DE102018129028A1

DE102018129028A1 - Verfahren zur additiven Fertigung und System

Info

Publication number: DE102018129028A1
Application number: DE102018129028.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Fey
Original assignee: AMCM GmbH
Current assignee: AMCM GmbH
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN113226712B; EP3883748A1; US12296534B2; US20220001614A1; CN113226712A; WO2020104212A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes (1) mittels eines Systems mit einer Beschichtungseinheit (40) und wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50), deren Bestrahlungsbereiche sich teilweise überlappen oder aneinander angrenzen, wobei die Bestrahlungsbereiche angepasst werden, sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung einer Schicht oder mehrerer Schichten von aufgebrachtem Aufbaumaterial (30) bedarfsweise minimiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte und ein computerlesbares Speichermedium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte sowie ein System zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium.
Herkömmliche Verfahren zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Objekten wenden eine strikt serielle Abfolge des Auftragens einer neuen Schicht von Aufbaumaterial und deren Bestrahlung zur Verfestigung der aufgetragenen Schicht an. Die Bestrahlung zur Verfestigung der aufgetragenen Schicht von Aufbaumaterial erfolgt dabei stets entlang gleichbleibender Bestrahlungsbereiche. Durch ein solch serielles Vorgehen entstehen sehr große Nebenzeiten, die die Effizienz des Systems im Gesamten reduzieren. Entsprechend kostenintensiv und langwierig ist die Herstellung bereits eines einzelnen dreidimensionalen Objektes mittels eines additiven Fertigungsverfahrens.
Darüber hinaus weisen bekannte Systeme zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Objekten zusätzlichen Platzbedarf auf, um die Beschichtungseinheit während der Bestrahlung zur selektiven Verfestigung von zuletzt aufgetragenem Aufbaumaterial außerhalb des selektiv zu verfestigenden Bereiches, also außerhalb des Bauraums, unterbringen bzw. verstauen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur additiven Fertigung anzugeben, welches auf einfache und kostengünstige Weise die effiziente Herstellung bzw. Erzeugung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes bei gleichbleibender Qualität ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein System und ein computerlesbares Speichermedium anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch den Gegenstand des Anspruchs 1, hinsichtlich des Systems durch den Gegenstand des Anspruchs 6 und hinsichtlich des computerlesbaren Speichermediums durch den Gegenstand des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Konkret wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte mittels eines Systems gelöst, welches einen Bauraum aufweist, eine Bauplattform innerhalb des Bauraums, auf der das wenigstens eine herzustellende Objekt schichtweise aufbaubar ist, wenigstens eine Beschichtungseinheit zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials in einer Bauebene, die parallel zu der Bauplattform vorgesehen ist, und wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten zur örtlich selektiven Verfestigung des Aufbaumaterials in der Bauebene, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Unterteilen des Bauraums in wenigstens ein erstes und ein zweites Segment entlang der Erstreckungsrichtung der Bauplattform, wobei wenigstens eines der Segmente als Einzelsegment ausgebildet wird oder wenigstens eines der Segmente in wenigstens zwei Teilsegmente unterteilt wird;
- Zuordnen jeweils einer der Bestrahlungseinheiten zu einem der Segmente und/oder den Teilsegmenten eines Segments, wobei sich Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten, insbesondere nebeneinander angeordneter Bestrahlungseinheiten, teilweise überlappen oder die Bestrahlungsbereiche aneinander angrenzen;
- Anpassen der Bestrahlungsbereiche entlang der Bauebene durch die Adaption der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten, sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung einer Schicht oder mehrerer Schichten des aufgebrachten Aufbaumaterials entlang aller Segmente und/oder aller Teilsegmente in der Bauebene bedarfsweise minimiert wird;
- Aufbringen und selektives Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials entlang der Segmente und/oder der Teilsegmente.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken ein Verfahren bereitzustellen, welches die Bestrahlungseinheiten derart einsetzt, sodass eine optimale Ausnutzung durch Minimierung der Nebenzeiten erzielt wird. Insbesondere kann die Prozessdauer zur Fertigung eines oder mehrerer dreidimensionaler Objekte optimiert bzw. reduziert werden.
Es ist hierzu vorgesehen, dass die Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten derart beliebig adaptierbar sind und überlappend oder nebeneinander angrenzend ausgerichtet werden können, sodass die Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten des aufgebrachten Aufbaumaterials auf effektive Weise reduzierbar ist. Insbesondere können die Bestrahlungsdauern der einzelnen Segmente und/oder Teilsegmente zur selektiven Verfestigung einer Schicht von Aufbaumaterial im Wesentlichen gleichverteilt ausgestaltet werden, um eine Reduktion der Gesamtbestrahlungsdauer zu erzielen. Die Adaption der Bestrahlungsbereiche kann demnach insbesondere unter Berücksichtigung der schichtweise aufzubauenden Struktur des wenigstens einen herzustellenden, dreidimensionalen Objektes vorgesehen sein.
Im Sinne eines additiven Fertigungsprozesses ist es möglich, ein dreidimensionales Objekt oder mehrere dreidimensionale Objekte schichtweise aufzubauen bzw. zu erzeugen. So ist vorgesehen, dass die Geometrie des wenigstens einen dreidimensionalen Objekts erzeugt wird, indem Schichten des Aufbaumaterials schrittweise aufeinander abgelegt und verfestigt werden, insbesondere örtlich selektiv verfestigt werden.
Unter dem Begriff der selektiven Verfestigung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass eine Schicht von neu aufgetragenem Aufbaumaterial entlang der gewünschten Kontur bzw. den Konturen des wenigstens einen, herzustellenden dreidimensionalen Objektes zweckmäßig verfestigt wird. Hierzu wird die aufgetragene Schicht von Aufbaumaterial entlang der herzustellenden Geometrie des dreidimensionalen Objektes durch die Bestrahlungseinheiten gezielt bestrahlt. Eine Schicht von Aufbaumaterial ist im Sinne der vorliegenden Erfindung selektiv verfestigt, sobald eine hinreichende, zweckmäßige Verfestigung der Schicht von Aufbaumaterial erfolgt ist bzw. erreicht ist. Eine selektiv verfestigte Schicht von Aufbaumaterial stellt demnach einen Teil des zu erzeugenden Endproduktes und vorzugsweise die Basis dar, um eine weitere Schicht von Aufbaumaterial abzulegen und selektiv zu verfestigen.
Erfindungsgemäß wird der Bauraum, also das Volumen eines Systems zur Durchführung des Verfahrens in Erstreckungsrichtung bzw. entlang der Bauplattform, in dem das wenigstens eine oder mehrere dreidimensionale Objekte schichtweise aufbaubar sind, in wenigstens ein erstes und ein zweites Segment unterteilt. Die aufzutragenden bzw. abzulegenden Schichten von Aufbaumaterial sind abschnittsweise dem ersten oder zweiten Segment zuzuordnen. Die jeweils eingestellte Bauebene kann anhand der Segmente unterteilt werden.
Bevorzugter Weise ist die Bauplattform als eine kreisförmige bzw. ringförmige, ovalförmige, U-förmige, Rechteck-rahmenförmige oder dergleichen ausgebildete Bauplattform vorgesehen, sodass ein dreidimensionales Objekt oder mehrere dreidimensionale Objekte über einen Winkelbereich von 360 Grad entlang einer umlaufend bzw. zirkulär geschlossenen Bauplattform herstellbar und anordbar sind. Insofern kann unter einem Umlauf der Beschichtungseinheit verstanden werden, dass die Beschichtungseinheit über wenigstens 360 Grad entlang der Erstreckung der Bauplattform bewegt wird. Unter der Erstreckung der Bauplattform ist somit insbesondere die Ausbildung der Bauplattform in umlaufender Richtung entlang des Winkelbereiches von 360 Grad zu verstehen.
Des Weiteren können die Segmente als Einzelsegmente vorgesehen sein oder jeweils Teilsegmente aufweisen. So kann ein Segment wiederrum in Teilsegmente unterteilt werden bzw. unterteilbar sein.
Jeweils eine der wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten wird einem der Segmente zugeordnet. Eine Bestrahlung von Teilsegmenten eines Segments durch eine der Bestrahlungseinheiten zur selektiven Verfestigung kann seriell, also nacheinander, erfolgen.
Alternativ können Teilsegmente mittels der zugeordneten Bestrahlungseinheit des Segments derart abwechselnd selektiv verfestigt werden, dass beispielsweise die Beschichtungseinheit sich durch die Teilsegmente hindurchbewegen kann und die Bestrahlungseinheit vor dem Ablauf der bedarfsweisen Bestrahlungsdauer in einem der Teilsegmente zur selektiven Verfestigung des anderen Teilsegmentes übergeht.
Demzufolge kann eine Bestrahlungseinheit während der selektiven Verfestigung zwischen zwei Teilsegmente bedarfsweise wechseln, insbesondere bevor die bedarfsweise Bestrahlungsdauer eines der Teilsegmente abgelaufen ist. Sofern ein Wechsel zwischen den Teilsegmenten durch die zugeordnete Bestrahlungseinheit erfolgt und in einem Teilsegment die bedarfsweise Bestrahlungsdauer nicht vollständig erreicht wurde, ist die selektive Verfestigung dieses Teilsegments zu einem späteren Zeitpunkt fortzusetzen, um eine selektive Verfestigung zu erreichen.
Es besteht der Vorteil, dass anhand der Teilsegmente beispielsweise eine Durchfahrt der Beschichtungseinheit durch ein Segment ermöglicht wird, während die selektive Verfestigung abwechselnd in jeweils einem der Teilsegmente fortgesetzt werden kann.
Ein Deaktivieren einer Bestrahlungseinheit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als ein Abschalten der Bestrahlungseinheit oder als ein Wechsel der Bestrahlungseinheit zwischen Teilsegmenten zur selektiven Verfestigung zu verstehen, wobei die Bestrahlungseinheit von einem Teilsegment auf das andere Teilsegment umgestellt wird. Bei einer solcher Umstellung der Bestrahlungseinheit von einem Teilsegment auf ein anderes Teilsegment ist ein vollständiges Ausschalten der Bestrahlungseinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht zwingend notwendig, sodass die Bestrahlungseinheit Aufbaumaterial entlang der Teilsegmente ununterbrochen selektiv verfestigt.
Des Weiteren kann die Beschichtungseinheit während des Fertigungsprozesses wenigstens eines dreidimensionalen Objektes kontinuierlich, insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit, oder diskontinuierlich in Erstreckungsrichtung der Bauplattform bzw. Bauebene bewegbar sein. Die Beschichtungseinheit kann in diesem Sinne fortlaufend und vorzugsweise ohne Unterbrechung bewegt werden, unabhängig davon, ob eine neue Schicht von Aufbaumaterial entlang der eingestellten Bauebene aufgetragen wird. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit, mit der die Beschichtungseinheit bewegt wird, derart eingestellt, dass eine vorteilhafte Minimierung der Nebenzeiten während der Herstellung bzw. Fertigung des wenigstens einen dreidimensionalen Objekts erzielbar ist.
Insbesondere wird die Beschichtungseinheit wenigstens mit einer minimalen Geschwindigkeit fortbewegt, wobei die minimale Geschwindigkeit zur Fortbewegung der Beschichtungseinheit einer Mindestgeschwindigkeit zum Ablegen bzw. Auftragen einer Schicht von Aufbaumaterial entspricht.
Bevorzugter Weise kann die Beschichtungseinheit mit einer maximalen Geschwindigkeit fortbewegt, wobei die maximale Geschwindigkeit zur Fortbewegung der Beschichtungseinheit einer Maximalgeschwindigkeit zum Ablegen bzw. Auftragen einer Schicht von Aufbaumaterial entspricht. Auf diese Weise kann die notwendige Zeit für einen Umlauf der Beschichtungseinheit, entlang der Erstreckung der Bauplattform bzw. der Bauebene, minimiert werden.
Eine Leerlauffahrt der Beschichtungseinheit mit wenigstens der einzuhaltenden minimalen Geschwindigkeit wird durchgeführt, wenn eine Umlaufdauer der Beschichtungseinheit zum Auftragen der wenigstens einen Schicht von Aufbaumaterial enden würde, bevor die bedarfsweise Bestrahlungsdauer in wenigstens einem der Segmente entlang der eingestellten Bauebene noch nicht erreicht bzw. abgelaufen ist. Demnach wird eine Leerlauffahrt durchgeführt, wenn die Beschichtungseinheit beim Auftragen einer neuen Schicht von Aufbaumaterial in ein noch nicht vollständig selektiv verfestigtes Segment einfahren würde.
Alternativ kann die Beschichtungseinheit nach dem Auftragen einer vollständigen Schicht von Aufbaumaterial in einem Segment und/oder Teilsegment als ein Parksegment, welches bereits selektiv verfestigt ist, angehalten und zeitweise geparkt werden, insbesondere bis eine neue Schicht von Aufbaumaterial entlang der Segmente bzw. Teilsegmente aufgetragen werden kann.
In diesem Sinne wird die Auftragung einer Schicht von Aufbaumaterial nur in einem zusammenhängenden, vollständigen Umlauf entlang der Bauebene ausgeführt. Ist dies aufgrund noch nicht selektiv verfestigter Segmente oder Teilsegmente nicht möglich, wird eine Leerlauffahrt durch die Beschichtungseinheit ausgeführt oder die Beschichtungseinheit in einem vorbestimmbaren Parksegment angehalten.
Erfindungsgemäß erfolgt die selektive Verfestigung des Aufbaumaterials in einem Segment, wenn wenigstens eine Schicht von Aufbaumaterial entlang des gesamten Segments bzw. eines gesamten Teilsegments abgelegt ist durch Aktivierung der jeweils zugeordneten Bestrahlungseinheit.
Sofern ein Segment bzw. Teilsegment nur abschnittsweise mit Aufbaumaterial beschichtet ist, erfolgt vorzugsweise keine selektive Verfestigung bis die Beschichtungseinheit eine vollständige Schicht von Aufbaumaterial abgelegt hat. Die Aktivierung der jeweils zugeordneten Bestrahlungseinheit kann ausschließlich erfolgen, wenn sich die Beschichtungseinheit nicht in dem jeweiligen Segment bzw. Teilsegment, welches selektiv verfestigt werden soll, befindet. Des Weiteren wird die jeweilige Bestrahlungseinheit für ein Segment bzw. Teilsegment eines Segments nur aktiviert, wenn die zuletzt aufgetragene Schicht von Aufbaumaterial nicht bereits selektiv verfestigt ist.
Demzufolge kann eine Deaktivierung der Bestrahlungseinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung erfolgen, wenn ein Segment bzw. die zugehörigen Teilsegmente selektiv verfestigt ist/sind oder bei Einfahrt der Beschichtungseinheit in das selektiv zu verfestigende Segment und/oder Teilsegment.
Des Weiteren ist im Sinne der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das Auftragen von Aufbaumaterial durch die Beschichtungseinheit nach dem Auftragen wenigstens einer Schicht des Aufbaumaterials deaktiviert wird, wobei die Beschichtungseinheit durch eine beliebige Anzahl von Segmenten und/oder Teilsegmenten hindurch weiterbewegt werden kann ohne eine neue Schicht von Aufbaumaterial aufzutragen bzw. abzulegen bzw. abzugeben, bis die Beschichtungseinheit ein Parksegment erreicht oder sodass die Beschichtungseinheit wenigstens eine Leerlauffahrt ausübt.
Insbesondere kann das Auftragen von Aufbaumaterial mittels der Beschichtungseinheit deaktiviert werden, sobald in allen Segmenten und/oder Teilsegmenten wenigstens eine vollständige Schicht von Aufbaumaterial abgelegt ist.
Unter einer vollständigen Schicht ist zu verstehen, dass Aufbaumaterial über die gesamte Erstreckung eines Segments bzw. Teilsegments abgelegt ist. In diesem Sinne vollzieht die Beschichtungseinheit wenigstens einen vollständigen Umlauf entlang der Bauplattform, um eine Schicht von Aufbaumaterial abzulegen. Sofern ein Segment bzw. Teilsegment nur teilweise neu beschichtet wurde, ist das anschließende Ablegen einer weiteren Schicht über die komplette Erstreckung des Segments bzw. Teilsegments zur Bereitstellung einer vollständigen Schicht von Aufbaumaterial vorgesehen, insbesondere im Anschluss an die übrigen Segmente im Zuge des zuletzt vollzogenen Umlaufs der Beschichtungseinheit.
Insbesondere kann die Beschichtungseinheit während der gesamten Prozessdauer oder zeitweise in Erstreckungsrichtung der Bauplattform bewegt werden, wobei eine bedarfsweise Abgabe einer neuen Schicht von Aufbaumaterial erfolgt. In diesem Sinne kann die Beschichtungseinheit unterbrechungsfreie Umläufe entlang der Erstreckung der Bauplattform vollziehen.
Nach der Deaktivierung der Abgabe von Aufbaumaterial kann die weitere Bewegung der Beschichtungseinheit entlang der Erstreckung der Bauplattform als Leerlauffahrt aufgefasst werden. Eine Leerlauffahrt kann ein oder mehrere Segmente bzw. Teilsegmente umfassen oder einen oder mehrere Umläufe bzw. Teilumläufe der Beschichtungseinheit umfassen. Während einer solchen Leerlauffahrt wird keine neue Schicht von Aufbaumaterial abgegeben, wobei die Bestrahlungseinheiten der Segmente jeweils deaktiviert werden, sobald die Beschichtungseinheit in das jeweilige Segment bzw. ein zugehöriges Teilsegment einfährt.
Die Beschichtungseinheit kann nach dem Auftragen wenigstens einer Schicht von Aufbaumaterial eine beliebige Anzahl von Umläufen bzw. Teilumläufen zur Ausübung von Leerlauffahrten ausführen oder in einem vorbestimmbaren Parksegment angehalten werden, bis eine neue Schicht von Aufbaumaterial zweckmäßig aufgetragen wird bzw. aufgetragen werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bestrahlungseinheiten, die jeweils einem Segment und/oder den Teilsegmenten eines Segments zugeordnet sind, Bestrahlungsbereiche aufweisen. Unter dem Bestrahlungsbereich einer Bestrahlungseinheit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung derjenige Bereich entlang der eingestellten Bauebene zu verstehen, der mittels der jeweiligen Bestrahlungseinheit selektiv verfestigt werden kann. Somit kann der Bestrahlungsbereich einer Bestrahlungseinheit das jeweils zugeordnete Segment abdecken und/oder über das zugeordnete Segment hinaus in ein benachbartes Segment hineinreichen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Bestrahlungsbereich wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten bedarfsweise adaptierbar ist. Vorzugsweise kann der Bestrahlungsbereich wenigstens einer Bestrahlungseinheit nach einer Mehrzahl von Schichten des Aufbaumaterials adaptiert bzw. neu eingestellt werden, sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung der einzelnen Schichten von Aufbaumaterial minimiert werden kann. Alternativ kann eine Adaption einzelner Bestrahlungsbereiche nach einzelnen aufgetragenen und selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial bedarfsweise erfolgen.
Eine Adaption eines Bestrahlungsbereiches kann durch Anpassung der Position der jeweiligen Bestrahlungseinheit erfolgen und/oder durch Änderung der Ausrichtung der jeweiligen Bestrahlungseinheit. Im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt die Änderung der Position einer Bestrahlungseinheit insbesondere ihre Anordnung entlang der Erstreckungsrichtung der Bauplattform und somit eine längsverschiebliche Position. Die Ausrichtung einer Bestrahlungseinheit beschreibt insbesondere die Winkelausrichtung bzw. Neigung der Bestrahlungseinheit und/oder eines Strahlengangs der Bestrahlungseinheit, z.B. gegenüber der Horizontalen. Ein Bestrahlungsbereich kann demnach erfindungsgemäß durch eine Längsverschiebung einer Bestrahlungseinheit in Erstreckungsrichtung der Bauplattform erfolgen und/oder durch Änderung der Winkelausrichtung der Bestrahlungseinheit bzw. des Strahlengangs der Bestrahlungseinheit.
Anhand der kontinuierlich bewegbaren Beschichtungseinheit, einschließlich der Ausführung von Leerlauffahrten oder des Anhaltens in einem Parksegment, und der gezielt abgestimmten und adaptierbaren Bestrahlung zur selektiven Verfestigung wenigstens einer aufgebrachten Schicht von Aufbaumaterial kann ein effizientes und zeitsparendes Verfahren für die additive Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes bereitgestellt werden, insbesondere wenn die Bestrahlungseinheiten zur Optimierung bzw. Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauern bedarfsweise adaptiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Änderung der Relativposition zwischen der Bauplattform und der Beschichtungseinheit zur Bereitstellung einer geänderten Bauebene kontinuierlich oder diskontinuierlich.
Die Geschwindigkeit der Beschichtungseinheit bzw. Beschichtungseinheitsgeschwindigkeit beschreibt im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Geschwindigkeit, mit der sich die Beschichtungseinheit entlang der Erstreckung der Bauplattform bewegt, insbesondere in horizontaler Richtung. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Bauplattform und Beschichtungseinheit beschreibt die Geschwindigkeit im Zuge der Änderung der Relativposition zwischen Bauplattform und Beschichtungseinheit, insbesondere in vertikaler Richtung.
Die Fortbewegung der Beschichtungseinheit in Erstreckungsrichtung der Bauplattform kann in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Form vorgesehen. Ferner kann auch die Relativbewegung, bevorzugter Weise zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung, zwischen Beschichtungseinheit und Bauplattform kontinuierlich erfolgen.
Somit kann eine fortlaufende bzw. kontinuierliche, also unterbrechungsfreie, Nachstellung der Bauebene mittels der Relativbewegung zwischen Bauplattform und Beschichtungseinheit zur Änderung der Relativposition erfolgen. So kann die Relativbewegung bzw. Nachstellung der Bauebene beispielsweise während des Auftragens einer Schicht von Aufbaumaterial als auch während einer Leerlauffahrt der Beschichtungseinheit oder während des Parkens der Beschichtungseinheit in einem Segment fortgesetzt werden.
Alternativ ist eine diskontinuierliche Änderung der Relativposition zwischen Bauplattform und der Beschichtungseinheit, also schrittweise Nachstellung der Bauebene, möglich. Ferner ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass die Beschichtungseinheit zur Änderung der Relativposition zwischen Bauplattform und Beschichtungseinheit temporär angehalten wird, insbesondere während einer Leerlauffahrt oder innerhalb eines Parksegments. Es ist eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Bewegung der Beschichtungseinheit möglich.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Überprüfen und bedarfsweises Adaptieren der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten nach jeder selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial oder nach einer beliebigen Anzahl von selektiv verfestigten Schichten von Aufbaumaterial durchgeführt, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial.
Insbesondere können die Bestrahlungsdauern der einzelnen Segmente durch gezielte Verteilung der Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten vorteilhaft aneinander angeglichen bzw. auf die verschiedenen Bestrahlungseinheiten aufgeteilt werden, sodass die selektive Verfestigung der Segmente bzw. Teilsegmente vorzugsweise einen möglichst vergleichbaren Zeitraum einnimmt. So kann die Gesamtbestrahlungsdauer einzelner oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial optimiert werden.
Bevorzugter Weise können die Bestrahlungsbereiche einzelner Bestrahlungseinheiten derart adaptierbar sein, dass über eine Vielzahl von Schichten des Aufbaumaterials eine optimierte, durchschnittliche Gesamtbestrahlungsdauer erzielt wird. Die hierzu notwendige Position und/oder Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten kann dabei abweichen von einer Position und/oder Ausrichtung, mit der eine minimale Gesamtbestrahlungsdauer der jeweils einzelnen Schichten von Aufbaumaterial erzielbar wäre.
So können die Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten derart gemittelt für beispielsweise fünf aufeinanderfolgende Schichten von Aufbaumaterial eingestellt werden, um die Prozessdauer zur Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes zu minimieren.
In einer Ausführungsform werden Segmente entlang von sich teilweise überlappenden Bestrahlungsbereichen der wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten durch eine oder beide Bestrahlungseinheiten selektiv verfestigt, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial.
Entlang überlappender Bestrahlungsbereiche zweier Bestrahlungseinheiten kann eine selektive Verfestigung durch eine der beiden Bestrahlungseinheiten erfolgen. Insbesondere können die beiden Bestrahlungseinheiten jeweils teilweise die Schicht von Aufbaumaterial entlang der überlappenden Bestrahlungsbereiche selektiv verfestigen. So können speziell komplizierte und aufwändig selektiv zu verfestigende Strukturen auf vorteilhafte und zeiteffiziente Weise mittels zwei Bestrahlungseinheiten anhand deren überlappender Bestrahlungsbereiche selektiv verfestigt werden.
Alternativ können die Bestrahlungsbereiche zweier Bestrahlungseinheiten aneinander angrenzen, insbesondere entlang der Grenze zwischen ihren jeweils zugeordneten Segmenten bzw. Teilsegmenten.
Sämtliche Bestrahlungseinheiten sind mit Bezug auf ihre jeweiligen Bestrahlungsbereiche derart adaptierbar, dass eine bedarfsweise Optimierung der Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung der einzelnen Schichten von Aufbaumaterial möglich ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Position und/oder Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten automatisch und/oder manuell adaptiert wird.
Auf diese Weise kann eine Adaption der Bestrahlungseinheiten bzw. der Bestrahlungsbereiche durch einen Anwender erfolgen. Alternativ ist eine vorzugsweise vollautomatische Optimierung des Herstellungsprozesses durch bedarfsweise Anpassung der Bestrahlungsbereiche vorstellbar. Somit kann ein zeiteffizienter Herstellungsprozess für wenigstens ein herzustellendes dreidimensionales Objekt bereitgestellt werden.
In einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, welches zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Das erfindungsgemäße System ist mit dem Bauraum ausgebildet, der Bauplattform innerhalb des Bauraums, auf der das wenigstens eine herzustellende Objekt schichtweise aufbaubar ist, der wenigstens einen Beschichtungseinheit zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials in einer Bauebene, die parallel zu der Bauplattform vorgesehen ist, und wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten zur örtlich selektiven Verfestigung des Aufbaumaterials in der Bauebene. Der Bauraum ist in Erstreckungsrichtung der Bauplattform wenigstens in ein erstes Segment und in ein zweites Segment unterteilt und wenigstens eines der Segmente ist als Einzelsegment ausgebildet oder wenigstens eines der Segmente ist in wenigstens zwei Teilsegmente unterteilt, wobei jedem Segment oder den Teilsegmenten eines Segments wenigstens eine der Bestrahlungseinheiten zugeordnet ist und sich Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten, insbesondere nebeneinander angeordneter Bestrahlungseinheiten, teilweise überlappen oder die Bestrahlungsbereiche aneinander angrenzen. Die Bestrahlungsbereiche entlang der Bauebene sind durch die Adaption der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten derart adaptierbar, sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung einer Schicht oder mehrerer Schichten des aufgebrachten Aufbaumaterials entlang aller Segmente in der Bauebene minimierbar ist.
Die wenigstens eine Beschichtungseinheit dient zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials in einer Bauebene, die parallel zu der Bauplattform vorgesehen ist. Die Bauplattform stellt somit die Grundebene des Systems dar, auf der das wenigstens eine dreidimensionale Objekt erzeugbar ist. Beim Ablegen der ersten Schicht von Aufbaumaterial für ein zu fertigendes Objekt ist die Bauebene demnach vorzugsweise auf der Bauplattform angeordnet.
Alternativ kann die erste Bauebene zum Auftragen der ersten Schicht von Aufbaumaterial derart gegenüber der Bauplattform vertikal versetzt vorgesehen sein, dass unterhalb der schließlich selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial ein Pulverbett bzw. nicht selektiv verfestigtes Materialbett verbleibt. Somit kann ein Ablösen des fertigen dreidimensionalen Objektes von der Bauplattform erleichtert werden.
Die Beschichtungseinheit kann derart gegenüber der Vertikalen bzw. Horizontalen geneigt angeordnet sein, sodass ein zweckmäßiges Auftragen von Aufbaumaterial entlang der vorgesehenen, eingestellten Bauebene möglich ist. Insbesondere kann die Beschichtungseinheit derart geneigt angeordnet sein, dass Schwerkrafteffekte beim Ablegen bzw. Auftragen des Aufbaumaterials kompensierbar sind.
Die Bauebene beschreibt im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die aktuelle Arbeitsebene, in der eine neue, weitere Schicht von Aufbaumaterial aufgetragen bzw. selektiv verfestigt werden soll. Die Nachstellung der Bauebene bzw. eine nachgestellte Bauebene beschreibt somit die Änderung der Bauebene, um eine neue, nächste Schicht von Aufbaumaterial auftragen und selektiv verfestigen zu können, im Sinne einer schichtweisen Fertigung bzw. Erzeugung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes.
Eine solche Nachstellung der Bauebene kann durch eine Änderung der Relativposition zwischen Beschichtungseinheit und Bauplattform erfolgen, insbesondere indem die Bauplattform oder die Beschichtungseinheit in vertikaler Richtung verfahren bzw. bewegt wird.
Nach einer Ausführungsform bilden die wenigstens zwei Segmente und/oder deren Teilsegmente entlang der Bauebene eine geschlossene Bahn, insbesondere Kreisbahn, aus, insbesondere sodass die Beschichtungseinheit unmittelbar, oder mittelbar über mindestens ein weiteres Segment oder dessen Teilsegmente, von dem ersten Segment in das zweite Segment und von dem zweiten Segment in das erste Segment übertreten kann.
Die Segmente bzw. Teilsegmente sind derart vorgesehen, dass eine durchgehende, unterbrechungsfreie Fläche mittels den Bestrahlungseinheiten sowie der Beschichtungseinheit zur Herstellung bzw. Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes verfügbar ist. Der Übertritt zwischen insbesondere benachbart angeordneten Segmenten bzw. Teilsegmenten kann somit unmittelbar erfolgen.
Beispielsweise können bei Ausbildung von drei Segmenten unmittelbare Übertritte zwischen dem ersten und zweiten Segment, dem zweiten und dritten Segment sowie dem dritten und ersten Segment erfolgen. Ein mittelbarer Übertritt wäre beispielsweise zwischen dem ersten und dritten Segment, mit dem dazwischenliegenden zweiten Segment, möglich.
Indem die Bauplattform vorzugsweise ringförmig ausgestaltet ist, können mittels der Bestrahlungseinheiten und der Beschichtungseinheit zirkulär bzw. über einen Winkelbereich von 360 Grad mehrere oder ein einzelnes dreidimensionales Objekt gefertigt bzw. hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das System dazu ausgebildet, eine Relativbewegung zur Änderung der vertikalen Relativposition zwischen der Bauplattform und der Beschichtungseinheit innerhalb des Bauraums kontinuierlich oder diskontinuierlich bereitzustellen.
Die Nachstellung bzw. Neueinstellung der Bauebene kann während des Auftragens oder nach dem Abschluss des Auftragens einer vorherigen bzw. vorhergehenden Schicht von Aufbaumaterial, insbesondere einer vollständigen Schicht von Aufbaumaterial entlang aller Segmente bzw. Teilsegmente, erfolgen bzw. begonnen werden. So kann die Nachstellung bzw. Neueinstellung der Bauebene auch bereits durchgeführt werden, wenn wenigstens eines der Segmente bzw. Teilsegmente noch nicht selektiv verfestigt ist.
Sowohl bei der diskontinuierlichen als auch der kontinuierlichen Nachstellung der Bauebene durch eine Relativbewegung zwischen der Bauplattform und der Beschichtungseinheit können Abweichungen während der selektiven Verfestigung von Aufbaumaterial unberücksichtigt bleiben oder durch eine Adaption der Bestrahlungseinheiten, insbesondere durch eine Winkeländerung, kompensierbar sein.
Im Sinne einer kontinuierlichen Bewegung der Beschichtungseinheit, bewegt sich die Beschichtungseinheit während der Nachstellung der Bauebene, also während der vertikalen Relativbewegung zwischen Beschichtungseinheit und Bauplattform, in Erstreckungsrichtung der Bauplattform weiter. Während des Auftragens von Aufbaumaterial entlang einer Bauebene kann bereits die Nachstellung für die darauffolgende Bauebene erfolgen bzw. begonnen werden. Des Weiteren kann die Relativbewegung bzw. Nachstellung der Bauebene auch während einer Leerlauffahrt der Beschichtungseinheit begonnen oder fortgesetzt werden.
Alternativ kann die Bewegung der Beschichtungseinheit für die Dauer der Relativbewegung zwischen der Bauplattform und der Beschichtungseinheit zeitweise unterbrochen werden, insbesondere im Sinne einer diskontinuierlichen Bewegung der Beschichtungseinheit.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Überprüfen und bedarfsweises Adaptieren der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten nach jeder selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial oder nach einer beliebigen Anzahl von selektiv verfestigten Schichten von Aufbaumaterial durchführbar, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial.
Vorzugsweise kann eine Adaption des Bestrahlungsbereiches wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten nach bzw. für eine Mehrzahl von Schichten des Aufbaumaterials, z.B. für fünf aufeinanderfolgende Schichten von Aufbaumaterial, erfolgen. Diesbezüglich kann die Adaption des Bestrahlungsbereiches wenigstens einer Bestrahlungseinheit derart erfolgen, dass eine zeiteffiziente selektive Verfestigung der Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schichten von Aufbaumaterial erzielbar ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind Segmente entlang von sich teilweise überlappenden Bestrahlungsbereichen der wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten durch eine oder beide Bestrahlungseinheiten selektiv verfestigbar, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial.
Die abgelegte Schicht von Aufbaumaterial kann entlang der sich überlappenden Bestrahlungsbereiche durch eine der beiden Bestrahlungseinheiten verfestigbar sein. Alternativ kann die abgelegte Schicht von Aufbaumaterial entlang der sich überlappenden Bestrahlungsbereiche jeweils teilweise durch eine der beiden Bestrahlungseinheiten selektiv verfestigbar sein. Insbesondere in Abhängigkeit von der Komplexität der Struktur der selektiv zu verfestigenden Schicht von Aufbaumaterial entlang der Bestrahlungsbereiche kann eine zeiteffiziente bzw. zeitoptimierte selektive Verfestigung mittels der adaptierbaren Bestrahlungseinheiten erfolgen.
In einer Ausführungsform ist die Position und/oder die Ausrichtung einzelner Bestrahlungseinheiten automatisch und/oder manuell adaptierbar.
Es kann sowohl eine manuelle Bedienung bzw. Einstellung der Bestrahlungsbereiche durch einen Anwender des Systems erfolgen, als auch eine vollautomatische Steuerung des Systems, insbesondere zur Einstellung der Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten, vorstellbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das System eine Steuereinheit auf, die vorzugsweise wenigstens zur Anpassung der Bestrahlungsbereiche und/oder zur Bestrahlung überlappender Bestrahlungsbereiche entlang der Segmente in der Bauebene durch wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten ausgelegt ist, indem die Position und/oder die Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten zur selektiven Verfestigung der aufgebrachten Schicht von Aufbaumaterial in der Bauebene des wenigstens einen herzustellenden dreidimensionalen Objektes änderbar ist, insbesondere zwischen dem Beginn und dem Ende der Herstellung des wenigstens einen dreidimensionalen Objektes.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner wenigstens dazu ausgelegt, die Bewegung und/oder die Dauer eines Umlaufs bzw. eine Umlaufdauer der Beschichtungseinheit sowie das Aufbringen von Aufbaumaterial durch die Beschichtungseinheit, eine Aktivierung und Deaktivierung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten, vorzugsweise mehrerer Bestrahlungseinheiten, besonders bevorzugt aller Bestrahlungseinheiten, und/oder die Ausführung der vertikalen Relativbewegung zwischen der Bauplattform und der Beschichtungseinheit innerhalb des Bauraums zu steuern.
Die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Systems ist vorzugsweise dazu vorgesehen, das System im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest bedarfsweise zu steuern und/oder zu regeln. Insofern ist die Steuereinheit insbesondere dazu ausgebildet, mit dem System ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen bzw. durchzuführen.
Es kann eine effiziente und Prozessdauer-optimierte, additive Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor, insbesondere einen Prozessor der Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Systems, dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In diesen zeigen:

1-3 schematische Darstellungen verschiedener Zustände während eines exemplarischen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines erfindungsgemäßen Systems;
4a-4d schematische Veranschaulichung einer Adaption von Bestrahlungsbereichen mehrerer Bestrahlungseinheiten; und
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur additiven Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes in einer perspektivischen Schnittdarstellung.

In 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Bauplattform 10 gezeigt, die in insgesamt vier Segmente A; B; C; D unterteilt ist. Auf der Bauplattform sind gemäß 1 fünf selektiv verfestigte Schichten zur Ausbildung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes 1 vorhanden.
Die gemäß 1 vorgesehene Bauebene 20 ist auf der obersten, selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial 30 des zu fertigenden Objektes 1 eingestellt. Entlang der Bauebene 20 legt eine Beschichtungseinheit 40 gemäß 1 über die Erstreckung des ersten Segments A eine Schicht von Aufbaumaterial 30 ab.
Im Sinne der 1-3 ist eine Bewegung der Beschichtungseinheit 40 als eine Bewegung von links nach rechts durch die Segmente A bis D entlang der Bauplattform 10 zu verstehen. Vorzugsweise weisen die Segmente A; B; C; D vergleichbare, insbesondere identische bedarfsweise Bestrahlungsdauern zur selektiven Verfestigung von aufgetragenem Aufbaumaterial 30 auf.
Eine vorzugsweise ringförmige Ausbildung der Bauplattform 10 wird in den 1 bis 3 dadurch verdeutlicht, dass die Beschichtungseinheit 40 unmittelbar aus dem vierten Segment D in das erste Segment A übertritt, zur Ausübung einer kreisförmigen Bewegung bzw. eines Umlaufes.
In 1 ist ferner gezeigt, dass die Segmente A; B; C; D zusätzlich in jeweils zwei Teilsegmente A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2 unterteilt sind. Die Beschichtungseinheit 40 kann eine Schicht von Aufbaumaterial 30 entlang der Teilsegmente A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2 auftragen, um eine vollständige Schicht von Aufbaumaterial 30 abzulegen.
In diesem Sinne können die Teilsegmente A1-D2 der Segmente A-D mit vergleichbaren, insbesondere identischen, bedarfsweisen Bestrahlungsdauern zur selektiven Verfestigung von aufgetragenem Aufbaumaterial 30 vorgesehen sein.
In 2 ist in den ersten Teilsegment A1; B1; C1; D1 der Segmente A; B; C; D die selektive Verfestigung des Aufbaumaterials 30 mittels der jeweils zugeordneten Bestrahlungseinheit 50 eingeleitet worden, insbesondere jeweils unmittelbar nach dem Ausfahren der Beschichtungseinheit 40 aus dem jeweiligen Teilsegment A1; B1; C1; D1.
Insbesondere ist den Teilsegmenten A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2 jeweils eines Segments A; B; C; D eine gemeinsame Bestrahlungseinheit 50 zugeordnet, die die Teilsegmente A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2 eines Segments A; B; C; D seriell oder abwechselnd selektiv verfestigen kann. So ist in 2 dargestellt, dass nach dem Aufbringen einer vollständigen Schicht von Aufbaumaterial 30 jeweils das erste Teilsegment A1; B1; C1; D1 der Segmente A; B; C; D selektiv verfestigt wird.
Jeweilige Fortschrittsindikatoren 52 indizieren den Fortgang der selektiven Verfestigung. So ist gezeigt, dass gemäß 2 die selektive Verfestigung des ersten Teilsegments A1 des ersten Segments A bis zum erneuten Eintritt der Beschichtungseinheit 40 abgeschlossen ist. Anschließend wird das zweite Teilsegment A2 des ersten Segments A anhand der zugeordneten Bestrahlungseinheit 40 selektiv verfestigt.
Nachdem die ersten Teilsegmente A1; B1; C1; D1 selektiv verfestigt sind, können die einzelnen Bestrahlungseinheiten 50 jeweils mit der selektiven Verfestigung des zweiten Teilsegments A2; B2; C2; D2 fortfahren.
So kann die Beschichtungseinheit 40 in das selektiv verfestigte erste Teilsegment A1 des ersten Segments A einfahren, welches gemäß 3 als ein Parksegment vorgesehen sein kann.
In 3 ist die bedarfsweise Bestrahlungsdauer des ersten Teilsegments A1 des ersten Segments A abgelaufen und das zuletzt aufgetragene Aufbaumaterial 30 somit selektiv verfestigt. Anschließend an das erste Teilsegment A1 wird in 3 das zweite Teilsegment A2 des ersten Segments A mit derselben, zugeordneten Bestrahlungseinheit 50 bis zum Ablauf der jeweiligen bedarfsweisen Bestrahlungsdauer selektiv verfestigt. Selbiges gilt für das erste und zweite Teilsegment B1; B2 des zweiten Segments B. In diesem Sinne liegt eine serielle selektive Verfestigung der Teilsegmente A1-D2 der jeweiligen Segmente A-D vor.
In den 4a bis 4d ist schematisch die Anordnung und Adaption der Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten 50 gezeigt, die dem ersten Segment A und dem zweiten Segment B zugeordnet sind. Hierbei sind das erste und zweite Segment A; B als Einzelsegmente dargestellt.
In 4a sind die Bestrahlungseinheiten 50 im Wesentlichen mittig gegenüber den jeweiligen Segmenten A; B positioniert. Ferner liegen gemäß 4a gleich groß ausgebildete Segmente A; B vor, um eine vergleichbare Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung durch die jeweils zugeordnete Bestrahlungseinheit 50 sicherzustellen.
In 4b ist gezeigt, wie die Bestrahlungseinheiten 50 des ersten und zweiten Segments A; B aneinander angrenzende Bestrahlungsbereiche ausbilden. Insbesondere grenzen die Bestrahlungsbereiche gemäß 4b entlang der Grenze zwischen dem ersten und zweiten Segment A; B aneinander an. So sind das erste Segment A und das zweite Segment B durch die jeweils zugeordnete Bestrahlungseinheit 50 allein selektiv verfestigbar.
Auch in 4c sind aneinander angrenzende Bestrahlungsbereiche von benachbarten Segmenten A; B dargestellt. Die Segmente A; B sind mit unterschiedlichen Größen ausgebildet, um vergleichbare Gesamtbestrahlungsdauern zur selektiven Verfestigung von aufgetragenem Aufbaumaterial 30 sicherzustellen. Hierzu können die Bestrahlungseinheiten 50 in Erstreckungsrichtung der Bauplattform 10 verschoben werden bzw. verschiebbar sein. Des Weiteren kann eine Bestrahlungseinheit 50 gemäß 4c, hier des zweiten Segments B, auch außermittig des jeweils zugeordneten Segments A; B; C; D angeordnet sein.
In 4d ist der Fall von überlappenden Bestrahlungsbereichen der Bestrahlungseinheiten 50 des ersten und zweiten Segments A; B dargestellt. Die dem ersten und zweiten Segment A; B zugeordneten Bestrahlungseinheiten 50 ragen mit ihren Bestrahlungsbereichen jeweils in die benachbarten Segmente A; B; C; D hinein und sind somit abschnittsweise zur selektiven Verfestigung in diesen benachbarten Segmenten A; B; C; D einsetzbar. Insbesondere kann die Bestrahlungseinheit 50 des ersten Segments A entlang der überlappenden Bestrahlungsbereiche die angrenzenden Segmente B; D wenigstens teilweise selektiv verfestigen. Ebenso kann die dem zweiten Segment B zugeordnete Bestrahlungseinheit 50 entlang der überlappenden Bestrahlungsbereiche die angrenzenden Segmente C; A wenigstens abschnittsweise selektiv verfestigen.
Insbesondere können die Bestrahlungseinheiten 50 jeweils einen Bestrahlungsbereich aufweisen, der über das jeweilige, zugeordnete Segment A; B hinausragt. Alternativ kann die Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten bzw. deren Strahlengang derart adaptierbar sein, dass die jeweilige Bestrahlungseinheit 50 bis in das angrenzende Segment A; B; C; D hineinstrahlen kann.
Die überlappenden Bereiche, der in 4d dargestellten Bestrahlungseinheiten 50, kann durch eine der Bestrahlungseinheiten 50 selektiv verfestigbar sein oder abschnittsweise durch eine der beiden Bestrahlungseinheiten 50 verfestigt werden. So ist eine effiziente selektive Verfestigung der zuletzt aufgetragenen Schicht von Aufbaumaterial 30 möglich.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur additiven Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes 1 in einem perspektivischen Querschnitt gezeigt.
Das System weist die Bauplattform 10 auf, oberhalb der ein Bauraum zum schichtweisen Aufbau wenigstens eines dreidimensionalen Objekts 1 ausgebildet ist. Insbesondere kann ein dreidimensionales Objekt 1 oder können mehrere dreidimensionalen Objekte 1 entlang der ringförmigen bzw. kreisrunden Erstreckung der Bauplattform 10 verteilt schichtweise aufgebaut werden.
Die Beschichtungseinheit 40 ist oberhalb und vertikal beabstandet zu der Bauplattform 10 angeordnet und kann Aufbaumaterial 30 entlang der jeweils eingestellten Bauebene 20 im Sinne eines schichtweisen Aufbaus auftragen bzw. ablegen.
Oberhalb und vertikal beabstandet zu der Beschichtungseinheit 40 sind Bestrahlungseinheiten 50 über die Erstreckung der ringförmig ausgestalteten Bauplattform 10 verteilt angeordnet. Insbesondere sind die Bestrahlungseinheiten 50 jeweils den Segmenten A; B; C; D zur selektiven Verfestigung zugeordnet und angeordnet.
Zusammenfassend kann anhand des gezielten Einsatzes bzw. der gezielten Adaption der Bestrahlungseinheiten 50, deren Bestrahlungsbereiche bedarfsweise adaptierbar sind und überlappend oder aneinander angrenzend vorgesehen sein können, eine zeitoptimierte, effiziente Fertigung wenigstens eines dreidimensionalen Objektes 1 ermöglicht werden.
In diesem Sinne sind die Nebenzeiten für die additive Fertigung reduzierbar, die Effizienz der Systemauslastung bei der Herstellung dreidimensionaler Objekte 1, insbesondere auch eines einzelnen großen, dreidimensionalen Objektes 1, optimierbar und eine hinreichende Qualität des resultierenden dreidimensionalen Objektes 1 sicherstellbar.
Bezugszeichenliste

1: herzustellendes Objekt / prozessierte Schichten von Aufbaumaterial
10: Bauplattform
20: Bauebene
30: aufzutragende Schicht von Aufbaumaterial
40: Beschichtungseinheit
50: aktivierte Bestrahlungseinheit
52: Fortschrittsindikatoren
A; B; C; D: Segmente
A1; A2: Teilsegmente des ersten Segments
B1; B2: Teilsegmente des zweiten Segments
C1; C2: Teilsegmente des dritten Segments
D1; D2: Teilsegmente des vierten Segments

Claims

Verfahren zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte (1) mittels eines Systems, welches einen Bauraum aufweist, eine Bauplattform (10) innerhalb des Bauraums, auf der das wenigstens eine herzustellende Objekt (1) schichtweise aufbaubar ist, wenigstens eine Beschichtungseinheit (40) zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials (30) in einer Bauebene (20), die parallel zu der Bauplattform (10) vorgesehen ist, und wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50) zur örtlich selektiven Verfestigung des Aufbaumaterials (30) in der Bauebene (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Unterteilen des Bauraums in wenigstens ein erstes und ein zweites Segment (A; B) entlang der Erstreckungsrichtung der Bauplattform (10), wobei wenigstens eines der Segmente (A; B; C; D) als Einzelsegment ausgebildet wird oder wenigstens eines der Segmente (A; B; C; D) in wenigstens zwei Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) unterteilt wird; - Zuordnen jeweils einer der Bestrahlungseinheiten (50) zu einem der Segmente (A; B; C; D) und/oder den Teilsegmenten (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) eines Segments (A; B; C; D), wobei sich Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten (50), insbesondere nebeneinander angeordneter Bestrahlungseinheiten (50), teilweise überlappen oder die Bestrahlungsbereiche aneinander angrenzen; - Anpassen der Bestrahlungsbereiche entlang der Bauebene (20) durch die Adaption der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten (50), sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung einer Schicht oder mehrerer Schichten des aufgebrachten Aufbaumaterials (30) entlang aller Segmente (A; B; C; D) und/oder aller Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) in der Bauebene (20) bedarfsweise minimiert wird; - Aufbringen und selektives Verfestigen einer Schicht des Aufbaumaterials (30) entlang der Segmente (A; B; C; D) und/oder der Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung einer Relativposition zwischen der Bauplattform (10) und der Beschichtungseinheit (40) zur Bereitstellung einer geänderten Bauebene (20) kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überprüfen und bedarfsweises Adaptieren der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten (50) nach jeder selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial (30) oder nach einer beliebigen Anzahl von selektiv verfestigten Schichten von Aufbaumaterial (30) durchgeführt wird, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial (30).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente (A; B; C; D) entlang von sich teilweise überlappenden Bestrahlungsbereichen der wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50) durch eine oder beide Bestrahlungseinheiten (50) selektiv verfestigt werden, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial (30).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten (50) automatisch und/oder manuell adaptiert wird.
System welches zur additiven Fertigung dreidimensionaler Objekte (1) durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials (30) und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials (30) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen geeignet ist, mit dem Bauraum, der Bauplattform (10) innerhalb des Bauraums, auf der das wenigstens eine herzustellende Objekt (1) schichtweise aufbaubar ist, der wenigstens einen Beschichtungseinheit (40) zum schichtweisen Aufbringen des Aufbaumaterials (30) in einer Bauebene (20), die parallel zu der Bauplattform (10) vorgesehen ist, und wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50) zur örtlich selektiven Verfestigung des Aufbaumaterials (30) in der Bauebene (20), wobei der Bauraum in Erstreckungsrichtung der Bauplattform (10) wenigstens in ein erstes Segment (A) und in ein zweites Segment (B) unterteilt ist und wenigstens eines der Segmente (A; B; C; D) als Einzelsegment ausgebildet ist oder wenigstens eines der Segmente (A; B; C; D) in wenigstens zwei Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) unterteilt ist, wobei jedem Segment (A; B; C; D) oder den Teilsegmenten (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) eines Segments (A; B; C; D) wenigstens eine der Bestrahlungseinheiten (50) zugeordnet ist und sich Bestrahlungsbereiche der Bestrahlungseinheiten (50), insbesondere nebeneinander angeordneter Bestrahlungseinheiten (50), teilweise überlappen oder die Bestrahlungsbereiche aneinander angrenzen, wobei die Bestrahlungsbereiche entlang der Bauebene (20) durch die Adaption der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten (50) derart adaptierbar sind, sodass eine Gesamtbestrahlungsdauer zur selektiven Verfestigung einer Schicht oder mehrerer Schichten des aufgebrachten Aufbaumaterials (30) entlang aller Segmente (A; B; C; D) in der Bauebene (20) minimierbar ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Segmente (A; B; C; D) und/oder deren Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2) entlang der Bauebene (20) eine geschlossene Bahn, insbesondere Kreisbahn, ausbilden, insbesondere sodass die Beschichtungseinheit (40) unmittelbar, oder mittelbar über mindestens ein weiteres Segment (A; B; C; D) oder dessen Teilsegmente (A1; A2; B1; B2; C1; C2; D1; D2), von dem ersten Segment (A) in das zweite Segment (B) und von dem zweiten Segment (B) in das erste Segment (A) übertreten kann.
System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist, eine Relativbewegung zur Änderung der vertikalen Relativposition zwischen der Bauplattform (10) und der Beschichtungseinheit (40) innerhalb des Bauraums kontinuierlich oder diskontinuierlich bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überprüfen und bedarfsweises Adaptieren der Position und/oder der Ausrichtung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten (50) nach jeder selektiv verfestigten Schicht von Aufbaumaterial (30) oder nach einer beliebigen Anzahl von selektiv verfestigten Schichten von Aufbaumaterial (30) durchführbar ist, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial (30).
System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente (A; B; C; D) entlang von sich teilweise überlappenden Bestrahlungsbereichen der wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50) durch eine oder beide Bestrahlungseinheiten (50) selektiv verfestigbar sind, zur bedarfsweisen Minimierung der Gesamtbestrahlungsdauer einer Schicht oder mehrerer Schichten von Aufbaumaterial (30).
System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Ausrichtung einzelner Bestrahlungseinheiten (50) automatisch und/oder manuell adaptierbar ist.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Steuereinheit aufweist, die vorzugsweise wenigstens zur Anpassung der Bestrahlungsbereiche und/oder zur Bestrahlung überlappender Bestrahlungsbereiche entlang der Segmente (A; B; C; D) in der Bauebene (20) durch wenigstens zwei Bestrahlungseinheiten (50) ausgelegt ist, indem die Position und/oder die Ausrichtung der Bestrahlungseinheiten (60) zur selektiven Verfestigung der aufgebrachten Schicht von Aufbaumaterial (30) in der Bauebene (20) des wenigstens einen herzustellenden dreidimensionalen Objektes (1) änderbar ist, insbesondere zwischen dem Beginn und dem Ende der Herstellung des wenigstens einen dreidimensionalen Objektes (1).
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit wenigstens dazu ausgelegt ist, die Bewegung und/oder die Dauer eines Umlaufs der Beschichtungseinheit (40) sowie das Aufbringen von Aufbaumaterial (30) durch die Beschichtungseinheit (40), eine Aktivierung und Deaktivierung wenigstens einer der Bestrahlungseinheiten (50), vorzugsweise mehrerer Bestrahlungseinheiten (50), besonders bevorzugt aller Bestrahlungseinheiten (50), und/oder die Ausführung der vertikalen Relativbewegung zwischen der Bauplattform (10) und der Beschichtungseinheit (40) innerhalb des Bauraums zu steuern.
Computerlesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor, insbesondere einer Steuereinheit nach Anspruch 12 oder 13, dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.