide Auslassmodule 34, 35 ein Primärgasstrom ausgegeben und über beide Absaugeinrichtungen 41 des Mittenmoduls 33 eine Absaugung des Primärgasstromes und Sekundärgasstromes angesteuert.
Auch während dem Verfahren des Mittenmoduls 33 in eine Endlage 36, 37 oder in der Endlage 36, 37, wie beispielsweise die linke Endlage 36, wird der Primärgasstrom und/oder der Sekundärgasstrom aufrechterhalten. Bevorzugt ist eine konstante Beströmung des gesamten Prozessgaskreislaufs vorgesehen.
Figur 9 stellt eine alternative Ausgestaltung der Zuführung von Sekundärgasströmungen in die Prozesskammer 16 dar. Hierbei ist die Strahleintrittsöffnung 30 nicht, oder weniger erhaben, ausgebildet und ragt entsprechend nicht oder nur wenig in die Prozesskammer hinein. Alternativ könnte die Strahleintrittsöffnung 30, analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Sekundärgasstrom durch zwei Zuführkanäle 56 in Richtung der Prozesskammer 16 zugeführt. Die beiden Zuführkanäle 56 münden dabei jeweils in einer Zuführöffnung 57, die durch die Strahleintrittsöffnung 30 begrenzt ist.
Von der Zuführöffnung 57 ausgehend erstreckt sich jeweils eine Strömungsfläche 62 in Richtung des Mittenmoduls 33 und der Aufbauplattform 17 (nicht dargestellt). In diesem Beispiel sind die Strömungsflächen 62 durch jeweils drei ebene Abschnitte ausgebildet und der geringste Abstand 61 wird durch die unteren Enden der Strömungsflächen 62 ausgebildet. Der geringste Abstand 61 ist in diesem Fall größer als die Länge der Aufbau plattform 17, welche sich in x-Richtung erstreckt. Der geringste Abstand 61 könnte aber auch gleich oder kleiner als die Länge der Aufbau plattform 17 sein, welche sich in x-Richtung erstreckt. Alternativ könnten die Strömungsflächen 62 wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. An die Enden der Strömungsflächen 62 schließt sich jeweils eine horizontal ausgerichtete Begrenzungsfläche 63 an. Somit erweitert sich die Zuführöffnung 57, durch die die Sekundärgasströmung zugeführt wird entlang der Strömungsfläche 62.
Entlang bei beiden sich derart erweiternden Zuführöffnungen 57 wird in diesem Ausführungsbeispiel zur Ausbildung besonders homogener Sekundärgasströmungen ein Durchströmungselement 59 befestigt. Das Durchströmungselement 59 ist dabei an der Zuführöffnung 57, bevorzugt angrenzend zur Strahleintrittsöffnung 30, sowie an den Enden der Strömungsflächen 62, d.h. entlang der Linie des geringsten Abstands 61 zur jeweils anderen Strömungsfläche 62, auf der gleichen Seite der Strahleintrittsöffnung 30 befestigt. Dabei ist die sich erweiternde Zuführöffnung (57) vollständig durch das Durchströmungselement 59 abgedeckt, so dass der Sekundärgasstrom jeweils durch das Durchströmungselement 59 treten muss und dadurch homogenisiert wird.
Die Durchströmungselemente 59 sind dabei angrenzend zur Strahleintrittsöffnung 30 vertikal zu dieser Strahleintrittsöffnung 30 ausgeführt, um damit einen lokal horizontal und damit parallel zur Strahleintrittsöffnung ausgebildeten Sekundärgasstrom zu erzeugen. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich der Winkel der Durchströmungselemente 59 entlang der Linie des geringsten Abstands 61 jeweils derart, dass die dem Zuführkanal 56 entgegengesetzte Seite des Durchströmungselements 59 in Richtung des Mittenmoduls 33 und der Aufbau plattform 17 geneigt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Durchströmungselemente 59 durch zwei ebene Abschnitte ausgebildet. Es umfasst dabei ein Filterlaminat, das eine Maschinenweite zwischen 10 und 500 pm, bevorzugt zwischen 30 und 200 pm, bspw. 100 pm aufweist.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials, bei dem in zumindest einer Prozesskammer (16) auf eine Aufbauplattform (17) das Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht wird, bei dem mit einer Strahlungsquelle (26) zumindest ein Strahl (27) zur Verfestigung des Aufbaumaterials erzeugt und mit zumindest einem Strahlführungselement (29) auf das Aufbaumaterial in der Aufbauplattform (17) zugeführt wird, bei dem mit einer Prozessunterstützungseinrichtung (21), welche ein Mittenmodul (33) und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul (34, 35) aufweist, eine Primärgasströmung entlang der Aufbau plattform (17) erzeugt wird, so dass zwischen einem Mittenmodul (33) und dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
- dass mit einer Zuführeinrichtung (55) oberhalb der Aufbauplattform (17) eine Sekundärgasströmung auf die Aufbau plattform (17) ausgerichtet und zugeführt wird und eine Strömungsstrecke des Sekundärgases zwischen der Zuführeinrichtung (55) und der Prozessunterstützungseinrichtung (21) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von zumindest einem Außenmodul (34, 35) ein Primärgasstrom und von der Zuführeinrichtung (55) ein Sekundärgasstrom ausgegeben wird und dass der Primärgasstrom und der Sekundärgasstrom gemeinsam von dem Mittenmodul (33) abgesaugt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Außenmodul (34, 35) auf das Mittenmodul (33) zugerichtet eine Primärgasströmung ausgegeben wird, die jeweils durch eine zum Außenmodul (34, 35) ausgerichtete Absaugeinrichtung (41) des Mittenmoduls (33) abgesaugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittenmodul (33) und/oder das zumindest eine Außenmodul (34, 35) entlang der Aufbauplattform (17) verfahrbar angesteuert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls (33) oberhalb der Aufbauplattform (17) die beiden Absaugeinrichtungen (41) des Mittenmoduls (33) zur Absaugung der Primärgasströmung und der Sekundärgasströmung angesteuert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls (33) in oder aus einer Endlage (36, 37) benachbart zur Aufbauplattform (17) oder bei einer Positionierung des Mittenmoduls (33) in der Endlage (36, 37) die Primärgasströmung und/oder die Sekundärgasströmung aufrechterhalten und die Absaugung über die zumindest eine Absaugeinrichtung (41) am Mittenmodul (33) angesteuert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verfahrbewegung des Mittenmoduls (33) in oder aus der Endlage (36, 37) benachbart zur Aufbauplattform (17) oder bei einer Positionierung (36, 37) des Mittenmoduls (33) in der Endlage (36, 37) nur diejenige Absaugeinrichtung (41) des Mittenmoduls (33) zur Absaugung des Primärgasstromes und des Sekundärgasstromes angesteuert wird, welche zur Aufbauplatt- form (17) weist und/oder nur das Außenmodul (34, 35) zur Ausgabe des Primärgasstromes angesteuert wird, welches dem Mittenmodul (33) entfernt gegenüberliegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die beiden Außenmodule (34, 35) in einer jeweiligen Endlage (36, 37) außerhalb der Aufbauplattform (17) stillstehen und das Mittenmodul (33) zum Überfahren der Aufbauplattform (17) angesteuert wird, oder
- dass das Mittenmodul (33) und das zumindest eine Außenmodul (34, 35) mit einer Verfahrbewegung entlang der Aufbauplattform (17) angesteuert werden, wobei der Abstand zwischen dem Mittenmodul (33) und dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) konstant oder veränderbar angesteuert wird. Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten (12) durch selektives Verfestigen eines schichtweise aufgebrachten Aufbaumaterials mittels eines auf das Aufbaumaterial einwirkenden Strahles (27), mit zumindest einer Prozesskammer (16), welche zumindest eine in einer X-/Y-Ebene angeordnete Aufbauplattform (17) aufweist, auf welcher das dreidimensionale Objekt (12) erzeugt wird, mit einer Strahlungsquelle (26) zur Erzeugung des Strahls (27), mit zumindest einem Strahlführungselement (29) zum Führen und Lenken des Strahls (27) auf das zu verfestigende Aufbaumaterial, wobei der Strahl (27) über eine Strahleintrittsöffnung (30) in die Prozesskammer (16) einkoppelbar ist, mit einer Prozessunterstützungseinrichtung (21), welche zur Erzeugung einer Primärgasströmung entlang der Aufbau plattform (17) ein Mittenmodul (33) und jeweils dazu ausgerichtet ein Außenmodul (34, 35) aufweist, so dass zwischen dem zumindest einen Außenmodul (34, 35) und dem Mittenmodul (33) eine Überströmungsstrecke mit Primärgas gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass oberhalb der Aufbau plattform (17) eine Zuführeinrichtung (55) zum Zuführen einer Sekundärgasströmung vorgesehen ist, und
- dass durch die Zuführeinrichtung (55) die Sekundärgasströmung auf die Aufbauplattform (17) ausgerichtet und eine Strömungsstrecke zwischen der Zuführeinrichtung (55) und der Prozessunterstützungseinrichtung (21) gebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittenmodul (33) jeweils zum Außenmodul (34, 35) weisend mindestens eine Absaugeinrichtung (41), vorzugsweise mindestens ein Drallrohr mit einer Einsaugöffnung (42), aufweist, die sich zumindest über die Breite der Aufbau plattform (17) erstrecken. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Absaugeinrichtungen (41) des Mittenmoduls (33) zumindest ein, vorzugsweise zwei schachtförmige Vorratsbehälter (44) für das Aufbaumaterial und zumindest eine, vorzugsweise zwischen den Vorratsbehältern (44) angeordnete Beschichtungseinrichtung (46) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Außenmodul (34, 35) eine Auslassdüse (38) aufweist, die vorzugsweise eine polynomiale Düsenform aufweist, welche an einem Zuführkanal (39) vorgesehen ist, der vorzugsweise in der Länge veränderbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer (16) eine Strahleintrittsöffnung (30) für den Strahl (27) vorgesehen ist und beidseitig zur Strahleintrittsöffnung (30) ein Zuführkanal (56) der Zuführeinrichtung (55) ausgerichtet ist und das Sekundärgas über jeweils eine an die Strahleintrittsöffnung (30) angrenzende Zuführöffnung (57) oder über eine die Strahleintrittsöffnung (30) umgebende Zuführöffnung (57) der Prozesskammer (16) zuführbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Prozesskammer (16), welche sich in Y-Richtung erstreckt, durch einander gegenüberliegende Wandabschnitte (60) begrenzt ist, die ausgehend von der Zuführöffnung (57) der Zuführeinrichtung (55) eine Strömungsfläche (62) aufweisen, deren Abstand sich in Richtung auf die Aufbauplattform (17) zunehmend verringert. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem geringsten Abstand (61) der Strömungsflächen (62) in der Prozesskammer (16) eine Aufweitung der Wandabschnitte (60) bis zu einer horizontal ausgerichteten Begrenzungsfläche (63) vorgesehen ist, wobei sich die horizontal ausgerichteten Begrenzungsflächen (63) in entgegengesetzter Richtung erstrecken und sich oberhalb der zum Prozesskammerboden (18) ausgerichteten Prozessunterstützungseinrichtung (21) erstrecken, oder der geringste Abstand (61) der Strömungsflächen (62) an den in Richtung der Aufbau plattform (17) weisenden Enden der Strömungsflächen (62) erreicht ist, insbesondere bis zu einer sich daran anschließenden horizontal ausgerichteten Begrenzungsfläche (63). Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der geringste Abstand (61) zwischen den Strömungsflächen (62) gleich oder kleiner, alternativ größer als die Länge der Aufbauplattform (17), welche sich in X-Richtung erstreckt, ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (16) in einer Seitenansicht gesehen durch die Strömungsflächen (62) der Wandabschnitte (60) eine tulpenförmige oder konusförmige Kontur oder eine Kontur als ein parabelförmiger Einführtrichter aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführöffnung (57) und/oder der sich entlang der Strömungsfläche (62) erweiternden Zuführöffnung (57), ein Durchströmungselement (59), insbesondere ein Strömungssieb, ein Lochsieb, ein Filterlaminat oder ein Vlies, vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchströmungselement (59) der sich erweiternden Zuführöffnung (57) an einer Linie des geringsten Abstands (61) der Strömungsfläche (62) und/oder zumindest teilweise angrenzend an die Strahleintrittsöffnung (30) oder diese teilweise umgebend befestigt ist und bevorzugt die sich erweiternde Zuführöffnung (57) vollständig abdeckt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (56) der Zuführeinrichtung (55), die zur Zuführöffnung (57) ausgerichtet ist, zwei Leitbleche (72) aufweisen, durch welche das Sekundärgas im Zuführkanal (56) in zwei Seitenströme (75) und einen dazwischenliegenden Kernstrom (74) aufgeteilt ist, wobei der Kernstrom (74) einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung (30) und die Seitenströme (75) einem seitlich an die Strahleintrittsöffnung (30) angrenzenden Seitenabschnitt der Zuführöffnung (57) zuführbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Leitbleche (72) einen Abstand zueinander aufweisen, der der Breite der Strahleintrittsöffnung (30) entspricht und die zwei Leitbleche (72) entlang der Seitenkanten der Strahleintrittsöffnung (30) erstrecken und vorzugsweise der einander gegenüberliegenden und aufeinander zu ausgerichteten Leitbleche (72) sich jeweils bis zur Hälfte der Länge der Strahleintrittsöffnung (30) erstrecken. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchströmungselement (59) als eine Kammer mit einem Filterlaminat ausgebildet ist, in welcher der Kernstrom (74) und die Seitenströme (75) zusammengeführt sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung (30) zugeordnet eine Sperrstrom-Finne (77) vorgesehen ist und/oder dass zwischen einer Stirnseite der Strahleintrittsöffnung (30) und der Strömungsfläche (62) am Wandabschnitt (60) ein Strömungsstabilisator (78) zugeordnet ist und vorzugsweise eine Krümmung des Strömungsstabilisators (78) der Krümmung der Strömungsfläche (62) des Wandabschnitts (60) entspricht. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmodule (34, 35) und/oder das Mittenmodul (33) der Prozessunterstützungseinrichtung (21) entlang der Aufbauplattform (17) verfahrbar sind,
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